Share
تثبيط تكوين biofilm لبكتريا Pseudomonas aeruginosa المعزولة من سرطان القولون والمستقيم والتهاب القولون التقرحي باستخدام جسيمات النانو لاكسيد الحديد المتراكبه
Author name:
حنان طارق صبحي
Supervisor name:
خضر حسن علي الجوراني
General topic:
Biology
Specific topic:
Microbiology
Degree:
Doctorate
University:
Mustansiriyah University - College Of Science
Language:
English
University location:
Baghdad
First pages:
24T3235 - p.pdf
Abstract:
تعد بكتريا Pseudomoas aeruginosa ممرضة انتهازية تنتشر الاصابة بها في المرضى الذين يعانون تدهورا مناعيا ان دور هذه البكتريا في التهاب القولون التقرحي وسرطان القولون - المستقيم لم يتم التطرق اليه.وهذا ماتتطرق اليه هذه الدراسة في جزء منها يعاني مرضى التهاب القولون التقرحي وسرطان القولون - المستقيم تغير في التعبير عن مستضدات مجموعة الدم ABO ومجموعة دم لويسLewis في ميوسين الخلايا الظهارية القولونية وهذا ما يوفر بيئة لالتصاق البكتريا . تؤشر الدراسة الحالية دور الاستيطان البكتيري لهذه البكتريا لنسيج القولون في كلا المرضين وارتباط ذلك بمجموعة الدم ومجموعة دم لويس اضافة الى دور مجموعة دم لويس في المشاركة في انشاء الغشاء الحيوي البايوفيلم biofilm لهذه البكتريا .تشير نتائج عزل بكتريا Pseudomoas aeruginosa انه من بين 38 اصابة تم عزل البكتريا بنسبة 23% p=2.6×10 - 6 , من مرضى السرطان اضافة الى عزلها بنسبة p=7.35 ×10 - 5 , 25% من مرضى التهاب القولون التقرحي. اظهرت نتائج تنميط مجموعة لويس بوجود عالي لمجموعة دم لويس بي Leb (78.9%) p=3.45×10 - 12 في المرضى مقارنة بالسيطرة من جانب اخر اثر ارتفاع نسبة مجموعة الدم Aفي المرضى الا ان التحليل الاحصائي لم يظهر تغيرا معنويا .P=0.1 (×̅=45%)وفي جانب دراسة تكوين العزلات للغشاء الحيوي بارتباطها في الميوسينات اللعابية المغطية لحفر الاطباق فقد اكدت النتائج ان جميع العزلات كانت لها القدرة على تكوين البيوفلم مع زيادة كتلة بيوفيلم على لعاب مجموعة الدم لويس للافراد الاصحاء المغطية ل 96 حفرة .microtitration plate وتغاير تكوين العزل للرقيق الحيوي اعتمادا على نوع الضرب المعزول وقد اثر التركيز المثالي المغطي coating concentration للميوسينات اللعابية بان تخفيف1\16للعاب.وفي جانب اخر من الدراسة فقد تم تحضير الجسيمات النانوية وتم ربطها بنضائد واستعملت تلك في مسح قابلية تلك التحضيرات على تثبيطها للغشاء الحيوي حيث جرى تحضير الجسيمات النانوية لاوكسيد الحديد (IONP) باستخدام طريقة coprecipitation وفي هذا الجانب فقد تم تقدير حجم الجسيمات النانوية naked iron oxide باستعمال مجهرالقوة الذرية (Atomic Force Microscope) AFMوالتحليل الكيميائي للجسيمات النانوية باستخدام جهاز التحليل الطيفي بالاشعة تحت الحمراء FTIR) ) Fourier Transform Infrared Spectroscopy واتضح ان معدل قطرحجم الجسيمات لاكسيد الحديد النانوية 85.09 نانومتر في حين اظهرت التحضيرات النانوية - المنضدة Liganded - nanoparticles مايلي اكسيد الحديد النانوية المغلفة بالجتوسان (chitosan) متوسط قطر85.14 نانومتر. اكسيد الحديد النانوية المغلفة بالكلوكوزامين(glucosamine) متوسط قطر 89.71 نانوميتر بينما اعطت اكسيد الحديد النانوية المغلفة بعديد السكرايد البكتيري (polysaccharide) 107.20 نانومتر. تم تحديد احجام للجسيمات النانوية - الميوسين ايضا.حيث اظهرت الجسيمات النانوية - الميوسين Lewis a بمتوسط قطر 91.46 نانوميتر ، الجسيمات النانوية - الميوسين Lewis b 93.18 نانوميتر بينما الجسيمات النانوية - الميوسين - b - Lewis a الفارزة كان متوسط قطرها 80.23نانوميتراما الجسيمات النانوية - الميوسين - b - Lewis a الغير فارزة كان متوسط قطرها 103.46نانوميتر.وقد اظهرت نتائج التحليل الطيفي بالاشعة تحت الحمراء (FTIR) على قابلية ارتباط النضائد بالجسيمات النانوية بين اكسيد الحديد والجتوسان، الكلوكوزامين، عديد السكرايد البكتيري والميوسين اللعابي لمجموعة الدم لويس. حيث اظهرت الجسيمات النانوية لاكسيد الحديد ارقام موجية منخفضة بين 850 و400 سم - 1 قادمة من الاهتزازات للاصرة Fe - O بينما اعطى اكسيد الحديد النانوية المغلفة بالجتوسان امتصاص عند 1111 سم - 1 (COC) ، اختفاء الاصرة C - N وتغير الاصرة C - H من الموقع 2839 سم - 1 الى 3196 سم - 1, تغير الاصرة H - N من 1616 سم - 1 الى 1614 سم - 1.اما اكسيد الحديد النانوية المغلفة بالكلوكوزامين اظهرت اختفاء الاصرة C - N , تغير الاصرة C - O - C من الموقع1031سم - 1 الى1099 سم - 1 وتغير الاصرة H - N من 1616 سم - 1 الى 1541 سم - 1 وظهور مجموعة OH في الموقع 3377 سم - 1.وفي جانب اخر اظهرت اكسيد الحديد النانوية المغلفة بعديد السكرايد البكتيري ظهور الاصرة C - ONH2 في الموقع 1649 سم - 1 والاصرة N - H 1543 سم - 1. في حين اكسيد الحديد النانوية المغلفة بالميوسين اظهرت الجسيمات النانوية - الميوسين لويس Lewis a ظهور الاصرتين C= N,C= C في الموقع 1622 سم - 1, 1649 سم - 1 اما بالنسبة للجسيمات النانوية - الميوسين لويس Lewis b ظهور الاصرتين C= N, C=C في الموقعين 1612 سم - 1 , 1649 سم - 1 بينما الجسيمات النانوية - الميوسين لويس Lewis a - b - non secretor اظهرت الاصرتين C= N, C= C في الموقعين 1670 سم - 1 , 1647 سم - 1. الجسيمات النانوية - الميوسين لويس Lewis a - b - secretor اظهرت الاصرتين C= N,C= C في الموقعين 1627 سم - 1, 1651 سم - 1. وفي نتائج التثبيط للغشاء الحيوي للبكتريا فقد اوضحت النتائج ان النضائد النانوية لها فعل مثبط لتكوين الغشاء الحيوي . ففي هذا الجانب فان تعرض البكتريا لاكسيد الحديد النانوية ، اكسيد الحديد النانوية المغلفة بالجيتوسان ، اكسيد الحديد النانوية المغلفة بالكلوكوزامين ,اكسيد الحديد النانوية المغلفة بالميوسين بتركيز 100 ملغم \سنتيمتر مكعب لمدة 24 ساعة خفض انتاج الغشاء الحيوي وكالاتي : الجسيمات النانوية لاوكسيد الحديد اعطت اعلى نسبة تثبيط 52% بينما الجسيمات النانوية لاوكسيد الحديد - الجتوسان اعطت اعلى نسبة تثبيط 58%(p=0.5) , الجسيمات النانوية لاوكسيد الحديد - الكلكوزامين اعطت اعلى نسبة تثبيط 39%(p=0.1). الجسيمات النانوية لاوكسيد الحديد - الميوسين الغير فارزa - b - اعطت اعلى نسبة تثبيط 74% (p=6.8×10 - 3) وفي جانب اخر اعطت اكسيد الحديد النانوية المغلفة بعديد السكرايد البكتيري اعلى نسبة تشجيع بناء 75% (p=0.3).ان النتائج الاصلية المؤثرة في هذه الدراسة والمسجلة لاول مرة اظهرت ان التطبيقات المستقبلية للجسيمات النانوية المغطاة بالنضائد المحضرة في علاج الغشاء الحيوي لبكتريا P. aeruginosa يمكن اعتمادها كطريقة للقضاء على استيطان البكتريا في مرضى التقرح القولوني وسرطان القولون - المستقيم | Pseudomoas aeruginosa is an opportunistic pathogenic bacterium. The infection with the microorganism prevail in immunocompromised patients. The role of P. aeruginosa in ulcerative colitis and colorectal cancer is not studied and this part is dealt with this study. In this regard, Ulcerative colitis (UC) and colorectal cancer (CRC) patient change the expression of ABO and Lewis blood groups antigens in colon epithelial mucin structure and might furnish an environment for bacterial attachment. The present study aimed to pinpoint a role for P. aeruginosa in colonization of colon tissue in both diseases in relation to ABO and Lewis blood groups. In addition the involvement of Lewis blood group molecule in biofilm formation was investigated. In an another part of the study a specific liganded - nanoparticles prepared were screened for inhibition of such biofilm. Isolation of the bacteria from direct biopsy samples of UC and CRC indicated that, out of 38 cases collected, 9 isolates were found to be P. aeruginosa 6 (23%) p= 2.6×10 - 5 in colorectal cancer cases and 3 (25%) p= 7.35×10 - 6 in ulcerative colitis. Patient Lewis typing revealed that Leb prevailed among patient giving a (78.9%) results and was highly significantly (p=3.45˟ 10 - 12) compared with control (29.7%). Blood group (A) seem to be highly prevalent but not significant (p=0.193) in colorectal cancer and ulcerative colitis patients. All isolates from patients were able to form biofilm with increased biofilm mass on Lewis group saliva of normal individual coated on 96 - wells microtitration plate. The results were variable depending on bacterial strain. An iron oxide nanoparticle (IONP) was prepared using the method of coprecipitation and was used as carrier of different ligands. The naked and coated iron oxide nanoparticles were characterized using Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and Atomic Force Microscope (AFM). Particle size for naked iron oxide (IONP) was 85.09 nm and for chitosan coated iron oxide nanoparticles the average diameter was 85.14 nm while glucosamine coated iron oxide nanoparticles was in 89.71nm. Bacterial polysaccharide coated iron oxide nanoparticles gave a size of 107.20 nm. Particle sizes for mucin - IONP composite were also determined. Lea - IONP was an average diameter 91.46nm, Leb - IONP was 93.18nm, Lea - b - secretor - IONP was 80.23nm and Lea - b - nonsecretor was in 103.46nm determined by AFM. The Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) analysis indicated successful binding between iron oxide and chitosan, glucosamine, polysaccharide and mucin Lewis groups glycans. Iron oxide nanoparticle showed low wave numbers between 850 and 400 cm - 1 coming from vibrations of Fe - O bonds.Chitosan coated iron oxide gave an absorption line at 1111 cm−1 (C - O - C) bond, and N - H bond at 1614 cm - 1, 1410 cm - 1, C - H bond and 3589 cm - 1 for O - H bond. Glucosamine coated iron oxide demonstrated a characteristic bands such as OH group at 3377 cm−1, C O at 1618 cm−1 and C - O - C at 1099 cm−1 and 1031cm−1 stretching vibration of C - O - C. Polysaccharide appeared to have 1649 cm - 1 (CONH2) and 1543 cm - 1 (N - H) band. While mucin Lea coated iron oxide demonstrated 1622 cm - 1 1649 cm - 1 C= N, C= C and mucin Leb coated iron oxide gave 1612 cm - 1 1649 cm - 1 C= N, C= C on the other hand, mucin Lea - b - secretor coated iron oxide showed 1627 cm - 1 1651 cm - 1 C= N, C= C and mucin Lea - b - non secretor coated iron oxide gave1647 cm - 1 1670 cm - 1 C= N, C= C The Fourier transform infrared spectroscopy study analyses confirmed the successful attachment different ligands to the surface of magnetic nanoparticles. In experiments of P. aeruginosa biofilms inhibition by liganded nanoparticles, it was seen that exposure of cells to naked iron oxide, chitosan coated iron oxide , glucosamine coated iron oxide and mucin coated iron oxide at concentrations of 100mg/ml resulted in reduced biofilm biomass in a 24h exposure time. In contrast, polysaccharide coated iron oxide nanoparticle showed increased biofilm formation (75%). Naked nanoparticles resulted in 52% inhibition in biofilm formation, chitosan coated nanoparticles resulted in (58%) inhibition p=0.5, glucosamine coated nanoparticles resulted in (39%) inhibition p=0.1, while mucin coated nanoparticles gave (74%) inhibition p=6.8×10 - 3 especially in non secretor Lea - b - coated nanoparticles and was the best liganded nanoparticles biofilm. Polysaccharide ̶ nanoparticle gave (75%) augmentation p=0.3. The inhibition was seems to be variable between saliva Lewis group tested. The novel findings presented in this study demonstrated the futuristic application of ligands coated iron oxide nanoparticles in treating P. aeruginosa biofilm formation could be an approach to eradicate P. aeruginosa infection which may lead to ulcerative colitis and colorectal cancer patients.
