Characterization of Staphylococcus aureus phages active against dormant cells

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Matos, Beatriz da Silva
Data de Publicação: 2024
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: eng
Título da fonte: Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/1822/94921
Resumo: Dissertação de mestrado em Biomedical Engineering especialization in Clinical Engineering
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spelling Characterization of Staphylococcus aureus phages active against dormant cellsBacteriophagesStaphylococcus aureusKayvirusDormant cellsAntibioticsDoxycy-clinePhage-antibiotic synergyBacteriófagosCélulas dormentesAntibióticosDoxiciclinaSinergia fago-antibióticoEngenharia e Tecnologia::Engenharia MédicaDissertação de mestrado em Biomedical Engineering especialization in Clinical EngineeringThe reduced effectiveness of antibiotics against S. aureus, especially due to antibiotic tolerance in dormant cells, has become a significant concern in healthcare, particularly in nosocomial infections. While phage therapy has gained renewed interest, its use is often hindered by the difficulty of targeting dormant cells, which are less susceptible to infection due to their low metabolic activity. This work investigates the potential use of phages, alone and in combination with antibiotics, to target these cells and enhance their antibiotic susceptibility. Three myovirus-like phages were isolated from wastewater, with the SA-P2H phage showing the most promising results. SA-P2H infected over 83% of the strains tested. Genomic analysis revealed SA-P2H as a virulent phage, supported by its similarity to other virulent Kayvirus phages, including phage K and JD007, known for their broad ability to infect diverse S. aureus strains. Treatment of S. aureus stationary cells (48-hour subculture), used as a model for dormant cells, for 24 hours with SA-P2H initially resulted in a 1 log reduction in CFU/mL, which improved to a 3.8 log reduction in later assays, reinforcing the potential of SA-P2H as a versatile therapeutic candidate. Doxycycline was selected for combination treatments as it showed no activity against late stationary cells but remained effective against exponential cells. However, the simultaneous application of SA-P2H and doxycycline resulted in antagonistic interactions, reducing bacterial levels by 2.5 log. The sequential treatment, with the antibiotic added 6 hours after the phage, achieved a 3.5 log reduction but showed no statistically significant improvement over phage treatment alone. While the combination with the phage did not enhance doxycycline’s activity, SA-P2H proved to be highly effective in targeting S. aureus late stationary cells, making it a strong candidate for phage-based therapies. Notably, the increased efficacy of SA-P2H over time suggests that spontaneous mutations during phage propagation may have enhanced its infectivity. Future studies will aim to further explore the interaction between SA-P2H and dormant cells, optimize phage-antibiotic combinations by exploring alternative antibiotics and adjusting dosage and timing, and confirm these potential mutations.A eficácia reduzida dos antibióticos contra S. aureus, em grande parte devido à tolerância das células dormentes, tornou-se uma preocupação crescente nas infeções nosocomiais. Embora tenha surgido um novo interesse na terapia fágica, a sua aplicação enfrenta desafios, principalmente na infeção de células dormentes, caracterizadas pela baixa atividade metabólica. Este trabalho explora a utilização de fagos, isolados ou em combinação com antibióticos, para atingir essas células e aumentar a sua suscetibilidade aos tratamentos. Foram isolados três fagos do tipo miovírus de águas residuais, com o fago SA-P2H apresentando os resultados mais promissores. O SA-P2H infetou mais de 83% das estirpes testadas. A análise genómica mostrou que SA-P2H pertence ao género Kayvirus, com semelhanças a fagos virulentos como o fago K e JD007, conhecidos pela sua capacidade de infetar diversas estirpes de S. aureus. O tratamento com SA-P2H de células estacionárias de S. aureus (subcultura de 48 horas), modelo para células dormentes, resultou inicialmente numa redução de 1 log dos CFU/mL, melhorando para uma redução de 3,8 log em ensaios subsequentes, reforçando o seu potencial terapêutico. A doxiciclina foi escolhida para tratamentos combinados, pois mostrou inatividade contra células estacionárias tardias, mas eficácia contra células exponenciais. No entanto, a aplicação simultânea de SA-P2H e doxiciclina resultou em interações antagónicas, reduzindo os níveis bacterianos em 2,5 logs. O tratamento sequencial, com antibiótico adicionado 6 horas após o fago, alcançou uma redução de 3,5 log, sem diferença estatística significativa em relação ao tratamento com fago isolado. Embora a combinação com o fago não tenha melhorado a eficácia da doxiciclina, o SA-P2H demonstrou ser altamente eficaz no combate às células estacionárias tardias, tornando-o um forte candidato terapêutico. O aumento da eficácia ao longo do tempo sugere possíveis mutações espontâneas durante a propagação, o que pode ter aumentado a sua infeciosidade. Estudos futuros deverão explorar a interação entre o SA-P2H e células dormentes, otimizar as combinações fago-antibiótico e investigar estas potenciais mutações.Adicionalmente, este estudo foi apoiado pela Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT) no âmbito do financiamento estratégico da unidade UIDB/04469/2020 e do projeto PTDC/BIA-MIC/2312/2020 (https://doi.org/10.54499/PTDC/BIA-MIC/2312/2020), e pelo LABBELS-Laboratório Associado em Biotecnologia, Bioengenharia e Sistemas Microelectromecânicos, LA/P/0029/2020.Melo, Luís Daniel RodriguesSilva, Maria Daniela FerreiraUniversidade do MinhoMatos, Beatriz da Silva2024-12-222024-12-22T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttps://hdl.handle.net/1822/94921eng203796594info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)instname:FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologiainstacron:RCAAP2025-03-22T01:20:48Zoai:repositorium.sdum.uminho.pt:1822/94921Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireinfo@rcaap.ptopendoar:https://opendoar.ac.uk/repository/71602025-05-29T01:13:28.766205Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP) - FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologiafalse
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