Biyomalzemelerden izole edilen Staphylococcus epidermidis suşlarının yüzey özelliklerinin belirlenmesi

SUDAĞIDAN, Mert; ÇİFTÇİOĞLU, MUHSİN; ERDEM, İLKER; ÇAVUSOGLU, CENGIZ

Biyomalzemelerden izole edilen Staphylococcus epidermidis suşlarının yüzey özelliklerinin belirlenmesi

Mert SUDAĞIDAN, (İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü, İzmir, Türkiye)

İlker ERDEM, (İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü, İzmir, Türkiye)

Cengiz ÇAVUŞOĞLU, (Ege Üniversitesi, Tıp Fakültesi, Mikrobiyoloji ve Klinik Mikrobiyoloji Anabilim Dalı, İzmir, Türkiye)

Muhsin ÇİFTÇİOĞLU (İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü, İzmir, Türkiye)

Mikrobiyoloji Bülteni

9 0

Yıl: 2010 Cilt: 44 Sayı: 1 Sayfa Aralığı: 93 - 103 Metin Dili: Türkçe İndeks Tarihi: 29-07-2022

Biyomalzemelerden izole edilen Staphylococcus epidermidis suşlarının yüzey özelliklerinin belirlenmesi

Öz:

Bakterilerin yüzey özellikleri, biyomalzeme yüzeylerine tutunma aşamasında büyük rol oynamaktadır. Bu çalışmada, klinikte sıklıkla kullanılan polimerik biyomalzeme yüzeylerinden izole edilen Staphylococcus epidermidis suşlarının yüzey özellikleri zeta potansiyel, hidrofobisite ve yüzey topografisi yöntemleri kullanılarak incelenmiştir. Çalışmaya, Ege Üniversitesi Tıp Fakültesi, Göğüs Hastalıkları Yoğun Bakım Ünitesinde yatan hastalarda kullanılan branül (n= 5), endotrakeal tüp (n= 3) ve santral kateter (n= 2) yüzeylerinden izole edilen toplam 10 S.epidermidis susu dahil edilmiştir. Bu izolatların 7'si biyofilm yapan ve biyofilm yapımından sorumlu genleri içeren; 2'si biyofilm yapmayan ancak biyofilm genlerini içeren ve Ti biyofilm yapmayan ve biyofilm genlerini içermeyen S.epidermidis suşlarıdır. Zeta potansiyel analizi; vücut içerisinde kullanılan biyomalzemelerin bulundukları ortamların simülasyonu amacıyla farklı pH değerlerinde (pH 4.1-8.2) ve değişik tampon çözeltileri [fosfatlı tampon (PBS), 1 mM potasyum klorid ve 1 mM potasyum fosfat tamponu] içerisinde gerçekleştirilmiştir. Hidrofobisite ölçümleri, "bacterial adhesion to hydrocarbon (BATH)" yöntemi kullanılarak; biyofilm ve slime tabakalarının yüzey topografisi ise atomik kuvvet mikroskopisi (atomic force microscopy; AFM) ve taramalı elektron mikroskopisi (scanning electron microscopy; SEM) yardımıyla belirlenmiştir. Suşların tamamının tüm pH değerlerinde ve tampon çözeltileri içerisinde negatif zeta potansiyel değeri (yüzey yükü) taşıdığı bulunmuştur. Hidrofobisite testlerinde; en yüksek hidrofobisite değerini (%86) biyofilm yapmayan ve endotrakeal tüp yüzeyinden izole edilen S.epidermidis YT-169b susunun, en düşük değeri (%2.5) ise biyofilm yapan ve santral kateterden izole edilen S.epidermidis YT-212 susunun gösterdiği belirlenmiştir. Çalışmamızda, suşların biyomalzeme yüzeylerinde oluşturdukları biyofilm ve slime tabakaları AFM ve SEM analizleri ile um düzeyinde görün-tülenmiştir. SEM incelemesinde, özellikle biyomalzeme yüzeyindeki pürüzlü kısımlara daha çok bakterinin tutunduğu ve üretilen slime tabakasının bakteri yüzeylerini kapladığı izlenmiştir. Sonuç olarak, fırsatçı patojenlerin yüzey özelliklerinin aydınlatılmasının, bu bakterilerin tutunamayacağı malzemelerin ve an-timikrobiyal yüzeylerin üretilmesine önemli katkılar sağlayacağı düşünülmüş ve ayrıca, biyomalzeme yüzeyinin negatif yüklü olacak şekilde ve olabildiğince pürüzsüz olarak tasarlanmasının vücut ortamında bi-yofilm oluşumunu güçleştirebileceği kanısına varılmıştır.

Anahtar Kelime:

Konular: Mikrobiyoloji Malzeme Bilimleri, Biyomalzemeler

Investigation of the surface properties of Staphylococcus epidermidis strains isolated from biomaterials

Öz:

The surface properties of bacteria play an important role on adhesion to the biomaterial surface. In this study, the surface properties of Staphylococcus epidermidis strains isolated from clinically used polymeric biomaterial surfaces were investigated on the basis of zeta potential, hydrophobicity and surface topography. A total of 10 S.epidermidis strains isolated from intravenous catheters (n= 5), endotracheal tubes (n= 3) and central venous catheters (n= 2) which were used in the patients of pulmonary Intensive Care Unit, Ege University Medical Faculty Hospital, were included to the study. Seven of those isolates were biofilm producers, inhabiting biofilm genes, 2 were non-biofilm producers, however, inhabiting biofilm genes, and 1 was non-biofilm producer, inhabiting no biofilm genes. Zeta potential analysis have been performed in 3 different buffers (phosphate-buffered saline, 1 mM potassium chloride and 1 mM potassium phosphate buffer) and at different pH values (pH 4.1-8.2), in order to simulate in vivo environment of the biomaterials. Hydrophobicities of the strains were examined by bacterial adhesion to hydrocarbon (BATH) test and the surface topography of biofilms and slime layers were visualized by atomic force microscopy (AFM) and scanning electron microscopy (SEM) methods. It was found that all strains have negative zeta potential values (surface charge) in all buffers and pH values. In hydrophobicity analysis, the highest value (86%) was determined for non-biofilm forming S.epidermidis strain YT-169b (endotracheal tube isolate) and the lowest hydrophobicity (2.5%) was determined for biofilm forming S,epidermidis strain YT-212 (central venous catheter isolate). Biofilm and slime layers of the strains were imaginated by AFM and SEM analysis in urn scale. SEM analysis showed that bacteria highly adhered to rough surfaces on biomaterial surfaces and the produced slime layers covered the surface of bacteria. In conclusion, elucidating the surface properties of opportunistic pathogens in different physiologic buffers will give important clues for the production of non-adhesive materials and antibacterial surfaces for those bacteria. It was also estimated that designing the surface of the biomaterial to have negative surface charge in the body and to be as smooth as possible will hamper biofilm formation.

Anahtar Kelime:

Konular: Mikrobiyoloji Malzeme Bilimleri, Biyomalzemeler

Belge Türü: Makale Makale Türü: Araştırma Makalesi Erişim Türü: Bibliyografik

1.Gottenbos B, van der Mei HC, Busscher HJ. Models for studying initial adhesion and surface growth in bi-ofilm formation on surfaces. Methods Enzymol 1999; 310: 37-9.
2.Donlan RM. Biofilms and device associated infections. Emerg Infect Dis 2001; 7: 277-81.
3.Archibald LK, Gaynes RP. Hospital-acquired infections in the United States. The importance of interhospital comparisons. Infect Dis Clin North Am 1997; 11: 245-55.
4.von Eiff C, Peters G, Heilmann C. Pathogenesis of infections due to coagulase-negative staphylococci. Lancet Infect Dis 2002; 2: 677-85.
5.Costerton JW, Stewart PS, Greenberg EP. Bacterial biofilms: a common cause of persistant infections. Science 1999; 284: 1318-22.
6.An YH, Friedman RJ. Concise review of mechanisms of bacterial adhesion to biomaterial surfaces. J Biomed Mater Res (Appl Biomater) 1998; 43: 338-48.
7.Stewart PS, Costerton JW. Antibiotic resistance of bacteria in biofilms. Lancet 2001; 358: 135-8.
8.Wilson WW, Wade MM, Holman SC, Champlin FR. Status of methods for assessing cell surface charge properties based on zeta potential measurements. J Microbiol Methods 2001; 43: 153-64.
9.Busscher HJ, Weerkamp AH, van der Mei HC, van Pelt AWJ, de Jong HP, Arends J. Measurement of the surface free energy of bacterial cell surfaces and its relevance for adhesion. Appl Envrion Microbiol 1984; 48: 980-3.
10.Bos R, van der Mei HC, Busscher HJ. Physico-chemistry of initial microbial adhesive interactions-its mechanisms and methods for study. FEMS Microbiol Rev 1999; 23: 179-230.
11.Ahimou F, Paquot M, Jacques P, Thonart P, Rouxhet PG. Influence of electrical properties of the surface hydrophobicity of Bacillus subtilis. J Microbiol Methods 2001; 45: 119-26.
12.Razatos A, Ong Y-L, Sharma MM, Georgiou G. Molecular determinants of bacterial adhesion monitored by atomic force microscopy. Proc Natl Acad Sci USA 1998; 95: 11059-64.
13.Mendez-Vilas A, Gallardo-Moreno AM, Gonzalez-Martin ML, et al. Surface characterization of two strains of Staphylococcus epidermidis with different slime-production by AFM. Appl Surf Sci 2004; 238: 18-23.
14.Sudağıdan M, Çavuşoğlu C, Bacakoğlu F. Biyomalzeme yüzeylerinden izole edilen metisiline dirençli Staphylococcus aureus suşlarında virulans genlerinin araştırılması. Mikrobiyol Bul 2008; 42: 29-39.
15.Sudagidan M, Yenidunya AF, Gunes H. Identification of staphylococci by 16S internal transcribed spacer rRNA gene restriction fragment length polymorphism, j Med Microbiol 2005; 54: 823-6.
16.Sudagidan M, Cavusoglu C. Characteristics of biofilm forming Staphylococcus epidermidis strains isolated from polymeric biomaterial surfaces, 12th International Symposium on Staphylococci & Staphylococcal Infections, Maastricht, The Netherlands. September 3-6, 2006. Abstract Book, p. 256.
17.Black J. Introduction to biological environment, pp. 18 In: Black J (ed), Biological Performance of Materials, Fundamentals of Biocompatibility. 1999, Marcel Dekker, New York.
18.McGovern JG, Jones DS, Woolfsen AD, Gorman SP. Influence of physiological conditions on the adherence of respiratory isolates to endotracheal tubes. J Pharm Pharmacol 1995; 47(12B): 1063.
19.Ellison SA. The identification of salivary components, pp: 13-20. In: Kleinberg I, Ellison SA, Mandel ID (eds), Saliva and Dental Caries. 1979, Information Retrieval, Inc, New York.
20.Jones DS, McGovern JG, Woolfson D, Gorman SP. Role of physiological conditions in the oropharynx on the adherence of respiratory bacterial isolates to endotracheal tube poly (vinyl chloride). Biomaterials 1997; 18:503-10.
21.Hayashi H, Tsuneda S, Hirata A, Sasaki H. Soft particle analysis of bacterial cells and its interpretation of cell adhesion behaviors in terms of DLVO theory. Colloids Surf B: Biointerfaces 2001; 22: 149-57.
22.Busscher HJ, Geertsema-Doornbusch Gl, van der Mei HC. Adhesion to silicone rubber yeasts and bacteria isolated from voice prostheses: influence of salivary conditioning films, j Biomed Mater Res 1997; 34: 201-10.
23.van der Mei HC, van de Belt-Gritter B, Reid G, Bialkowska-Hobranzska H, Busscher HJ. Adhesion of coagu-lase-negative staphylococci grouped according to physico-chemical surface properties. Microbiology 1997; 143: 3861-70.
24.Poortinga AT, Bos R, Busscher Hj. Charge transfer during staphylococcal adhesion to TiNOX® coatings with different specific resistivity. Biophy Chem 2001; 91: 273-9.
25.Lai R, John SA. Biological application of atomic force microscopy. Am J Physiol 1994; 266: C1-C21.
26.Chaw KC, Manimaran M, Tay FEH. Role of silver ions in destabilization of intermolecular adhesion forces measured by atomic force microscopy in Staphylococcus epidermidis biofilms. Antimicrob Agents Chemot-her 2005; 49: 4853-9.

APA	SUDAĞIDAN M, ERDEM İ, ÇAVUSOGLU C, ÇİFTÇİOĞLU M (2010). Biyomalzemelerden izole edilen Staphylococcus epidermidis suşlarının yüzey özelliklerinin belirlenmesi. , 93 - 103.
Chicago	SUDAĞIDAN Mert,ERDEM İLKER,ÇAVUSOGLU CENGIZ,ÇİFTÇİOĞLU MUHSİN Biyomalzemelerden izole edilen Staphylococcus epidermidis suşlarının yüzey özelliklerinin belirlenmesi. (2010): 93 - 103.
MLA	SUDAĞIDAN Mert,ERDEM İLKER,ÇAVUSOGLU CENGIZ,ÇİFTÇİOĞLU MUHSİN Biyomalzemelerden izole edilen Staphylococcus epidermidis suşlarının yüzey özelliklerinin belirlenmesi. , 2010, ss.93 - 103.
AMA	SUDAĞIDAN M,ERDEM İ,ÇAVUSOGLU C,ÇİFTÇİOĞLU M Biyomalzemelerden izole edilen Staphylococcus epidermidis suşlarının yüzey özelliklerinin belirlenmesi. . 2010; 93 - 103.
Vancouver	SUDAĞIDAN M,ERDEM İ,ÇAVUSOGLU C,ÇİFTÇİOĞLU M Biyomalzemelerden izole edilen Staphylococcus epidermidis suşlarının yüzey özelliklerinin belirlenmesi. . 2010; 93 - 103.
IEEE	SUDAĞIDAN M,ERDEM İ,ÇAVUSOGLU C,ÇİFTÇİOĞLU M "Biyomalzemelerden izole edilen Staphylococcus epidermidis suşlarının yüzey özelliklerinin belirlenmesi." , ss.93 - 103, 2010.
ISNAD	SUDAĞIDAN, Mert vd. "Biyomalzemelerden izole edilen Staphylococcus epidermidis suşlarının yüzey özelliklerinin belirlenmesi". (2010), 93-103.

APA	SUDAĞIDAN M, ERDEM İ, ÇAVUSOGLU C, ÇİFTÇİOĞLU M (2010). Biyomalzemelerden izole edilen Staphylococcus epidermidis suşlarının yüzey özelliklerinin belirlenmesi. Mikrobiyoloji Bülteni, 44(1), 93 - 103.
Chicago	SUDAĞIDAN Mert,ERDEM İLKER,ÇAVUSOGLU CENGIZ,ÇİFTÇİOĞLU MUHSİN Biyomalzemelerden izole edilen Staphylococcus epidermidis suşlarının yüzey özelliklerinin belirlenmesi. Mikrobiyoloji Bülteni 44, no.1 (2010): 93 - 103.
MLA	SUDAĞIDAN Mert,ERDEM İLKER,ÇAVUSOGLU CENGIZ,ÇİFTÇİOĞLU MUHSİN Biyomalzemelerden izole edilen Staphylococcus epidermidis suşlarının yüzey özelliklerinin belirlenmesi. Mikrobiyoloji Bülteni, vol.44, no.1, 2010, ss.93 - 103.
AMA	SUDAĞIDAN M,ERDEM İ,ÇAVUSOGLU C,ÇİFTÇİOĞLU M Biyomalzemelerden izole edilen Staphylococcus epidermidis suşlarının yüzey özelliklerinin belirlenmesi. Mikrobiyoloji Bülteni. 2010; 44(1): 93 - 103.
Vancouver	SUDAĞIDAN M,ERDEM İ,ÇAVUSOGLU C,ÇİFTÇİOĞLU M Biyomalzemelerden izole edilen Staphylococcus epidermidis suşlarının yüzey özelliklerinin belirlenmesi. Mikrobiyoloji Bülteni. 2010; 44(1): 93 - 103.
IEEE	SUDAĞIDAN M,ERDEM İ,ÇAVUSOGLU C,ÇİFTÇİOĞLU M "Biyomalzemelerden izole edilen Staphylococcus epidermidis suşlarının yüzey özelliklerinin belirlenmesi." Mikrobiyoloji Bülteni, 44, ss.93 - 103, 2010.
ISNAD	SUDAĞIDAN, Mert vd. "Biyomalzemelerden izole edilen Staphylococcus epidermidis suşlarının yüzey özelliklerinin belirlenmesi". Mikrobiyoloji Bülteni 44/1 (2010), 93-103.