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蛇莓水提物对临床菌株质粒消除作用及生物膜形成的影响



全 文 :蛇莓水提物对临床菌株质粒消除作用及生物膜形成的影响
   林居纯1,2,舒 刚1,马 驰1,2,黄 玲1,2,文心田1* (1.四川农业大学 动物医学院,四川 雅安625014;2.动物
疫病与人类健康四川省重点实验室,四川 雅安625014)
摘要:采用肉汤稀释法和牛津杯法观察了蛇莓水提物对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、沙门菌标准菌和临床菌株体外抗
菌活性;影印培养法观察亚抑菌浓度作用下,水提物对以上3种临床菌株质粒的消除作用;用微量滴定板法检测不同
浓度水提物对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌临床菌株生物膜形成的影响。结果显示,蛇莓水提物对大肠杆菌等不同临
床菌株均有抑菌作用,当质量浓度≥125g/L时对菌株累计抑菌率达100%;蛇莓亚抑菌浓度作用大肠杆菌、沙门菌
和金黄色葡萄球菌24h后,质粒消除率分别为1.4%,5.1%,2.2%;不同浓度蛇莓水提物对大肠杆菌和金黄色葡萄球
菌菌膜形成量均有影响,且存在浓度依赖关系。由此可见,蛇莓水提物对大肠杆菌等兽医临床常见病原菌有抗菌作
用,对质粒有消除作用,能抑制细菌生物膜形成。
关键词:蛇莓;水提物;细菌;质粒;生物膜;消除
中图分类号:S853.74   文献标志码:A   文章编号:1005-4545(2014)02-0264-05
Antiplasmid and antibiofilm activity of water extract from Duchesnea India a-
gainst different isolates
LIN Ju-chun1,2,SHU Gang1,MA Chi 1,2,HUANG Ling1,2,WEN Xin-tian1* (1.College of Veterinary
Medicine,Sichuan Agricultural University,Ya′an,Sichuan 625014,China;2.Key Laboratory of
Animal Disease and Human Health of Sichuan Province,Ya′an,Sichuan 625014,China)
Abstract:To study antimicrobial,antiplasmid and antibiofilm activity of the water extract from
Duchesnea India against different isolates,broth dilution method and Oxford cup method were
used to detect antimicrobial activity against reference strains and clincal isolates including S.aures,
E.coli and Salmonella;antiplasmid activity of Duchesnea India against 3different isolates at sub-
MIC by using the replica plating method;antibiofilm activity of Duchesnea India against S.aures
and E.coli isolates by the microtiter-plate test.The results showed that the water extract fromDu-
chesnea India had antimicrobial activity against the isolates.Accumulative bacteriostatic rates were
100%at a concerntration of 125g/L;Duchesnea Indiaexhibited antiplasmid activity against E.coli
,Salmonella and S.aures with an efficiency of 1.4%,5.1%and 2.2%respectivitly at sub-MIC af-
ter 24h.The water extract from Duchesnea India displayed an influence on bacterial biofilm for-
mation under different concentrations,and in concentration-dependent manner.The results suggest
that the water extract fromDuchesnea India has antimicrobial,antiplasmid and antibiofilm activity
against isolates from veterinary clincal.
Key words:Duchesnea India;water extract;bacteria;plasmid;biofilm;elimination
*Corresponding author,E-mail:xintian3211@126.com
收稿日期:2013-01-15
基金项目:四川省教育厅科研基金资助项目(10ZA046);四川省优势产业发展急需紧缺专业博士后基金资助项目(2007CX01)
作者简介:林居纯(1968-),女,副教授,博士。
*通讯作者,E-mail:xintian3211@126.com
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  随着抗菌药物广泛及不合理应用,细菌产生耐
药性日趋严重。已有研究显示,细菌生物膜形成与
耐药性密切相关[1]。耐药质粒是导致耐药基因水平
传播的重要机制[2]。为克服细菌对抗生素的耐药
性,近年来人们努力寻找各种方法,以克服或缓解耐
药性产生。其中寻找有效耐药质粒消除剂成为研究
重点。中药质粒消除剂以其天然、价格低廉等优点,
有着巨大潜力和广阔应用前景。本研究通过体外抑
菌试验观察了蛇莓水提物的体外抑菌活性,并对临
床菌株质粒消除作用及生物膜形成的影响进行了研
究,旨在为蛇莓用于临床抗感染提供依据。
1 材料与方法
1.1 药材及药品 蛇莓(Duchesnea India(Andr.)
Focke)全草,夏秋季节采于四川雅安地区,经本试验
中心鉴定为正品,洗净阴干,贮藏于阴凉通风处。氨
苄西林(AMP)、阿莫西林(AMO)、链霉素(STR)、
庆大霉素(GEN)、四环素(TET)、多西环素(DOX)、
氟苯尼考 (FLO)、恩诺沙星 (ENR)、氧氟沙星
(OFL)、磺胺异噁唑(SIA)、复方新诺明(SXT)由中
国农业大学兽医药理学教研室提供。
1.2 菌株 大肠杆菌 ATCC25922、金黄色葡萄球
菌 ATCC25923购自杭州天和微生物试剂有限公
司;沙门菌C79-13由西南民族大学生命科学与技术
学院张焕容博士惠赠;已知耐药表型大肠杆菌临床
菌株30株,金黄色葡萄球菌30株,沙门菌25株,由
本试验中心保存提供。
1.3 主要仪器及试剂 冷冻离心机J-26XP(Beck-
man Coulter公司);酶标仪 Model 680(BIO-RAD
公司);凝胶成相系统 GelDoc2000(Bio-rad公司)。
质粒提取试剂盒购自 OMEGA公司;DNA Marker
15000购自天根生化科技(北京)有限公司;溶菌酶、
溶葡萄球菌素,购自上海生工生物工程技术服务有
限公司;胰蛋白胨、酵母提取物购自英国 Oxiod公
司;MH琼脂、MH肉汤等购自杭州微生物试剂有限
公司。
1.4 供试药液制备 根据均匀设计试验结果,准确
称取20g蛇莓全草,加蒸馏水(料液比1∶36)煮沸
3次,每次1h,合并3次水煎液,真空减压浓缩得粗
提取物测质量后,于4℃冰箱备用。
1.5 蛇莓水提物体外抑菌活性 采用肉汤二倍稀
释法测定蛇莓水提物的 MIC[3]。采用牛津杯法检
测蛇莓水提物不同质量浓度(500.0,250.0,125.0,
62.5,31.3g/L)对临床菌株的抑菌作用。结果判
断,抑菌直径≥20mm为高度敏感,10~19mm为
中度敏感,<10mm为不敏感[4]。把中敏和高敏菌
株统计为抑菌菌株数,计算累计抑菌率=抑制菌株
数/总菌株数*100%[5]。
1.6 质粒消除试验 随机选取1株大肠杆菌临床
菌(E1),1株沙门菌临床菌(S1)及1株金黄色葡萄
球菌临床菌(SA1)为质粒消除对象。用LB肉汤将
蛇莓提取物稀释至亚抑菌浓度(0.5*MIC),接种细
菌(5×105 CFU/mL)后于37℃培养24h。吸取
100μL培养液接种至LB琼脂平板,37℃培养24h,
同时设SDS(100mg/L)和不含药LB肉汤为阳性和
阴性对照。待长出单个菌落后挑取1 000个菌落,
以影印培养法,将大肠杆菌和沙门菌依次转种于含
氨苄西林(100mg/L)、四环素(10mg/L)药物平
板;金黄色葡萄球菌转种于含氨苄西林(10mg/L)、
四环素(10mg/L)药物平板;以上菌株同时接种于
不含药LB琼脂平板,37℃培养24h观察耐药性消
除结果,并计算消除率=含药平板不长菌落数/不含
药平板上生长菌落数[6]。肉汤稀释法检测消除前后
细菌对阿莫西林等11种抗菌药物耐药表型的变化。
质粒提取试剂盒提取菌株质粒DNA,以观察消除前
后质粒带丢失情况。随机选取部分消除子,在普通
营养平板上传30代,每隔10代进行药敏检测,以观
察消除子药敏稳定性。
1.7 蛇莓水提物对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌生
物膜形成的影响 采用刚果红平板法筛选生物膜形
成阳性菌[7],其中10株金黄色葡萄球菌和8株大肠
杆菌临床菌。将筛选出菌株接种于TSA平板,37℃
培养24h后挑取单菌落于3mL TSB肉汤中,过夜
培养后做1∶50倍稀释,取100μL稀释菌液加到
96孔板中;TSB肉汤将蛇莓水提物稀释成不同浓
度,取100μL药物稀释液分别加入到含有100μL
菌液的96孔板中,每个浓度平行做4个重复,并设
不含药物肉汤为阴性对照,金黄色葡萄球菌和大肠
杆菌分别选取红霉素(erythromycin EM)[8],环丙
沙星(ciprofloxacin,CIP)[9]为阳性对照;平板密封
后37℃培养24h,弃去孔内未粘附浮游菌后,每孔
加入甲醇固定15min,用0.2%结晶紫染色5min
后,加入33%冰乙酸160μL,静置20min,酶标仪测
定各孔于波长570nm处吸光值,根据D570来衡量
菌膜形成量[10-11]。
1.8 数据统计及处理 采用SPSS 16.0统计软件
对试验结果进行分析处理,不同处理间平均值比较
用LSD和Duncan氏进行多重比较,结果以“平均值
±标准差”表示。
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2 结果
2.1 蛇莓水提物体外抑菌活性 蛇莓水提物对金
黄色葡萄球菌 ATCC25923、大肠杆菌 ATCC25922
和沙门菌 C79-13 的 MIC 分别为 1.56,25.00,
6.25g/L。牛津杯法检测结果显示,不同浓度蛇莓
水提物对临床菌株均有抑菌作用,累计抑菌率呈浓
度依赖性,当提取物质量浓度达125g/L及以上时
对本次检测菌株累计抑菌率高达100%(表1)。
表1 不同质量浓度蛇莓水提物对不同临床菌株累计抑菌率 %
菌 株
蛇莓水提物/(g·L-1)
500.0  250.0  125.0  62.5  31.3
Escherichia coli(n=30) 100  100  100  55  10
Salmonella(n=25) 100  100  100  80  80
Staphylococcus aureus(n=30) 100  100  100  100  100
2.2 质粒消除结果 3株临床菌株(E1,S1,SA1)
在蛇莓亚抑菌浓度下作用24h后获得不同类型消
除子,其中E1和S1获得TET或AMP单一耐药性
消除的消除子,SA1获得TET+AMP双重耐药性
消除的消除子(表2)。由表2可知,蛇莓处理后所
有菌株消除率均极显著高于阴性对照组(P<
0.01);与SDS组相比,蛇莓组E1、S1消除率与SDS
组有显著或极显著差异(P<0.05,P<0.01),而蛇
莓组SA1消除率与 SDS组无显著性差异(P>
0.05)。
表2 蛇莓水提物对不同临床菌株质粒消除效果
菌 株 药 物 菌落数 ρ/(g·L-1)
消除类型及菌落数
AMP  TET  AMP+TET
消除率/%
E.coli
E1
蛇莓 1 000  31.3  0  14  0  1.4b
SDS  1 000  0.1  5  23  0  2.8aA
阴性对照 1 000  0.0  0  0  0  0.0B
Salmonella
S1
蛇莓 1 000  7.8  19  32  0  5.1B
SDS  1 000  0.1  7  15  0  2.2A
阴性对照 1 000  0.0  0  0  0  0.0B
S.a u r e s
SA1
蛇莓 1 000  3.9  0  0  22  2.2a
SDS  1 000  0.1  0  0  12  1.2aA
阴性对照 1 000  0.0  0  0  0  0.0B
  注:相对于SDS组,同一列中右上角标有不同小写字母示差异显著(P<0.05);不同大写字母示差异极显著(P<0.01)
  菌株消除前后药敏结果显示,消除子恢复了对
部分抗菌药物的敏感性。其中大肠杆菌E1消除前
对所检测的11种药物均耐药,耐药谱为 AMP/
AMO/STR/GEN/TET/DOX/FLO/ERN/OFL/
SIA/SXT,经蛇莓水提物作用后的 TET型消除子
恢复了对四环素类敏感性,耐药谱为 AMP/AMO/
STR/GEN/FLO/ERN/OFL/SIA/SXT;S1 消除
前呈耐11种药物的多重耐药菌,消除后获得的
AMP型消除子对β-内酰胺类、氨基糖苷类药物及氯
霉素类药物的 MIC均出现降低,耐药谱为STR/
TET/DOX/ERN/OFL/SIA/SXT。S1消除后获得
的TET型消除子恢复了对四环素类敏感性,谱型为
AMP/AMO/STR/GEN/FLO/ERN/OFL/SIA/
SXT;SA1 消除前耐药谱为 AMP/AMO/STR/
GEN/TET/ERY/FLO/SIA/SXT,AMP+TET型
消除子耐药谱为STR/FLO/SIA/SXT。
消除前后菌株质粒提取电泳结果显示,E1含有
3条质粒带(2.3~21.0kb),消除子均丢失了2条质
粒带;S1含有3条质粒带(2.0~21.0kb),消除子丢
失了2条质粒带;SA1含有4条质粒带(1.5~21.0
kb),消除子丢失了3条质粒带。
在无抗菌药物选择性压力作用下,以上3种菌
的消除子经30次传代后,其 MIC无显著改变,表明
消除子对抗菌药物的敏感性能稳定存在。
2.3 蛇莓水提物对大肠杆菌及金黄色葡萄球菌生
物被膜形成的影响 由表3可见,2.00mg/L CIP
和蛇莓水提物不同质量浓度对8株大肠杆菌菌膜形
成量(D570)与阴性对照有极显著差异(P<0.01);蛇
莓水提物(25.00,50.00g/L)与CIP对菌膜形成量无
显著性差异(P>0.05),蛇莓水提物较高质量浓度(25.
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00,50.00g/L)与较低质量浓度(6.25,12.50g/L)对菌膜
形成量有显著或极显著差异(0.05<P<0.01或P<
0.01);蛇莓水提物对8株大肠杆菌菌膜形成量的抑
制作用呈浓度依赖关系。
8.00mg/L EM 和蛇莓各浓度对10株金黄色
葡萄球菌菌膜形成量与阴性对照有极显著差异
(P<0.01);EM和蛇莓水提物(0.78,1.56,3.13g/L)对
菌膜形成量无显著性差异(P>0.05);蛇莓水提物较
高质量浓度(0.78,1.56,3.13g/L)与质量浓度0.39g/
L对菌膜形成量有极显著或显著差异(0.05<P<0.
01或P<0.01);蛇莓水提物对10株金黄色葡萄球
菌菌膜形成量的抑制作用呈浓度依赖关系。
表3 蛇莓水提物对不同菌株生物膜形成量的影响
组 别 大肠杆菌菌膜形成量(n=8) 组 别 金黄色葡萄球菌菌膜形成量(n=10)
阴性对照 0.178±0.029B 阴性对照 0.332±0.136B
CIP 2.00mg/L  0.097±0.021aA  EM 8.00mg/L  0.096±0.039aA
蛇莓50.00g/L  0.086±0.011a 蛇莓3.13g/L  0.075±0.028a
蛇莓25.00g/L  0.099±0.014a 蛇莓1.56g/L  0.093±0.028a
蛇莓12.50g/L  0.118±0.011b 蛇莓0.78g/L  0.124±0.039a
蛇莓6.25g/L  0.135±0.012B 蛇莓0.39g/L  0.191±0.052B
  注:与CIP或EM相比,同一列中右上角标不同小写字母示差异显著(P<0.05);标有不同大写字母示差异极显著(P<0.01)
3 讨论
蛇莓为蔷薇科多年生草本植物,具有清热凉血、
消肿解毒功效,临床上主要用于治疗热病、惊痫、咽
喉肿痛、蛇虫咬伤等。近年来对蛇莓体外抗菌作用
研究发现,蛇莓水煎剂对7种常见致病菌有不同程
度抑制作用,金黄色葡萄球菌 MIC为1∶1 024,肺
炎球菌1∶64,痢疾杆菌1∶512,甲型副伤寒杆菌
1∶512,变形杆菌1∶1 024,枯草杆菌1∶32,绿脓
杆菌1∶512[12]。本研究显示,蛇莓水提物对金黄色
葡萄球菌、大肠杆菌和沙门菌标准菌MIC分别为1.56,
25.00和6.25g/L;蛇莓对不同临床菌株均有抗菌活
性,抗菌作用与浓度相关,当质量浓度达125g/L对
临床菌株累计抑菌率为100%。相对于大肠杆菌和
沙门菌,蛇莓对金黄色葡萄球菌抗菌活性更强。
质粒是染色体外能够进行自主复制的遗传单
位,可通过接合、转化及转导等在不同菌株间转移。
质粒编码所产生的细菌耐药性和毒力等问题,给临
床感染治疗带来很大困难[2]。消除耐药质粒,使耐
药菌恢复敏感性,对临床上治疗由耐药菌导致的感
染和阻断耐药性传播有重要意义。本研究表明不同
临床菌株在蛇莓水提物亚抑菌浓度作用24h后,质
粒消除率为1.4%~5.1%,极显著高于阴性对照;蛇
莓对不同菌株质粒消除效果不同,其中对大肠杆菌
消除(消除率1.4%)作用不及SDS组(2.8%),对沙
门菌(5.1%)和金黄色葡萄球菌(2.2%)质粒消除效
果优于或与SDS效果相当,这可能是不同耐药菌
株,耐药机制不相同,所以菌株质粒消除效果呈较大
差异。从耐药表型变化来看,经蛇莓水提物作用后
消除子恢复了对部分抗菌药物的敏感性,尤其对β-
内酰胺类和四环素类的敏感性,这与其有关报道各
种耐药质粒中以阿莫西林或四环素耐药质粒最易消
除结果一致[13]。从质粒丢失情况来看,不同消除子
均丢失2~3条质粒带,说明消除子耐药性的丢失是
由于编码此种耐药性的质粒经蛇莓水提物作用而获
得。
细菌生物膜是附着于有生命或无生命物体表面
被细菌胞外大分子包裹的有组织细菌群体。能形成
生物膜的菌株对宿主免疫及抗生素有很强抵抗力,
从而导致严重临床问题,尤其是慢性和难治的慢性
感染[1]。从天然产物中寻找抑制细菌生物膜的研究
已受到重视[14-16]。本研究采用水煎法提取蛇莓有效
成分,结果显示蛇莓水提物不同浓度对检测的8株
大肠杆菌和10株金黄色葡萄球菌生物膜形成有抑
制作用,且存在浓度依赖关系。水提物质量浓度为
25,50g/L 对大肠杆菌菌膜形成的影响与 CIP
(2mg/L)相当;水提物质量浓度为0.78,1.56,
3.13g/L对金黄色葡萄球菌菌膜形成的影响与EM
(8mg/L)相当。
以上可见,蛇莓水提物对兽医临床常见病原菌
有体外抗菌活性、质粒消除作用以及对菌膜形成有
抑制作用,但蛇莓哪种有效成分在起作用,以及作用
机制有待进一步研究。
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