Screening for antimicrobials against Staphylococcus aureus and Pseudomonas aeruginosa in fermented fruit and vegetables

Abstract

Antibiotics have since the first discovery been the ultimate weapon against pathogenic bacteria. Even though antibiotic resistance is an old phenomenon the emergence of widespread resistance has become a big problem in modern medicine. One possible solution to this problem is a group of antimicrobial peptides, called bacteriocins. These peptides have different modes of action than traditional antibiotics, thus they can be used to kill antibiotic resistant pathogens. It is therefore believed that bacteriocins will be an important part of the pharmaceutical industry, and they are in fact already important in food preservation.

The main aim of this study was to search for bacteria producing bacteriocins/antimicrobials capable of inhibiting Staphylococcus aureus and/or Pseudomonas aeruginosa in fermented fruit and vegetable samples. This was done using a dilution-based screening method where bacterial colonies showing inhibition of the indicator bacterium was chosen for characterization; spot-on-lawn inhibition assay, fingerprinting (rep-PCR and pulsed field gel electrophoresis (PFGE)), sequencing and fermentation profiling. From screening a total of 44 isolates inhibiting S. aureus and 32 isolates inhibiting P. aeruginosa were obtained. All bacteria from the S. aureus screening showed to be producers of the bacteriocin nisin Z, with some differences in genetic- and fermentation profile between the producers. The bacteria found from screening against P. aeruginosa showed different inhibition on MRS and BHI agar, in addition to having a quorum sensing like pattern of inhibition. Further studies have to be done in order to characterize these isolates.

Antibiotika har siden det ble oppdaget vært et av hovedvirkemidlene mot patogene bakterier. Selv om antibiotikaresistens er et gammelt fenomen har det, etter at antibiotika ble tatt i bruk i stor skala, utviklet seg stadig mer resistens hos bakteriene, noe som er et stort problem innen moderne medisin. En mulig løsning på dette problemet er en gruppe antimikrobielle peptider kalt bakteriosiner. Disse peptidene har andre virkningsmekanismer enn tradisjonell antibiotika, noe som gjør det mulig å bruke dem til å drepe antibiotikaresistente patogener. Det er derfor mulig at bakteriosiner vil bli en viktig del av legemiddelindustrien, og de er allerede en viktig del av preservering av mat og fôr.

Hovedmålet med denne oppgaven var å lete etter bakterier med produksjon av bakteriosiner/antimikrobielle stoffer som hemmet indikatorene Staphylococcus aureus og/eller Pseudomonas aeruginosa i prøver fra fermentert frukt og grønnsaker. Dette ble gjort ved å bruke en fortynnings-basert fremgangsmåte der bakteriekolonier med hemming av indikatorene ble plukket og videre karakterisert ved bruk av «spot-on-lawn» analyse, fingerprinting (rep-PCR og pulsfelt gelelektroforese (PFGE)), sekvensering og fermenteringsprofilering. Fra screening ble det funnet 44 isolater som hemmet S. aureus og 32 isolater som hemmet P. aeruginosa. Alle bakteriene funnet i screening mot S. aureus viste seg å være produsenter av bakteriosinet nisin Z, med noe variasjon i genetisk- og fermenterings-profil hos produsentene. Bakteriene funnet mot P. aeruginosa viste ulik hemming på MRS og BHI medium, samt et «quorum sensing»-liknende inhibisjonsmønster. Videre undersøkelser er nødvendig for karakterisering av disse isolatene.