Exploring antimicrobial peptides against major pathogenic bacteria: novel combinations and strategies

Abstract

Considering the global emergence of antimicrobial-resistant microorganisms, antimicrobial research has been working hard on more effective therapeutics and the development of new antibacterial agents. Alternative agents, such as antimicrobial peptides (AMPs), as well as the use of antimicrobial agents in combination are promising options and have been explored to treat the pathogens as they could allow the reduction of the use of antibiotics in medical procedures and also help in the prevention or slow the emergence of bacteria resistant to antibiotics. Following these lines of study, this work evaluates the antimicrobial activity of AMP-antibiotic combinations against two major bacteria: Pseudomonas aeruginosa and Staphylococcus aureus. Firstly, the susceptibility of P. aeruginosa and S. aureus was tested in planktonic cultures against single AMPs, including a linear analogue of tachyplesin I (TP-I-L), magainin II, LL-37 and PALM, and some antibiotics, such as gentamicin, amikacin, levofloxacin, tobramycin and ciprofloxacin. Overall, TP-I-L was the peptide that obtained the best results by showing the best bactericidal and bacteriostatic effects against all the strains. On the other hand, both ciprofloxacin and levofloxacin showed potent antimicrobial activities against the tested strains, revealing a stronger antimicrobial activity against S. aureus. Combined AMPs and antibiotics were also tested in planktonic cultures. In general, the most positive outcomes obtained against most of the strains were demonstrated when combining levofloxacin with TP-I-L. The combination of 8 μg/mL LEV with 8 μg/mL TP-I-L was the one revealing both bacteriostatic and bactericidal activity against P. aeruginosa CI. To evaluate biofilm susceptibility, a therapeutic approach was used in order to study the ability of TP-I-L combined with levofloxacin to eradicate pre-established biofilms of P. aeruginosa and S. aureus. Both in the statistical analysis and the biological significance analysis of the activity of the combined agents on grown biofilms, synergic outcomes were verified, mainly for S. aureus. In conclusion, the real effectiveness of the combinations may be closer to the outcomes obtained in the biological significance approach, although it is still likely that the real effectiveness may be between the results obtained in both methodologies. In general, the combinations revealed to be effective against both bacteria, mainly S. aureus.

Tendo em conta o surgimento global de microrganismos resistentes a antimicrobianos, estudos têm-se direcionado para o desenvolvimento de terapias mais eficazes e novos agentes antibacterianos. Agentes alternativos, tais como os péptidos antimicrobianos (AMPs), assim como o uso de combinações de agentes antimicrobianos são opções promissoras e têm sido exploradas para tratar patogénicos dado que podem permitir uma redução no uso de antibióticos em procedimentos médicos e ainda auxiliar na prevenção ou atrasar o aparecimento de bactérias resistentes aos antibióticos. Seguindo estas linhas de estudo, este projeto estuda a atividade antimicrobiana de combinações AMPantibiótico contra duas principais bactérias: Pseudomonas aeruginosa e Staphylococcus aureus. Inicialmente, a suscetibilidade de P. aeruginosa e S. aureus foi testada em culturas planctónicas contra AMPs incluindo tachiplesina I na forma linear (TP-I-L), magainina II, LL-37 e PALM, e alguns antibióticos, tais como gentamicina, amicacina, levofloxacina, tobramicina e ciprofloxacina. Globalmente, TP-I-L foi o péptido que obteve os melhores resultados apresentando os melhores efeitos bactericida e bacteriostático contra todas as estirpes. Por outro lado, tanto ciprofloxacina como levofloxacina mostraram fortes atividades antimicrobianas contra as estirpes testadas, revelando uma atividade antimicrobiana mais forte contra S. aureus. AMPs e antibióticos combinados também foram testados em culturas planctónicas. No geral, os resultados mais positivos obtidos contra a maioria das estirpes foram demonstrados quando se combinou levofloxacina com TP-I-L. A combinação de 8 μg/mL LEV com 8 μg/mL TP-I-L foi a única que revelou tanto atividade bacteriostática como bactericida contra P. aeruginosa CI. Para avaliar a suscetibilidade em biofilme, foi utilizada uma abordagem terapêutica de forma a estudar a capacidade de TP-I-L combinado com levofloxacina para erradicar biofilmes pré-estabelecidos de P. aeruginosa e S. aureus. Tanto na análise estatística como na análise de significância biológica da ação dos agentes combinados em biofilmes crescidos foram verificados resultados sinérgicos, principalmente em S. aureus. Concluindo, a eficácia real das combinações encontra-se mais próxima dos resultados obtidos na análise da significância biológica, embora seja ainda possível que a verdadeira eficácia possa estar entre os resultados obtidos em ambas as metodologias. No geral, as combinações demonstraram ser eficazes contra as duas bactérias, principalmente S. aureus.