Doty, Heather A.;Courtney, Harry S.;Jennings, Jessica A.;Haggard, Warren O.;Bumgardner, Joel D.
Biomaterials and Biomechanics in Bioengineering
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v.2
no.3
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pp.159-172
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2015
Treatment of polymicrobial infected musculoskeletal defects continues to be a challenge in orthopaedics. This research investigated single and dual-delivery of two antibiotics, vancomycin and amikacin, targeting different classes of microorganism from a biodegradable calcium sulfate-chitosan-nHA microsphere composite scaffold. The addition of chitosan-nHA was included to provide additional structure for cellular attachment and as a secondary drug-loading device. All scaffolds exhibited an initial burst of antibiotics, but groups containing chitosan reduced the burst for amikacin at 1hr by 50%, and vancomycin by 14-25% over the first 2 days. Extended elution was present in groups containing chitosan; amikacin was above MIC ($2-4{\mu}g/mL$, Pseudomonas aeruginosa) for 7-42 days and vancomycin was above MIC ($0.5-1{\mu}g/mL$ Staphylococcus aureus) for 42 days. The antibiotic activity of the eluates was tested against S. aureus and P. aeruginosa. The elution from the dual-loaded scaffold was most effective against S. aureus (bacteriostatic 34 days and bactericidal 27 days), compared to vancomycin-loaded scaffolds (bacteriostatic and bactericidal 14 days). The dual- and amikacin-loaded scaffolds were effective against P. aeruginosa, but eluates exhibited very short antibacterial properties; only 24 hours bacteriostatic and 1-5 hours bactericidal activity. For all groups, vancomycin recovery was near 100% whereas the amikacin recovery was 41%. In conclusion, in the presence of chitosan-nHA microspheres, the dual-antibiotic loaded scaffold was able to sustain an extended vancomycin elution longer than individually loaded scaffolds. The composite scaffold shows promise as a dual-drug delivery system for infected orthopaedic wounds and overcomes some deficits of other dual-delivery systems by extending the antibiotic release.
Bacteriocin is a proteinaceous compound produced by microorganisms showing antimicrobial activities. In this study, the physicochemical properties of the bacteriocin produced by Enterococcus faecium CJNU 2008 strain were characterized. Partially purified bacteriocin showed stabilities against heat treatments at $100^{\circ}C$ for 30 min and $121^{\circ}C$ for 15 min and against solvents treatments such as methanol, ethanol, acetone, acetonitrile and chloroform. The bacteriocin also exhibited stabilities against lipase and ${\alpha}-amylase$ treatments but the stability was abolished at protease treatment, indicating that the antimicrobial agent from E. faecium CJNU 2008 was a proteinaceous bacteriocin. The bacteriocin also showed bactericidal mode of action against Listeria monocytogenes. The molecular mass of the bacteriocin was estimated to be under 6.5 kDa by a tricine-SDS-PAGE analysis. The bacteriocin was purified by HPLC. Further studies toward biochemical analysis of the bacteriocin are needed in near future.
Hong, Yeojin;Truong, Anh Duc;Lee, Janggeun;Lee, Kyungbaek;Kim, Geun-Bae;Heo, Kang-Nyeong;Lillehoj, Hyun S.;Hong, Yeong Ho
Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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v.32
no.7
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pp.1052-1061
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2019
Objective: This study was conducted to identify duck liver-expressed antimicrobial peptide 2 (LEAP-2) and demonstrate its antimicrobial activity against various pathogens. Methods: Tissue samples were collected from 6 to 8-week-old Pekin ducks (Anas platyrhynchos domesticus), total RNA was extracted, and cDNA was synthesized. To confirm the duck LEAP-2 transcript expression levels, quantitative real-time polymerase chain reaction was conducted. Two kinds of peptides (a linear peptide and a disulfide-type peptide) were synthesized to compare the antimicrobial activity. Then, antimicrobial activity assay and fluorescence microscopic analysis were conducted to demonstrate duck LEAP-2 bactericidal activity. Results: The duck LEAP-2 peptide sequence showed high identity with those of other avian species (>85%), as well as more than 55% of identity with mammalian sequences. LEAP-2 mRNA was highly expressed in the liver with duodenum next, and then followed by lung, spleen, bursa and jejunum and was the lowest in the muscle. Both of LEAP-2 peptides efficiently killed bacteria, although the disulfide-type LEAP-2 showed more powerful bactericidal activity. Also, gram-positive bacteria was more susceptible to duck LEAP-2 than gram-negative bacteria. Using microscopy, we confirmed that LEAP-2 peptides could kill bacteria by disrupting the bacterial cell envelope. Conclusion: Duck LEAP-2 showed its antimicrobial activity against both gram-positive and gram-negative bacteria. Disulfide bonds were important for the powerful killing effect by disrupting the bacterial cell envelope. Therefore, duck LEAP-2 can be used for effective antibiotics alternatives.
Park, Seul-Ki;Lee, Da-eun;Jo, Du-Min;Song, Mi-Ru;Kim, Young-Mog
Microbiology and Biotechnology Letters
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v.50
no.1
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pp.95-101
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2022
Due to the pandemic caused by COVID-19, the demand for face masks is soaring and has often caused a shortage. The aim of this study was to evaluate the effect of ultraviolet (UV) and drying treatments on microbial contaminants in facial masks. To conduct this study, standard procedures were designed to develop samples contaminated by the control bacteria Escherichia coli, Staphylococcus aureus, and Pseudomonas aeruginosa. The contamination level of the standard samples was approximately 6.30 × 106 CFU/ml, and the UV light treatment was performed 1, 3, 5, and 7 times. To evaluate the effect of the UV and drying treatments, the masks were first treated with UV 1, 2, and 3 times, followed by the drying process. As a result, the mask contaminated with E. coli and P. aeruginosa showed a bacterial rate of approximately 99.9% after 1 UV irradiation, and in the case of the S. aureus-contaminated mask, it exhibited a bactericidal rate of approximately 99.9% after 7 UV irradiations. However, when the drying process was included after UV irradiation, all the samples contaminated with E. coli, S. aureus, and P. aeruginosa showed a bactericidal rate of 99.9% or more. The results of this study suggest that UV and drying treatments can effectively reduce the bacterial contaminants in facial masks. In addition, these results provide fundamental data and appropriate sterilization methods for reusing masks.
The Burkholderia cepacia complex (Bcc) consists of opportunistic pathogens known to cause pneumonia in immunocompromised individuals, especially those with cystic fibrosis. Treating Bcc pneumonia is challenging due to the pathogens' high multidrug resistance. Therefore, inhalation therapy with tobramycin powder, which can achieve high antibiotic concentrations in the lungs, is a promising treatment option. In this study, we investigated potential mechanisms that could compromise the effectiveness of tobramycin therapy. By selecting for B. cenocepacia survivors against tobramycin, we identified three spontaneous mutations that disrupt a gene encoding a key enzyme in the biosynthesis of cobalamin (Vitamin B12). This disruption may affect the production of succinyl-CoA by methylmalonyl-CoA mutase, which requires adenosylcobalamin as a cofactor. The depletion of cellular succinyl-CoA may impact the tricarboxylic acid (TCA) cycle, which becomes metabolically overloaded upon exposure to tobramycin. Consequently, the mutants exhibited significantly reduced reactive oxygen species (ROS) production. Both the wild-type and mutants showed tolerance to tobramycin and various other bactericidal antibiotics under microaerobic conditions. This suggests that compromised ROS-mediated killing, due to the impacted TCA cycle, underlies the mutants' tolerance to bactericidal antibiotics. The importance of ROS-mediated killing and the potential emergence of mutants that evade it through the depletion of cobalamin (Vitamin B12) provide valuable insights for developing strategies to enhance antibiotic treatments of Bcc pneumonia.
The bactericidal effects of strongly acidic hypochlorous acid water (StAHA) and slightly acidic hypochlorous acid water (SlAHA) against Vibrio parahaemolyticus contaminated on surface of raw fish and shellfish were examined. V. parahaemolyticus contaminated with about 7.0 log CFU/g on the meat chunk of olive flounder (Paralichthys olivaceus), and yellow tail (Seriola quinqueradiata), and 4.0 log CFU/g on the shucked scallop (Patinopecten yessoensis) were not detected after washing with StAHA and SlAHA at a ratio of 30:1 on a sample weight basis. However, 1.0 log CFU/g of V. parahaemolyticus was survived on shucked oyster (Crassostrea gigas) under same treatment conditions. The bactericidal effects of acidic hypochlorous acid water against V. parahaemolyticus contaminated on surface of shucked oyster were not as effective as those against V. parahaemolyticus contaminated on surface of meat chunk of olive flounder, yellow tail, and shucked scallop. Such differences can be attributed to the complicated surface conformation of oyster.
CT(Sodium N-chloro-para toluenesulfonamide, Chloramine-T) known to be a strong oxidative agent was investigated to use as a candidate of disinfectant in the marine aquaculture industry by the analysis of the bactericidal activity against different aquatic microorganisms. One hundred percent mortality appeared at and above 16 ppm CT in sea water in flounder, the predominant species in the marine aquaculture of Korea, when exposed for 48hr. However, bactericidal activity was appeared to be very effective, and all different species of the fish pathogenic bacteria exposed to CT of less than 2 ppm in sea water were dead within 15 min. It allowed us to confirm that CT could be a very effective disinfectant to protect the spread of fish pathogenic bacteria derived from diseased fish or sea water in marine aquaculture. High concentration(10 ppm) with longer exposing time(24 hrs) was required for the algicidal activity of CT, at which concentration might induce the acute toxicity against fish, however, restricted the expanded use of CT for the elimination of zooplanktons at phytoplanktons in marine farms. Moreover the bactericidal activity of CT inhibited almost completely in the present of more than 10 ppm of organic materials pointed out that quality of the culturing sea water should be considered carefully for the application CT to the aquatic farms as a therapeutic agent.
$Salmonella$ spp. and $Brucella$ spp. have caused a considerable disease of farmed animals and economic loss in animal farming and food industry. In this study, the disinfection efficacy of Vital-$Oxidel^{(R)}$, a commercial disinfectant, composed to chlorine dioxide, betaine hydrochloride, and propylene glycol was evaluated against $S.$$typhimurium$ and $Brucella$$ovis$. A bactericidal efficacy test by broth dilution method was used to determine the lowest effective dilution of the disinfectant following exposure to test bacteria for 30 min at $4^{\circ}C$. Vital-$Oixdel^{(R)}$ and test bacteria were diluted with distilled water (DW), hard water (HW) or organic matter suspension (OM) according to treatment condition. On OM condition, the bactericidal activity of Vital-$Oixdel^{(R)}$ against S. typhimurium and Brucella ovis was lowered compared to that on HW condition. As Vital-$Oxidel^{(R)}$ possesses bactericidal efficacy against animal pathogenic bacteria such as $S.$$typhimurium$ and $Brucella$$ovis$, this disinfectant solution can be used to control the spread of bacterial diseases.
Bacterial suspension test was used to establish Standardization Test Method to investigate bactericidal activity of disinfectant/sanitizer product. Using acceptable verification methodology, test substance showing 5 log or higher reduction in viable count against Escherichia coli ATCC 10536 and Staphylococcus aureus ATCC 6538, representing Gram-negative and -positive bacteria, respectively, under test conditions for $5\;min{\pm}10\;sec\;at\;20{\pm}1^{\circ}C$ was considered to have sanitizing capability. All disinfectant/sanitizer products tested under manufacturer's recommended in-use condition gave good reduction values against major food-poisoning bacteria. This standardized method was valuable for evaluating efficacy of disinfectants/sanitizers and could be used as Standardization Test Method for assessing bactericidal activity
Background: Our previously prepared ceftiofur (CEF) hydrochloride oily suspension shows potential wide applications for controlling swine Streptococcus suis infections, while the irrational dose has not been formulated. Objectives: The rational dose regimens of CEF oily suspension against S. suis were systematically studied using a pharmacokinetic-pharmacodynamic model method. Methods: The healthy and infected pigs were intramuscularly administered CEF hydrochloride oily suspension at a single dose of 5 mg/kg, and then the plasma and pulmonary epithelial lining fluid (PELF) were collected at different times. The minimum inhibitory concentration (MIC), minimal bactericidal concentration, mutant prevention concentration (MPC), post-antibiotic effect (PAE), and time-killing curves were determined. Subsequently, the area under the curve by the MIC (AUC0-24h/MIC) values of desfuroylceftiofur (DFC) in the PELF was obtained by integrating in vivo pharmacokinetic data of the infected pigs and ex vivo pharmacodynamic data using the sigmoid Emax (Hill) equation. The dose was calculated based on the AUC0-24h/MIC values for bacteriostatic action, bactericidal action, and bacterial elimination. Results: The peak concentration, the area under the concentration-time curve, and the time to peak for PELF's DFC were 24.76 ± 0.92 ㎍/mL, 811.99 ± 54.70 ㎍·h/mL, and 8.00 h in healthy pigs, and 33.04 ± 0.99 ㎍/mL, 735.85 ± 26.20 ㎍·h/mL, and 8.00 h in infected pigs, respectively. The MIC of PELF's DFC against S. suis strain was 0.25 ㎍/mL. There was strong concentration-dependent activity as determined by MPC, PAE, and the time-killing curves. The AUC0-24h/MIC values of PELF's DFC for bacteriostatic activity, bactericidal activity, and virtual eradication of bacteria were 6.54 h, 9.69 h, and 11.49 h, respectively. Thus, a dosage regimen of 1.94 mg/kg every 72 h could be sufficient to reach bactericidal activity. Conclusions: A rational dosage regimen was recommended, and it could assist in increasing the treatment effectiveness of CEF hydrochloride oily suspension against S. Suis infections.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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