Paediatric Surgery (Ukraine).2023.3(80):8-20; doi: 10.15574/PS.2023.80.8
Назарчук О. ¹, Дениско Т.¹, Дмитрієв Д.¹, Чорнопищук Н.¹, Грузевський О.², Буркот В.¹, Назарчук Г.¹, Ксенчина К.^1
1Вінницький національний медичний університет імені М.І. Пирогова, Україна
²Одеський національний медичний університет, Україна

Для цитування: Nazarchuk O, Denysko T, Dmytriiev D, Chornopyshchuk N, Hruzevskyi O, Burkot V et al. (2023). In vitro evaluation of antimicrobial and anti-biofilm properties of antiseptics against multidrug resistant clinical Escherichia coli strains, isolated from combat wounds. Paediatric Surgery (Ukraine). 3(80): 8-20; doi: 10.15574/PS.2023.80.8.
Стаття надійшла до редакції 17.06.2023 р., прийнята до друку 10.09.2023 р.

Необхідність розроблення нових підходів і стратегій лікування інфекцій, пов’язаних із полірезистентною E. coli, стає все більш суттєвою.
Мета – дослідити та порівняти рівень антимікробної та антибіоплівкової активності антисептичних препаратів щодо клінічних ізолятів E. coli з множинною лікарською стійкістю (МЛС).
Матеріали та методи. In vitro ефективність сучасних антисептиків – октенідину 0,1% (OCT), полігексаніду 0,1% (PHMB), хлоргексидину 0,5% (CHG), мірамістину 0,01% (MRM), декаметоксину 0,1% і 0,02% (DCM), повідон-йоду 10% (PVP-I) – тестували проти 46 клінічних МЛС штамів E. coli. МІК, МБцК визначали стандартними методами, значення яких інтерпретували у вигляді бактеріостатичного і бактерицидного індексу активності антисептика (БС ІАА та БЦ ІАА). Вплив антисептиків на незрілу біоплівку моделювали за допомогою тесту Крістенсена.
Результати. Значення МІК і МБцК були найнижчими для DCM і OCT. Найвищі значення індексу антисептичної активності (ІАА>4) визначено для антисептиків PHMB 0,1%, OCT 0,1% та DCM 0,1%. Виявлено, що доцільність використання MRM у концентрації 0,01% є сумнівною, оскільки БС ІАА перевищує порогове значення, а БЦ ІАА – ні. Ефективність PVP-I 1% проти МЛС E. coli визнано недостатньою. Суббактеріостатичні концентрації DCM, CHG і PHMB надійно пригнічували утворення біоплівок E. coli протягом 24 год. MRM і PVP-I у суббактеріостатичних концентраціях стимулювали утворення біоплівки.
Висновки. Виходячи з аналізу всіх проведених досліджень, 0,1% і 0,02% DCM, 0,05% CHG, 0,1% OCT, 0,1% PHMB, 10% і 2% PVP-I є найактивнішими проти клінічних штамів E. coli з МЛС.
Дослідження виконано відповідно до принципів Гельсінської декларації. Протокол дослідження ухвалено Локальним етичним комітетом зазначеної в роботі установи. На проведення досліджень отримано інформовану згоду пацієнтів.
Автори заявляють про відсутність конфлікту інтересів.
Ключові слова: E. coli, антисептики, біоплівки, інфекція, бойові поранення, чутливість до антисептиків, антибіоплівкоутворююча активність.

ЛІТЕРАТУРА

1. Alvarez-Marin R, Aires-de-Sousa M, Nordmann P, Kieffer N, Poirel L. (2017). Antimicrobial activity of octenidine against multidrug-resistant Gram-negative pathogens. European journal of clinical microbiology & infectious diseases: official publication of the European Society of Clinical Microbiology. 36 (12): 2379-2383. https://doi.org/10.1007/s10096-017-3070-0; PMid:28825186

2. Alves PJ, Barreto RT, Barrois BM, Gryson LG, Meaume S, Monstrey SJ. (2021). Update on the role of antiseptics in the management of chronic wounds with critical colonisation and/or biofilm. International wound journal. 18 (3): 342-358. https://doi.org/10.1111/iwj.13537; PMid:33314723 PMCid:PMC8244012

3. Andreeva SV, Bakhareva LI, Nokhrin DYu, Titova MV, Khaidarshina NE, Burmistrova AL. (2018). Susceptibility to antiseptic preparations in biofilm-forming Staphylococcus aureus and Pseudomonas aeruginosa isolated from burn wounds. Clinical Microbiology and Antimicrobial Chemotherapy. 20 (3): 249-256. https://doi.org/10.36488/cmac.2018.3.249-256

4. Assadian O. (2016). Octenidine dihydrochloride: chemical characteristics and antimicrobial properties. J. Wound Care. 25; 3: S3-S6. https://doi.org/10.12968/jowc.2016.25.Sup3.S3; PMid:26949863

5. Atkin L, Bućko Z, Conde Montero E, Cutting K, Moffatt C, Probst A et al. (2019). Implementing TIMERS: the race against hard-to-heal wounds. Journal of wound care. 23 (3a): S1-S50. https://doi.org/10.12968/jowc.2019.28.Sup3a.S1; PMid:30835604

6. Barreto R, Barrois B, Lambert J, Malhotra-Kumar S, Santos-Fernandes V, Monstrey S. (2020). Addressing the challenges in antisepsis: focus on povidone iodine. International journal of antimicrobial agents. 56 (3): 106064. https://doi.org/10.1016/j.ijantimicag.2020.106064; PMid:32599228

7. Bock LJ, Wand ME, Sutton JM. (2016). Varying activity of chlorhexidine-based disinfectants against Klebsiella pneumoniae clinical isolates and adapted strains. The Journal of hospital infection. 93 (1): 42-48. https://doi.org/10.1016/j.jhin.2015.12.019; PMid:26899354

8. Braz VS, Melchior K, Moreira CG. (2020). Escherichia coli as a Multifaceted Pathogenic and Versatile Bacterium. Frontiers in cellular and infection microbiology. 10: 548492. https://doi.org/10.3389/fcimb.2020.548492; PMid:33409157 PMCid:PMC7779793

9. Christensen GD, Simpson WA, Younger JJ et al. (1985). Adherence of coagulase-negative staphylococci to plastic tissue culture plates: a quantitative model for the adherence of staphylococci to medical devices. Journal of Clinical Microbiology. 22; 6: 996-1006. https://doi.org/10.1128/jcm.22.6.996-1006.1985; PMid:3905855 PMCid:PMC271866

10. Clinical and Laboratory Standards Institute (CLSI). (2014). Performance standards for antimicrobial susceptibility testing; twenty forth informational supplement M100-S24. Wayne, PA, USA. 34: 1.

11. Denysko TV, Nazarchuk OA, Gruzevskyi O, Bahniuk NÀ, Dmytriiev DV, Chornopyschuk RM, Bebyk VV. (2022). In vitro evaluation of the antimicrobial activity of antiseptics against clinical Acinetobacter baumannii strains isolated from combat wounds. Front. Microbiol. 13: 932467. https://doi.org/10.3389/fmicb.2022.932467; PMid:36267170 PMCid:PMC9577188

12. Di Domenico EG, Farulla I, Prignano G et al. (2017). Biofilm is a Major Virulence Determinant in Bacterial Colonization of Chronic Skin Ulcers Independently from the Multidrug Resistant Phenotype. Int J Mol Sci. 18 (5): 1077. Published 2017 May 17. https://doi.org/10.3390/ijms18051077; PMid:28513576 PMCid:PMC5454986

13. Diriba K, Kassa T, Alemu Y, Bekele S. (2020, Mar 18). In Vitro Biofilm Formation and Antibiotic Susceptibility Patterns of Bacteria from Suspected External Eye Infected Patients Attending Ophthalmology Clinic, Southwest Ethiopia. Int J Microbiol: 8472395. https://doi.org/10.1155/2020/8472395; PMid:32318110 PMCid:PMC7155758

14. Dydak K, Junka A, Dydak A, Brożyna M, Paleczny J, Fijalkowski K et al. (2021). In Vitro Efficacy of Bacterial Cellulose Dressings Chemisorbed with Antiseptics against Biofilm Formed by Pathogens Isolated from Chronic Wounds. International journal of molecular sciences. 22 (8): 3996. https://doi.org/10.3390/ijms22083996; PMid:33924416 PMCid:PMC8069587

15. European committee on antimicrobial susceptibility testing (EUCAST). (2015). EUCAST disk diffusion test methodology. URL: https://www.eucast.org/ast_of_bacteria/disk_diffusion_methodology/. updated 26 January. Accessed 12 Aug 2015.

16. Gregorchuk B, Reimer SL, Slipski CJ, Milner KA, Hiebert SL, Beniac DR et al. (2022). Applying fluorescent dye assays to discriminate Escherichia coli chlorhexidine resistance phenotypes from porin and mlaA deletions and efflux pumps. Scientific reports. 12 (1): 12149. https://doi.org/10.1038/s41598-022-15775-6; PMid:35840757 PMCid:PMC9287405

17. Günther F, Blessing B, Dapunt U, Mischnik A, Mutters NT. (2021). Ability of chlorhexidine, octenidine, polyhexanide and chloroxylenol to inhibit metabolism of biofilm-forming clinical multidrug-resistant organisms. Journal of infection prevention. 22 (1): 12-18. https://doi.org/10.1177/1757177420963829; PMid:33841557 PMCid:PMC7841706

18. Hall CW, Mah TF. (2017, May 1). Molecular mechanisms of biofilm-based antibiotic resistance and tolerance in pathogenic bacteria. FEMS Microbiol Rev. 41 (3): 276-301. https://doi.org/10.1093/femsre/fux010; PMid:28369412

19. Hardy K et al. (2018). Increased Usage of antiseptics is associated with reduced susceptibility in clinical isolates of Staphylococcus aureus. MBio. 9: pii: e00894-18. https://doi.org/10.1128/mBio.00894-18; PMid:29844113 PMCid:PMC5974466

20. Kampf G (ed.). (2018). Chlorhexidine digluconate. In: Antiseptic Stewardship: Biocide Resistance and Clinical Implications. Springer International Publishing: 429-534. https://doi.org/10.1007/978-3-319-98785-9_13

21. Kane SP. (2023). ClinCalc.com: Chlorhexidine drug usage statistics, United States, 2008-2009. ClinCalc.com: 1.

22. Katouli M. (2010). Population structure of gut Escherichia coli and its role in development of extra-intestinal infections. Iranian journal of microbiology. 2 (2): 59-72.

23. Khan HA, Baig FK, Mehboob R. (2017). Nosocomial infections: Epidemiology, prevention, control and surveillance. Asian Pac. J. Trop. Biomed. 7 (5): 478-482. https://doi.org/10.1016/j.apjtb.2017.01.019

24. Kovalchuk VP, Nazarchuk OA, Burkot VM, Fomina NS, Prokopchuk ZM, Dobrovanov O. (2021). Biofilm forming activity of non-fermenting gram-negative bacteria. Wiadomosci lekarskie (Warsaw, Poland : 1960). 74 (2): 252-256. https://doi.org/10.36740/WLek202102114; PMid:33813481

25. Kramer A, Dissemond J, Kim S, Willy C, Mayer D, Papke R et al. (2018). Consensus on Wound Antisepsis: Update 2018. Skin pharmacology and physiology. 31 (1): 28-58. https://doi.org/10.1159/000481545; PMid:29262416

26. Красильников АП. (1995). Справочник по антисептике. Минск: Вышэйшая школа: 368.

27. Krasowski G, Junka A, Paleczny J, Czajkowska J, Makomaska-Szaroszyk E, Chodaczek G et al. (2021). In Vitro Evaluation of Polihexanide, Octenidine and NaClO/HClO-Based Antiseptics against Biofilm Formed by Wound Pathogens. Membranes. 11 (1): 62. https://doi.org/10.3390/membranes11010062; PMid:33477349 PMCid:PMC7830887

28. Leimbach A, Hacker J, Dobrindt U. (2013). E. coli as an all-rounder: the thin line between commensalism and pathogenicity. Current topics in microbiology and immunology. 358: 3-32. https://doi.org/10.1007/82_2012_303; PMid:23340801

29. Ljungquist O, Nazarchuk O, Kahlmeter G, Andrews V, Koithan T, Wasserstrom L et al. (2023). Highly multidrug-resistant Gram-negative bacterial infections in war victims in Ukraine, 2022. The Lancet. Infectious diseases: 23. https://doi.org/10.1016/S1473-3099(23)00291-8; PMid:37236220

30. Loose M, Naber KG, Purcell L, Wirth MP, Wagenlehner F. (2021). Anti-Biofilm Effect of Octenidine and Polyhexanide on Uropathogenic Biofilm-Producing Bacteria. Urologia internationalis. 105 (3-4): 278-284. https://doi.org/10.1159/000512370; PMid:33401282 PMCid:PMC8006580

31. López-Rojas R et al. (2017). In vitro activity of a polyhexanide-betaine solution against high-risk clones of multidrug-resistant nosocomial pathogens. Enfermedades infecciosas y microbiologia clinica. 35; 1: 12-19. https://doi.org/10.1016/j.eimc.2016.02.008; PMid:27004429

32. Mahoney AR, Safaee MM, Wuest WM, Furst AL. (2021). The silent pandemic: Emergent antibiotic resistances following the global response to SARS-CoV-2. iScience. 24 (4): 102304. https://doi.org/10.1016/j.isci.2021.102304; PMid:33748695 PMCid:PMC7955580

33. Maillard JY, Kampf G, Cooper R. (2021). Antimicrobial stewardship of antiseptics that are pertinent to wounds: the need for a united approach. JAC-antimicrobial resistance. 3 (1): dlab027. https://doi.org/10.1093/jacamr/dlab027; PMid:34223101 PMCid:PMC8209993

34. Міністерство охорони здоров’я України. (2007). Про затвердження методичних вказівок “Визначення чутливості мікроорганізмів до антибактеріальних препаратів”. Наказ Міністерства охорони здоров’я України № 167.

35. Murray CK, Hinkle MK, Yun HC. (2008). History of infections associated with combat-related injuries. J Trauma Acute Care Surg. 64 (3): 221-231. https://doi.org/10.1097/TA.0b013e318163c40b; PMid:18316966

36. Murray CK, Yun HC, Griffith ME, Thompson B. (2009). Recovery of multidrug-resistant bacteria from combat personnel evacuated from Iraq and Afghanistan at a single military treatment facility. Mil Med. 174 (6): 598-604. https://doi.org/10.7205/MILMED-D-03-8008; PMid:19585772

37. Pallavali RR, Degati VL, Lomada D, Reddy MC, Durbaka V. (2017). Isolation and in vitro evaluation of bacteriophages against MDR-bacterial isolates from septic wound infections. PloS one. 12 (7): e0179245. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0179245; PMid:28719657 PMCid:PMC5515400

38. Percival SL, Finnegan S, Donelli G, Vuotto C, Rimmer S, Lipsky BA. (2016). Antiseptics for treating infected wounds: Efficacy on biofilms and effect of pH. Critical reviews in microbiology. 42 (2): 293-309. https://doi.org/10.3109/1040841X.2014.940495; PMid:25159044

39. Puca V, Marulli RZ, Grande R, Vitale I, Niro A, Molinaro G et al. (2021). Microbial Species Isolated from Infected Wounds and Antimicrobial Resistance Analysis: Data Emerging from a Three-Years Retrospective Study. Antibiotics (Basel, Switzerland). 10 (10): 1162. https://doi.org/10.3390/antibiotics10101162; PMid:34680743 PMCid:PMC8532735

40. Roy S et al. (2017, Dec 7). Evaluation of antibiotic susceptibility in wound infections: A pilot study from Bangladesh. F1000Research. 6: 2103. https://doi.org/10.12688/f1000research.12887.1; PMid:29527295 PMCid:PMC5820593

41. Royer G, Ortiz de la Rosa JM, Vuillemin X, Lacombe B, Chau F, Clermont O et al. (2022). Reduced Chlorhexidine Susceptibility Is Associated with Tetracycline Resistance tet Genes in Clinical Isolates of Escherichia coli. Antimicrobial agents and chemotherapy. 66 (3): e0197221. https://doi.org/10.1128/aac.01972-21; PMid:35225650 PMCid:PMC8923171

42. Tian X, Sun S, Jia X, Zou H, Li S, Zhang L. (2018). Epidemiology of and risk factors for infection with extended-spectrum β-lactamase-producing carbapenem-resistant Enterobacteriaceae: results of a double case-control study. Infection and drug resistance. 11: 1339-1346. https://doi.org/10.2147/IDR.S173456; PMid:30214254 PMCid:PMC6120570

43. Urase T, Okazaki M, Tsutsui H. (2020). Prevalence of ESBL-producing Escherichia coli and carbapenem-resistant Enterobacteriaceae in treated wastewater: a comparison with nosocomial infection surveillance. Journal of water and health. 18 (6): 899-910. https://doi.org/10.2166/wh.2020.014; PMid:33328362

44. Valentine KP, Viacheslav KM. (2017). Bacterial flora of combat wounds from eastern Ukraine and time-specified changes of bacterial recovery during treatment in Ukrainian military hospital. BMC Res Notes. 10: 152. https://doi.org/10.1186/s13104-017-2481-4; PMid:28388920 PMCid:PMC5384141

45. Wand ME, Bock LJ, Bonney LC, Sutton JM. (2016). Mechanisms of Increased Resistance to Chlorhexidine and Cross-Resistance to Colistin following Exposure of Klebsiella pneumoniae Clinical Isolates to Chlorhexidine. Antimicrobial agents and chemotherapy. 61 (1): e01162-16. https://doi.org/10.1128/AAC.01162-16; PMid:27799211 PMCid:PMC5192135

46. Wand ME, Jamshidi S, Bock LJ, Rahman KM, Sutton JM. (2019). SmvA is an important efflux pump for cationic biocides in Klebsiella pneumoniae and other Enterobacteriaceae. Scientific reports. 9 (1): 1344. https://doi.org/10.1038/s41598-018-37730-0; PMid:30718598 PMCid:PMC6362122

47. Weintrob AC, Murray CK, Xu J, Krauss M, Bradley W, Warkentien TE et al. (2018). Early Infections Complicating the Care of Combat Casualties from Iraq and Afghanistan. Surgical infections. 19 (3): 286-297. https://doi.org/10.1089/sur.2017.240; PMid:29863446 PMCid:PMC5867509

48. Wellington EM, Boxall AB, Cross P, Feil EJ, Gaze WH, Hawkey PM et al. (2013). The role of the natural environment in the emergence of antibiotic resistance in gram-negative bacteria. The Lancet. Infectious diseases. 13 (2): 155-165. https://doi.org/10.1016/S1473-3099(12)70317-1; PMid:23347633

49. Wilcox MH, Dryden M. (2021). Update on the epidemiology of healthcare-acquired bacterial infections: focus on complicated skin and skin structure infections. The Journal of antimicrobial chemotherapy. 76 (4): IV2-IV8. https://doi.org/10.1093/jac/dkab350; PMid:34849996 PMCid:PMC8632754

50. Williamson A et al. (2017). Current and Emerging Topical Antibacterials and Antiseptics: Agents, Action, and Resistance Patterns. Clinical microbiology reviews. 30; 3: 827-860. https://doi.org/10.1128/CMR.00112-16; PMid:28592405 PMCid:PMC5475228