ĐẶT VẤN ĐỀ Staphylococcus aureus (S. aureus) hay tụ cầu vàng, là một trong những tác nhân hàng đầu gây ra các bệnh nhiễm khuẩn từ đơn giản đến phức tạp [1]. Điều trị nhiễm khuẩn do S. aureus gặp rất nhiều khó khăn, không chỉ do sự đa dạng của các yếu tố độc lực, vi khuẩn kháng thuốc kháng sinh, mà còn do khả năng bám dính, hình thành biofilm trên các bề mặt khác nhau của vi khuẩn [2].
Khả năng hình thành biofilm là yếu tố quan trọng quyết định sự tồn tại dai dẳng của nhiễm trùng S. Hầu hết các loại kháng sinh cho thấy hiệu quả hạn chế trong điều trị các bệnh nhiễm trùng liên quan đến biofilm. Các chiến lược mới như chế tạo bề mặt chống nhiễm trùng, tìm ra các hoạt chất mới có hoạt tính kháng biofilm mang lại nhiều tiềm năng trong việc điều trị nhiễm trùng liên quan đến biofilm [4]. Các hợp chất kháng khuẩn tự nhiên từ thực vật đã trở thành lựa chọn thay thế quan trọng cho các kháng sinh truyền thống.
Sử dụng các chất chuyển hóa thứ cấp từ thực vật, với đặc tính kháng khuẩn, chống biofilm là phương pháp đầy hứa hẹn để chống lại nhiễm trùng do vi khuẩn [5]. Kết quả sàng lọc của nhóm nghiên cứu cho thấy cao chiết lá ổi và cao chiết nhục đậu khấu có tiềm năng kháng biofilm S. Do đó, đề tài lựa chọn lá ổi và nhục đậu khấu làm đối tượng nghiên cứu, với mong muốn tạo tiền đề cho việc tìm ra hoạt chất mới có hoạt tính kháng biofilm S. aureus có nguồn gốc từ thực vật.
Chúng tôi thực hiện đề tài “Đánh giá khả năng kháng biofilm Staphylococcus aureus của cao chiết lá ổi (Psidium guajava L.) và cao chiết nhục đậu khấu (Myristica fragrans Houtt.)” với 2 mục tiêu: 1. Đánh giá khả năng kháng biofilm S. aureus của cao chiết lá ổi (Psidium guajava L.) và các phân đoạn. Đánh giá khả năng kháng biofilm S.
aureus của cao chiết nhục đậu khấu (Myristica fragrans Houtt.) và các phân đoạn. Trong đó các phân đoạn được lựa chọn để chiết xuất dựa trên cơ sở hoạt tính dẫn đường. Tổng quan về biofilm của Staphylococcus aureus 1. Tổng quan về Staphylococcus aureus Staphylococcus aureus được xác định lần đầu tiên vào năm 1884 bởi Anton Rosenbach [7, 8].
Theo Từ khóa phân loại Bergey (2001), S. aureus được xếp vào: Giới: Procaryotae; Ngành: Firmicutes; Lớp: Firmibacteria; Họ: Microccocaceae; Chi: Staphylococcus; Loài: Staphylococcus aureus [9].1 Hình ảnh vi khuẩn Staphylococcus aureus Trái: hình ảnh trên kính hiển vi; Phải: hình ảnh trên kính hiển vi điện tử S. aureus là vi khuẩn Gram dương không di động, được đặc trưng bởi các cầu khuẩn riêng lẻ có đường kính từ 0,5 đến 1,5 µm, là vi khuẩn kỵ khí đa dạng [9]. Tụ cầu vàng phát triển tối ưu ở 37°C và pH7,4 [10].
aureus có thể chịu được nhiệt độ cao tới 60ºC trong vòng 30 phút [11]. aureus được phân biệt với các loài tụ cầu khác trên cơ sở sắc tố vàng của khuẩn lạc, kết quả dương tính của các phép thử coagulase, lên men đường mannitol và deoxyribonuclease [12]. Tụ cầu vàng là một trong những mầm bệnh chính gây nhiễm trùng bệnh viện và cộng đồng. aureus có thể gây ra nhiều bệnh như nhiễm trùng da và mô mềm, viêm nội tâm mạc nhiễm khuẩn, viêm tủy xương, viêm phổi, nhiễm khuẩn huyết,.
[10] 2 Theo độ nhạy cảm với thuốc kháng sinh, S. aureus có thể được chia thành Staphylococcus aureus nhạy cảm với methicillin (MSSA) và Staphylococcus aureus kháng methicillin (MRSA). Tính kháng này được tạo ra bởi một gen mã hóa protein gắn với penicillin 2a hoặc 2′ (PBP2a hoặc PBP2′) (mecA) được tích hợp vào thành phần nhiễm sắc thể của S. aureus nhạy cảm với methicillin.
MRSA đã nhanh chóng trở thành mầm bệnh kháng thuốc xảy ra thường xuyên nhất được xác định ở nhiều nơi trên thế giới, bao gồm Châu Âu, Hoa Kỳ, Bắc Phi, Trung Đông và Đông Á. Trong những thập kỷ gần đây, do sự tiến hóa của vi khuẩn và tình trạng lạm dụng kháng sinh, tỷ lệ nhiễm MRSA tăng trên toàn thế giới và việc điều trị chống nhiễm trùng do MRSA ngày càng trở nên khó khăn hơn [10]. Khái niệm biofilm Biofilm được định nghĩa là một cộng đồng vi sinh vật (VSV) gồm các tế bào nằm trong chất nền các chất cao phân tử ngoại bào mà chúng đã tạo ra. Chất nền này được cấu tạo từ polysaccharid, ADN ngoại bào (eDNA) và protein với cấu trúc sắp xếp, tỷ lệ phần trăm, số lượng phụ thuộc nhiều vào điều kiện hình thành [13, 14].
Các giai đoạn hình thành biofilm của S. aureus Sự hình thành biofilm của S. aureus có thể được chia thành ba giai đoạn chính: (1) gắn ban đầu, (2) tăng sinh tế bào và sản xuất chất nền ngoại bào, (3) tách tế bào và hình thành biofilm mới [13, 15]. Giai đoạn gắn ban đầu: S.
aureus có thể bám dính trên cả bề mặt sinh học và nhân tạo để hình thành biofilm. Sự gắn kết của tế bào S. aureus với bề mặt xảy ra thông qua thông qua các protein bề mặt liên kết với các protein nền vật chủ (fibrinogen, fibronectin, vitronectin…) hoặc tương tác kỵ nước với bề mặt phi sinh học [13, 15]. 3 Giai đoạn tăng sinh tế bào và sản xuất chất nền ngoại bào: Trong giai đoạn này, các VSV sau khi bám dính sẽ phát triển bằng cách tăng sinh.
Ngoài ra, tế bào tiết ra các chất cao phân tử bao gồm polysaccharid và protein. Các chất cao phân tử từ tế bào chết được cho là đóng góp vào chất nền biofilm. Đáng chú ý nhất trong số đó là protein và ADN, sau khi giải phóng khỏi tế bào chết được gọi là ADN ngoại bào (eDNA) [13, 15]. Giai đoạn hình thành biofilm và tách tế bào: VSV phát triển, cấu trúc và hình thành biofilm.
Sau đó, sự tách tế bào diễn ra do sự thoái hóa của chất nền biofilm do protease và sự phá vỡ biofilm bởi các chất hoạt động bề mặt. Sự phá vỡ, tách rời biofilm đi kèm với quá trình sản sinh các biofilm mới. Các tiểu phần vi khuẩn được tách ra có thể di chuyển, bám dính ở vị trí mới và tạo một biofilm khác [13, 15].2 Các giai đoạn hình thành biofilm của S. Thành phần của biofilm S.
aureus Biofilm của S. aureus là một cộng đồng vi khuẩn S. aureus, nằm trong chất nền các hợp chất cao phân tử ngoại bào bao gồm polysaccharid (poly-β- 1,6-N-acetyl-D-glucosamin - PNAG), ADN ngoại bào (eDNA) và protein có nguồn gốc từ sự ly giải các tế bào vi khuẩn chết [16]. 4 Poly-β-1,6-N-acetyl-D-glucosamin (PNAG): còn được gọi là chất kết dính liên bào polysaccharid (PIA), là thành phần chính của các chất cao phân tử ngoại bào.
Việc sản xuất PIA phụ thuộc vào operon kết dính nội bào (ica), bao gồm các gen icaA, icaD, icaB và icaC. icaA là N-acteylglucosamin transferase, cùng với icaD đã được chứng minh là tạo ra oligomer N- acetylglucosamin. Sự phát triển của chuỗi phụ thuộc vào sự hiện diện của icaC, một protein màng, với vai trò vận chuyển PIA ra ngoài màng tế bào. icaB, nằm trên bề mặt vi khuẩn, là PIA deacetylase, với vai trò gắn PIA vào màng tế bào [13, 16].
PIA đóng vai trò quan trọng trong quá trình bám dính, hình thành biofilm và né tránh miễn dịch, đề kháng với các chất kháng khuẩn [9], [13]. Protein: nhiều protein được coi là thành phần quan trọng trong quá trình gắn kết và phát triển chất nền biofilm. Chúng bao gồm các protein liên kết bề mặt như protein A, protein liên kết fibrinogen (FnBPA và FnBPB), protein bề mặt S. Ngoài ra, các protein nội bào đã được xác định trong chất nền biofilm [3].
eDNA: eDNA trong chất nền biofilm của S. aureus có chức năng cung cấp sự ổn định cho biofilm. eDNA này có nguồn gốc từ sự ly giải các tế bào vi khuẩn chết [14]. Do đặc tính cao phân tử và anion của ADN, eDNA dễ dàng tương tác với nhiều phân tử bề mặt khác, góp phần hình thành chất nền ngoại bào [13].
Các bệnh liên quan đến biofilm của S. aureus Trong số nhiều loại nhiễm khuẩn có thể gây ra bởi S. aureus, những loại liên quan đến biofilm gây nên rất nhiều thách thức trong điều trị do sự đề kháng của tụ cầu với hệ thống miễn dịch của vật chủ và các phương pháp điều trị kháng sinh [15]. Nhiễm khuẩn thiết bị cấy ghép S.
aureus đã được biết là vi khuẩn lây nhiễm và hình thành biofilm gây nhiễm khuẩn mạn tính thường xuyên nhất trên catheter, stent, thiết bị cấy ghép 5 chỉnh hình, máy thở…[16]. Thông thường, các thiết bị này được phủ bởi chất nền vật chủ, tạo điều kiện cho sự gắn kết ban đầu và hình thành biofilm của S. Viêm tủy xương S. aureus là nguyên nhân gây ra phần lớn các trường hợp viêm tủy xương.
Vi khuẩn có thể được đưa vào qua đường máu hoặc khi phẫu thuật, chấn thương hoặc nhiễm khuẩn. aureus tăng cường sản xuất chất kết dính với nhiều phân tử của vật chủ (như fibrinogen, fibronectin, collagen,. Khi ở trong xương, S. aureus bám vào các khu vực chấn thương và phân chia để tạo thành biofilm [16].
Nhiễm khuẩn vết thương mạn tính Biofilm của S. aureus có liên quan đến các trường hợp nhiễm khuẩn vết thương mạn tính như loét bàn chân do tiểu đường, vết loét do tì đè và loét do ứ trệ tĩnh mạch [4]. Trên thực tế, S. aureus là vi khuẩn được phân lập phổ biến nhất từ các nhiễm khuẩn vết thương kể trên [16].
Viêm nội tâm mạc Viêm nội tâm mạc là bệnh lý nghiêm trọng với tỷ lệ tử vong cao bất chấp những tiến bộ trong chẩn đoán và điều trị. aureus là một trong những nguyên nhân phổ biến nhất gây viêm nội tâm mạc [17]. Nhiễm khuẩn biofilm đa vi sinh vật. Candida albicans và S.
aureus được phát hiện đồng thời trong bề mặt niêm mạc miệng và âm đạo, cả hai đều thể hiện khả năng tạo biofilm. Một số nghiên cứu đã chứng tỏ khả năng liên kết của S. aureus với dạng sợi nấm của C. albicans và phát triển biofilm.
albicans có thể xâm nhập vào các tế bào biểu mô của vật chủ, tạo lối vào cho S. aureus gây ra các nhiễm khuẩn tại chỗ và toàn thân của [16]. Biofilm và các thất bại trong điều trị nhiễm khuẩn Biofilm không chỉ bảo vệ cho VSV khỏi sự thay đổi pH, nhiệt độ, sự khan hiếm chất dinh dưỡng… mà còn ngăn chặn sự tiếp cận của vi khuẩn trong biofilm khỏi tế bào miễn dịch của vật chủ và thuốc kháng sinh [18]. Nhiều nghiên cứu đã chứng minh rằng VSV trong biofilm có thể chịu được nồng độ kháng sinh cao gấp 10-1000 lần so với tế bào ở dạng tự do [19].