Efeito antimicrobiano do bacteriófago geneticamente modificado φEf11/φFL1C(Δ36)PnisA sobre cepas de E. faecalis em biofilme estático e em canais radiculares infectados / Antibacterial effect of a Genetically-Engineered Bacteriophage φEf11/φFL1C(Δ36)PnisA on static biofilms and on Dentin Infected with E. faecalis

RESUMO

A presença de micro-organismos no sistema de canais radiculares (SCR) tem sido apontada como uma das principais causas de insucesso da terapia endodôntica. A capacidade de formar biofilme e penetrar nos túbulos dentinários são fatores de sobrevivência que favorecem a perpetuação de micro-organismos no interior do SCR. Terapias que promovam a desorganizazão de biofilmes e eliminação de bactérias dentro dos túbulos dentinários são fundamentais para a desinfecção endodôntica. Uma terapia descoberta há um século, denominada de Bacteriofagoterapia, baseia-se na utilização de vírus capazes de infectar e matar bactérias. Esta abordagem antimicrobiana tem recebido bastante atenção atualmente por representar uma alternativa para o tratamento de doenças causadas por bactérias multirresistentes aos antibióticos. O objetivo deste estudo foi avaliar a eficácia de um bacteriófago modificado geneticamente, φEf11/φFL1C(Δ36)PnisA, para eliminar biofilmes de duas cepas de E. faecalis: JH2-2 (sensível à vancomicina e resistente ao ácido fusídico e à rifampicina) e V583 (resistente à vancomicina). Este estudo foi dividido em dois experimentos distintos. No primeiro experimento, biofilmes estáticos de 48 horas de cepas de E. faecalis JH2-2 (pMSP3535 nisR / K) ou V583 (pMSP3535 nisR / K) formados em lâminulas de vidro (coverslips) foram inoculados por suspensão do bacteriófago φEf11/φFL1C(Δ36)PnisA. Após 48 horas de incubação, a biomassa bacteriana foi fotografada por microscopia confocal e as células viáveis foram quantificadas por medição de unidades formadoras de colônias (UFC). No segundo experimento, segmentos radiculares de dentes humanos extraídos foram cimentados em dispositivos vedáveis de duas câmaras para formar modelos ex vivo com dentina infectada, contendo solução tampão na câmara inferior. Os modelos foram inoculados com uma suspensão de E. faecalis V583 ou E. faecalis JH2-2. Após sete dias de incubação a 37°C, adicionou-se ao canal de cada segmento de dentina infectada dos grupos 2 e 5 uma suspensão do fago geneticamente modificado, φEf11/φFL1C(Δ36)PnisA e manteve-se a incubação por mais 72 horas. Os segmentos de dentina foram instrumentados com Gates Glidden e a solução tampão foi aliquotada para semeadura e contagem de UFC e aferição do título residual de células de E. faecalis. Os resultados do primeiro experimento mostraram uma diminuição de 10-100 vezes (p≤ 0,05) das células viáveis (UFC / biofilme) após tratamento com bacteriófago, o que foi consistente com a comparação das imagens de biofilme tratado e não tratado visualizadas com projeções máximas da série Z. No segundo experimento a titulação de E. faecalis verificada após tratamento com o bacteriófago foi reduzida em 18% para os modelos infectados com JH2-2 e em 99% (p≤ 0,05) nos modelos infectados com V583. Com base nesses resultados, pode-se concluir que a biomassa dos biofilmes de E. faecalis, tanto sensíveis quanto resistentes à vancomicina, foi significantemente reduzida após a infecção pelo bacteriófago φEf11/φFL1C(Δ36)PnisA. Além disso, o tratamento da dentina infectada por E. faecalis com bacteriófago φEf11/φFL1C(Δ36)PnisA resultou em diminuição da população bacteriana residual de cepas sensíveis e resistentes à vancomicina, alcançando significância estatística no grupo que utilizou a cepa V583.

ABSTRACT

Residual microorganisms in the root canal system (RCS) have been identified as the main cause of endodontic therapy failure. The ability to form a biofilm and penetrate the dentin tubules are survival factors that favor the perpetuation of microorganisms within the RCS. Therapies that promote the disorganization of biofilms and elimination of bacteria within the dentinal tubules are essential for endodontic disinfection. A therapy discovered a century ago called Bacteriophage Therapy is based on the use of viruses capable of infecting and killing bacteria. Recently, this antimicrobial approach has been receiving considerable attention since it represents an alternative for the treatment of diseases caused by multiresistant antibiotic bacteria. The aim of this study was to evaluate the efficacy of a genetically engineered bacteriophage, φEf11/φFL1C(Δ36)PnisA, to disrupt biofilms of two Enterococcus faecalis strains: JH2-2 (vancomycin sensitive) and V583 (vancomycin resistant). This study was divided into two separate experiments. In the first experiment, 24 hour static biofilms of E. faecalis strains JH2-2(pMSP3535 nisR/K) and V583(pMSP3535 nisR/K) formed on cover slips were inoculated with bacteriophage φEf11/φFL1C(Δ36)PnisA. After 24 and 48 hours incubation, the bacterial biomass was imaged by confocal microscopy and viable cells were quantified by colony forming unit (CFU) measurement. In the second experiment, extracted human dentin root segments were cemented into sealable two-chamber devices, fabricated from syringe needle caps to form in vitro infected-dentin models. The models were inoculated with an overnight suspension of either E. faecalis V583 (vancomycin resistant strain) or E. faecalis JH2-2 (fusidic acid and rifampin resistant, vancomycin sensitive strain). After 7 days of incubation at 37°C, a suspension of a genetically engineered phage, φEf11/φFL1C(Δ36)PnisA, was added to the root canal of each infected dentin segment, and the incubation was continued for an additional 72-hours. Dentin was harvested from the walls of each root canal and assayed for the residual titer of E. faecalis cells. The results from the first experiment showed a 10-100-fold fewer decrease in viable cells (CFU/biofilm) after bacteriophage treatment, which was consistent with comparisons of treated and untreated biofilm images visualized as max projections of the Z-series. On the second experiment, the recovered E. faecalis titer was reduced by 18% for the JH2-2 infected models, and by 99% for the V583 infected models. These results suggest that the biomass of E. faecalis biofilms, both sensitive and resistant to vancomycin, was significantly reduced after infection by bacteriophage φEf11/φFL1C(Δ36)PnisA. In addition, treatment of E. faecalis-infected dentin with the phage resulted in the decrease of the residual bacterial population for both susceptible and vancomycin resistant strains, reaching statistical significance in strain V583 group.