Ziel dieser Studie war es, Bakteriophagen (Phagen) gegen Enterococcus faecalis zu finden und ihre antimikrobiellen Eigenschaften gegen Biofilm zu testen. Aus den Ergebnissen sollte ein potentieller therapeutischer Einsatz gegen apikale Parodontitis bei sekundären und persistierenden Wurzelkanalinfektionen durch E. faecalis abgeleitet werden. Dafür wurden fünf lytische Phagen auf ihre antimikrobielle Aktivität gegen den von E. faecalis gebildeten Biofilm untersucht und als Monotherapie entweder mit Phagen oder einem Antibiotikum oder als Kombinationstherapie durchgeführt.
Methoden:
Unterschiedliche Abwasserproben aus Berlin wurden mithilfe von 16 klinischen E. faecalis Stämmen (14 klinische Isolate, darunter ein Vancomycin und Gentamicin High-Level resistenter Stamm, und zwei ATCC-Stämme) auf die Anwesenheit von lytischen Phagen untersucht. Anschließend wurden 5 Phagen ausgewählt, die sich durch besonders klare Lyse-Plaques auszeichneten. In einem Host Range Assay wurde die Wirksamkeit der ausgewählten Phagen auf ihre Stammspezifität untersucht. Die ausgewählten Phagen wurden dann mit einem Time-Killing Assay auf ihre Wirksamkeit gegen Biofilmformation getestet. Alle Phagen, die einen Anti-Biofilm Effekt erzielten, wurden in einem weiteren Versuch mit verschiedenen Antibiotika kombiniert, um eine komplette Auflösung des Biofilms zu erzielen. Dafür wurde erneut E. faecalis Biofilm auf porösen Glaskugeln für 24 Stunden (h) gezüchtet. Anschließend erfolgte die Anwendung von Phagen oder Antibiotikum als Einzelbehandlung oder eine kombinierte Behandlung. Dafür wurde für die verwendeten Antibiotika ein Antibiogramm erstellt, um die für jeden ausgewählten E. faecalis-Stamm zu testenden Antibiotikakonzentrationen zu bestimmen. Gentamicin und Vancomycin wurden zur Behandlung aller E. faecalis-Stämme verwendet, mit Ausnahme des Vancomycin- und Gentamicin-resistenten Stammes (VRE), für den Daptomycin und Fosfomycin eingesetzt wurden. Um die antimikrobielle Aktivität nach der Behandlung zu evaluieren, wurde das Verfahren der isothermalen Mikrokalorimetrie angewandt und die Wärmeproduktion der eventuell verbleibenden Bakterien in Joule (J) über 48 h gemessen. Ergebnisse:
Alle getesteten Phagen waren aktiv gegen E. faecalis-Biofilm. Die effektivste Biofilmreduktion wurde mit einer kombinierten Behandlung aus Phagen und Antibiotikum erzielt, wobei die Kombination mit Gentamicin die beste antimikrobielle Wirksamkeit aufwies. Im Fall des Stammes EF 10 konnte eine vollständige Zerstörung des Biofilms erreicht werden, wenn die Phagenbehandlung gestaffelt mit Antibiotika erfolgte. In allen anderen Fällen wurde nach einer gewissen Zeit der Unterdrückung ein erneutes Wachstum der Bakterien beobachtet. Für den resistenten Stamm VRE EF 04 erzielte die Kombination von Phagen mit Daptomycin die besten antimikrobiellen Ergebnisse.
Five lytic bacteriophages (phages) were evaluated for their antimicrobial activity against biofilm formed by E. faecalis to investigate their potential use in the treatment of posttreatment apical periodontitis caused by E. faecalis. Therefore, treatment of the biofilm was carried out as monotherapy with either phage or antibiotic or as combination therapy applying first phage and subsequently antibiotic. Materials and Methods: Various collected wastewater samples from different sources in Berlin and 16 E. faecalis strains (14 clinical isolates and 2 ATCC strains) were used to screen for the presence of lytic phages. Five phages were selected and evaluated for their ability to form plaques and their virion morphology. To evaluate strain specificity, a host range test was performed for each phage using all 16 E. faecalis strains. In addition, the killing kinetics of the phages against biofilm were determined using a time-killing assay. To investigate antibiofilm efficacy, 24 hours (h) biofilms grown on porous glass beads were treated for 24 h either as monotherapy with phage or antibiotics or as a staggered combination therapy with phage followed by administration of one or two antibiotics at increasing concentrations. Therefore, an antibiogram was performed with the antibiotics under study to determine the antibiotic concentrations to be tested for each selected E. faecalis strain. Gentamicin and vancomycin were used to treat all E. faecalis strains except for the vancomycin- and gentamicin-resistant strain (VRE), for which daptomycin and fosfomycin were evaluated. Antimicrobial activity was determined by measuring heat production over 48 h by using isothermal microcalorimetry. Results: All phages tested showed antibiofilm activity. Staggered treatment with phage and antibiotic achieved the strongest biofilm reduction, where the combination with gentamicin presented the best antimicrobial efficacy. Only in the case of strain EF 10 a complete eradication of the biofilm was achieved when phage treatment was combined with antibiotics. In all other cases, bacterial regrowth was observed after a period of suppression. In the case of strain VRE EF 04, a combination treatment with phage followed by daptomycin showed the best antimicrobial outcome.
