Bacteriocin-preserved biomaterials - conceptual study

Biomateriały wykorzystywane w regeneracji tkanek miękkich pozostają bezbronne w starciu z patogenami aż do momentu unaczynienia. W odpowiedzi na ten problem zrodziła się idea zabezpieczania biomateriałów bakteriocynami – białkowymi metabolitami wydzielanymi przez bakterie o aktywności przeciwdrobnoustrojowej. Koncepcja ta zakłada, że trawienie macierzy zewnątrzkomórkowej przez bakterie spowoduje uwolnienie bakteriocyny, która doprowadzi do ograniczenia lub całkowitego zahamowania infekcji bakteryjnej. W niniejszej pracy została zbadana aktywność enzymatyczna dwóch szczepów bakteryjnych, które wchodzą w skład mikroflory skóry - S. aureus ATCC 25923 i S. epidermidis ATCC 35547 wobec strukturalnych składników dwóch biomateriałów wykorzystywanych w regeneracji skóry właściwej – kolagenu w macierzy Integra® DRT oraz kwasu hialuronowego w hydrożelu HyStem®. Ponadto zweryfikowana została koncepcja zabezpieczania wyżej wymienionych biomateriałów nizyną – bakteriocyną syntetyzowaną przez Lactococcus lactis – w teście zahamowania wzrostu szczepu S. epidermidis ATCC 35547. Otrzymane wyniki potwierdziły aktywność hialuronidazy i kolagenazy obu badanych szczepów. Zaobserwowano również strefy zahamowania wzrostu S. aureus i S. epidermidis w przypadku biomateriałów zabezpieczonych nizyną. Potwierdza to słuszność koncepcji zabezpieczania biomateriałów bakteriocynami i stwarza podstawy do dalszych badań.

Biomaterials used in soft tissues regeneration remain defenceless against pathogens until vascularisation. In response to this problem, the idea of securing biomaterials with bacteriocins - protein metabolites secreted by bacteria with antimicrobial activity - was born. This concept posits that digestion of the extracellular matrix by bacteria will release bacteriocin, which will lead to the reduction or complete inhibition of bacterial infection. In this study, the enzymatic activity of two bacterial strains that are part of the skin microflora - S. aureus ATCC 25923 and S. epidermidis ATCC 35547 - was tested against the structural components of two biomaterials used in dermis regeneration - collagen in Integra® DRT matrix and hyaluronic acid in HyStem® hydrogel. In addition, the concept of securing the abovementioned biomaterials with nisin - bacteriocin synthesized by Lactococcus lactis – was tested in the growth inhibition test of S. epidermidis ATCC 35547 strain. The obtained results confirmed the hyaluronidase and collagenase activity of both tested strains. Growth inhibition zones of S. aureus and S. epidermidis were also observed in case of nisin-preserved biomaterials. This confirms the validity of the bacteriocin-preserved biomaterials concept and provides the basis for further research.