Zinc as an agent for the prevention of biofilm formation by pathogenic bacteria

Abstract

Les biofilms sont des communautés structurées de micro-organismes enrobées dans une matrice extracellulaire. Les biofilms sont impliqués dans la persistance de plusieurs maladies infectieuses et la matrice extracellulaire du biofilm protège les bactéries contre les cellules du système immunitaire de l'hôte, les antibiotiques et les désinfectants. Récemment notre laboratoire a démontré que le zinc inhibe la formation de biofilm chez Actinobacillus pleuropneumoniae, une bactérie pathogène du porc. Le but de cette étude est d'évaluer l'effet du zinc sur la croissance et la formation du biofilm chez différentes bactéries pathogènes du porc, telles que Bordetella bronchiseptica, Escherichia coli, Haemophilus parasuis, Salmonella, Staphylococcus aureus et Streptococcus suis. Les bactéries ont été cultivées dans des plaques de 96 puits sous condition optimale de formation de biofilm et les biofilms ont été colorés au cristal violet. La présence du biofilm a été confirmée par microscopie confocale à balayage laser à l’aide du marqueur fluorescent FilmTracerTM FM ® 1-43. À des concentrations micromolaires, le zinc inhibe faiblement la croissance bactérienne et bloque d'une manière dose-dépendante la formation de biofilm d’A. pleuropneumoniae, Salmonella Typhimurium et H. parasuis. De plus, la formation de biofilm de E. coli, S. aureus et S. suis a été faiblement inhibée par le zinc. Nos résultats indiquent que le zinc a un effet inhibiteur sur la formation de biofilm de la plupart des pathogènes bactériens d'origine porcine. Cependant, le mécanisme sous-jacent de l'activité anti-biofilm du zinc reste à être caractérisé. Biofilms are structured communities of microorganisms enclosed in a self-produced extracellular matrix. Biofilms are responsible for the persistence of most infectious diseases, because the biofilm matrix acts as a form of protection for the bacteria against the host immune system, antibiotic and disinfectants. Recent work in our laboratory demonstrated that zinc could inhibit biofilm formation of Actinobacillus pleuropneumoniae, a swine pathogen. The aim of this study was to evaluate the effect of zinc on growth and biofilm formation of other bacterial swine pathogens, such as Bordetella bronchiseptica, Escherichia coli, Haemophilus parasuis, Salmonella, Staphylococcus aureus, and Streptococcus suis. Bacteria were grown on 96-well plates under optimal biofilm forming conditions and the biofilms were stained with crystal violet. The presence of biofilms was confirmed by confocal laser scanning microscopy with FilmTracerTM FM® 1-43. At micromolar concentrations, zinc weakly inhibited bacterial growth and effectively blocked biofilm-formation by A. pleuropneumoniae, Salmonella Typhimurium, and H. parasuis in a dose-dependent manner. Additionally, biofilm formation of E. coli, S. aureus and S. suis was slightly inhibited by zinc. Our results indicate that zinc has an inhibitory effect on biofilm formation of most bacteria of porcine origin. However, the mechanism behind the antibiofilm activity of zinc has yet to be characterized.