Analyzing inhibitory and disruptive effect of boron derivatives onpseudomonas aeruginosa (ATCC- 27853) and Escherichia coli(MG1655/K12) biofilms on surfaces in water supplies

Abstract

Biyofilm, bir yada birden fazla mikroorganizmanın çok aşamalı oluşturduğu ve ıslak yüzeylere yapışan, dış etmenlere karşı mikroorganizmaları koruyan hücredışı bir matristir. Her sene, ölümle de sonuçlanabilen birçok hastalık ve kronik hastalıklar biyofilmler tarafından tetiklenir. Hijyenik su sağlıklı bir toplumun temelidir ve hayatın devamı için vazgeçilmezdir. İçme ve gıda amaçlı kullanımın yanısıra, birçok insan yüzme havuzlarını ve/veya gerek evlerinde, gerekse umuma açık yerlerde duşları kullanmaktadırlar. Bunların yanısıra, su depolama tankları, özellikle şebeke suyunun düzensiz geldiği şehirlerde veya gelir düzeyi daha düşük bölgelerde, günlük su ihtiyacını karşılamaktadırlar. Birçok çalışma, su depolarında ve yüzme havuzları gibi ıslak alanlarda bakteriyel büyüme ve biyofilm oluşumunu ve bunun toplum sağlığına olan olumsuz etkisini belirtmiştir. Pseudomonas aeruginosa and Escherichia coli gram negatif, çabuk üreyen fırsatçı mikroorganizmalardır. Bu organizmalar sepsis ve dizanteri gibi enfeksiyon hastalıklara sebep olurken ölüme bile götürebilirler. Bu mikroorganizmların sebep olduğu biyofilm oluşumunu önlemek ya da en azından kontrol altında tutabilmek, yalnızca toplum sağlığı için değil, ekonomik olarak da büyük önem taşımaktadır. Boron türevleri olarak biyosidal ürünleri, insan vücuduna zarar vermeden biyofilm büyümesinin kontrolü için kullanılabilmekte, bu alanda gelecek vadetmektedir. Bu projede, toksik olmayan, çevre dostu biyosidal ürünleri ile uzun süre durağan olduğu seramik yüzeylerde biyofilm oluşumu ve bakteriyel büyümenin önlenmesi amaçlanmıştır. Bunun yanısıra, insanlara sağlıklı bir çevre sunabilmek için bu biyosidal ajanların, biyofilmler üzerine yıkıcı etkileri analiz ve test edimiştir. Bu şekilde, bu iki bakterinin, yüzme havuzu ve su depoları gibi yerlerde biyofilm oluşumunu önleyecek yeni yöntemlerin bulunması amaçlanmıştır.Bu çalışmada Pseudomonas aeruginosa ve Escherichia coli bakteri türleri tarafından in-vitro koşullarda mikro-well içerisinde üretilen biyofilmlerin inhibasyon ve bozunumu üzerine farklı konsantrasyonlarda borik asit, STD ve DOT bileşiklerinin etkileri incelenmiştir. Elde edilen sonuçlara göre 25 mg/ml STD ve DOT konsantrasyonun test edilen bakteriel biyofilm uluşumu üzerinde en etkili inhibasyon ve bozunuma neden olduğu saptanmıştır. Gelecekte yapılacak daha ileri düzeyde çalışmalar ile seramik gibi ilaç ve inşaat sektörlerinde kullanılan bor katkılı yüzey malzemelerinin eliştirilmesi sonucu biyofilm oluşumundan kaynaklanan sağlık ve diğer biyolojik sorunların çözümü mümkün olabilir.

Biofilm is a multi-stage composition of one or more microorganisms and extracellular matrix which adhere to the wet surfaces and supported by matrix against any external perturbation. Every year, people get serious sicknesses or even die because of chronic infections typically induced by biofilm. Hygienic water is the basis for healthy society. It is impossible to continue life without hygienic water. Most people use swimming pools or take showers in their own houses as well as public places. Additionally, water tanks are being used for washing or as commodity water,in particular in poor countries. Numerous studies have shown bacterial growth and biofilm formation on water tanks, swimming pools, etc. Moreover, the bacterial growth can seriously cause diseases and harm the society. Pseudomonas aeruginosa and Escherichia coli are microorganisms which are gram negative and opportunist can proliferate easily and directly cause illness like sepsis, dysentery and even can cause death. Preventing or at least controlling biofilm formation is of great value from not only environmental but also social health perspectives. Biocidal agents such as boron derivatives are promising ways to control biofilm formation without harming human body. In this project, it was aimed to prevent biofilm formation and inhibit bacterial growth in places such swimming pools, bathrooms etc with special biocidal compounds which are non-toxic and environmentally friendly. In addition, the disruptive effect of these kinds of chemicals were be analyzed and tested on biofilm to make safe and healthy places for a human. It is expected to find a new way to prevent biofilm formation from these two bacteria inplaces such as swimming pool and water tanks that the water would be still for a long time. Therefore, disruption and inhibitory effects of different boron derivatives including boric acid (BA), sodium tetraboratedecahydrate (STD) and disodium octaborate tetrahydrate (DOT) on biofilm formation by two bacterial species, Pseudomonas aeruginosa and Escherichia coli, were investigated in-vitro micro-well bioassay in this study.The results showed that 25 mg/ml concentration of STD and DOT have better potential to disrupt and/or inhibit both of bacterial biofilm formation tested. Further studies are needed to confirm that boron derivatives may bebeneficial to use in the drug industry and construction material such as ceramic in order to control biofilm formation and related health problems in the future.