Activity of carvacrol against Coagulase-negative Staphylococci biofilm related infections

Abstract

Coagulase-negative staphylococci (CoNS) are frequently found in healthy human skin and mucosae, and hence, have long been considered non-pathogenic bacteria. However, in recent years, they have been recognized as important etiological agents of healthcareassociated infections, being particularly associated with patients with indwelling medical devices. Despite their importance as nosocomial pathogens, very little is known regarding their virulence determinants. Nevertheless, it is recognized that the ability of CoNS to form biofilms play the most important role in their pathogenesis. Biofilms are communities of microorganisms attached to a surface and encased in an extracellular polymeric matrix, which among other functions, protect bacteria from antimicrobial agents allowing, consequently, the progression of infection. In addition, the overuse of antibiotics led to a dramatic rise of resistant bacteria, resulting in an increase in patients’ morbidity and in the costs associated with the treatment of these infections. Hence, major efforts need to be made toward the development of new prophylactic and therapeutic strategies for the management of CoNS biofilm-associated infections. The objective of this work is, therefore, to study the susceptibility of CoNS biofilms to carvacrol, a monoterpenic phenol, which presents a wide antimicrobial activity spectrum and is considered as one of the latest novelties in biofilm disruption studies. Carvacrol displayed a significant effect in the viability of planktonic and biofilm cells after a short period of time. Small concentrations (2 μM) were sufficient to exhibit antibacterial effect on these cells. Interestingly, the effect of carvacrol at 2 μM was greater to the effect of vancomycin at peak serum concentration in planktonic cells. Overall, the results indicate a potential antibacterial effect of carvacrol against CoNS, and therefore the possible action of this molecule on the prevention and treatment of S. epidermidis and other CoNS related infections.

Os stafilococus coagulase-negativos (CoNS) são frequentemente encontrados na pele e mucosas de pessoas saudáveis e portanto, são normalmente considerados bactérias não patogénicas. No entanto, nos últimos anos foram reconhecidos como agentes etiológicos importantes de infecções nosocomiais, estando particularmente associados a pacientes com dispositivos médicos invasivos. Apesar da sua importancia como patógenos nosocomiais, muito pouco se sabe acerca da sua virulência. Contudo, reconhece-se que a capacidade dos CoNS de formar biofilmes, desempenha o papel mais importante na sua patogénese. Biofilmes são comunidades de microrganismos aderidos a uma superfície e cobertos por uma matriz extracelular polimérica, que, entre outras funções, protege as bactérias de agentes antimicrobianos permitindo, consequentemente, a progressão da infecção. Além disso, a utilização excessiva de antibióticos conduziu a um aumento dramático de bactérias resistentes, resultando num aumento da morbidade e dos custos associados com o tratamento destas infecções. Assim, esforços devem ser feitos para o desenvolvimento de novas estratégias profiláticas e terapêuticas para o controlo de infecções causadas por biofilmes de CoNS. O objetivo deste trabalho foi, portanto, estudar a suscetibilidade dos biofilmes dos CoNS ao carvacrol, um fenol monoterpénico, que apresenta um largo espectro de atividade antimicrobiana e é considerado como uma das mais recentes novidades em estudos de rutura de biofilmes. O carvacrol exibiu um efeito significativo na viabilidade das células planctónicas e de biofilme após um curto período de exposição. Pequenas concentrações (2 μM) foram suficientes para exibir efeito antibacteriano sobre as células. Curiosamente, o efeito de carvacrol a 2 μM em células planctónicas foi superior ao efeito da vancomicina na concentração máxima no soro humano. No geral, os resultados indicam um potencial efeito antibacteriano do carvacrol contra os CoNS, e, portanto, o possível uso desta molécula na prevenção e tratamento de infecções relacionadas com S. epidermidis e outros CoNS.