Phage-Antibiotic Synergy is Driven by a Unique Combination of Antibacterial Mechanism of Action and Stoichiometry
Abstract
De voortdurende toename van antibioticaresistentie leidt tot een medische crisis. Bacteriofagen (fagen) zijn bejubeld als een mogelijke therapeutische optie om de werkzaamheid van antibiotica te vergroten. Slechts een handvol studies hebben echter de synergetische relatie tussen faag en antibiotica onderzocht. Hier rapporteren we een uitgebreide analyse van de faag-antibioticum interactie die synergisme, additivisme en antagonisme evalueert voor alle klassen van antibiotica in klinisch haalbare stoichiometrieën. Wij combineerden een optisch-gebaseerde real-time microtiterplaat uitlezing met een matrix-achtige heatmap van behandelingspotenties om faag en antibioticum synergie (PAS) te meten, een proces dat wij synografie noemen. Faag-antibioticum synografie werd uitgevoerd tegen een pandemische geneesmiddelresistente klonale groep van E. coli (ExPEC) met antibiotica niveaus die de minimale inhibitor concentratie (MIC) over zeven orden van virale titers dekken. Onze resultaten suggereren dat, onder bepaalde omstandigheden, fagen een adjuvante werking hebben door het verlagen van de MIC voor resistente stammen. Bovendien zijn synergetische en antagonistische interacties sterk afhankelijk van het mechanisme van bacteriële inhibitie door de klasse van antibiotica gekoppeld aan de faag, en wanneer synergisme wordt waargenomen, onderdrukt het de opkomst van resistente cellen. Gastheercondities die de infectieomgeving simuleren, waaronder serum en urine, onderdrukken PAS op een bacteriegroei-afhankelijke manier. Tenslotte lijkt de grootte van de faaguitbarsting een belangrijke factor te zijn voor synergisme. Samengevat suggereren deze gegevens dat lytische fagen een ineffectief antibioticum kunnen reanimeren voor eerder resistente bacteriën, terwijl ze ook synergetisch werken met antibiotica op een klasse-afhankelijke manier, processen die mogelijk worden getemperd door lagere bacteriële groeisnelheden in gastheeromgevingen.
Significance Statement Bacteriofaagtherapie (faag) is een veelbelovende aanpak om de opkomst van multi-drug resistente bacteriën te bestrijden. Momenteel wordt in de kliniek bij voorkeur gebruik gemaakt van een combinatie van fagen en antibiotica, wat de werkzaamheid zou verbeteren. Er is echter antagonisme tussen fagen en antibiotica gerapporteerd, de keuze van faag en antibioticum is niet vaak empirisch bepaald, en het effect van de gastheerfactoren op de effectiviteit is onbekend. Hier onderzoeken we de faag-antibioticum interacties tussen antibiotica met verschillende werkingsmechanismen. Onze resultaten suggereren dat faag de werkende MIC kan verlagen voor bacteriestammen die al resistent zijn tegen het antibioticum, afhankelijk is van de antibioticaklasse en stoichiometrie van de koppeling, en dramatisch wordt beïnvloed door de micro-omgeving van de gastheer.