Study of antibiotic resistance genes of Candida auris and nanoparticles as a potential therapeutic

Abstract

In recent years, Candida auris (C. auris), a nosocomial infection, has emerged as a challenge, due to the limited therapeutic options and multidrug-resistance leading to a higher mortality rate. C. auris is reported to have developed resistance to various antifungal drugs such as fluconazole, amphotericin B, 5-fluorocytosine, caspofungin, etc., Hence, it becomes imperative to study and detect different resistant genes occurring among different strains isolated from the nosocomial infections. On the other hand, nanomaterials are known to have an exclusive characteristic in antimicrobial therapy through their controlled size and targeted drug delivery. Therefore, this study was conducted with the aim of identifying nineteen C. auris strains collected from King Fahd Hospital of the University and King Fahad Specialist Hospital in Dammam then identified by 18S rRNA gene and ITS region sequencing technique and detecting the drug resistance-associated mutations in ERG11, TAC1B and FUR1 genes to get an insight into the pattern of drug resistance. Molecular identification was successfully achieved using 18S rRNA gene and ITS region and 5 drug resistance associated missense variants identified in ERG11 (F132Y and K143R) and TAC1B (H608Y, P611S and A640V) genes of C. auris strains. Additionally, the current study offers the prophylactic and therapeutic application of hydrothermally synthesized Ag-silicalite-1 (Si/Ag ratio 25) nanomaterial against the nineteen clinical strains of C. auris, TiZSM-5, 4wt%Ag/TiZSM-5 were prepared using impregnation technique, Ag-silicalite-1 (25) and Ag-silicalite-1 (100) nanoformulations were characterized using different phases determination (XRD), surface area analysis (BET), diffuse reflectance UV-Visible spectroscopy (DRS-UV-Vis), thermogravimetric analysis and differential thermal analysis (TGA-DTA), morphological studies [(scanning electron microscopy/energy dispersive X-Rays spectroscopy (SEM/EDX) and transmission electron microscope (TEM)]. All the collected C. auris strains were subjected to antifungal efficacy by colony forming unit (CFU) technique and antibiofilm activity by employing cell kill assay, scanning electron microscopy (SEM) and light microscopy. Across all the nineteen C. auris strains, 4wt% Ag/TiZSM-5 and Ag-silicalite-1 significantly inhibited the growth of the majority of C. auris strains and a significant inhibitory effect on biofilm’s survival rate, the lowest inhibition value was (10 %) with Ag-silicalite-1 at 24 and 48h incubation. A profound change in morphogenesis and in addition to the reduction in the number of C. auris cells was shown by SEM and light microscopy. The presence of high surface area and uniform dispersion of nanosized Ag species displays an enhanced anti-Candida activity and therefore it has a great potential against the emerging multidrug-resistant C. auris.

في السنوات الأخيرة ، ظهرت المبيضات كانديدا أوريس كتحدي في عدوى في المستشفيات وذلك بسبب خيارات العلاج المحدودة ومقاومتها للأدوية المتعددة و التي تؤدي إلى ارتفاع في معدل الوفيات. تم الإبلاغ عن أن فطر الكانديدا أوريس بانها قد طورت مقاومتها للعديد من الأدوية المضادة للفطريات مثل فلاكونزول و الافوترايسين والفلوروسيتوزين والكاسبوفانجين fluconazole و amphotericin B و 5-fluorocytosine و caspofungin وما إلى ذلك ،وذلك بسبب الإفراط في التعبير الجيني عن جينات متحولة متعددة. وبالتالي، يصبح من الضروري دراسة وكشف الجينات المقاومة المختلفة التي تحدث بين السلالات المختلفة المعزولة من عدوى المستشفيات. من جانب آخر ، من المعروف أن المواد النانوية لها خواص استثنائية في العلاج كمضادات للميكروبات من خلال قابلية التحكم في الحجم وقابلية إيصال الدواء للميكروب المستهدف. لذلك ، تم إجراء هذه الدراسة بهدف تحديد تسعة عشر سلالة من فطر الكانديدا أوريس تم جمعها من مستشفى الملك فهد الجامعي ومستشفى الملك فهد التخصصي والتي تم التعرف عليها بواسطة التسلسل الجيني 18s rRNA وتسلسل منطقة ITS 18S rDNA واكتشاف الطفرات المرتبطة بمقاومة الأدوية في (TAC1B ، FUR1 و ERG11 ) للحصول على رؤية لنمط مقاومة الأدوية. تم التعرف الجزيئي بنجاح وتم اكتشاف ستة عقاقير مقاومة للطفرات المرتبطة بها في الجين الخاص بجينات TAC1B و ERG11 لسلالات الكانديدا أوريس محل الدراسة بالإضافة إلى ذلك ، تم تصنيع زيوليت السيليكا المرتفع على أساس Zn و Ti و Ag وتمييزه باستخدام تقنيات مختلفة مثل XRD و BET و FT-IR و TGA-DTA و SEM و TEM. تعرضت جميع سلالات الكانديدا اوريس التي تم جمعها إلى فعالية مضادة للفطريات بواسطة تقنية وحدة تشكيل المستعمرة (CFU) التي أظهرت أن المادة النانوية المركبة تمنع بشكل كبير نمو غالبية سلالات الكانديدا أوريس محل الدراسة . ألقت الدراسة الحالية بعض الضوء على فهم جينات المقاومة لسلالات الكانديدا المجمعة محليًا وفائدة الجسيمات النانوية المُصنَّعة لمنع ومكافحة العدوى التي تسببها الكانديدا أوريس على المستوى المحلي والعالمي.