In vitro activity of antimicrobial agents against Staphylococcus ssp. biofilms from canine otitis

Historically, bacteria have been seen as isolated organisms; however, it is now clear that the vast majority of bacteria exist in complex communities known as biofilms. Bacteria in biofilms are adhered to various surfaces, both abiotic and biotic (teeth, bones, mucosa), often forming a highly dynamic ecosystem, which is structured and organized. An example of infection, which can involve the formation of biofilm is otitis - defined as an acute or chronic inflammation of the ear, which may extend from the external ear canal to the inner ear. Described as the most common disease of the external ear canal in dogs, it has a multifactorial etiology, including fungi and bacteria, especially of the genus Staphylococcus. Bacteria of this genus are commensal to skin and mucous membranes, but can act as opportunistic pathogens in favorable conditions and are often associated with a wide variety of infections in humans and animals with many reports of refractoriness to usual treatments. In biofilm, bacteria can be ten to a hundred times more resistant to antibiotics when compared to the same bacteria in planktonic growth. The struggle to fight infections involving bacterial biofilms is a major challenge of microbiology today, which, in turn, leads to the search for new therapeutic options. Thus, this study aimed to evaluate the in vitro inhibitory effect of six substances – three classic antimicrobial agents ciprofloxacin, chloramphenicol, gentamicin; and three non-classic antimicrobial agents thymol, carvacrol, hydrogen peroxide (H2O2) - against staphylococcal strains from canine otitis in planktonic growth and in biofilm. We analyzed 54 clinical strains isolated from purulent secretion of canine otitis, divided into five species: S. intermedius, S. simulans, S. haemolyticus, S.epidermidis and S. lugdunensis. The 16 strains classified as biofilm producers (11 S. intermedius and five S. simulans), according to result obtained by the Congo red agar test and confirmed by scanning electron microscopy (SEM), were used in broth microdilution assay for determination of minimum inhibitory concentration (MIC) and minimum biofilm inhibitory concentration (MBIC). With regards to the biofilm-producing strains, the following results were observed: the values for ciprofloxacin were 0,12 ≤MIC≤0,5 mcg/mL (mean 0,28 mcg/mL) and 0,5≤MBIC≤8 mcg/mL (mean 1,79 mcg/mL); for chloramphenicol 2≤MIC≤16 mcg/mL (mean 7,41 mcg/mL) and 8≤MBIC≤32 mcg/mL (mean 20,71 mcg/mL); for gentamicin 0,5≤MIC≤4 mcg/mL (mean 2,09 mcg/mL) and 4≤MBIC≤64 mcg/mL (mean 24,24 mcg/mL); for thymol 32≤MIC≤512 mcg/mL (mean 137,41 mcg/mL) and 256≤MBIC≤2048 mcg/mL (mean 768 mcg/mL); carvacrol 32≤MIC≤512 mcg/mL (mean 128 mcg/mL) and 256≤MBIC≤4096 mcg/mL (mean 993,88 mcg/mL); and for H2O2 for 32≤MIC≤128 mcg/mL (mean 99,76 ppm) and 128≤MBIC≤4096 ppm (mean 1874,82 ppm). The presented data indicates the therapeutic potential of the six antibiotics studied in the treatment of staphylococcal infections associated with biofilm, which warrants further studies to investigate the mechanisms of action of these drugs on biofilms and the design of in vivo experiments to confirm the significance of these findings.Historicamente, as bactérias foram vistas como organismos que vivem isolados, no entanto, é claro, agora, que a grande maioria de bactérias existe em comunidades complexas, conhecidas como biofilmes. As bactérias em biofilmes se encontram aderidas a superfícies diversas, tanto abióticas como bióticas (dente, osso, mucosa), compondo um ecossistema altamente estruturado, dinâmico e organizado. Um exemplo de infecção que pode envolver a presença formação de biofilme é a otite - definida como inflamação aguda ou crônica da orelha, podendo se estender desde o epitélio do conduto auditivo externo até a orelha interna. Descrita como a doença mais comum do canal auditivo externo em cães, possui uma etiologia multifatorial, que inclui fungos e bactérias, principalmente do gênero Staphylococcus. Bactérias desse gênero são comensais de pele e mucosas, mas podem atuar como patógenos oportunistas em condições propícias e são frequentemente associadas a uma ampla variedade de infecções em seres humanos e animais com vários relatos de refratariedade aos tratamentos usuais. Em um biofilme, as bactérias podem ser dezenas de vezes mais resistentes aos antibióticos, quando comparadas às mesmas bactérias em crescimento planctônico. O combate a infecções envolvendo bactérias em biofilme é um grande desafio da microbiologia mundial, que leva à busca de novas opções terapêuticas. Com efeito, este estudo teve como objetivo avaliar o efeito inibitório in vitro de seis substâncias – três agentes antimicrobianos clássicos, ciprofloxacina, cloranfenicol, gentamicina; e três agentes antimicrobianos não-clássicos timol, carvacrol, peróxido de hidrogênio (H2O2) – contra cepas estafilocócicas de otite canina em crescimento planctônico e em biofilme. Foram avaliadas 54 cepas clínicas isoladas de secreção purulenta de cães com otite, divididas entre cinco espécies: S. intermedius, S. simulans, S. haemolyticus, S. epidermidis e S. lugdunensis. As 16 cepas classificadas como produtoras de biofilme (11 de S. intermedius e cinco de S. simulans), segundo resultado obtido pelo teste do ágar vermelho Congo e confirmação por microscopia eletrônica de varredura (MEV), foram usadas em ensaios de microdiluição em caldo para determinação de concentração inibitória mínima (CIM) e concentração inibitória mínima em biofilme (CIMB). Com relação às cepas produtoras de biofilme, foram observados os seguintes resultados: os valores para ciprofloxacina foram 0,12 ≤CIM≤0,5 mcg/mL (média 0,28 mcg/mL) e 0,5≤CIMB≤8 mcg/mL (média 1,79 mcg/mL); para cloranfenicol 2≤CIM≤16 mcg/mL (média 7,41 mcg/mL) e 8≤CIMB≤32 mcg/mL (média 20,71 mcg/mL); para gentamicina 0,5≤CIM≤4 mcg/mL (média 2,09 mcg/mL) e 4≤CIMB≤64 mcg/mL (média 24,24 mcg/mL); para timol 32≤CIM≤512 mcg/mL (média 137,41 mcg/mL) e 256≤CIMB≤2048 mcg/mL (média 768 mcg/mL); carvacrol 32≤CIM≤512 mcg/mL (média 128 mcg/mL) e 256≤CIMB≤4096 mcg/mL (média 993,88 mcg/mL); e para H2O2 32≤CIM≤128 ppm (média 99,76 ppm) e 128≤CIMB≤4096 ppm (média 1874,82 ppm). Os dados obtidos apontam para o potencial terapêutico dos seis antibióticos estudados no tratamento de infecções estafilocócicas associadas a biofilme, sendo necessários novos estudos para investigar os mecanismos de ação dessas drogas sobre o biofilme, bem como o delineamento de experimentos in vivo para confirmar a significância desses achados