مجله علوم آبزی پروری

مجله علوم آبزی پروری

ارزیابی فعالیت ضد میکروبی پرو-هپسیدین نوترکیب ماهی قرمز (Carassius auratus) علیه باکتری‌های گرم مثبت و منفی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
مریم قیصری 1
فاطمه پیرویی قادیکلایی 1
راحم خوشبخت 2
پولین شهره 3
حامی کابوسی 4
1 گروه زیست‌شناسی، واحد قائم‌شهر، دانشگاه آزاد اسلامی، قائم‌شهر، ایران.
2 گروه پاتوبیولوژی، دانشکده دامپزشکی، دانشگاه تخصصی فناوری‌های نوین آمل، آمل، ایران.
3 گروه علوم درمانگاهی، دانشکده دامپزشکی، دانشگاه تخصصی فناوری‌های نوین آمل، آمل، ایران.
4 گروه میکروبیولوژی، واحدآیت الله‌آملی، دانشگاه آزاد اسلامی، آمل، ایران.
چکیده
افزایش روزافزون مقاومت آنتی‌بیوتیکی در باکتری‌های بیماری‌زا، ضرورت شناسایی و توسعه ترکیبات ضدمیکروبی جایگزین را بیش از پیش آشکار ساخته است. پپتیدهای ضد میکروبی، از جمله هپسیدین، به‌عنوان اجزای مهم ایمنی ذاتی مهره‌داران، گزینه‌ای امیدبخش در این زمینه محسوب می‌شوند. هدف از مطالعه حاضر، تولید پرو-هپسیدین نوترکیب ماهی قرمز (auratusCarassius ) و ارزیابی فعالیت ضد باکتریایی آن علیه برخی باکتری‌های گرم مثبت و منفی بود. بدین‌منظور، توالی کامل ژن پرو-هپسیدین استخراج، پس از بهینه‌سازی کدونی و الحاق برچسب هیستیدینی، در وکتور بیانی pET28a کلون و در باکتری Rosetta (BL21) Escherichia coli بیان شد. پروتئین نوترکیب پس از خالص‌سازی، از نظر فعالیت ضد میکروبی علیه باکتری گرم منفی (Salmonella enterica) و گرم مثبت (Staphylococcus aureus و Lactococcus garvieae) با استفاده از روش انتشار دیسک و تعیین حداقل غلظت بازدارنده (MIC) مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که پرو-هپسیدین نوترکیب دارای اثر مهاری قابل توجهی علیه هر سه باکتری است؛ حداقل دوز کشنده (MIC) مربوط به پرو-هپسیدین نوترکیب برای S. enterica، S. aureus و garvieae .L به‌ترتیب 50 ،25 و 25 میکروگرم بر میلی لیتر بود. همچنین، تشکیل هاله‌های عدم رشد معنی‌دار در آزمون انتشار دیسک، حتی در مواردی که باکتری‌ها نسبت به برخی آنتی‌بیوتیک‌های رایج مقاومت نشان دادند، بیانگر توان ضد باکتریایی بالای این پپتید بود. در مجموع، یافته‌های این پژوهش نشان می‌دهد که پرو-هپسیدین نوترکیب ماهی قرمز از طیف وسیعی از فعالیت ضد میکروبی برخوردار است و می‌تواند به‌عنوان یک کاندیدای بالقوه برای توسعه عوامل ضد میکروبی جدید و جایگزین آنتی‌بیوتیک‌ها، به‌ویژه در حوزه پزشکی و آبزی‌پروری، مورد توجه قرار گیرد.
کلیدواژه‌ها
پرو-هپسیدین
ماهی قرمز
پاتوژن‌های آبزی‌پروری
فعالیت ضد باکتریایی
جایگزین آنتی‌بیوتیک‌ها

عنوان مقاله English

Evaluation of the antimicrobial activity of recombinant Goldfish (Carassius auratus) Pro-Hepcidin against gram-positive and gram-negative bacteria

نویسندگان English

Maryam Gheisari 1
Fatemeh Peyravii Ghadikolaii 1
Rahem Khoshbakht 2
Poulin Shohreh 3
Hami Kaboosi 4
1 Department of Biology, QaS.C., Islamic Azad University, Qaemshahr, Iran.
2 Department of Pathobiology, Faculty of Veterinary Medicine, Amol University of Special Modern Technologies, Amol, Iran.
3 Department of Clinical Sciences, Faculty of Veterinary Medicine, Amol University of Special Modern Technologies, Amol, Iran.
4 Department of Microbiology, Am.C., Islamic Azad University, Amol, Iran.
چکیده English

The increasing prevalence of antibiotic-resistant pathogenic bacteria has highlighted the urgent need for alternative antimicrobial agents. Antimicrobial peptides, including hepcidin, are key components of the innate immune system of vertebrates and represent promising candidates in this context. The present study aimed to produce full-length recombinant pro-hepcidin from goldfish (Carassius auratus) and to evaluate its antibacterial activity against selected Gram-positive and Gram-negative bacteria. For this purpose, the complete pro-hepcidin gene sequence was retrieved, codon-optimized, fused with a histidine tag, cloned into the pET28a expression vector, and expressed in Escherichia coli (BL21) Rosetta. The recombinant protein was subsequently purified and its antimicrobial activity was assessed against Salmonella enterica (Gram-negative), Staphylococcus aureus, and Lactococcus garvieae (Gram-positive) using the disk diffusion method and determination of the minimum inhibitory concentration (MIC). The results demonstrated that recombinant pro-hepcidin exhibited significant inhibitory effects against all tested bacteria, with MIC values of 50, and 25 µg/mL for S. enterica, S. aureus, and L. garvieae, respectively. Moreover, clear and statistically significant inhibition zones were observed in the disk diffusion assay, even against bacterial strains showing resistance to conventional antibiotics. Overall, these findings indicate that recombinant goldfish pro-hepcidin possesses broad-spectrum antibacterial activity and may serve as a promising candidate for the development of novel antimicrobial agents as alternatives to antibiotics, particularly in medical and aquaculture application.

کلیدواژه‌ها English

Pro-Hepcidin
Gold fish
Aquaculture pathogens
Antibacterial activity
Alternative to antibiotics
Aisen P., Enns C., Wessling-Resnick M. 2001. Chemistry and biology of eukaryotic iron metabolism. The International Journal of Biochemistry & Cell Biology 33(10), 940-959.
Álvarez C.A., Santana P.A., Salinas-Parra N., Beltrán D., Guzmán F., Vega B., Acosta F. and Mercado L. 2022. Immune modulation ability of hepcidin from teleost fish. Animals 12(12), p.1586.
Barroso C., Carvalho P., Nunes M., Gonçalves J.F., Rodrigues P.N., Neves J.V. 2021. The era of antimicrobial peptides: use of hepcidins to prevent or treat bacterial infections and iron disorders. Frontiers in Immunology 12, p.754437.
Bondad-Reantaso M.G., MacKinnon B., Karunasagar I., Fridman S., Alday-Sanz V., Brun E., Le Groumellec M., Li A., Surachetpong W., Karunasagar I., Hao B. 2023. Review of alternatives to antibiotic use in aquaculture. Reviews in Aquaculture 15(4), 1421-1451.
Cai L., Cai J.J., Liu H.P., Fan D.Q., Peng H., Wang K.J. 2012. Recombinant medaka (Oryzias melastigmus) pro-hepcidin: Multifunctional characterization. Comparative Biochemistry and Physiology Part B: Biochemistry and Molecular Biology 161(2), 140-147.
Chen C.J., Huang Y.C., Shie S.S. 2020. Evolution of multi-resistance to vancomycin, daptomycin, and linezolid in methicillin-resistant Staphylococcus aureus causing persistent bacteremia. Frontiers in Microbiology 11, p.1414.
Douglas S.E. 2011. Antimicrobial peptides and their potential as therapeutants in aquaculture. Aquaculture Biotechnology, pp.105-120.
Garvey M. 2023. Antimicrobial Peptides Demonstrate Activity against Resistant Bacterial Pathogens. Infectious Disease Reports 15(4), 454-469.
Haenen O.L.M., Karunasagar I., Manfrin A., Znrcic S., Lavilla-Pitogo C., Lawrence M., Hanson L., Subasinghe R., Bondad-Reantaso M., Karunasagar I., 2020. Contact-zoonotic bacteria of warm water ornamental and cultured fish. Asian Fisheries Science 33(S1), 39-45.
Hirono I., Hwang J.Y., Ono Y., Kurobe T., Ohira T., Nozaki R., Aoki T. 2005. Two different types of hepcidins from the Japanese flounder Paralichthys olivaceus. The FEBS journal 272(20), 5257-5264.
Hussain A., Sachan S.G. 2023. Fish epidermal mucus as a source of diverse therapeutical compounds. International Journal of Peptide Research and Therapeutics 29(3), p.36.
Kakatkar A.S., Pansare L.S., Gautam R.K., Shashidhar R., Karani M., Bandekar J.R. 2011. Molecular characterization of antibiotic resistant Salmonella isolates from Indian foods. Food Research International, 44(10), 3272-3275.
Katzenback B.A. 2015. Antimicrobial peptides as mediators of innate immunity in teleosts. Biology 4(4), 607-639.
Kumar A., Pal D. 2018. Antibiotic resistance and wastewater: Correlation, impact and critical human health challenges. Journal of environmental Chemical Engineering 6(1), 52-58.
Lauth X., Babon J.J., Stannard J.A., Singh S., Nizet V., Carlberg J.M., Ostland V.E., Pennington M.W., Norton R.S., Westerman M.E., 2005. Bass hepcidin synthesis, solution structure, antimicrobial activities and synergism, and in vivo hepatic response to bacterial infections. Journal of Biological Chemistry 280(10), 9272-9282.
Mohapatra A., Dixit A., Garg L.C., Sahoo P.K. 2019. Hepcidin gene of Indian major carp, Labeo rohita: Molecular, structural and functional characterization, and antibacterial activity of recombinant hepcidin. Aquaculture 511, p.734218.
Mohammadzadeh S., Milla S., Ahmadifar E., Karimi, M., Dawood M.A. 2021. Is the use of recombinant cGnRH may be a future alternative to control the fish spawning? Let us go with the goldfish example. Fish Physiology and Biochemistry 47(4), 951-960.
Onmaz N.E., Abay S., Karadal F., Hizlisoy H., Telli N., Al S. 2015. Occurrence and antimicrobial resistance of Staphylococcus aureus and Salmonella spp. in retail fish samples in Turkey. Marine Pollution Bulletin 90(1-2), 242-246.
Öztürk R.Ç., Ustaoglu D., Ture M., Bondavalli F., Colussi S., Pastorino P., Vela A.I., Kotzamanidis C., Fernandez-Garayzábal, J.F., Bitchava, K. and Terzi, Y., 2024. Epidemiological cutoff values and genetic antimicrobial resistance of Lactococcus garvieae and L. petauri. Aquaculture 593, p.741340.
Qiao D., Yan Y., Pei C., Zhang J., Zhao X., Jiang X., Zhu L., Zhang J., Li L., Kong X. 2023. Characterization of hepcidin gene and protection of recombinant hepcidin supplemented in feed against Aeromonas hydrophila infection in Yellow River carp (Cyprinus carpio haematopterus). Fish & Shellfish Immunology 139, p.108872.
Shike H., Lauth X., Westerman M.E., Ostland V.E., Carlberg J.M., Van Olst J.C., Shimizu C., Bulet P., Burns J.C. 2002. Bass hepcidin is a novel antimicrobial peptide induced by bacterial challenge. European Journal of Biochemistry 269(8), 2232-2237.
Singh B., Arora S., Agrawal P., Gupta S.K. 2011. Hepcidin: a novel peptide hormone regulating iron metabolism. Clinica Chimica Acta 412(11-12), 823-830.
Singhal T. 2022. Antimicrobial Resistance: The'Other'Pandemic! Based on 9th Dr. IC Verma Excellence Award for Young Pediatricians Delivered as Oration on 19th Sept. 2021. Indian Journal of Pediatrics 89(6), 600-606.
Torres-Corral Y., Santos Y. 2022. Predicting antimicrobial resistance of Lactococcus garvieae: PCR detection of resistance genes versus MALDI-TOF protein profiling. Aquaculture 553, p.738098.
Traoré O., Nyholm O., Siitonen A., Bonkoungou I.J.O., Traoré A.S., Barro N., Haukka K. 2015. Prevalence and diversity of Salmonella enterica in water, fish and lettuce in Ouagadougou, Burkina Faso. BMC Microbiology 15, 1-7.
Ventola C.L. 2015. The antibiotic resistance crisis: part 1: causes and threats. Pharmacy and Therapeutics 40(4), p.277.
Wang K.J., Cai J.J., Cai L., Qu H.D., Yang M., Zhang M. 2009. Cloning and expression of a hepcidin gene from a marine fish (Pseudosciaena crocea) and the antimicrobial activity of its synthetic peptide. Peptides, 30(4), pp.638–646.
Wang, Y.D., Kung, C.W., Chi, S.C., Chen, J.Y., 2010. Inactivation of nervous necrosis virus infecting grouper (Epinephelus coioides) by epinecidin-1 and hepcidin 1–5 antimicrobial peptides, and downregulation of Mx2 and Mx3 gene expressions. Fish & Shellfish Immunology 28(1), 113-120.
Xie J., Obiefuna V., Hodgkinson J.W., McAllister M., Belosevic M. 2019. Teleost antimicrobial peptide hepcidin contributes to host defense of goldfish (Carassius auratus L.) against Trypanosoma carassii. Developmental & Comparative Immunology 94, 11-15.
Zhang Z., Zhou Y., Zhang H., Du X., Cao Z., Wu Y., Liu C., Sun Y. 2023. Antibacterial activity and mechanisms of TroHepc2-22, a derived peptide of hepcidin2 from golden pompano (Trachinotus ovatus). International Journal of Molecular Sciences 24(11), p.9251.
مجله علوم آبزی پروری
دوره 13، شماره 2
مهر 1404
صفحه 91-99