Anti-Adhesive Effect of ZnO Nanoparticles Against Uropathogenic Escherichia coli in Bladder Epithelial Cell Cultures and on fimH Gene Expression

Abstract

Background:One of the most important causes of urinary tract infection (UTI) in the world is uropathogenic Escherichia coli (UPEC). The first necessary step for establishing UTI is the attachment and invasion of UPEC to the urinary tract epithelial cells. Objectives: In this study, we assessed the anti-adhesion activity of the zinc oxide nanoparticles (ZnO NPs) against UPEC in T24 cell cultures and the effect of these particles on the fimH gene expression by real-time PCR method. Methods: Toxicity of ZnO NPs was measured with MTT test and minimum inhibitory concentration (MIC) was assessed by agar dilution method.Results: Minimum inhibitory concentration for the three UPEC strains that were used in this study were 1250 µg.mL -1 . Our results showed that the IC50 of ZnO NPs for the T24-cells was 19.53 µg.mL -1 and 0.3 µg.mL -1 is a nontoxic concentration for this cell line. These low concentrations of ZnO suspensions showed 28.77 to 44.71% decrease in the attachment of UPEC to the T24 cells and also could decrease the expression of fimH gene in UPEC. Conclusions:This study showed the anti-adhesive effect of ZnO suspension against UPEC adhesion to the T24 cells and decreased fimH gene expression are seen in these low concentrations of ZnO suspensions.

A Biomimetic Porcine Urothelial Model for Assessing Escherichia coli Pathogenicity

“…Further advantages are the possibility of genetic manipulation [27] and biochemical analysis [28]. Cell cultures are often grown in monolayers [29,30], but cells can also be stimulated to form multiple layers and reach partial or high differentiation states by cultivation in specific culture conditions, media, and scaffolds [31][32][33]. In vitro models for studying UPEC pathogenicity are usually prepared from normal primary cell cultures [33][34][35][36][37] or cancerous cell lines, originating from tissues such as bladder urothelium [31,38].…”

Analisis Potensi Nanopartikel Seng Oksida Sebagai Terapi Alternatif Terhadap Uropathogenic Escherichia coli Penyebab Infeksi Saluran Kemih

“…Studi ini juga menjelaskan lebih lanjut bahwa aktivitas antibiofilm nanopartikel lebih efektif apabila berada pada materi dasar gelas dan logam (aluminium) daripada plastik. [23] Efek inhibisi pembentukan biofilm ini juga dipengaruhi oleh konsentrasi nanopartikel yang digunakan. [21] Pada pemberian konsentrasi setengah dari konsentrasi inhibisi minimum pertumbuhan isolat menampilkan adanya penurunan ekspresi gen flu.…”

“…Selain itu, gen fimH juga ditemukan mengalami penghambatan dan didukung oleh studi dari Jamalam, et al pula. [22,23] Gen flu dan fimH merupakan faktor virulensi dominan pada UPEC. Gen flu berperan dalam memproduksi antigen 43, yaitu protein permukaan pada Escherichia coli yang bertanggung jawab dalam autoagregasi dan flokulasi, sedangkan Gen fimH mengode Pili tipe 1 yang merupakan faktor virulensi paling sering (80%) ditemukan pada UPEC.…”

“…Bahkan Jamalan, et al juga menyebutkan bahwa netralisasi protein fimH dapat secara signifikan menghalangi kolonisasi UPEC pada saluran kemih. [23] Akan tetapi, pemberian konsentrasi sebesar setengah dari konsentrasi minimal nanopartikel yang dapat menghambat pertumbuhan isolat menunjukkan hasil bahwa pada konsentrasi tersebut tidak bisa menginhibisi pembentukan biofilm secara sempurna, hanya berupa inhibisi lemah. [21,22] Selain sifatnya dalam mencegah adhesi dan pembentukan biofilm, nanopartikel seng oksida juga ditemukan oleh Kaur, et al memiliki efek antibakteri diduga berasal dari kemampuan nanopartikel seng oksida dalam mempenetrasi membran sel bakteri sehingga mengubah permeabilitas membrannya.…”

“…Pada konsentrasi hanya 0,3 μg/ml, studi membuktikan penurunan adhesi yang cukup signifikan dari 28,77 hingga 44,71%. [23] Temuan-temuan ini menunjukkan potensi besar nanopartikel ZnO sebagai anti-adhesi, antibakteri, dan antibiofilm untuk menangani ISK akibat UPEC.…”