Quercetin and Cinnamaldehyde Show Antipathogenic Activity Against Proteus mirabilis Isolates: Inhibition of Swarming Motility and Urease Activity

Kersetin ve Sinnamaldehitin Proteus mirabilis İzolatlarına Karşı Antipatojenik Etkileri: Swarming Hareketi ve Üreaz Aktivitesinin İnhibisyonu

Özet

Introduction: Antipathogenic molecules target not the vital structures but the virulence factors of pathogenic microorganisms to prevent the development of an infection. Proteus mirabilis is a right candidate for testing antipathogenic molecules due to its distinctive features as an uropathogen such as spreading on urinary catheter surfaces by swarming motility, forming crystalline biofilm by intense urease activity and causing kidney stones. Materials and Methods: In this study, the potential antipathogenic effects of quercetin and cinnamaldehyde against swarming motility and urease activity of P. mirabilis isolates from various services and clinics of Balcali Hospital in Cukurova University were investigated. The effect on swarming motility was investigated by measuring the swarm diameter on the agar surface of the isolates exposed to the respective compounds. The effect on urease activity was determined by the analysis of colorimetric changes caused by isolates in the media containing urea and phenol red. In addition, a selected isolate exposed to the related compounds was examined by electron microscopy (SEM) to investigate the morphological changes caused by the compounds. Results: We observed that quercetin inhibited swarming motility for all isolates in a dose-dependent manner. Besides, the cells were found to be in short form and deformed for the quercetin-exposed isolate examined by SEM. Cinnamaldehyde exhibited moderate inhibitory activity against urease despite not being effective against the swarming motility. Conclusion: These molecules, which are commonly found in plants consumed as food or used in phytotherapy, are known to have low toxicity. It is therefore contemplated that these compounds can be used as a prophylactic in urinary tract infections and as a coating agent in catheters. Such potentials should be explored by further in vivo studies.

Abstract

Giriş: Antipatojenik moleküller, patojenik mikroorganizmaların hayati yapılarını değil virülans faktörlerini hedef alır. Proteus mirabilis, swarm hareketi ile üriner kateterlerin yüzeyinde yayılması, yoğun üreaz aktivitesi ile kristal içerikli biyofilm oluşturması ve böbrek taşlarına neden olması gibi karakteristik özellikleri nedeniyle, antipatojenik moleküllerin test edilmesi için ideal bir adaydır. Materyal ve Metod: Bu çalışmada, Çukurova Üniversitesi Balcalı Hastanesindeki çeşitli servis ve kliniklerden izole edilen P. mirabilis izolatlarının swarm hareketi ve üreaz aktivitesine karşı, kersetin ve sinnamaldehitin potansiyel antipatojenik etkileri incelenmiştir. Swarm hareketine etki, ilgili bileşiklere maruz kalan izolatların agar yüzeyindeki swarm çapının ölçülmesiyle araştırılmıştır. Üreaz aktivitesine etki ise, üre ve fenol kırmızısı içeren besiyerlerinde izolatların neden olduğu kolorimetrik değişikliklerin analiziyle ortaya konmuştur. Ayrıca, ilgili bileşiklere maruz kalan belirli bir izolat elektron mikroskobuyla (SEM) incelenerek, bileşiklerin neden olduğu morfolojik değişiklikler araştırılmıştır. Bulgular: Kersetinin tüm izolatlarda swarm hareketini doza bağlı bir şekilde inhibe ettiği görülmüştür. Ayrıca, SEM incelemeleri neticesinde, kersetine maruz kalan hücrelerin kısa formda ve deforme olduğu tespit edilmiştir. Sinnamaldehit üreaz aktivitesine karşı orta derecede inhibitör etkili bulunmuş, fakat swarm hareketine karşı etkili olmamıştır. Sonuç: Gıda olarak tüketilen ve fitoterapide sıklıkla kullanılan bitkilerde yaygın olarak bulunan bu moleküllerin düşük toksisiteye sahip olduğu bilinmektedir. Dolayısıyla ilgili bileşiklerden idrar yolu infeksiyonlarında profilaktik olarak ve kateterlerde kaplama ajanı olarak yararlanılabileceği öngörülmektedir. Daha ileri düzeyde in vivo çalışmalarla bu tür potansiyeller araştırılmalıdır.