An insight into the antibiofilm properties of Costa Rican stingless bee honeys

Abstract

Our objective is to examine the the antibiofilm properties of stingless bee honeys. Meliponini honeys from Costa Rica were examined along with Medihoney as a reference. All honeys were submitted to a screening composed of minimum inhibitory concentration, inhibition of biofilm formation and biofilm destruction microplate-based assays against a Staphylococcus aureus biofilm forming strain. Dialysis led to the isolation of an antibiofilm fraction in Tetragonisca angustula honeys. The honey antibiofilm fraction was evaluated for protease activity and for any synergistic effect with antibiotics on a Staphylococcus aureus biofilm. The active fraction was then separated through activity guided isolation techniques involving SDS-PAGEs, anion exchange and size exclusion fast protein liquid chromatographies. The fractions obtained and the isolated antibiofilm constituents were tested for amylase and DNase activity. About the results, a total of 57 Meliponini honeys from Costa Rica were studied in this research. The honeys studied belonged to the Tetragonisca angustula (n=36) and Melipona beecheii (n=21) species. Costa Rican Tetragonisca angustula honeys can inhibit the planktonic growth, biofilm formation, and are capable of destroying a Staphylococcus aureus biofilm. The antibiofilm effect was observed in the protein fraction of Tetragonisca angustula honeys. The biofilm destruction proteins allowed ampicillin and vancomycin to recover their antimicrobial activity over a Staphylococcus aureus biofilm. The antibiofilm proteins are of bee origin, and their activity was not due to serine, cysteine or metalloproteases. There were 2 proteins causing the antibiofilm action; these were named the Tetragonisca angustula biofilm destruction factors (TABDFs). TABDF-1 is a monomeric protein of approximately 50kDa that is responsible of the amylase activity of Tetragonisca angustula honeys. TABDF-2 is a protein monomer of approximately 75kDa. In conclusion the Tetragonisca angustula honeys from Costa Rica are a promising candidate for research and development of novel wound dressings focused on the treatment of acute and chronic Staphylococcus aureus biofilm wound infections.

Nuestro objetivo es examinar las propiedades antibiopelícula de las mieles de abejas sin aguijón. Se examinaron mieles Meliponini de Costa Rica junto con Medihoney como referencia. Todas las mieles se sometieron a un cribado compuesto por ensayos basados en microplacas de concentración inhibitoria mínima, inhibición de la formación de biopelículas y destrucción de biopelículas frente a una cepa formadora de biopelículas de Staphylococcus aureus. La diálisis permitió aislar una fracción antibiofilm en las mieles de Tetragonisca angustula. La fracción antibiopelícula de la miel se evaluó para determinar su actividad proteasa y cualquier efecto sinérgico con antibióticos sobre una biopelícula de Staphylococcus aureus. A continuación, se separó la fracción activa mediante técnicas de aislamiento guiadas por la actividad que incluían SDS-PAGE, cromatografías líquidas de proteínas rápidas de intercambio aniónico y de exclusión por tamaño. Las fracciones obtenidas y los componentes antibiofilm aislados se sometieron a pruebas de actividad amilasa y DNasa. En cuanto a los resultados, en esta investigación se estudiaron un total de 57 mieles Meliponini de Costa Rica. Las mieles estudiadas pertenecían a las especies Tetragonisca angustula (n=36) y Melipona beecheii (n=21). Las mieles costarricenses de Tetragonisca angustula pueden inhibir el crecimiento planctónico, la formación de biopelículas y son capaces de destruir una biopelícula de Staphylococcus aureus. El efecto antibiopelícula se observó en la fracción proteica de las mieles de Tetragonisca angustula. Las proteínas destructoras de biopelículas permitieron que la ampicilina y la vancomicina recuperaran su actividad antimicrobiana sobre una biopelícula de Staphylococcus aureus. Las proteínas antibiopelícula son de origen apícola, y su actividad no se debía a serinas, cisteínas o metaloproteasas. Había dos proteínas causantes de la acción antibiopelícula, que se denominaron factores de destrucción de biopelículas de Tetragonisca angustula (TABDF). TABDF-1 es una proteína monomérica de aproximadamente 50kDa responsable de la actividad amilasa de las mieles de Tetragonisca angustula. TABDF-2 es una proteína monomérica de aproximadamente 75kDa. En conclusión, las mieles de Tetragonisca angustula de Costa Rica son un candidato prometedor para la investigación y el desarrollo de nuevos apósitos centrados en el tratamiento de las infecciones agudas y crónicas de heridas por biopelículas de Staphylococcus aureus.