Efficacy of metal ions and isothiazolones in inhibiting Enterobacter cloacae BF-17 biofilm formation

Abstract

Enterobacter cloacae is a nosocomial pathogen. The E. cloacae strain BF-17, with a high capacity for biofilm formation, was screened and identified from industrially contaminated samples, carried out in our laboratory. To develop an efficient strategy to deal with biofilms, we investigated the effects of metal ions, including Na⁺, K⁺, Ca⁺, Mg⁺, Cu⁺, and Mn⁺, and 3 isothiazolones, on elimination of E. cloacae BF-17 biofilm formation by using a 0.1% crystal violet staining method. The results revealed that higher concentrations of Na⁺ or K⁺ significantly inhibited E. cloacae BF-17 biofilm development. Meanwhile, Ca²⁺ and Mn²⁺ stimulated biofilm formation at low concentration but exhibited a negative effect at high concentration. Moreover, biofilm formation decreased with increasing concentration of Mg²⁺ and Cu²⁺. The isothiazolones Kathon (14%), 1,2-benzisothiazolin-3-one (11%), and 2-methyl-4-isothiazolin-3-one (10%) stimulated initial biofilm formation but not planktonic growth at low concentrations and displayed inhibitory effects on both biofilm formation and planktonic growth at higher concentrations. Unfortunately, the 3 isothiazolones exerted negligible effects on preformed or fully mature biofilms. Our findings suggest that Na⁺, K⁺, Mg²⁺, and isothiazolones could be used to prevent and eliminate E. cloacae BF-17 biofilms.

Magnesium ions mitigate biofilm formation of Bacillus species via downregulation of matrix genes expression

“…strains during the processing of milk formulations (Somerton et al, 2013 ). Another recent study has showed that biofilm formation decreased with increasing concentration of Mg 2+ in Enterobacter cloacae (Zhou et al, 2014 ). Although recent studies have shown that magnesium might have diverse effects on biofilms, the effect of Mg 2+ ions on biofilm formation by sporulation Bacillus species remains largely unknown.…”

Calcium transcriptionally regulates the biofilm machinery of Xylella fastidiosa to promote continued biofilm development in batch cultures

“…Ca supplementation has been shown to promote biofilm formation in Pseudomonas aeruginosa (Sarkisova et al ., ), Pseudoalteromonas sp. (Patrauchan et al ., ), Sinorhizobium meliloti (Rinaudi et al ., ), Xylella fastidiosa (Cruz et al ., ), Enterobacter cloacae (Zhou et al ., ), Aeromonas hydrophila (Das et al ., ), and Enterococcus faecalis (Das et al ., ), while it suppresses biofilm formation in Vibrio cholerae (Bilecen and Yildiz, ) and Staphylococcus aureus (Shukla and Rao, ). While Ca, as a divalent cation, can function to neutralize cell surface charges to facilitate binding and adhesion (Leite et al ., ; Williams, ), growing evidence suggests a role for Ca that is regulatory and not just physical/structural (Shemarova and Nesterov, ; Cruz et al ., ).…”

Magnetic fields and magnetic isotope 25Mg effects on biofilms formation by bacteria E. coli

“…Биоплёнки защищают бактерии от воздействия внешних физико-химических факторов: антибиотиков, ультрафиолетового облучения, механического воздействия и т. п. [10]. Удалить и инактивировать развитые и зрелые биоплёнки достаточно трудно [10], что приводит к нежелательным проблемам, особенно в медицине и промышленности.…”

“…Удалить и инактивировать развитые и зрелые биоплёнки достаточно трудно [10], что приводит к нежелательным проблемам, особенно в медицине и промышленности. Возможность контроля образования биоплёнокэто междисциплинарная научная задача, изучаемая давно и активно [10]. Обнаружено [11] Mg, магнитный 25 Mg и природный изотоп магния (ФГУП "Электрохимприбор", Россия) [8].…”

“…С большой вероятностью можно сказать, что магнитные поля 20-35 мТл и магнитные моменты ядер 25 Mg влияют на процессы ферментативного синтеза белка, а также репликации ДНК [14]. Eестественным образом это приводит к стимуляции биоплёнкообразования бактериями E. coli, так как синтезируемый бактериями внеклеточный матрикс состоит в основном из белков и полисахаридов [10]. При дальнейшем увеличении постоянного магнитного поля до 80 мТл происходит незначительное подавление образования плёнок микроорганизмами всех исследуемых групп.…”