eDNA Inactivation and Biofilm Inhibition by the PolymericBiocide Polyhexamethylene Guanidine Hydrochloride (PHMG-Cl)

Abstract

The choice of effective biocides used for routine hospital practice should consider the role of disinfectants in the maintenance and development of local resistome and how they might affect antibiotic resistance gene transfer within the hospital microbial population. Currently, there is little understanding of how different biocides contribute to eDNA release that may contribute to gene transfer and subsequent environmental retention. Here, we investigated how different biocides affect the release of eDNA from mature biofilms of two opportunistic model strains Pseudomonas aeruginosa ATCC 27853 (PA) and Staphylococcus aureus ATCC 25923 (SA) and contribute to the hospital resistome in the form of surface and water contaminants and dust particles. The effect of four groups of biocides, alcohols, hydrogen peroxide, quaternary ammonium compounds, and the polymeric biocide polyhexamethylene guanidine hydrochloride (PHMG-Cl), was evaluated using PA and SA biofilms. Most biocides, except for PHMG-Cl and 70% ethanol, caused substantial eDNA release, and PHMG-Cl was found to block biofilm development when used at concentrations of 0.5% and 0.1%. This might be associated with the formation of DNA–PHMG-Cl complexes as PHMG-Cl is predicted to bind to AT base pairs by molecular docking assays. PHMG-Cl was found to bind high-molecular DNA and plasmid DNA and continued to inactivate DNA on surfaces even after 4 weeks. PHMG-Cl also effectively inactivated biofilm-associated antibiotic resistance gene eDNA released by a pan-drug-resistant Klebsiella strain, which demonstrates the potential of a polymeric biocide as a new surface-active agent to combat the spread of antibiotic resistance in hospital settings.

A combination therapy strategy for treating antibiotic resistant biofilm infection using a guanidinium derivative and nanoparticulate Ag(0) derived hybrid gel conjugate

“…22 A recent report also tends to suggest that polyhexamethylene guanidine hydrochloride (PHMG-Cl) could adversely affect the biofilm-associated antibiotic-resistant eDNA release by Klebsiella strain—a key factor for a pan-drug-resistant Klebsiella strain. 93 These results have helped us in developing Ag(0) NPs (with positive surface charges) stabilized in a hydrogel matrix of cationic guanidinium ion derivatives.…”

“…91,92 PHMG-Cl might form a DNA–PHMG-Cl complex, bind to AT base pairs by molecular docking, and inactivate biofilm-associated antibiotic-resistant eDNA release by Klebsiella strain. 93…”

Use of Sus domesticus cell cultures for testing the properties of compositions with polyhexamethylene biguanidine

“…Вони володіють чітко вираженими бактерицидними, віруліцидними, фунгіцидними і альгіцидними властивостями [1][2][3]. Є чисельні дані про їх застосування в складі різних дезінфікуючих засобів і антисептиків, наприклад при боротьбі з лікарняними інфекціями тощо [4][5][6]. Тривалий час вважалося що ці препарати малотоксичні для вищих організмів, в тому числі й для людини [4,7,8].…”

“…Проведені нами раніше експерименти показали, що для вже сформованого моношару клітин нирки великої рогатої худоби відносно нетоксичними (не викликають руйнацію моношару) концентраціями ПГМГ і ПГМБ є від 10 -4 % (1,0 мкг/см 3 ) і нижче [13], для інших типів клітин нетоксичні концентрації зазвичай становлять 10 -5 % (0,1 мкг/см 3 ) і нижче [14]. При цьому треба зважати на те, що наприклад у бактерій суспензійні культури на порядок чутливіші до ПГМГ ніж бактерії в біоплівках [6]. Відповідно, і суспензія клітин еукаріотичних може бути чутливіша за тканину або сформований моношар клітин.…”

“…Крім того, є дані, що ПГМГ (і ПГМБ) при зовнішньому використанні в якості антисептика менш токсичний порівняно з низкою традиційних деззасобів [4]. Оскільки суспензійні культури зазвичай чутливіші і вразливіші до дії токсикантів [6], то при розробці ветеринарних препаратів для лікування ран і для забезпечення мінімального антисептичного ефекту ПГМБ доцільно використовувати в концентрації 0,005-0,5%.…”