Evaluation of biofilm formation by Staphylococcus aureus, Staphylococcus epidermidis and Escherichia coli on coatings for stainless steel composed of polypropylene with zeolite and polypropylene with glass and silver

Authors

DOI:

https://doi.org/10.33448/rsd-v9i10.9125

Keywords:

Bovine mastitis; Dairy Cattle; Stainless Steel

Abstract

A presença de biofilme microbiano nos equipamentos de ordenha, ocasionada pela limpeza inadequada, é uma fonte constante de contaminação dos animais ordenhados e do leite que é enviado para a indústria. O biofilme também compromete a saúde dos animais e a qualidade do leite produzido. O objetivo deste estudo foi avaliar a formação de biofilme em quatro diferentes revestimentos para aço inoxidável, compostos por polipropileno virgem, polipropileno com 3% de zeólita, polipropileno com 6% de zeólita e polipropileno com vidro e prata. A formação de biofilme nos quatro revestimentos testados foi avaliada pela contagem de unidades formadoras de colônias de células no biofilme, extração da matriz por sonicação e quantificação de proteínas extracelulares e polissacarídeos, conforme confirmado pela análise de imagens geradas por microscopia confocal de varredura a laser. Cinco amostras de produção de biofilmeForam selecionados Staphylococcus aureus , um de Staphylococcus epidermidis e cinco de Escherichia coli , cuja produção de biofilme foi avaliada em um estudo anterior para avaliar a adesão aos diferentes revestimentos. Escherichia coli foi a bactéria com maior produção de biofilme em todos os revestimentos testados, sendo que a maior adesão do biofilme microbiano ocorreu no polipropileno com 6% de zeólita quando comparado ao polipropileno com prata e vidro. Esperava-se que o material composto de prata, vidro e polipropileno apresentasse menor aderência aos biofilmes microbianos, mas neste estudo não foi observada diferença entre os revestimentos com polipropileno virgem, com 3% de zeólita, e com vidro e prata.

References

Action. (2013). Estatcamp - Consultoria estatística e qualidade, São Carlos, SP, Brasil. Retrieved Ago 1, from http://www.portalaction.com.br/

Ayres, M., Ayres J.M., Ayres, D.L., & Santos, A.A.S. (2007). BioEstat 5.0: aplicações estatísticas nas áreas das ciências biológicas e médicas. Belém: Sociedade Civil Mamirauá; Brasília: Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico.

Azeredo, J.A., Lazarova, V., & Oliveira, R. (1999). Methods to extract the exopolymeric matrix from biofilms: a comparative study. Water Science Technology, 39(7), 243-250. doi:10.1016/S0273-1223(99)00174-2

Boari, C.A., Alves, M.P., Tebaldi, V.M.R., Savian, T.V., & Piccoli, R.H. (2009). Formação de biofilme em aço inoxidável por Aeromonas hydrophila e Staphylococcus aureus usando leite e diferentes condições de cultivo. Ciência e Tecnologia de Alimentos, 29(4), 886-895. doi: 10.1590/S0101-20612009000400029

Chagas, L.G.S., Melo, P. C., Brasão, S. C., Silvestre, G.B.R., Guimarães, E.C., & Lima, A.M.C. (2017). Evaluation of biofilm formation by bacterial strains isolated from milking equipment and milk samples from cows with mastitis. Semina: Ciências Agrárias, 38(4), 1887-1896. doi: 10.5433/1679-0359.2017v38n4p1887

Ciccio, P. D., Vergara, A., Festino, A.R., Paludi, D., Zanardi, E., Ghidini, S., & Ianieri, A. (2015). Biofilm formation by Staphylococcus aureus on food contact surfaces: Relationship with temperature and cell surface hydrophobicity. Food Control, 50(1), 930-936. doi: 10.1016/j.foodcont.2014.10.048

Cos, P., Toté K., Horemans T., & Maes, L. (2010). Biofilms: an extra hurdle for effective antimicrobial therapy. Current Pharmaceutical Design, 16(20), 2279-2295. doi: 10.2174/138161210791792868

Costerton, J.W., Stewart, P.S., & Greenberg, E.P. (1999). Bacterial biofilms: a common cause of persistent infections, Science, 284(5418), 1318-1322. doi: 10.1126/science.284.5418.1318

Cowan, M. M., Abshireb, K. Z., Houk, S.L., & Evans, S. M. (2003). Antimicrobial efficacy of a silver-zeolite matrix coating on stainless steel. Journal of Industrial Microbiology and Biotechnology, 30(2), 102-106. doi: 10.1007/s10295-002-0022-0

Cucarella, C., Tormo, M. A., Ubeda, C., Trotonda, M. P., Monzón, M., Peris, C., Amorena, B., Lasa, I., & Penadés, J. R. (2004). Role of biofilm associated protein Bap in the pathogenesis of bovine Staphylococcus aureus. Infection and Immunity, 72(4), 2177-2185. doi: 10.1128/IAI.72.4.2177-2185

Dubois, M., Gilles, K. A., Hamilton, J. K., Rebers, P. A., & Smith, F. (1956). Colorimetric method for determination of sugars and related substances. Analytical Chemistry, 28(3), 350-356. doi: 10.1021/ac60111a017

Ebrahimi, R., Zandi, S., & Gharibi, F. (2014). Removal of nickel and total chromium using Escherichia coli biofilm supported on clinoptilolite. Journal of Advances in Environmental Health Research, 2(2), 126-133. doi: 10.22102/jaehr.2014.40153

Eriksson, H. (2008). Controlled release of preservatives using dealuminated zeolite Y. Journal of Biochemical and Biophysical Methods, 70(6), 1139–1144. doi: 10.1016/j.jbbm.2007.05.010

Freeman, D.J., Falkiner, F.R., & Keane, C.T. (1989). New method for detecting slime production by coagulase negative staphylococci. Journal Clinical Pathology, 42(8), 872-874. doi:10.1136/jcp.42.8.872

Fuster-Valls, N., Hemández-Herrero, M., Marín-de-Mateo, M., & Rodríguez-Jerez, J.J. (2008). Effect of different environmental conditions on the bacteria survival on stainless steel surfaces. Food Control, 19(3), 308-314. doi: 10.1016/j.foodcont.2007.04.013

Giulio, M.D., Bartololomeo, S.D., Campli, E.D., Sancilio, S., Marsich, E., Travan, A., Cataldi, A., & Cellini, L. (2013). The effect of a silver nanoparticle polysaccharide system on Streptococcal and saliva-derived biofilms. Internation Journal Molecular Sciences,14(7), 13615–13625. doi: 10.3390/ijms140713615

Gomes, F. I. A. (2010). New therapeutic strategies against Staphylococcus epidermidis biofilms. Tese de Doutorado, Universidade do Minho, Braga, Portugal. Retrieved from http://repositorium.sdum.uminho.pt/handle/1822/11720

Gurunathan, S., Han, J. W., Kwon, D. N., & Kim, J. H. (2014). Enhanced antibacterial and anti-biofilm activities of silver nanoparticles against Gram-negative and Gram-positive bacteria. Nanoscale Research Letters, 9(375), 1-17. doi: 10.1186/1556-276X-9-373

Hamadi, F., Asseme, F., Elabed, S., Bensouda, S., Mabrouki, M., & Latrache, H. (2014). Adhesion of Staphylococcus aureus on stainless steel treated with three types of milk. Food Control, 38(1), 104-108. doi: 10.1016/j.foodcont.2013.10.006

Khameneh, B., Zarei, H., & Bazzaz, B. S. F. (2014).The effect of silver nanoparticles on Staphylococcus epidermidis biofilm biomass and cell viability. Nanomedicine Journal, 1(5), 302-307. doi: 10.7508/nmj.2015.05.003

Koneman, E. W. (2001). Diagnóstico Microbiológico – Texto e Atlas Colorido. (5 ed.). Rio de Janeiro: Médica e Científica Ltda.

Kunze, B., Reck, M., Dotsch, A., Lemme, A., Schummer, D., Irschik, H., Steimmetz, H., & Wagner-Dobler. (2010). Damage of Streptococcus mutans biofilms by carolacton, a secondary metabolite from the myxobacterium Sorangium cellulosum. BMC Microbiology. 10(199), 2-13. doi: 10.1186/1471-2180-10-199

Latorre, A. A., Van Kessel, J. S., Kams, J. S., Zurakiwski, M. J., Pradhan, A. K., Boor, K. J., Jayarao, B. M., Houser, B. A., Daugherty, C. S., & Schukken, Y. H. (2010). Biofilm in milking equipment on a dairy farm as a potential source of bulk tank milk contamination with Listeria monocytogenes. Journal of Dairy Science, 93(6), 2792–2802. doi: 10.3168/jds.2009-2717

Laverty, G., Gorman, S. P., & Gilmore, B. F. (2013). Biomolecular mechanisms of staphylococcal biofilm formation. Future Microbiology, 8, 509-524. doi: 10.2217/fmb.13.7

Lazarova, V., & Mamem, J. (1995). Biofilm characterization and activity analysis in water and wastewater treatment. Water Research, 29(10), 2227–2245. doi: 10.1016/0043-1354(95)00054-O

Lee, S. H. I., Mangolin, B. L. C., Gonçalves, J. L., Neeff, D. V., Silva, M. P., Cruz, A. G., & Oliveira, C. A. F. (2014). Biofilm-producing ability of Staphylococcus aureus isolates from Brazilian dairy farms. Journal of Dairy Science, 97(1), 1812–1816. doi: 10.3168/jds.2013-7387

Leite, B. A. (2013). Estudo da susceptibilidade e resposta dos biofilmes de estafilococos aos agentes antimicrobianos. Tese de Doutorado, Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, SP, Brasil. Retrieved from https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/263

Martin, J. G. P., Oliveira e Silva, G., Fonseca, C. R., Morales, C. B., Belmonte, C. P., Miquelutti, D. L. & Porto, E. (2016). Efficiency of a cleaning protocol for the removal of enterotoxigenic Staphylococcus aureus strains in dairy plants. International Journal of Food Microbiology, 238(1), 295-301. doi: 10.1016/j.ijfoodmicro.2016.09.018

Monteiro, D. R., Silva, S., Negri, M., Gorup, L. F., Camargo, E. R., Oliveira, R., Barbosa, D.B., & Henriques, M. (2013). Silver colloidal nanoparticles: effect on matrix composition and structure of Candida albicans and Candida glabrata biofilms. Journal of Applied Microbiology, 114(4), 1175–1183. doi: 10.1111/jam.12102

Morita, Y., Imai, S., Hanyuda, A., Martin, K., Hanada, N., & Nakamura, Y. (2014). Effect of silver ion coating of fixed orthodontic retainers on the growth of oral pathogenic bacteria. Dental Materials Journal, 33(2), 268–274. doi: 10.4012/dmj.2013-216

Morones, J.R., Elechiguerra, J. L., Camacho, A., Holt, K., Kouri, J. B., Ramirez, J.T., & Yacaman, M. J. (2005). The bactericidal effect of silver nanoparticles. Nanotechnology, 16(10), 2346–2353. doi: 10.1088/0957-4484/16/10/059

Nagy, A., Harrison, A., Sabbani, S., Munson, Jr. R. S., Dutta, P.K., & Waldman, W. J. (2011). Silver nanoparticles embedded in zeolite membranes: release of silver ions and mechanism of antibacterial action. International Journal of Nanomedicine, 6(1), 1833–1852. doi: 10.2147/IJN.S24019

Neves, P. B. A., Agnelli, J. A. M., Kurachi, C., & Souza, C. W. O. (2014). Addition of silver nanoparticles to composite resin: effect on physical and bactericidal properties in vitro. Brazilian Dental Journal. 25(2), 141-145. doi: 10.1590/0103-6440201302398

Oliveira, E.S.D. (2013). Biocorrosão em cupons de aço carbono expostos à agua doce. Dissertação de Mestrado, Universidade Federal do Pernambuco, Recife, Brasil. Retrieved from https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/13342

R Development Core Team. R. (2015). A language and environment for statistical computing, R Foundation for Statistical Computing, Vienna, Austria. Retrieved from http://www.r-project.org

Saengmmee-Anupharb, S., Srikhririn, T., Thaweboon, B., Thaweboon, S., Amornsakchai, T., Dechkumakor, S., & Suddhasthira, T. (2013). Antimicrobial effects of silver zeolite, silver zirconium phosphate silicate and silver zirconium phosphate against oral microorganisms. Asian Pacific Journal of Tropical Biomedicine. 3(1), 47-52. doi: 10.1016/S2221-1691(13)60022-2

Sousa, C., Teixeira, P., & Oliveira, R. (2009). Influence of surface properties on the adhesion of Staphylococcus epidermidis to acrylic and silicone. International Journal of Biomaterials, 9(1), 1-9. doi: 10.1155/2009/718017

Tran, P. A., & Webster, T. J. (2013). Understanding the wetting properties of nanostructured selenium coatings: the role of nanostructured surface roughness and air-pocket formation. International Journal of Nanomedicine, 8(1), 2001-2009. doi: 10.2147/IJN.S42970

Triola, M. F. (2014). Introdução à Estatística. (7ª ed.). Rio de Janeiro: LTC.

Tamanai-Shacoori, Z., Chahandad, F., Rébillard, A., Cillard, J., & Bonnaure-Mallet, M. (2014). Silver-zeolite combined to polyphenol-rich extracts of Ascophyllum nodosum: potential active role in prevention of periodontal diseases. Plos One, 9(10), 1-8. doi: 10.1371/journal.pone.0105475

Wang, S., & Peng, Y. (2010). Natural zeolites as effective adsorbents in water and wastewater treatment. Chemical Engineering Journal, Laussane, 156(1), 11-24. doi:10.1016/j.cej.2009.10.029

Published

21/10/2020

How to Cite

CHAGAS, L. G. da S.; MELO, P. de C. .; GOMES, L. R.; GOMES, D. O. .; GUIMARÃES, E. C. .; RODRIGUES, A. R. A.; LIMA, A. M. C. Evaluation of biofilm formation by Staphylococcus aureus, Staphylococcus epidermidis and Escherichia coli on coatings for stainless steel composed of polypropylene with zeolite and polypropylene with glass and silver. Research, Society and Development, [S. l.], v. 9, n. 10, p. e8439109125, 2020. DOI: 10.33448/rsd-v9i10.9125. Disponível em: https://www.rsdjournal.org/index.php/rsd/article/view/9125. Acesso em: 26 jun. 2022.

Issue

Section

Agrarian and Biological Sciences