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. 2025 Jul 11:20:Doc40.
doi: 10.3205/dgkh000569. eCollection 2025.

The antibacterial efficacy and effect of tungsten nanoparticles (WO3) on the expression of tetracycline and erythromycin-resistance genes in Streptococcus agalactiae isolated from pregnant women

Ava Salehi  1 , Mohammad Karim Rahimi  1 , Fatemeh Bagheri  2
Affiliations

The antibacterial efficacy and effect of tungsten nanoparticles (WO3) on the expression of tetracycline and erythromycin-resistance genes in Streptococcus agalactiae isolated from pregnant women

Ava Salehi et al. GMS Hyg Infect Control. .

Abstract
in English, German

Background and objectives: Colonization of pregnant women by Streptococcus (S.) agalactiae can lead to intrauterine infections after childbirth and potentially life-threatening infections in newborns. The current effectiveness of available antimicrobials is decreasing, posing a serious threat. Hence, there is an urgent requirement to develop novel categories of antimicrobial agents that can efficiently and swiftly eradicate these infections. To developed new strategies in the management and reduction of infections arising from S. agalactiae, our objective was to evaluate the antibacterial efficacy of tungsten nanoparticles (WO3) on the expression of tetracycline and erythromycin-resistance genes in S. agalactiae isolated from pregnant women.

Materials and methods: A total of 46 Group-B streptococcus (GBS) isolates from rectovaginal swabs, blood, and urine cultures were obtained from pregnant women (13-35 weeks gestation) attending Central and Gynecological Hospitals in Tehran, Iran. The identification of GBS isolates was conducted using a variety of routine bacteriological techniques and targeted assays for the molecular characterization of the GBS isolates. The antimicrobial susceptibility test was carried out according to the Kirby-Bauer method. PCR was employed to screen for the presence of tetracycline and erythromycin resistance-associated genes. Tungsten oxide (WO3) nanomaterials were successfully synthesized and characterized using FE-SEM (field emission scanning electron microscopy), and DLS (dynamic light scattering) techniques. The microdilution assay was used to assess the antimicrobial efficacy of WO3 nanostructures. Furthermore, real-time PCR was employed to investigate the effectiveness of WO3 nanostructures in the regulation of the expression of the tetM and ermB resistance genes.

Results: The findings of the antibiotic susceptibility assays demonstrated a considerable proportion of S. agalactiae strains with high resistance to tetracycline (87%), erythromycin (71.4%), and clindamycin (63%). Conversely, the resistance rates for chloramphenicol and levofloxacin were 8.7% and 6.5%, respectively. The results of antibiotic susceptibility assays revealed high-resistance S. agalactiae strains to tetracycline (87%), erythromycin (71.4%), and clindamycin (63%), while resistance rates chloramphenicol, levofloxacin, penicillin and ampicillin were 33.3%, 14.8%, 11.1%, and 7.4%, respectively. In addition to the mentioned antibiotics, it is worth noting that all strains exhibited sensitivity to other antibiotics such as ceftriaxone, linezolid, and vancomycin. Of the 24 (88.8%) erythromycin-resistant/intermediate isolates, the ermB gene was found in 16 (66.6%), and the mefA gene in 1 (4.2%) isolates. Furthermore, the tetM and tetO genes were recovered by 83.3% and 4.2% of the tetracycline-resistant isolates, respectively. By utilizing FE-SEM and DLS techniques, it was estimated that the average size of the WO3 nanomaterials were 100 nm and 51.2 nm, respectively. WO3 displayed varying effectiveness against 27 S. agalactiae strains, with minimal inhibitory concentration (MIC) ranging from 500 to 1,000 µg/mL. In addition, the application of nanostructures induced a considerable down-regulation of the antibiotic resistance genes (tetM, ermB) relative to the untreated isolate.

Conclusion: The findings indicate that tungsten trioxide nanoparticles hold the potential to serve as a promising pathway for the development of new antibacterial substances, with the specific aim of addressing the problem of antibiotic resistance in infections caused by S. agalactiae.

Zielsetzung: Die Kolonisierung schwangerer Frauen durch Streptococcus (S.) agalactiae kann nach der Geburt zu intrauterinen Infektionen und potenziell lebensbedrohlichen Infektionen bei Neugeborenen führen. Die derzeitige Wirksamkeit verfügbarer Antimikrobiotika nimmt ab und stellt eine ernsthafte Bedrohung dar. Daher besteht dringender Bedarf an der Entwicklung neuartiger Klassen antimikrobieller Wirkstoffe, die diese Infektionen effizient und schnell bekämpfen können. Zur Entwicklung neuer Strategien zur Bekämpfung von Infektionen durch S. agalactiae sollte die antibakterielle Wirksamkeit von Wolfram-Nanopartikeln (WO3) auf die Expression von Tetracyclin- und Erythromycin-Resistenzgenen bei S. agalactiae, die von schwangeren Frauen isoliert wurden, bewertet werden.

Material und methode: Es wurden 46 Gruppe-B-Streptokokken (GBS)-Isolate aus Rektovaginalabstrichen, Blut- und Urinkulturen von schwangeren Frauen (13.–35. Schwangerschaftswoche) in den Zentralen und Gynäkologischen Krankenhäusern in Teheran, Iran, untersucht. Die Identifizierung der GBS-Isolate wurde mithilfe verschiedener routinemäßiger bakteriologischer Techniken und gezielter Assays zur molekularen Charakterisierung der GBS-Isolate durchgeführt. Das Antibiogramm wurde gemäß der Kirby-Bauer-Methode bestimmt. Mittels PCR wurde das Vorhandensein von Tetracyclin- und Erythromycin-Resistenz-assoziierten Genen gescreent. WO3 Nanomaterialien wurden synthetisiert und mithilfe von FE-SEM (Rasterelektronenmikroskop) und DLS (dynamische Lichtstreuung) charakterisiert. Die antimikrobielle Wirksamkeit der WO3-Nanostrukturen wurde im Mikrodilutionstest bestimmt. Darüber hinaus wurde die Echtzeit-PCR eingesetzt, um die Wirksamkeit von WO3-Nanostrukturen bei der Regulation der Expression der Tetracyclin- und Erythromycin-Resistenzgene zu untersuchen.

Ergebnisse: Die Ergebnisse des Antibiogramms zeigten, dass ein beträchtlicher Anteil der S. agalactiae-Stämme eine Resistenz gegen Tetracyclin (87%), Erythromycin (71,4%) und Clindamycin (63%) aufwies. Die Resistenzraten für Chloramphenicol und Levofloxacin waren hingegen nur 8,7% bzw. 6,5%. Die Ergebnisse der Antibiotikaempfindlichkeitstests zeigten hohe Resistenz gegen Tetracyclin (89%), Erythromycin (70,3%) und Clindamycin (63%), während die Resistenzraten für Chloramphenicol, Levofloxacin, Penicillin und Ampicillin bei 33,3%, 14,8%, 11,1% bzw. 7,4% lagen. Zusätzlich zu den genannten Antibiotika sei darauf hingewiesen, dass alle Stämme empfindlich auf andere verwendete Antibiotika wie Ceftriaxon, Linezolid und Vancomycin reagierten. Von den 24 (88,8%) Erythromycin-resistenten/intermediären Isolaten wurden das ermB-Gen in 16 (66,6%) Isolaten und das mefA-Gen in eine (4,2%) Isolat gefunden. Darüber hinaus wurden das tetM- und tetO-Gen in 83,3% bzw. 4,2% der Tetracyclin-resistenten Isolaten nachgewiesen. Mithilfe von FE-SEM- und DLS-Techniken konnte geschätzt werden, dass die durchschnittliche Größe der WO3-Nanomaterialien bei 100 nm bzw. 51,2 nm lag. WO3 zeigte unterschiedliche Wirksamkeit gegen 27 S. ag alactiae-Stämme, wobei die minimale Hemmkonzentration (MIC) im Bereich von 500 bis 1.000 µg/mL lag. Darüber hinaus führte die Anwendung der Nanostrukturen zu erheblicher Herunterregulierung der Antibiotikaresistenzgene (tetM, ermB) im Vergleich zu den unbehandelten Isolaten.

Fazit: Die Ergebnisse zeigen, dass Nanopartikel aus Wolframtrioxid (WO3-NPs) das Potenzial haben, eine vielversprechende Möglichkeit für die Entwicklung neuer antibakterieller Substanzen darzustellen, die speziell darauf abzielen, das Problem der Antibiotikaresistenz bei Infektionen durch S. agalactiae anzugehen.

Keywords: S. agalactiae; erythromycin resistance; tetracycline resistance; tungsten oxide nanoparticle.

PubMed Disclaimer

Conflict of interest statement

The authors declare that they have no competing interests.

Figures

Table 1
Table 1. Primers used in the current study
Table 2
Table 2. Antimicrobial susceptibility patterns of GBS isolates
Figure 1
Figure 1. SEM image of WO3 at 60,000X magnification.
Figure 2
Figure 2. The plot of hydrodynamic diameter of the as-synthesized WO3 nanomaterials
Figure 3
Figure 3. The plot of zeta potential of the WO3 nanomaterials
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References

    1. Raabe VN, Shane AL. Group B Streptococcus (Streptococcus agalactiae) Microbiol Spectr. 2019 Mar;7(2) doi: 10.1128/microbiolspec.GPP3-0007-2018. - DOI - PMC - PubMed
    1. Gizachew M, Tiruneh M, Moges F, Adefris M, Tigabu Z, Tessema B. Proportion of Streptococcus agalactiae vertical transmission and associated risk factors among Ethiopian mother-newborn dyads, Northwest Ethiopia. Sci Rep. 2020 Feb 26;10(1):3477. doi: 10.1038/s41598-020-60447-y. - DOI - PMC - PubMed
    1. do Nascimento CS, Dos Santos NFB, Ferreira RCC, Taddei CR. Streptococcus agalactiae in pregnant women in Brazil: prevalence, serotypes, and antibiotic resistance. Braz J Microbiol. 2019 Oct;50(4):943–952. doi: 10.1007/s42770-019-00129-8. - DOI - PMC - PubMed
    1. Hayes K, O’Halloran F, Cotter L. A review of antibiotic resistance in Group B Streptococcus: the story so far. Crit Rev Microbiol. 2020 May;46(3):253–269. doi: 10.1080/1040841X.2020.1758626. - DOI - PubMed
    1. Verani JR, McGee L, Schrag SJ Division of Bacterial Diseases, National Center for Immunization and Respiratory Diseases, Centers for Disease Control and Prevention (CDC) Prevention of perinatal group B streptococcal disease--revised guidelines from CDC, 2010. MMWR Recomm Rep. 2010 Nov 19;59(RR-10):1–36. - PubMed

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