Introduction: Cold atmospheric plasma (CAP) is suitable for the eradication of biofilms and pathogenic microorganisms. Furthermore, it has already been shown for respiratory mucosa that treatment with CAP can induce an improvement in wound healing. An investigation into whether CAP can simultaneously promote wound healing and inhibit the growth of microorganisms has not yet been shown. In this study, we were able to demonstrate the effect of CAP on model organisms of nasal mucosa colonizing biofilms.
Methods: Extensive growth experiments and protein analyses of CAP-treated MRSA isolates using 2D-DIGE analysis and subsequent mass spectrometry of altered protein spots were conducted. These analyses, along with comparative direct digestion followed by LC-ESI-MS, were able to reveal proteome changes in CAP-treated MRSA strains compared to untreated control samples over a period of 24, 72, and 168 hours post-treatment.
Results: A single CAP treatment reduces the bacterial growth of MRSA by 20-30% over a period of up to 7 days. Using proteome analysis, 271 proteins were identified whose quantity is regulated by CAP (169 proteins with increased and 102 with reduced concentration). Changes in energy balance, DNA metabolism, protein synthesis and degradation as well as oxidative stress were identified.
Discussion: A single CAP treatment, which may improve wound healing of the mucosa, can also reduce bacterial growth (e.g. of MRSA) up to 30 %, thereby enabling a positive effect on regeneration. This effect on other biofilm organisms (e.g. pneumococcus, yeasts, etc.) will be tested in subsequent studies.

Einleitung: CAP ist geeignet zur Eradikation von Biofilmen und pathogenen Mikroorganismen. Für respiratorische Schleimhaut konnte bereits gezeigt werden, dass eine Behandlung mit CAP eine Verbesserung der Wundheilung induzieren kann. Ob CAP gleichzeitig die Wundheilung fördern und das Wachstum von Mikroorganismen gleichzeitig hemmen kann ist bislang noch nicht gezeigt worden. Im Rahmen dieser Studie konnten wir den Effekt von CAP auf Modell-Organismen des nasalen Schleimhaut-Biofilms zeigen.
Methode: Umfangreiche Wachstumsexperimente und Proteinanalysen von mit CAP behandelten MRSA-Isolaten wurden mittels 2D-DIGE-Analyse und anschließender Massenspektrometrie veränderter Protein-Spots durchgeführt. Diese Analysen sowie ein vergleichender direkter Verdau, gefolgt von LC-ESI-MS, konnten Proteomveränderungen in CAP-behandelten MRSA-Stämmen im Vergleich zu unbehandelten Kontrollproben über einen Zeitraum von 24, 72 und 168 Stunden nach der Behandlung aufzeigen.
Ergebnisse: Eine einmalige CAP-Behandlung reduziert das bakterielle Wachstum von MRSA um 20-30% über einen Zeitraum von bis zu 7 Tagen. Mittels Proteom-Analyse konnten 271 Proteine identifiziert werden, deren Menge durch CAP reguliert wird (169 Protein mit erhöhter und 102 mit reduzierter Konzentration). Hierbei wurden Veränderungen im Energiehaushalt, im DNA-Metabolismus, der Proteinsysnthese und -degradation sowie der oxidativen Stressabwehr identifiziert.
Diskussion: Eine einmalige CAP-Behandlung, die eventuell die Wundheilung der Schleimhaut verbessert, kann gleichzeitig das bakterielle Wachstum (z.B. von MRSA) bis zu 30 % reduzieren und ermöglicht dadurch einen positiven Effekt auf die Regeneration. In nachfolgenden Studien wird dieser Effekt auf weitere Organismen des Biofilms (z.B. Pneumokokken) überprüft.

Die Autorinnen/Autoren geben an, dass kein Interessenkonflikt besteht.