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Publication
Virulence characterization and antimicrobial resistance of major bacterial genera from diabetic foot infections
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Authors
Abstract(s)
Diabetes mellitus is a major chronic disease that continues to increase significantly. One of the most important and costly complications of diabetes is the development of foot ulcers, colonized by pathogenic and antimicrobial resistant bacteria, which may be responsible for impairing its successful treatment. Diabetic foot ulcer (DFU) bacterial communities can be organized in polymicrobial biofilms, which may be responsible for its chronicity. The ability of these communities to produce biofilm was evaluated and was higher when compared to biofilm formation by individual species.
Staphylococcus aureus is one of the most prevalent species in diabetic foot infections (DFI). Staphylococci isolated from DFU in patients from the Lisbon area were identified, genotyped and screened for virulence and antimicrobial resistance traits. The isolates showed high genomic diversity, were resistant to important clinically antibiotics and expressed relevant virulence determinants.
As biofilm formation is one of the most important virulence traits of S. aureus, the antimicrobial susceptibility patterns of biofilm-producing S. aureus strains were also analysed. The minimum biofilm inhibitory and eradication concentrations were determined for ten antimicrobial compounds. Staphylococci biofilms were resistant to antibiotic concentrations ten to thousand times higher than those effective for planktonic cells. Furthermore, the enterococci frequently isolated from DFI, were also identified and characterized, showing high antimicrobial resistance and important virulence traits.
Since DFI are often caused by resistant bacteria, it is necessary to find alternatives to antibiotic therapy, such as phage therapy. The inhibitory potential of five bacteriophages, previously characterized, was evaluated against established biofilms formed by S. aureus, P. aeruginosa and A. baumannii. A significant cell reduction after phage exposure was observed, mainly after multiple treatments.
DFI are very complex and studies on this topic are scarce. It is necessary to intensify research in order to develop more adequate therapeutic protocols for this type of infection.
RESUMO - Caracterização da virulência e resistência a antimicrobianos dos principais géneros bacterianos envolvidos em infeções de pé diabético - Diabetes mellitus é uma doença crónica com grande impacto em saúde pública e cuja incidência continua a aumentar significativamente em todo o mundo, atingindo atualmente mais de 400 milhões de pessoas. Uma das complicações mais importantes da diabetes e associada a gastos económicos significativos são as úlceras de pé diabético. Uma vez que a camada protetora de pele é danificada, os tecidos profundos ficam expostos à infeção bacteriana, a qual pode evoluir rapidamente. As infeções das úlceras de pé diabético são a causa mais comum de internamento hospitalar de pacientes diabéticos e uma importante causa de morbilidade, levando frequentemente à amputação dos membros inferiores. Estas infeções podem ser promovidas por bactérias potencialmente patogénicas e resistentes aos compostos antimicrobianos, prejudicando assim o sucesso do tratamento. As comunidades bacterianas presentes nas úlceras podem estar organizadas em biofilmes polimicrobianos, que contribuem para que as infeções se tornem crónicas e muito difíceis de resolver. Foi avaliada a capacidade de produção de biofilme por comunidades polimicrobianas de isolados bacterianos de pé diabético, utilizando um ensaio de microtitulação em placa com “Alamar Blue” (AB) e uma técnica de Hibridação In Situ Fluorescente Múltipla (MFISH). Esta avaliação foi realizada em três períodos de incubação distintos (24, 48 e 72 horas), depois da determinação da capacidade de formação de biofilme por 95 isolados de úlceras de pé diabético pertencentes a vários géneros bacterianos (Staphylococcus, Corynebacterium, Enterococcus, Pseudomonas e Acinetobacter). Todos os isolados apresentaram a capacidade de produzir biofilme às 24 horas, sendo que a quantidade de biofilme produzido aumentou com o tempo de incubação. Pseudomonas apresentou a capacidade mais elevada de produção de biofilme, seguida de Corynebacterium, Acinetobacter, Staphylococcus e por fim, Enterococcus. Foram encontradas diferenças estatisticamente significativas na capacidade de formação de biofilme entre os três períodos de incubação. As comunidades polimicrobianas produziram mais biofilme do que as espécies individualmente. As comunidades formadas por Pseudomonas + Enterococcus, Staphylococcus + Acinetobacter e Corynebacterium + Staphylococcus formaram mais biofilme do que as comunidades formadas por Enterococcus + Staphylococcus e por Enterococcus + Corynebacterium. O comportamento biológico das diferentes espécies bacterianas nos biofilmes polimicrobianos tem implicações clínicas muito importantes para o sucesso do tratamento deste tipo de infeções. A sinergia entre as bactérias presentes em biofilmes multiespécies foi descrita previamente, sendo que este trabalho representa o primeiro estudo sobre a evolução temporal da formação de biofilme por parte de comunidades polimicrobianas isoladas de úlceras de pé diabético, incluindo várias espécies. [...]
RESUMO - Caracterização da virulência e resistência a antimicrobianos dos principais géneros bacterianos envolvidos em infeções de pé diabético - Diabetes mellitus é uma doença crónica com grande impacto em saúde pública e cuja incidência continua a aumentar significativamente em todo o mundo, atingindo atualmente mais de 400 milhões de pessoas. Uma das complicações mais importantes da diabetes e associada a gastos económicos significativos são as úlceras de pé diabético. Uma vez que a camada protetora de pele é danificada, os tecidos profundos ficam expostos à infeção bacteriana, a qual pode evoluir rapidamente. As infeções das úlceras de pé diabético são a causa mais comum de internamento hospitalar de pacientes diabéticos e uma importante causa de morbilidade, levando frequentemente à amputação dos membros inferiores. Estas infeções podem ser promovidas por bactérias potencialmente patogénicas e resistentes aos compostos antimicrobianos, prejudicando assim o sucesso do tratamento. As comunidades bacterianas presentes nas úlceras podem estar organizadas em biofilmes polimicrobianos, que contribuem para que as infeções se tornem crónicas e muito difíceis de resolver. Foi avaliada a capacidade de produção de biofilme por comunidades polimicrobianas de isolados bacterianos de pé diabético, utilizando um ensaio de microtitulação em placa com “Alamar Blue” (AB) e uma técnica de Hibridação In Situ Fluorescente Múltipla (MFISH). Esta avaliação foi realizada em três períodos de incubação distintos (24, 48 e 72 horas), depois da determinação da capacidade de formação de biofilme por 95 isolados de úlceras de pé diabético pertencentes a vários géneros bacterianos (Staphylococcus, Corynebacterium, Enterococcus, Pseudomonas e Acinetobacter). Todos os isolados apresentaram a capacidade de produzir biofilme às 24 horas, sendo que a quantidade de biofilme produzido aumentou com o tempo de incubação. Pseudomonas apresentou a capacidade mais elevada de produção de biofilme, seguida de Corynebacterium, Acinetobacter, Staphylococcus e por fim, Enterococcus. Foram encontradas diferenças estatisticamente significativas na capacidade de formação de biofilme entre os três períodos de incubação. As comunidades polimicrobianas produziram mais biofilme do que as espécies individualmente. As comunidades formadas por Pseudomonas + Enterococcus, Staphylococcus + Acinetobacter e Corynebacterium + Staphylococcus formaram mais biofilme do que as comunidades formadas por Enterococcus + Staphylococcus e por Enterococcus + Corynebacterium. O comportamento biológico das diferentes espécies bacterianas nos biofilmes polimicrobianos tem implicações clínicas muito importantes para o sucesso do tratamento deste tipo de infeções. A sinergia entre as bactérias presentes em biofilmes multiespécies foi descrita previamente, sendo que este trabalho representa o primeiro estudo sobre a evolução temporal da formação de biofilme por parte de comunidades polimicrobianas isoladas de úlceras de pé diabético, incluindo várias espécies. [...]
Description
Tese de Doutoramento em Ciências Veterinárias na especialidade de Ciências Biológicas e Biomédicas
Keywords
Diabetic foot infections biofilm staphylococci virulence determinants antimicrobial resistance Infeções de pé diabético biofilme estafilococos determinantes de virulência resistência antimicrobiana
Pedagogical Context
Citation
Mottola, C. (2017). Virulence characterization and antimicrobial resistance of major bacterial genera from diabetic foot infections. Tese de Doutoramento. Universidade de Lisboa, Faculdade de Medicina Veterinária, Lisboa.
Publisher
Universidade de Lisboa, Faculdade de Medicina Veterinária