Existence of Biofilm and Biofilm-Associated Virulence Genes in Multi-Drug Resistant Invasive Acinetobacter baumannii Isolates

Çok İlaca Dirençli İnvaziv Acinetobacter baumannii İzolatlarında Biyofilm ve Biyofilm İlişkili Virülans Genlerinin Varlığı

Abstract

Acinetobacter baumannii is a multi-drug resistant (MDR) gram-negative pathogen leading to nosocomial infections. Hospital-acquired infections due to A.baumannii occur especially in patients hospitalized in intensive care units. Important infections related to this bacterium are pneumonia, bacteremia, endocarditis, skin and soft tissue, urinary tract infections and meningitis. Human transmission is usually through the hospital environment or through medical personnel. A.baumannii isolates increases their virulence not only being multiple resistance to antibiotics but as well as the ability to form biofilm. The biofilm formation of A.baumannii isolates were mostly related with genes encoding curli fiber (csgA), the chaperone-usher fimbria (csuE) and the outer membrane (ompA). The aim of this study was to demonstrate biofilm production and virulence genes in MDR invasive A.baumannii isolates. MDR and similarity status previously known invasive A.baumannii (n= 156) isolates were included in the study. Biofilm production was determined by quantitative microplate biofilm method. Virulence genes csgA, csuE, fimH, ompA and blaPER-1 were investigated by polymerase chain reaction (PCR). It was determinedthat 60.3% (94/156) of all the isolates formed biofilm. Of these 94 isolates, 17 were weak, 33 were medium and 44 were strong. The mean biomass forming capacity of the isolates was found to be 2.23 ± 0.0033. Among the isolates included in the study (n= 156) the frequency of csgA, csuE, ompA, fimH and blaPER-1 genes were 71.2%, 32.1%, 21.8%, 7.1% and 3.2% respectively. The frequency of csgA,ompA, bap, csuE, fimH virulence genes were found to be 41.5%, 24.5%, 20.2% and 5.3% among biofilm positive isolates respectively. Biofilm-forming isolates were most commonly found in pulsotype II 19.1% (18/94), pulsotype IX 17.0% (16/94) and pulsotype VI 12.8% (12/94). In this study, when the distribution of virulence genes were compared with the isolates that have weak, medium and strong biofilm, all of the studied genes were found to be more abundant in isolates with strong and medium positive biofilm production. This has shown that excluding imH gene, csgA, csuE and ompA genes have contributed to the biofilm formation in invasive A.baumannii isolates, respectively.

Özet

Acinetobacter baumannii, hastane kaynaklı enfeksiyonlara yol açan çok ilaca dirençli (ÇİD) gramnegatif bir patojendir. A.baumannii’ye bağlı gelişen hastane kaynaklı enfeksiyonlar özellikle yoğun bakım ünitelerinde yatan hastalarda ortaya çıkmaktadır. Bu etkene bağlı önemli enfeksiyonlar pnömoni, bakteriyemi, endokardit, deri ve yumuşak doku, idrar yolu enfeksiyonları ve menenjittir. İnsanlara bulaş genellikle hastane ortamı veya sağlık personeli aracılığıyla olmaktadır. A.baumannii’de virülans, bakterinin antibiyotiklere çoklu direnç göstermesinin yanı sıra biyofilm oluşturma yeteneğiyle de artış göstermektedir. A.baumannii izolatlarının biyofilm oluşturmasında farklı proteinleri kodlayan genlerin [kıvrık lif proteini “curli fiber” geni (csgA), “chaperon-usher” fimbriya geni (csuE) ve dış membran protein geni (ompA)] önem taşıdığı düşünülmektedir. Bu çalışmada, ÇİD invaziv A.baumannii izolatlarında biyofilm yapımı ve virülans genlerinin gösterilmesi amaçlanmıştır. Çalışmaya, ÇİD oldukları ve benzerlik durumları PFGE yöntemiyle daha önceden belirlenmiş invaziv A.baumannii izolatları (n= 156) dahil edilmiştir. Biyofilm yapımı, kantitatif mikroplak biyofilm yöntemiyle belirlenmiştir. Virülans genleri olan csgA, csuE, fimH, ompA ve blaPER-1 varlığı polimeraz zincir reaksiyonu (PCR) ile araştırılmıştır. Tüm izolatların %60.3(94/156)’ünün biyofilm oluşturduğu saptanmıştır. Bu 94 izolatın 17’si zayıf, 33’ü orta, 44’ü kuvvetli biyofilm oluşturma yeteneğinde bulunmuştur. İzolatların ortalama biyokütle oluşturma kapasitesinin 2.23 ± 0.0033 olduğu belirlenmiştir. Çalışmaya dahil edilen izolatlar arasında (n= 156) csgA, csuE, ompA, fimH ve blaPER-1 genleri sırasıyla %71.2, %32.1, %21.8, %7.1 ve %3.2’sinde saptanmıştır. Biyofilm yapımıgösteren izolatlar arasında csgA, ompA, csuE, fimH virülans genlerinin sıklığı ise sırasıyla; %41.5, %24.5, %20.2 ve %5.3 olarak tespit edilmiştir. Biyofilm oluşturan izolatların PFGE pulsotiplerine göre en sık olarak pulsotip II %19.1 (18/94), pulsotip IX %17.0 (16/94) ve pulsotip VI %12.8 (12/94) içerisinde yer aldıkları saptanmıştır. Bu çalışmada, zayıf, orta ve güçlü biyofilm yapan izolatlarda virülans genlerinin dağılımı karşılaştırıldığında, çalışılan bütün genlerin güçlü ve orta pozitif biyofilm varlığı olan izolatlarda daha fazla sayıda olduğu saptanmıştır. Bu durum, sırasıyla csgA, csuE ve ompA gen varlıklarının izolatlardaki biyofilm oluşumunda katkılarının olduğunu, fimH geninin ise biyofilm yapımıyla ilişkili olmadığını göstermiştir.