Investigation of Biofilm Formation Properties of Staphylococcus Isolates

Stafilokok İzolatlarının Biyofilm Oluşturma Özelliklerinin Araştırılması

Duygu Nilüfer ÖCAL,GÜLLÜ İŞTAR DOLAPÇI,ZEYNEP CEREN KARAHAN,FAZIL ALPER TEKELİ

Abstract

Biofilm production is an important virulence factor which allows staphylococci to adhere to medical devices. The principal component of biofilm is a "polysaccharide intercellular adhesin (PIA)" which is composed of a beta-1,6-N-acetylglucosamine polymer synthesized by an enzyme (N-acetylglucosamine transferase) encoded by the ica operon found on the bacterial chromosome. This operon is composed of four genes (A, B, C, and D), and a transposable element IS256. In this study, we aimed to determine the biofilm production characteristics of invasive/non-invasive staphylococcus isolates and different staphylococcus species. Biofilm production of 166 staphylococci was phenotypically investigated on Congo Red Agar (CRA); the presence of icaA, icaD and IS256 genes were investigated by polymerase chain reaction (PCR). 74 of the isolates (44.6%) were identified as methicillin resistant Staphylococcus aureus (MRSA), 25 (15.1%) as methicillin sensitive S.aureus (MSSA), 25 (37.3%) as Staphylococcus hominis, 20 (12%) as S.epidermidis, ten (15%) as Staphylococcus haemolyticus, nine (13.4%) as Staphylococcus capitis, two (3%) Staphylococcus saprophyticus and one (1.5%) as Staphylococcus warnerii. Of the MRSA strains, 52 were isolated from blood and 22 from nose; all MSSA strains were isolated from nose cultures. Coagulase-negative staphylococci (CoNS) strains were composed of invasive and non-invasive strains isolated from nose, catheter tip and blood cultures from patients with catheter. Production with CRA method was found to be statistically significant in invasive isolates (p< 0.001). It is concluded that; as the biofilm formation capacity of invasive isolates can cause refractory infections and the importance of carriage and hospital infections of these bacteria, it is important to prevent the spread of these isolates. A combination of phenotypic and genotypic tests is recommended for the investigation of biofilm formation in staphylococci. 40.3% of the CoNS isolates, and 85.8% of S.aureus isolates produced biofilm on CRA (p< 0.001) and with PCR method the ratio of carrying three genes was found to be statistically important in S.aureus when compared with CoNS. Carriage of three genes and biofilm.

Özet

Biyofilm üretimi, stafilokların tıbbi cihazlara yapışmasını sağlayan önemli bir virülans faktörüdür. Biyofilmin temel bileşenini oluşturan madde olan polisakkarit yapıdan oluşan interselüler adezin (PİA), bakteriyel kromozom üzerinde bulunan ica operonu tarafından kodlanan bir enzim (N-asetilglikozamin transferaz) tarafından sentezlenen beta-1,6-N-asetilglukozamin polimerlerinden oluşmaktadır. ica operonu dört gen (A, B, C ve D) ve transpoze olabilen IS256'yı içermektedir. Bu çalışmada; farklı türlere ait invaziv ve invaziv olmayan stafilokok izolatlarının biyofilm oluşturma yetenekleri arasında fark olup olmadığının belirlenmesi amaçlanmıştır. Stafilokok izolatlarının (n= 166) biyofilm oluşturma özelliği Kongo kırmızısı agar (KKA) besiyerinde fenotipik olarak değerlendirilmiş; icaA, icaD ve IS256 genlerinin varlığı polimeraz zincir reaksiyon (PCR) yöntemi ile araştırılmıştır. Stafilokok izolatlarının %44.6 (74)'sı metisiline dirençli Staphylococcus aureus (MRSA), %15.1 (25)'i metisiline duyarlı S.aureus (MSSA), %37.3 (25)'ü Staphylococcus hominis, %12 (20)'si Staphylococcus epidermidis, %15 (10)'i Staphylococcus haemolyticus, %13.4 (9)'ü Staphylococcus capitis, %3 (2)'ü Staphylococcus saprophyticus ve %1.5 (1)'i Staphylococcus warnerii olarak tiplendirilmiştir. MRSA izolatlarının 52'si kan, 22'si burun; MSSA izolatlarının ise tümü burun kültürlerinden izole edilmiştir. Koagülaz-negatif stafilokoklar (KNS) burun, santral venöz kateter ucu, kateteri olan hastaların kan kültürlerinden izole edilen invaziv olan ve invaziv olmayan izolatlardan oluşmuştur. Çalışmamızda KNS ve S.aureus izolatlarının KKA besiyerinde biyofilm oluşturma oranları arasında anlamlı fark saptanırken (sırasıyla %40.3; %85.8, p< 0.001), PCR ile de S.aureus izolatlarının araştırılan her üç geni de taşıma oranları KNS'lere göre ististiksel olarak anlamlı oranda yüksek bulunmuştur (sırasıyla %78.8; %11.9, p< 0.001). Ayrıca invaziv izolatların invaziv olmayan izolatlara göre hem KKA besiyeri yönteminde biyofilm oluşturma, hem de araştırılan her üç geni birlikte taşıma oranlarının yüksekliği istatistiksel olarak anlamlı bulunmuştur (p< 0.001). İnvaziv olan örneklerin biyofilm oluşturma potansiyellerinin yüksekliğinin tedavisi güç enfeksiyonlara yol açabileceği, taşıyıcılığın ve hastane enfeksiyonlarının önlenmesi açısından da bu izolatların yayılımının önüne geçilmesi gerektiği sonucuna varılmıştır. Ayrıca stafilokoklarda biyofilm oluşumunun gösterilmesinde fenotipik ve genotipik testlerin birlikte kullanılmasının daha uygun olacağını önermekteyiz.