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Title: Produção de biofilme em amostras clínicas de S. epidermidis: influência de concentrações subinibitórias de antissépticos (etanol e clorexidina) e associação com potenciais marcadores de virulência
Other Titles: Biofilm production in clinical samples of S. epidermidis: influence of subinibitory concentrations of antiseptics (ethanol and chlorhexidine) and association with potential markers of virulence
Advisor: Villas Bôas, Maria Helena Simões
Vieira, Verônica Viana
Members of the board: Amendoeira, Fábio Coelho
Hirata Junior, Raphael
Hofer, Ernesto
Authors: Silva Filho, Renato Geraldo da
Affilliation: Fundação Oswaldo Cruz. Instituto Nacional de Controle de Qualidade em Saúde
Abstract: S. epidermidis é o principal agente de infecções associadas a dispositivos médicos implantados, sendo sua habilidade para formar biofilme em superfícies inertes o fator determinante para a persistência desse micro-organismo. Neste estudo avaliamos 52 isolados clínicos desta espécie quanto à susceptibilidade a antimicrobianos, produção de biofilme/natureza química, presença de genes relacionados à virulência (atlE, capB,aap, embp, bhp, IS256 e IS257), e o efeito de concentrações subinibitórias (sub-CIMs) de etanol e clorexidina na produção de biofilme. Além disso, algumas das amostras biofilme-positivas foram estudadas quanto ao efeito de sub-CIMs destes antissépticos na expressão de icaA, icaR, sigB e sarA. Mais de 60% das amostras apresentaram resistência para ≥ 10 drogas e as amostras produtoras de biofilme mostraram, no geral, maior percentual de resistência a antimicrobianos. No teste em placa de microtitulação (MTP), 23 amostras foram produtoras de biofilme, sendo 14 de natureza polissacarídica, 8 proteica e 3 indeterminada. No teste em Ágar Vermelho Congo, somente amostras produtoras de biofilme polissacarídico apresentaram reação positiva. Genes do operon ica foram detectados em 23 isolados, sendo 17 destes classificados como produtores e 6 como não produtores de biofilme no MTP. A frequência dos outros genes relacionados à produção de biofilme foi: embp (69%), aap (29%) e bhp (12%), não sendo detectada correlação entre estes e a produção de biofilme do tipo PIA-independente. Os genes aap (29%) e IS256 (23%) mostraram correlações significativas com: produção de biofilme, presença de ica, perfil biofilme+/ica+, e produção de nível forte de biofilme. O gene IS256 foi ainda correlacionado significativamente com resistência a alguns antimicrobianos. Sub-CIMs de etanol (2 e/ou 4%) determinaram aumento na produção de biofilme em 15 das 17 amostras PIA-dependentes e nas 8 PIA-independentes, mas não induziram produção de biofilme em amostras originalmente não produtoras. Ao contrário do etanol, sub-CIMs de clorexidina não somente não induziram produção, como determinaram redução da produção de biofilme nas amostras biofilme-positivas. Nas amostras PIA-dependentes, o etanol (1%) acarretou aumento da expressão relativa de icaA e redução da expressão de icaR, além de aumento da expressão dos reguladores globais (sarA e sigB), enquanto a amostra PIA-independente mostrou redução na expressão destes reguladores globais. Ao contrário do etanol, a clorexidina (0,5 μg/mL) determinou aumento da expressão de icaR e redução de icaAnas amostras PIA-dependentes, além de redução na expressão de sarA e sigB na amostra PIA-independente. Os resultados indicaram que a produção de biofilme mostrou-se associada com alguns dos potenciais marcadores de virulência, sendo também evidenciada associação de alguns desses marcadores com resistência a certos antimicrobianos. As amostras PIA-dependentes foram prevalentes, destacando-se, porém, o encontro de número expressivo de amostras PIA-independentes. Os genes aap,embp e bhp não se mostraram correlacionados com a produção de biofilme proteico, indicando existência de outros mecanismos envolvidos na formação desse tipo de biofilme. Nas amostras PIA-dependentes, etanol e clorexidina mostraram efeitos opostos na expressão de icaA e icaR, corroborando dados fenotípicos previamente obtidos, e enfatizando a necessidade de ampliação do estudo da clorexidina, tendo em vista o potencial de aplicação prática deste achado.
Abstract: S. epidermidis is the main agent of infections associated with implanted medical devices, being its ability to form biofilms on inert surfaces the determinant factor for the persistence of this microorganism. Fifth two clinical isolates of this species were evaluated for susceptibility to antimicrobials, biofilm production/chemical nature, presence of genes related to virulence (atlE, capB, aap, embp, bhp, IS256 andIS257), and the effect of subinibitory concentrations (sub-MICs) of ethanol and chlorhexidine in biofilm production. Moreover, some of biofilm-positive samples were studied for the effect of sub-MICs of these antiseptics in the expression of icaA, icaR, sigB and sarA. Over 60% of the samples showed resistance to ≥ 10 drugs and biofilm producers showed, in general, a higher percentage of antimicrobial resistance. In microtiter plate test (MTP), 23 strains were biofilm producers, being 4 of polysaccharide nature, 8 proteinaceous and 3 undetermined. In Congo Red Agar test, only biofilm polysaccharide producer strains showed a positive reaction. ica operon genes were detected in 23 isolates, being 17 of these classified as producers and 6 as non-biofilm producers in MTP. The frequency of other production-related biofilm genes was: embp (69%), aap (29%) and bhp (12%), no being detect a correlation between them and the production of PIA-independent biofilm. The aap (29%) and IS256 (23%) genes showed significant correlations with: biofilm production, presence of ica biofilm, biofilm+/ica+ profile, and strong level of production of biofilm. The IS256 gene was also significantly correlated with resistance to some antibiotics. Sub-MIC of ethanol (2 and / or 4%) led to an increase in biofilm production in 15 of 17 samples PIA-dependent and in the 8 PIA-independent, but did not induce biofilm production in not originally producing samples. Unlike ethanol, sub-MICs of chlorhexidine not only did not induce production as determined reduction of biofilm production in biofilm-positive samples. In PIA-dependent strains, ethanol (1%) caused an increase in the relative expression of icaAand reduced expression of icaR, in addition to increased expression of global regulators (sarA and sigB), while the PIA-independent strain showed reduction in the expression of these global regulators. Unlike ethanol, chlorhexidine (0.5 mg/mL) determined increased expression of icaR and reduction of icaA in PIA-dependent strains, besides a reduction in the expression of sarA and sigB in the PIA-independent strain. The results indicated that biofilm production was associated with some of potential virulence markers, and also evidenced some combination of these markers and resistance to certain antibiotics. The PIA-dependent strains were prevalent, highlighting, however, the encounter of significant number of PIA-independent strains. The aap, embp and bhp genes were not correlated with the production of proteinaceous biofilm, indicating the existence of other mechanisms involved in the formation of such biofilms. In PIA-dependent strains, ethanol and chlorhexidine showed opposite effects on the expression of icaA and icaR, corroborating phenotypic data previously obtained, and emphasizing the need to expand the study of chlorhexidine, in view of the potential of practical application of this finding.
Keywords: Staphylococcus epidermidis
Biofilm
Ica Operon
PIA-independent biofilm
Virulence markersst
keywords: Staphylococcus epidermidis
Biofilme
Operon ica
Biofilme PIA-independente
Marcadores de Virulência
DeCS: Staphylococcus epidermidis
Biofilmes
Operon
Marcadores de Biológicos
Issue Date: 2014
Citation: SILVA FILHO, R. G. Produção de biofilme em amostras clínicas de S. epidermidis: influência de concentrações subinibitórias de antissépticos (etanol e clorexidina) e associação com potenciais marcadores de virulência. 2014. 154 f. Tese (Doutorado em Vigilância Sanitária)- Instituto Nacional de Controle de Qualidade em Saúde, Fundação Oswaldo Cruz, Rio de Janeiro, 2014.
Date of defense: 2014-07-15
Place of defense: Rio de Janeiro/RJ
Department: Coordenação de Pós-Graduação
Defense institution: Fundação Oswaldo Cruz. Instituto Nacional de Controle de Qualidade em Saúde
Program: Programa de Pós-Graduação em Vigilância Sanitária
Copyright: open access
Appears in Collections:INCQS - Teses de Doutorado

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