Advances in Clinical and Experimental Medicine

Title abbreviation: Adv Clin Exp Med
JCR Impact Factor (IF) – 2.1
5-Year Impact Factor – 2.2
Scopus CiteScore – 3.4 (CiteScore Tracker 3.4)
Index Copernicus  – 161.11; MEiN – 140 pts

ISSN 1899–5276 (print)
ISSN 2451-2680 (online)
Periodicity – monthly

Download original text (EN)

Advances in Clinical and Experimental Medicine

2010, vol. 19, nr 4, July-August, p. 443–453

Publication type: original article

Language: English

Biofilm Formation by Clinical Klebsiella Strains Expressing Various Types of Adhesins on Catheters Made of Different Materials

Tworzenie biofilmu przez kliniczne szczepy Klebsiella wytwarzające różne typy adhezyn na cewnikach wykonanych z różnych biomateriałów

Beata Mączyńska1,, Danuta Smutnicka1,, Anna Przondo-Mordarska1,, Marzenna Bartoszewicz1,, Adam Junka1,, Adriana Janczura1,, Joanna Nowicka1,

1 Department of Microbiology, Wroclaw Medical University, Poland

Abstract

Background. Klebsiella bacilli are frequent causes of nosocomial infections associated with the use of urinary (CAUTI) and intravenous catheters (CR-BSI) due to their ability to form biofilm on biomaterials. The adhesive properties of Klebsiella bacilli connected with the presence of fimbrial and non-fimbrial adhesins play a very important role in the pathogenicity of these bacteria.
Objectives. Investigation of the correlation between the pathogenic properties of the clinical Klebsiella strains (the capsule, adhesin types), the type of biomaterial and the degree of in vitro biofilm formation on catheters.
Material and Methods. Sixty-nine clinical Klebsiella strains isolated from patients hospitalised in different hospital wards were tested using hemagglutination test for fimbriae occurrence and Richard’s method and electron microscopy for biofilm formation.
Results. Level of adhesion of the clinical Klebsiella strains to biomaterials was associated with the catheter material. Electron microscope images showed various biofilm structures produced by different Klebsiella strains.
Conclusion. There exists a direct connection between the degree of biofilm formation by the tested Klebsiella strains and the chemical composition of the catheter. Surprisingly, it seems there is no direct correlation between the ability of strain to biofilm formation and the type of fimbriae expressed by the strain. In light of own research, strains which do not express fimbriae are able to form biofilm as well.

Streszczenie

Wprowadzenie. Pałeczki z rodzaju Klebsiella często są odpowiedzialne za infekcje szpitalne związane z zakażeniami cewników moczowych (CAUTI) oraz żylnych (CR-BSI) dzięki zdolności do tworzenia biofilmu na biomateriałach. Zdolności adhezyjne pałeczek Klebsiella są związane z ekspresją na ich powierzchni fimbrialnych i niefimbrialnych adhezyn będących istotnymi czynnikami chorobotwórczości tych bakterii.
Cel pracy. Zbadanie korelacji między wybranymi czynnikami chorobotwórczości szczepów Klebsiella (otoczka, typ adhezyn), typem biomateriału a stopniem tworzenia biofilmu in vitro na cewnikach.
Materiał i metody. 69 szczepów Klebsiella wyizolowanych z zakażeń od pacjentów hospitalizowanych na różnych oddziałach szpitalnych zbadano testem hemaglutynacji w celu oznaczenia typu fimbrii oraz testem Richardsa i metodą mikroskopii elektronowej w celu oceny tworzenia struktur biofilmu.
Wyniki. Poziom adhezji klinicznych szczepów Klebsiella do biomateriałów zależy od typu chemicznego materiału tworzącego cewnik. Użycie mikroskopii elektronowej pozwoliło na zaobserwowanie różnych struktur biofilmu tworzonych przez różne szczepy Klebsiella.
Wnioski. Istnieje ścisły związek między zdolnością do tworzenia biofilmu przez badane szczepy Klebsiella a składem chemicznym cewnika. Zastanawiającym wynikiem jest brak bezpośredniej korelacji między zdolnością szczepu do formowania biofilmu a typem fimbrii wytwarzanych przez szczep. W świetle badań własnych także szczepy niewytwarzające fimbrii są w stanie wytworzyć biofilm na powierzchni biomateriału.

Key words

Klebsiella, adhesins, biofilm formation, biomaterials

Słowa kluczowe

Klebsiella, adhezyny, tworzenie biofilmu, biomateriały

References (29)

  1. Różalska B, Sadowska B, Więckowska M, Rudnicka W: Wykrywanie biofilmu bakteryjnego na biomateriałach medycznych. Med Dośw Microbiol 1998, 50, 115–122.
  2. Salyers AA, Dixie D: Whitt: Microbiology. Diversity, Disease and the Environment, Ed. Z. Markiewicz. PWN Warszawa 2005.
  3. Mermel LA: Prevention of intravascular catheter: related infections. Ann Intern Med 2000, 7, 132(5), 391–402.
  4. Maki DG, Tambyah PA: Engineering out the risk for infection with urinary catheters. Emerg Infect Dis 2001, 7(2), 342–347.
  5. Tambyah PA, Halvorson KT, Maki DG: A prospective study of pathogenesis of catheter-associated urinary tract infections. Mayo Clin Proc 1999, 74(2), 131–136.
  6. Tambyah PA, Maki DG: Catheter-associated urinary tract infection is rarely symptomatic: a prospective study of 1,497 catheterized patiens. Arch Intern Med 2000, 13, 160(5), 678–682.
  7. Janczura A, Mączyńska B, Kasprzykowska K, Smutnicka D, Mordarska A, Junka A, Mokracka-Latajska G: Presence of Enterotoxin Genes in Klebsiella Strains Isolated from Children with Diarrhea Adv Clin Exp Med 2009, 18, 3, 283–290.
  8. Guarino A, Guandalini S, Alessio M, Gentile F, Tarallo L, Capano G, Migliavacca M, Rubino A: Characteristics and mechanism of action of a heat-stable enterotoxin produced by Klebsiella pneumoniae from infants with secretory diarrhea. Ped Res 1989, 25, 514–518.
  9. Cano ME, Aguero J, Garcia C, Francia MV, Calvo J, Galvan R, Martinez-Martinez L: Outbreak of multiresistant Klebsiella pneumoniae producing CMY-2 beta-lactamase in a neonatal intensive care unit in Spain. Clin Microbiol Infect 2005, 11, Suppl. 2, 236–237.
  10. Damjanowa I, Ozsvar Z, Toth A, Csanadine IP, Szikra L, Paszti J, Simon G: Epidemiology and infection control of ESBL-producing Klebsiella pneumoniae strains caused 5 outbreaks in a Hungarian neonatal intensive care unit during the years 2001–2004. Clin Microbiol Infect 2005, 11, Suppl. 2, 110–111.
  11. Różalska B: Infekcje towarzyszące stosowaniu w medycynie biomateriałów. Post Hig Med Dośw 1994, 48, 2, 143–160.
  12. Yuehuei HAn, Friedman RJ: Handbook of Bacterial Adhesion, Principles, Methods and Applications, Humana Press 2000, 1–27.
  13. Mah T-FC, O’Toole GA: Mechanisms of biofilm resistance to antimicrobial agents. Trends Microbiol 2001, v9, No1, 34–39.
  14. Duguid JP, Old CD: Adhesive properties of Enterobacterieceae. Bacterial Adherence, ed.: E. Bachey, Chapman and Hall. London 1980, 187–215.
  15. Donlan R, Gibbon D: Scanning electron micrograph of a native biofilm. Emerg Infect Dis 2001, 7(2), Centers for Disease Control and Prevention.
  16. Watnick P, Roberto K: Minireview, Biofolm, City of Microbes. J Bacteriol 2000, 2675–2679.
  17. Miller MB, Bassler BL: Quorum sensing in bacteria. Annu Rev Microbiol 2001, 55, 165–199.
  18. Michael Dunne W Jr: Adhesion: Seen any good biofilms lately? Clin Microbiol Rev 2002, 155–166.
  19. Bartoszewicz M, Nowicka J, Przondo-Mordarska A: Zdolność produkcji śluzu gronkowców koagulazoujemnych w zakażeniach odcewnikowych. Mikrobiol Med 2003, 1(34), 20–23.
  20. Cafuso V, Bertuccio T, Santagati M: The ica operon and biofilm production in coagulaso-negative staphylococci associated with carriage and disease in a Neonatal Intensive Care Unit. Clin Microbiol Infect 2004, 10 (12), 1081–1088.
  21. Staniszewska M, Witkowska D, Gamian A: Fimbrie jako czynnik patogenności bakterii i nośnik w szczepionkach koniugatowych. Post Hig Med Dośw 2000, 54 (6), 727–747.
  22. Struve C: Klebsiella pneumoniae – Studies of virulence by experimental models and molecular techniques, Statens Serum Institut Copenhagen Denmark, Ph.D. Thesis 2001.
  23. Podschun R, Sahly H: Hemagglutinins of Klebsiella pneumoniae and oxytoca isolated from different sources. Zbl Hyg Umweltmed 1991, 191, 46–52.
  24. Przondo-Mordarska A, Gamian A, Ko HJ, Beuth J, Pulverer G: Importance of Klebsiella fimbriae in adhesion. Zbl Bakt 1994, Suppl. 25, 59–68, 4, 291–294.
  25. Mączyńska B, Smutnicka D, Matusiewicz K, Przondo-Mordarska A, Burdynowski K: Właściwości adhezyjne i lekooporność szczepów Klebsiella izolowanych przewodu pokarmowego dzieci hospitalizowanych we Wrocławiu i O polu. Med Dośw Microbiol 2003, 59, 333–342.
  26. Murga R, Miller JM, Donlad RM: Biofilm Formation by Gram-negative Bacteria on Central Venous Catheter Connectors: Effect of Conditioning Films in a Laboratory Model. J Clin Microbiol 2001, 39 (6), 2294–2297.
  27. Wolska K, Jakubczak A: Wykrywanie biofilmu Pseudomonas aeruginosa na biomateriałach medycznych. Med Dośw Mikrobiol 2003, 55, 371–378.
  28. Providencia J, Alvaro P, Luis MM, Alberto H, Perea EJ: In vitro adherence of Enterococcus faecalis and Enterococcus faecium to plastic biomaterials. Clin Microbiol Infect 1999, 5, 382–286.
  29. Langstraat J, Bohse M, Clegg S: Type 3 fimbrial shaft (MrkA) of Klebsiella pneumoniae, but not the fimbrial adhesin (MrkD), facilitates biofilm formation Infection and Immunity Sept. 2001, p. 5805–5812.
© Wroclaw Medical University