Providencia stuartii biofilm - evaluation of production and factors affecting its formation

Abstract

Providencia stuartii is dreaded, opportunistic pathogen that can cause variety chronic and acute infections. Intrinsic in nosocomial urinary tract infections (UTI), representing nearly 50% of all bacterial nosocomial infections and in over 30% of cases, being the cause of the so-called urosepsis, are just one of the hallmarks of this pathogen. Acquired antibiotic resistance rates, biofilm formation and multiple virulence factors production are characteristic for P. stuartii lifestyle. Microorganisms within the biofilm consist a significant challenge as they tend to be more tolerant to antibiotic treatment than their planktonic counterparts. Decreased bacterial adhesion is a crucial step on the road to reduction of the biofilm population which can be extremely useful from the clinical point of view in removal of bacterial biofilm covering the surface of the medical devices as well as tissues within the urinary tract. Despite that, frequency of isolation of those bacterias from clinical material constantly increase, and thus placing P. stuartii on the list of aetiological factors of urinary tract infection, knowledge about these microorganisms is still very limited. Research made within this dissertation, allowed for initial characterization of Providencia stuartii lifestyle including the biofilm formation. Susceptibility of these bacteria to conventional antibiotics has clearly demonstrate the problem of multi-drug resistance among P. stuartii strains. Synergistic interactions between conventional antibiotics and synthetic peptides revealed during the experimental work show potential direction for the development of new methods to combat those pathogenic microbes and their biofilms. Furthermore, characterisation of environmental factors that affect the process of formation and maturation of P. stuartii biofilm allowed for selection of numerous of components having an antagonistic effect on the process of P. stuartii biofilm formation process. Antibiotics have been successfully used to treat many bacterial diseases, however, a wide range of virulence factors presented by P. stuartii, deemed the usage of most of those antimicrobial agents as totally inefficient, thus decreasing efficiency of standard medical therapy. The growing emergence of antibiotic resistance of Gram-negative bacteria has generated great interest in development of novel, alternative antimicrobial therapeutic.

Providencia stuartii jest oportunistycznym patogenem, mogącym powodować zakażenia układu moczowego. Wewnątrzszpitalne zakażenia układu moczowego stanowiące niemalże 50% wszystkich zakażeń bakteryjnych oraz w ponad 30% przypadków będących przyczyną urosepsy to tylko jedne z nielicznych znków rozpoznawczych tych mikroorganizmów. Liczne czynniki wirulencji, oporność na antybiotyki oraz zdolności do wzrostu w postaci biofilmu powodują, iż pałeczki Providencia stanowią ocenie poważny problem w kontekście medycznym oraz klinicznym. Zdolnośc do wzrostu w postaci konglomeratów bateryjnych zwanych potocznie biofilmami stanowi największe wyzwanie z uwagi na niezwykle silną opornośc komórek biofilmu na antybiotyki w porównaniu z formami planktonowymi. Mimo, iż częstość izolacji tych bakterii z materiału klinicznego stale wzrasta, i obecnie pałeczki Providencia stuartii postulowane są jako z jeden czynników etiologicznych zakażeń układu moczowego, wiedza o tych mikroorganizmach jest wciąż bardzo ograniczona. Badania wykonane w ramach niniejszej pracy doktorskiej, pozwoliły na wstępną charakterystykę klinicznych izolatów Providencia stuartii, w tym tak ważny fenomen formowania struktury biofilmu. Niezwykle wysoki profil oporności tych bakterii na liczne grupy konwencjonalnych antybiotyków wyraźnie pokazuje problem wielolekooporności wśród szczepów P. stuartii. Synergiczne interakcje pomiędzy konwencjonalnymi antybiotykami i syntetycznymi peptydami wykazane w nniejszej pracy, wskazują potencjalne kierunki rozwoju nowych metod zwalczania tych chorobotwórczych drobnoustrojów i ich biofilmów. Ponadto, charakterystyka czynników środowiskowych, które wpływają na proces tworzenia i dojrzewania biofilmu P. stuartii pozwoliła na wyselekcjonowanie grupy czynników środowiskowych oraz związków organicznych mających zarówno stymulujący jak i antagonistyczny wpływ na proces formowania i dojrzewnia biofimu pałeczek P. stuartii.