Pathogenic and Persistent Bioprofiles of Clinical Isolates of Staphylococcus Aureus Isolated from Wounds: Visualization of a Complex of Features Using Multivariate Exploratory Data Analysis
Authors: Ярец Ю.И. , Шевченко Н.И. , Еремин В.Ф. 
Published: February 2022

Введение. Течение и прогноз инфекционного процесса зависят от патогенного потенциала условно-патогенных бактерий, а также способности иммунных защитных сил организма противостоять их влиянию. Последние реализуются за счет персистентных механизмов - формирования биопленки и действия антифакторов. Оценка биологических свойств клинических изолятов существенно расширит информативность микробиологического анализа, а использование адекватных методов многомерной статистики даст возможность определить критерии, характеризующие патогенный и персистентный биопрофили. Цель. Оценить основные микробиологические признаки клинических штаммов S. aureus и определить комплексы лабораторных критериев, соответствующих патогенному или персистентному биопрофилю изолята. Материалы и методы. Выполнен анализ основных свойств каждого из 248 изолятов S. aureus, выделенных из раневого отделяемого пациентов. Оценивали лецитиназную (ЛВ), гемолитическую (ГЕМ), протеолитическую (ПР), фибринолитическую (ФЛ) активность, ферментацию маннита (M), адгезивную (АА), антикомплементарную (АКА), антилизоцимную (АЛА), антиинтерфероновую (АИА) активность и др. Определяли гены формирования биопленки (icaAD, icaBC, icaR); степень продукции биопленки оценивали спектрофотометрически. Чувствительность к антибактериальным средствам S. aureus анализировалась фенотипическими методами. Для статистической обработки результатов использовали иерархический кластерный анализ и канонический анализ соответствий. Результаты. Персистентный биопрофиль клинических изолятов S. aureus (ica+, ica-) определялся активным образованием биопленки, средним или высоким уровнями антикомплементарной, антилизоцимной, антиинтерфероновой и фибринолитической активностью. Изоляты обладали низкой адгезивной активностью, могли не проявлять 1-2 из идентификационных признаков, характеризовались резистентностью, выделялись в составе ассоциации, а также после использования среды обогащения. Персистентные S. aureus обнаруживались в хронических локальных ранах и обширных ожоговых ранах. Патогенный биопрофиль был характерен для ica+ S. aureus, неактивно образующих биопленку, проявляющих низкий уровень АКА, АЛА, АИА, проявляющих чувствительность к антибиотикам. Такие S. aureus, обнаруживаемые в монокультуре с первичного посева, являлись ГЕМ+, ЛВ+, ПР+, М+, показывали высокую АА и были характерны для острых локальных ран сроком до 3 недель. Заключение. Выявлена зависимость проявления свойств S. aureus от клинических особенностей раны, определены сочетания критериев, характеризующие патогенный и персистентный биопрофили. Практическое значение выполненного исследования заключается в расширении диагностических возможностей микробиологического анализа, оптимизации интерпретации результатов посева, оценки этиологической значимости.

Introduction. The course and prognosis of the infectious process depends on the pathogenic potential of opportunistic bacteria and the ability to resist the protective mechanisms of immunity. The latter are overcome due to persistent signs - the formation of biofilms and the action of anti- factors. Assessment of the biological properties of clinical isolates will significantly expand the information content of microbiological analysis, and the use of adequate methods of multivariate statistics will make it possible to determine the criteria that determine the pathogenic and persistent potential. Purpose. To assess the main microbiological signs of clinical strains of S. aureus and to determine the complexes of laboratory criteria corresponding to the pathogenic or persistent bioprofile of the isolate. Materials and methods. The analysis of the main biological properties in 248 S. aureus strains isolated from the wound swabs of patients was carried out. Lecithinase (LV), hemolytic (HEM), proteolytic (PR), fibrinolytic (FL) activity, mannitol fermentation (M), adhesive (AA), anti- complementary (ACA), antilysozyme (ALA), anti-interferon (AIA) activity, etc. were determined. biofilm formation genes (icaAD, icaBC, icaR), the phenotypic degree of biofilm production was assessed using spectrophotometric detection. The antibiotic sensitivity of S. aureus was assessed by phenotypic methods. For statistical processing of the results, hierarchical cluster analysis and canonical correspondence analysis were used. Results. The persistent bioprofile of S. aureus (ica+, ica-) was determined by active biofilm formation, medium or high levels of ACA, ALA, AIA, and FL activity. Isolates had a low AA, could not show 1-2 of the identification characters, were characterized by resistance, were isolated within the association, and also after using the enrichment medium. Persistent S. aureus has been found in chronic localized wounds and extensive burn wounds. The pathogenic bioprofile was typical for ica+ S. aureus, inactively forming a biofilm, exhibiting low levels of ACA, ALA, and AIA, and exhibiting sensitivity to antibiotics. Such S. aureus found in monoculture from the primary culture were HEM+, LV+, PR+, M+, showed high AA and were typical for acute local wounds up to 3 weeks. Conclusion. The dependence of the manifestation of the properties of S. aureus on the clinical features of the wound was revealed; combinations of criteria characterizing the pathogenic and persistent bioprofile were determined. The practical value lies in expanding the diagnostic capabilities of microbiological analysis, optimizing the interpretation of inoculation results, and assessing the etiological significance.