Üropatojen Escherichia coli izolatlarının biyofilm oluşturma yeteneğinin ve biyofilmde antibiyotik duyarlılığının araştırılması
Investigation of the ability to form biofilm and antibiotic susceptibility of biofilm forming uropathogenic Escherichia coli
Yazar: DOĞANHAN KADİR ER
Danışman: PROF. DR. DEVRİM DÜNDAR
Kocaeli Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Mikrobiyoloji Ana Bilim Dalı / Mikrobiyoloji Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Mikrobiyoloji = Microbiology
Dizin: Antibiyotikler = Antibiotics ; Biyofilmler = Biofilms ; Biyofilmler = Biofilms ; Escherichia coli = Escherichia coli ; Filogeni = Phylogeny ; Mikrobiyal duyarlılık testleri = Microbial sensitivity tests ; Mikrobiyal duyarlılık testleri = Microbial sensitivity tests ; Üriner sistem = Urinary tract ; Üriner sistem enfeksiyonları = Urinary tract infections ; Üriner sistem enfeksiyonları = Urinary tract infections

Özet:
Amaç: Escherichia coli (E. coli), üriner sistem enfeksiyonlarında en sık karşılaşılan etkendir ve A, B1, B2 ve D olarak 4 temel filogenetik gruba ayrılmıştır. B2 filogenetik grubuna dahil olan ST131 klonal grubu, tedaviyi zorlaştırmakta ve rekürrense sebep olabilmektedir; buna sebep olan faktörlerden birisi, biyofilm oluşturabilme yeteneğidir. Farklı filogenetik ve klonal kökenlere sahip olan üropatojenik E. coli izolatlarının biyofilmdeki duyarlılıkları hakkında, literatürdeki veri çok kısıtlıdır. Çalışmanın amacı, üriner sistem enfeksiyonu etkeni olan, farklı filogenetik ve klonal kökenlere sahip E. coli izolatlarının biyofilm varlığında, sıklıkla kullanılan antimikrobiyallere karşı duyarlılığının belirlenmesidir.
Yöntem: Çalışmaya, A, B1, B2 ve D filogenetik gruplarından 10'ar ve ST131 klonal grubundan 39 olmak üzere, toplam 79 üropatojenik E. coli izolatı dahil edilmiştir. Bu izolatların amoksisilin/klavulonik asit, gentamisin, seftriakson, siprofloksasin, nitrofurantoin, trimetoprim/sulfametoksazole karşı minimum inhibisyon konsantrasyonu (MİK) ve minimum biyofilm eradikasyon konsantrasyonu (MBEK) değerleri belirlenmiş ve filogenetik grup, ST131 pozitifliği ve direnç potansiyelleri arasındaki ilişkiler araştırılmıştır.
Bulgular: MİK değerlerine göre duyarlı olarak saptanan izolatların, biyofilm varlığında dirençli olabildiği gözlenmiştir. Bazı antibiyotikler için MBEK değerleri, MİK değerlerine göre 32000 kata kadar artış göstermiştir. MBEK sonuçları sınır değer tablolarına göre değerlendirildiğinde, dirençli bakteri sayısında 1,5-24,5 kat artış olduğu belirlenmiştir. ST131 izolatlarının MBEK değerleri, seftriakson (p=0,017) ve siprofloksasin (p<0,001) için ST131 dışı izolatlardan daha yüksektir. Nitrofurantoine ait MİK değerleri, A filogenetik grubunda diğer gruplara göre daha yüksektir (p<0,001). MBEK değerleri filogenetik gruplar ile karşılaştırıldığında, gentamisin (p=0,014) ve nitrofurantoinde (p=0,011) MBEK değerlerinin D filogenetik grubunda B2 filogenetik grubuna göre daha yüksek olduğu belirlenmiştir.
Sonuç: Üriner sistem enfeksiyonlarının gelişmesinde hem abiyotik yüzeylerdeki biyofilmin hem de hücre içi biyofilm benzeri bakteri topluluklarının etkisi bilinmektedir. Rutin in vitro antimikrobiyal duyarlılık testleri, sadece planktonik hücrelere ait duyarlılığı belirleyebilmektedir; biyofilm varlığında antimikrobiyal duyarlılık hakkında fikir vermemektedir. Bu nedenle, MBEK testlerinin standardizasyonuna ihtiyaç duyulmaktadır. Üropatojenik E. coli üzerine nitrofurantoin, filogenetik grup ve pandemik klonal grup farketmeksizin hem biyofilm hem de planktonik bakteri üzerine en etkili antibiyotiktir.

Abstract:
Objective: Escherichia coli is the leading cause of urinary tract infections and has divided to 4 phylogenetic groups including A, B1, B2 and D. The clonal group B2-ST131 complicates the treatment and may cause recurrence; one of the factors causing this is biofilm-forming ability. The data about the susceptibility of uropathogenic E. coli (UPEC) with different phylogenetic and clonal origins in biofilm is limited. The aim of this study was to determine the susceptibility of E. coli isolates with different phylogenetic and clonal origins to the commonly used antimicrobial agents in the presence of biofilm.
Method: A total of 79 UPEC isolates, including 10 from each phylogenetic groups and 39 from the ST131, were included. The minimum inhibition concentration (MIC)s and the minimum biofilm eradication concentration (MBEC)s of the isolates against amoxicillin/clavulonic acid, ceftriaxone, ciprofloxacin, gentamicin, nitrofurantoin and trimethoprim/sulfamethoxazole were determined and the relationships between phylogenetic groups, ST131 status and resistance potentials were investigated.
Results: It was observed that the isolates detected as susceptible according to MICs, were resistant in the presence of biofilm. For some antibiotics, MBECs increased by 32000 times compared to MICs. When the MBECs were evaluated according to the susceptibility tables, it was determined that there was a 1.5-24.5 fold increase in the number of resistant bacteria. The MBECs of ST131 were higher for ceftriaxone (p=0.017) and ciprofloxacin (p<0.001) than non-ST131 isolates. MICs of nitrofurantoin are higher in the A phylogenetic group than in other phylogenetic groups (p<0.001). When MBECs were compared with phylogenetic groups, it was determined that MBECs in gentamicin (p=0.014) and nitrofurantoin (p=0.011) were higher in D phylogenetic group than B2.
Conclusions: The effects of both biofilms on the abiotic surfaces and biofilm-like intracellular bacterial communities are well-known in the development of urinary tract infections. The susceptibility of the biofilm-formed organisms, could not accurately identified by routine in vitro susceptibility tests. Therefore, standardization of MBEC tests is needed. Nitrofurantoin may be the drug-of-choice due to its effect on both biofilm and planctonic cells in the treatment of UPEC regardless of the phylogenetic groups or pandemic clonal group.