Powrót
Genotypowe i fenotypowe cechy szczepów Escherichia coli wyizolowanych od pacjentów z zakażeniem układu moczowego
Jolanta Wicha
Abstract
Escherichia coli is the most frequent etiological factor of urinary tract infections (UTI) both in inpatient and outpatient conditions.UTIs are among themost common bacterial infections occurring in children and adults, which are of various degrees of severity, ranging from a bladder infection to pyelonephritis; in 12% of cases it can lead to bacteraemia. E. coli strains vary in the existence of virulence factors, allowing adhesion of bacteria to the urinary tract epithelium, survival in the urinary tract and urinary tract invasion. UTIs which often have the nature of recurrent infections and can lead to complications, require prolonged use of antibacterial drugs, which in turn leads to an increase in the resistance of uropathogenic E. coli strains (UPEC) to antibiotics and chemotherapies. This study aimed to assess susceptibility of E. coli bacilli isolated from cases of UTI among patients hospitalised in various hospital organisational units and to determine the potential virulence of E. coli strains by identification of genes encoding adhesins, toxins, iron transport system and determining virulence genotypes specific for uropathogenic strains of E. coli. The adhesion properties of E. coli strains, the ability to form biofilm and the activity of selected secondary plant metabolites as substances preventing and eliminating E. coli biofilm were also evaluated. The subject of the study were 173 E. coli strains isolated in 2007-2008 from urine samples of patients of the District Hospital in Wołomin. Isolates were identified based on the biochemical characteristics of microorganisms, following standard microbiological methods. Antibiotic susceptibility and resistance mechanisms of isolated E. coli bacilli weredetermined by disk diffusion method according to the CLSI criteria.The presence of fim,aer,sfa,pap,hly,cnf and afa genes encoding virulence factors at UPEC were detected using PCR-monoplex and PCR-multiplex methods. PCR-triplex determined the affiliation of E. coli to phylogenetic groups (A, B1, B2, D) by the presence of these strains of genes in the genome - chuA and yjaA and TspE4.C2 DNA fragment. The adhesion properties of the strains were investigated by hemagglutination tests and on the ability of bacterial cells to adhere to the urinary tract epithelium. Biofilm formation by the studied strains was assessedusing urological catheters made of two different biomaterials. The effects of phenolic compounds (cinnamaldehyde, p-cumaric acid and ferulic acid) as agents preventing and eliminating E. coli biofilm from the surface of a urological catheter were also evaluated. E. coli strains isolated from urine samples of patients suffering from UTI, hospitalised in various hospital organisational units, showed different susceptibility to antibiotics and chemotherapy. The proportion of strains resistant to ampicillin and tetracycline was significantly higher than the percentage of strains resistant to other antimicrobial agents. The resistance to ampicillin was substantially more frequent in strains isolated from patients of the Internal, neurological and paediatric wards of a district hospital. The percentage of tetracycline-resistant strains from different groups of patients did not differ significantly. There were multidrug-resistant strains in the E. coli population that showed resistance to drugs belonging to the group of β-lactams, quinolones, tetracycline, aminoglycosides and sulfamethoxazole. A small percentage of strains exhibited a mechanism of resistance to β-lactam antibiotics of the ESBL type. E. coli strains varied regarding the existence of genes encoding adhesins, toxin and a gene coding for the iron acquisition system in their genome, which was the basis for the identification of 27 virulotypes. The E.coli strains predominantly belonged to the B2 and D phylogenetic group. Strains belonging to the B2 group were significantly more frequently isolated from children and the D group strains were significantly more frequently isolated from the patients treated in the internal and obstetric wards. Agglutination of human erythrocytes and those originating from different types of species of animals by investigated E. coli strains proved that different types of haemagglutinin were found on the surface of bacterial cells of individual strains. The E. coli strains with the presence of the pap (encoding P fimbriae), sfa (encoding S fimbriae) or aer (encoding aerobactin) adhered significantly more to the epithelial cells of the urinary tract than the strains in which these genes were not found. It was also found that the presence of the fim gene (encoding type 1 fimbriae) did not relevantly affect the number of adhered bacteria. The degree of adhesion of E. coli strains to the urological catheters surface depended on the used biomaterial. The percentage of strains forming a strong biofilm on a latex catheter was about three times higher than the rate of strains forming a strong biofilm on a silicon-coated catheter. The aer gene was significantly associated with E. coli strains forming a strong biofilm on the urological catheter, while there was no significant relationship between the biofilm degree and the presence of adhesins and toxin coding genes. Secondary plant metabolites such as cinnamic aldehyde, ferulic acid and β-cumaric acid prevented formation of biofilm on the urological catheter by uropathogenic E. coli strains. Moreover, further studies have shown that cinnamaldehyde effectively eliminated the biofilm formed on the internal surface of the urological catheter. Diverse properties of uropathogenic E. coli strains, which are often associated with the source of isolation, confirm the need to evaluate these strains for the formation of virulence factors, which allows understanding thecomplex mechanisms of UTI pathogenesis and may be helpful in the development of new diagnostic procedures.The evaluation of susceptibility provides knowledge about the resistance of uropathogenic E. coli strains to antibiotics and chemotherapy, which is essential while updating the guidelines for empiric therapy of these infections- Identyfikator pozycji
- UPH4a25b1123cd14e5fad038d9c1c1e5bdb
- Rodzaj dyplomu
- Praca doktorska
- Autor
- Tytuł w języku polskim
- Genotypowe i fenotypowe cechy szczepów Escherichia coli wyizolowanych od pacjentów z zakażeniem układu moczowego
- Tytuł w języku angielskim
- Phenotypic and genotypic traits of Escherichia coli bacilli isolated from people with urinary tract infection
- Język
- pol (pl) Polish
- Jednostka dyplomująca
- Instytut Nauk Biologicznych (WNSP/IB)
- Dyscyplina naukowa (Ustawa 2.0)
- Status pracy
- Obroniona
- Rok powstania
- 2018
- Data obrony
- 17-01-2019
- Data nadania stopnia
- 13-02-2019
- Promotor
- Paginacja
- 135
- Uwagi merytoryczne
- Bibliogr.
- Handle.net URL
- hdl.handle.net/11331/2282 Otwiera się w nowej karcie
- Słowa kluczowe w języku polskim
- Escherichia coli; Zakażenia układu moczowego; Wrażliwość na substancje przeciwdrobnoustrojowe; Geny wirulencji; Escherichia coli;
- Streszczenie w języku polskim
- Pałeczki Escherichia coli są najczęstszym czynnikiem etiologicznym zakażeń układu moczowego (ZUM) zarówno w warunkach szpitalnych jak i pozaszpitalnych. ZUM należą do najczęstszych infekcji bakteryjnych występujących u dzieci oraz osób dorosłych, które charakteryzują się różnym stopniem nasilenia, począwszy od infekcji pęcherza moczowego do odmiedniczkowego zapalenia nerek; w 12% przypadków mogą być przyczyną bakteriemii. Szczepy E. coli wykazują zróżnicowanie pod względem wytwarzanych czynników zjadliwości, umożliwiających adhezję bakterii do nabłonka dróg moczowych, przetrwanie w drogach moczowych i inwazję układu moczowego. ZUM, które często mają charakter infekcji nawracających i mogą prowadzić do powikłań, wymagają długiego stosowania leków przeciwbakteryjnych, co w konsekwencji prowadzi do narastania oporności uropatogennych szczepów E. coli (UPEC) na antybiotyki i chemioterapetyki. Celem niniejszej pracy była ocena lekooporności pałeczek E. coli wyizolowanych z przypadków ZUM u pacjentów hospitalizowanych w różnych jednostkach organizacyjnych szpitala oraz określenie potencjalnej zjadliwości szczepów E. coli poprzez identyfikację genów kodujących adhezyny, toksyny, system transportu żelaza i ustalenie genotypów wirulencji specyficznych dla uopatogennych szczepów E. coli. Oceniono również właściwości adhezyjne szczepów E. coli, zdolność tworzenia biofilmu oraz działanie wybranych wtórnych metabolitów roślinnych jako substancji zapobiegających i eliminujących biofilm E. coli. Przedmiotem badań były 173 szczepy E. coli wyizolowane w latach 2007-2008 z próbek moczu pochodzących od pacjentów Szpitala Powiatowego w Wołominie. Izolaty zidentyfikowano w oparciu o cechy biochemiczne drobnoustrojów, zgodnie ze standardowymi metodami mikrobiologicznymi.Lekowrażliwość i mechanizmy oporności na antybiotyki wyizolowanych pałeczek E. coli określono metodą dyfuzyjno-krążkowa, zgodnie z kryteriami CLSI. Obecność genów fim, aer, sfa, pap, hly, cnf i afa kodujących czynniki wirulencjiu UPEC wykrywanometodą PCR-monopleks i PCR-multipleks. Przynależność E. coli do grup filogenetycznych (A, B1, B2, D) określono metodą PCR-tripleks na podstawie obecności w genomie tych szczepów genów markerowych -chuA i yjaA oraz fragmentu DNA TspE4.C2. Właściwości adhezyjne szczepów badano w oparciu o test hemaglutynacji oraz na podstawie zdolności przylegania komórek bakteryjnych do nabłonka układu moczowego. Tworzenie biofilmu przez badane szczepy oceniano stosując cewniki urologiczne wykonane z dwóch różnych biomateriałów. Oceniono również działanie związków fenolowych (aldehydu cynamonowego, kwasu p-kumarowego i kwasu ferulowego) jako czynników zapobiegających i eliminujących biofilm E. coli z powierzchni cewnika urologicznego. Szczepy E. coli wyizolowane od pacjentów z ZUM, hospitalizowanych w różnych jednostkach organizacyjnych szpitala, wykazywały zróżnicowaną wrażliwość na antybiotyki i chemioterapetyki. Odsetek szczepów opornych na ampicylinę i tetracyklinę był istotnie większy niż odsetki szczepów opornych na inne czynniki przeciwdrobnoustrojowe. Oporność na ampicylinę występowała istotnie częściej u szczepów wyizolowanych od pacjentów Oddziału Chorób Wewnętrznych, Oddziału Neurologii i Pediatrii. Odsetki opornych na tetracyklinę szczepów, pochodzących od różnych grup pacjentów nie różniły się istotnie. W badanej populacji E. coli występowały szczepy wielooporne, które wykazywały oporność na leki należące do grupy β-laktamów, chinolonów, teracyklin, aminoglikozydów i sulfametoksazoli. U niewielkiego odsetka szczepów wykazano obecność mechanizmu oporności na antybiotyki β-laktamowe typu ESBL. Szczepy E. coli wykazywały zróżnicowanie pod względem obecności w ich genomie genów kodujących adhezyny, toksyny i genu kodującego system pozyskiwania żelaza, co było podstawą do wyróżnienia 27 wirulotypów. Oceniane szczepy E. coli w przeważającej większości należały do grupy filogenetycznej B2 i D. Szczepy należące do grupy B2 istotnie częściej izolowano od dzieci, a od pacjentów leczonych w Oddziale Chorób Wewnętrznych i Ginekologii istotnie częściej izolowano szczepy grupy D. Aglutynacja erytrocytów ludzkich oraz pochodzących od różnych gatunków zwierząt przez oceniane szczepy E. coli wykazała, że na powierzchni komórek bakteryjnych poszczególnych szczepów występują różne typy hemaglutynin. Szczepy E. coli, u których stwierdzono obecność w genomie genu pap kodującego fimbrie P, sfa kodującego fimbrie S lub aer kodującego aerobaktynę istotnie licznej adherowały do komórek nabłonka dróg moczowych w porównaniu do szczepów, u których nie wykazano obecności tych genów. Stwierdzono również, że obecność genu fim kodującego fimbrie typu 1 nie wpływała istotnie na liczbę adherujących bakterii. Stopień adhezji szczepów E. coli do powierzchni cewników urologicznych zależał od użytego biomateriału. Odsetek szczepów tworzących biofilm silny na cewniku lateksowym był około trzykrotnie wyższy w porównaniu do odsetka szczepów tworzących biofilm silny na cewniku pokrytym silikonem. Gen aer był istotnie związany ze szczepami E. coli tworzącymi biofilm silny na cewniku urologicznym, natomiast nie wykazano istotnego związku między siłą tworzenia biofilmu a obecnością genów kodujących adhezyny i toksyny. Wtórne metabolity roślinne, takie jak aldehyd cynamonowy, kwas ferulowy i p-kumarowy zapobiegały utworzeniu biofilmu na cewniku urologicznym przez uropatogenne szczepy E. coli. Ponadto przeprowadzone badania wykazały, że aldehyd cynamonowy skutecznie eliminował utworzony biofilm z wewnętrznej powierzchni cewnika urologicznego. Zróżnicowane właściwości uropatogennych szczepów E. coli, często związane ze źródłem izolacji, potwierdzają konieczność oceny tych szczepów pod względem wytwarzanych czynników zjadliwości, co pozwala na zrozumienie złożonych mechanizmów patogenezy ZUM i może być pomocne podczas opracowywania nowych procedur diagnostycznych. Ocena lekowrażliwości dostarcza wiedzy na temat oporności uropatogennych szczepów E. coli na antybiotyki i chemioterapetyki, która jest ważna podczas aktualizowania wytycznych terapii empirycznej tych zakażeń
- Plik pracy
-
- Plik: 1
-
Rozprawa doktorska, Plik Wicha.J.M.Genotypowe_i_fenotypowe_cechy_szczep__w_Escherichia_coli_wyizolowanych.pdf / 1 MB
- Rozprawa doktorska
- dostępny od: 29-10-2021
- z dnia 29-10-2021
1 MB - Rozprawa doktorska, Plik Wicha.J.M.Genotypowe_i_fenotypowe_cechy_szczep__w_Escherichia_coli_wyizolowanych.pdf / 1 MB
-
- Jednolity identyfikator zasobu
- https://bazawiedzy.uph.edu.pl/info/phd/UPH4a25b1123cd14e5fad038d9c1c1e5bdb/
- URN
urn:uph-prod:UPH4a25b1123cd14e5fad038d9c1c1e5bdb