The biology of biofilm bacteria from urinary tract catheters

Burghartz, Melanie Petra

Blasenkatheter bewachsen gewöhnlich innerhalb kürzester Zeit nach der Applikation mit mikrobiellen Biofilmen. Die meisten Patienten zeigen keine Symptome. Es wurde untersucht, ob dieser Biofilme das Potenzial besitzen gefährliche Infektionen auszulösen. Dazu wurden die mikrobiellen Gemeinschaften von 92 Blasenkatheter mittels der „single- strand- confirmation- polymorphism“- Methode analysiert. Fünf repräsentative Biofilme wurden genauer untersucht. Drei Katheter wurden jeweils durch eine Art dominiert, zwei wurden in fast gleichen Anteilen von Proteus sp. / Enterococcus sp. und Pseudomonas sp./ Enterococcus sp. co-dominiert. Die Ergebnisse wurden durch Metaproteomanalysen bestätigt. Zusätzlich wurden neun verschiedene Stämme in Hinblick auf ihre Biofilmbildung und extrazellulären Enzymproduktion untersucht. Alle Isolate bildeten Biofilme, wobei Stenotrophomonas maltophilia und Enterococcus faecalis die stärkste Biofilmbildung zeigten. Extrazelluläre Enzyme wurden für fast alle Arten nachgewiesen. Für acht Antibiotika wurden die minimalen Hemmkonzentrationen ermittelt. Nur Gentamicin inhibierte das Wachstum bei acht von neun Isolaten, andere Antibiotika zeigten fast keine Wirkung. Schließlich wurde der isolierte Myroides Stamm weiterer charakterisiert, da über die Virulenz oder Anpassungen an den Wirtsorganismus von Myroides spp. wenig bekannt ist. Dieses Bakterium ist in der Lage an menschliche Zellen zu adhärieren und zu invadieren. Elektonenmikroskopische Aufnahmen zeigten eine ungewöhnliche Zellmorphologie mit Verzweigung und kappenartigen Strukturen an den Polen der Zellen. Einzelne Zellen wachsen bis zu 60 µm lang in Vollmedium. Durch Methoden der polyphasischen Taxonomie konnte keine eindeutige Artzugehörigkeit bewiesen werden. Die Sequenzierung des Genoms wurde nahezu abgeschlossen. Zusammenfassend konnte durch molekular- und mikrobiologische Methoden gezeigt werden, dass Bakterien aus Katheterbiofilmen das Potential haben schwere Infektionen auszulösen.

Urinary tract catheters from patients without symptoms are usually contaminated within days after application by microbial biofilms. To investigate the potential of these biofilms to cause severe urinary tract infections 92 catheters were investigated for their microbial community composition using single strand confirmation polymorphism analyses. Five representative communities were investigated further. Three catheters were dominated each by one species and two were co-colonized in almost equally by Proteus sp. /Enterococcus sp. and Pseudomonas sp./Enterococcus sp., respectively. The results were confirmed by metaproteomics. This work provides the first culture-independent analysis linking structure of the bacterial community on urinary tract catheters to metaproteomic approach. Additionally, nine different strains were characterized with regard to their biofilm formation and extracellular enzyme production All isolates formed biofilms with Stenotrophomonas maltophilia and Enterococcus faecalis showing the strongest biofilm formation. Extracellular enzymes were detected for almost all species. For eight antibiotics the minimum inhibitory concentrations were determined. Only gentamicin abolished growth on eight out of nine isolates while several other antibiotics showed almost no effect. Finally, the isolated Myroides strain was subjected to further characterization. Almost nothing is known about virulence or host adaptations of Myroides spp. The uncommon isolate of the genus Myroides isolated from a catheter biofilm is able to adhere to and invades into human cells. SEM studies unraveled uncommon cell morphology with branching rods and cap-like structures on the tip of the cells. Single cells grow up to 60 µm in nutrient broth. Polyphasic taxonomic analyses did not yield a clearly species affiliation. A genome project was almost finished.

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Burghartz, Melanie Petra: The biology of biofilm bacteria from urinary tract catheters. 2013.

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