Ocena tworzenia biofilmu przez izolaty kliniczne Klebsiella pneumoniae na biomateriałach wykorzystywanych w produkcji rurek tracheostomijnych
Kierownik projektu: mgr Dorota Ochońska
Okres realizacji: 2020 – 2021
Istotnym problemem współczesnej medycyny są zakażenia związane z opieką zdrowotną (ang. Healthcare-Associated Infections, HCAIs) występujące u pacjentów z tracheostomią. Ponadto, ważną grupę zakażeń stanowią infekcje pozostające w ścisłym związku z szeroko stosowanymi w medycynie biomateriałami (Biomaterials Associated Infections, BAIs), których przykładem są biomateriały przeznaczone do produkcji rurek tracheostomijnych (ang. Tracheostomy Tubes, TTs). W świetle bieżących naukowych danych literaturowych wiadomo, że biofilmy bakteryjne są obecne w ponad 90% rurek tracheostomijnych.
Szerokie spektrum drobnoustrojów chorobotwórczych wykazuje zdolność do adhezji, kolonizacji, a w konsekwencji do rozwoju biofilmu na powierzchni rurek tracheostomijnych. Spośród bakterii Gram-ujemnych Klebsiella pneumoniae pozostają jednymi z najczęściej raportowanych patogenów bakteryjnych zdolnych do tworzenia biofilmu na tych biomateriałach, tym samym są dominującymi pałeczkami izolowanymi od skolonizowanych i/lub manifestujących cechy objawowego zakażenia pacjentów z tracheostomią.
Prezentowana praca powstała w związku z wzrastającą w ciągu ostatnich lat częstością izolacji K. pneumoniae z próbek materiału klinicznego pobieranych od hospitalizowanych pacjentów poddawanych zabiegom tracheotomii. K. pneumoniae jako jedne z najliczniejszych etiologicznych czynników zakażeń szpitalnych, nierzadko są odpowiedzialne za infekcje szpitalne związane z zakażeniami dróg oddechowych manifestujących się zapaleniem płuc związanym z mechaniczną wentylacją (ang. Ventilator Associated Pneumonia, VAP) co może wynikać z ich zdolności do tworzenia biofilmu na biomateriałach rurek tracheostomijnych.
Badaniem objęto 18 szczepów klinicznych z gatunku K. pneumoniae pochodzących z aspiratów tchawiczych pozyskanych z rurek tracheostomijnych od pacjentów 5 Wojskowego Szpitala Klinicznego z Polikliniką SPZOZ w Krakowie hospitalizowanych w okresie od lipca 2017 do grudnia 2019 w Klinice Otolaryngologii i Chirurgii Onkologicznej Głowy i Szyi, a także w Klinice Intensywnej Terapii i Anestezjologii. Głównym celem badanania była ocena zdolności do tworzenia biofilmu przez badane izolaty K. pneumoniae Dodatkowo wytworzone struktury biofilmu na powierzchni polietylenowych (ang. Polyethylene, PE) oraz wykonanych z polichlorku winylu (ang. Polyvinyl Chloride, PVC) rurek tracheostomijnych zobrazowano przy pomocy skaningowej mikroskopii elektronowej (ang. Scanning Electron Microscopy, SEM). Ponadto, wszystkie izolaty scharakteryzowano pod kątem określenia zakresu oporności na antybiotyki, obecności genów kodujących β-laktamazy o rozszerzonym spektrum substratowym (ang. Extended Spectrum β-Lactamase, ESβL), obecności wybranych czynników wirulencji oraz różnorodności genetycznej. W toku przeprowadzonych badań potwierdzono jednoczesne występowanie genów blaCTX-M-1, blaSHV, blaTEM u trzech szczepów, producentów ESβL. Co więcej, na podstawie wyników uzyskanych z metod fenotypowych, potwierdzono, że 44,4% szczepów wykazywało zdolność do tworzenia biofilmu i charakteryzowało się zróżnicowanym genotypem fimbrialnym oraz dużą zmiennością genetyczną.
Z uwagi na powszechność wykonywania zabiegów tracheotomii wysiłki grup badawczych powinny być ukierunkowane na prowadzenie dalszych badań mających na celu pogłębienie wiedzy z zakresu charakterystyki patogenów bakteryjnych wykazujących zdolność do tworzenia biofilmu na powierzchni rurek tracheostomijnych, jego struktury i mechanizmów funkcjonowania a także poszukiwaniu nowatorskich metod ograniczenia powstawania na tych powierzchniach lub modyfikacji już istniejących biomateriałów ograniczających ryzyko jego tworzenia. Wierzymy, że polskie doświadczenia w prezentowanych badaniach będą pomocne i zapewnią niezbędny wkład naukowy w dziedziny medycyny, mikrobiologii i chemii, który pozwoli w przyszłości zaprojektować bezpieczne rurki tracheostomijne o cechach maksymalizujących komfort pacjenta przy jednoczesnej minimalizacji powikłań podczas użytkowania.
Biofilm Formation of Clinical Klebsiella pneumoniae Strains Isolated from Tracheostomy Tubes and Their Association with Antimicrobial Resistance, Virulence and Genetic Diversity
Dorota Ochońska, Łukasz Ścibik, Monika Brzychczy-Włoch. Pathogens 2021 Oct 18;10(10):1345. DOI: https://doi.org/10.3390/pathogens10101345