Characterization of Staphylococcus epidermidis isolates cultured from patients with infected hip prostheses

Abstract

Background. Coagulase negative staphylococci are at the forefront of etiologic agents of periprosthetic joint infections (PJIs). The purpose of the study was to characterise causative isolates (n=19) of Staphylococcus epidermidis (SE) – with emphasis on their phenotypic and genotypic heterogeneity. Material and methods. The isolates were cultured from multiple samples obtained perioperatively during revision surgery from 14 patients with clinically and/or microbiologically proven PJI. Phenotypic heterogeneity included variations of colony morphologies, drug resistance patterns and/or the capability of the biofilm formation and was verified by the DNA fingerprinting assay. Results. Phenotypic discrepancies were observed between isolates cultured from 5 patients (35.7%). The genotyping assay identified 3 pairs of isolates as unrelated; single pairs were genetically related and indistinguishable. The biofilm production was detected in 17 isolates, among which 5 (29.4%) were proficient biofilm formers harbouring the icaADBC genes. Additionally, one ica-positive isolate produced a moderate, protease-sensitive biofilm. The remaining isolates were moderate biofilm producers among which four developed protease-sensitive biofilms. Conclusions. The majority of PJIs are monoclonal; nevertheless, phenotypic diversity of SE is a frequent phenomenon which can complicate the diagnostic proceeding. Adherence ability is an important pathogenic trait of SE although the chemical composition of the resultant biofilm, its intensity and regulation of development can vary.

Wprowadzenie. Gronkowce koagulazo-ujemne są wiodącymi czynnikami etiologicznymi zakażeń okołoprotezowych. Celem pracy była charakterystyka izolatów (n=19) Staphylococcus epidermidis (SE) ze szczególnym uwzględnieniem ich fenotypowej i genotypowej heterogenności. Materiał i metody. Izolaty gronkowców zostały wyhodowane z materiałów klinicznych pobranych śródoperacyjnie od 14 pacjentów, u których zakażenie endoprotezy stawu biodrowego zostało potwierdzone klinicznie i/lub mikrobiologicznie. Fenotypową heterogenność definiowano w oparciu o odmienne cechy morfologii kolonii bakteryjnych, profile lekowrażliwości izolatów i/lub ich zdolność tworzenia biofilmu w warunkach in vitro i weryfikowano ją na postawie genotypowania. Wyniki. Fenotypowe rozbieżności zaobserwowano pomiędzy izolatami SE wyhodowanymi od 5 (35.7%) pacjentów. W oparciu o wyniki genotypowania za genetycznie niespokrewnione uznano 3 pary izolatów, pojedyncze pary zaś za spokrewnione i nieodróżnialne/klonalne. Wytwarzanie biofilmu zostało potwierdzone dla 17 badanych izolatów, wśród których 5 (29.4%) wytwarzało intensywny biofilm i posiadało geny icaADBC. Ponadto, jeden izolat SE ica+ wytwarzał umiarkowany, wrażliwy na działanie proteazy biofilm. Pozostałe izolaty wytwarzały biofilm umiarkowany. Cztery z nich charakteryzowały się tworzeniem biofilmu wrażliwego na działanie proteazy. Wnioski. Większość PJIs ma charakter monoklonalny, niemniej jednak zmienność fenotypowa SE pozostaje częstym zjawiskiem, co może utrudniać diagnostykę zakażeń wywoływanych przez te drobnoustroje. Zdolność adherencji jest ważną cechą warunkującą patogenność SE, aczkolwiek skład chemiczny powstającego w jej wyniku biofilmu oraz jego intensywność i regulacja mechanizmów wpływających na jego tworzenie mogą różnić się pomiędzy izolatami.