Detection of mechanisms of resistance, adhesive properties and ability of multi-resistant Klebsiella pneumoniae to form biofilms

During the last decades, K. pneumoniae has emerged as one of the most clinically significant pathogens, especially due to the high prevalence of strains producing extended spectrum β-lactamases (ESBL) and carbapenemases. The therapeutic options to treat these infections are constrained not only by this enzyme production, but also by the regular ability to form biofilms. The development of K. pneumoniae biofilms on the host tissue eventually protect the microorganisms from the action of antimicrobial agents and from the immune response, apart from driving the expression of virulence factors. Thus, the aim of this study was to detect mechanisms of resistance, adhesive properties and ability of multi-resistant K. pneumoniae clinical isolates to form biofilms. In the first stage of the study, 33 strains of K. pneumoniae with reduced susceptibility to carbapenems were isolated. By using phenotypic tests, 10 samples positive for the modified Hodge test were detected, suggesting the production of carbapenemases, and 2 strains manifested positivity for the synergic test with boronic acid, suggesting the production of KPC. When employing molecular techniques, such as polymerase chain reaction, the gene blaKPC was not detected, characterizing failure on the phenotypic detection of KPC. In the second stage of the study, 14 strains of multi-resistant K. pneumoniae were analyzed in order to verify the ability of biofilm formation, as well as adhesive/aggregative properties. Most of the strains analyzed presented low affinity to p-xylene, suggesting hydrophilic character, aside from strong affinity to the basic solvent ethyl acetate indicating acidic surface characteristics. It was also verified that the strains studied manifested high ability of biofilm formation and important adhesion in epithelial cells. The combination of all the characteristics studied may contribute to the survival of K. pneumoniae in the host and in the environment, as the organization of microorganisms in biofilms complicates the pharmacological treatment and favors its spread and multi-resistance.Durante as últimas décadas, a Klebsiella pneumoniae tem emergido como um dos patógenos mais importantes clinicamente, especialmente em função da alta prevalência de amostras produtoras de beta-lactamases de espectro estendido (ESBL) e carbapenemases. As opções terapêuticas para o tratamento destas infecções são limitadas não somente por esta produção enzimática, mas também pela frequente capacidade de formação de biofilmes. O estabelecimento de biofilmes de K. pneumoniae sobre tecidos do hospedeiro acaba por proteger os microrganismos da ação de agentes antimicrobianos e da resposta imunológica, além de conduzir a expressão de determinantes de virulência. Neste sentido, o objetivo deste trabalho foi detectar mecanismos de resistência, propriedades adesivas e capacidade de formação de biofilmes de isolados clínicos de K. pneumoniae multirresistentes. Na primeira fase deste estudo, foram isoladas 33 isolados clínicos de K. pneumoniae com perfil de sensibilidade reduzida aos carbapenêmicos. Através de testes fenotípicos foram detectadas 10 amostras que apresentaram positividade para o teste modificado de Hodge (MHT) sugerindo produção de carbapenemases e duas amostras que apresentaram positividade para o teste sinérgico com ácido borônico (AB), indicando produção de KPC (Klebsiella pneumoniae carbapenemase). Quando utilizado ferramentas moleculares, como a reação em cadeia da polymerase, não foi detectado o gene blaKPC, caracterizando desta forma uma falha na detecção fenotípica de KPC. Na segunda fase deste estudo, foram analisadas 14 amostras de K. pneumoniae multirresistentes a fim de verificar a capacidade de formação de biofilmes, bem como propriedades adesivas/agregativas. A maioria das isolados clínicos analisadas apresentaram baixa afinidade ao xileno, sugerindo um caráter hidrofílico, além de alta afinidade ao solvente básico acetato de etila indicando características superficiais ácidas. Foi verificado ainda que os isolados clínicos estudados apresentaram alta capacidade de formação de biofilme e importante adesão em células epiteliais. As combinações de todas estas características estudadas podem contribuir para a sobrevivência de K. pneumoniae no hospedeiro e no ambiente, pois a organização dos microrganismos em biofilme dificulta o tratamento farmacológico e favorece a sua disseminação e multirresistência