Hospital acquired infections: Biofilm assembly and increased antibiotic resistance of microorganisms

[ENG] Healthcare-associated infections (HAI) are a public health threat. The etiological agents responsible for these infections are diverse and, in the case of bacteria, often resistant to antibiotics. Bacteria are able to assemble biofilm persisting in healthcare units, becoming more resistant to antibiotic and being responsible for HAIs onset and spread. Bacteria isolated from samples collected in hospitals fulfilling the criteria of HAI were used. The selected bacteria comprise classical (Klebsiella pneumoniae) and emergent agents of HAI (Nontuberculous mycobacteria: NTM). The bacterial ability to assemble biofilm on cell culture plates was evaluated by the microtiter plate test. The structural features of bacteria (planktonic and biofilms)were accessed using scanning electron microscopy (SEM). Biofilms assembled on the model surface(cell culture plate) and on abiotic surfaces present in healthcare units (e.g. silicon) were characterized. For K. pneumoniae strains the ability to assemble biofilms on biotic surfaces (HeLa cells) was also evaluated. The SEM analysis allowed the identification of differences between planktonic and sessile bacteria that can be related to increased virulence. The results showed that biofilm assembly depends on bacteria and abiotic surface. On biotic surfaces, the biofilm assembly is dependent on tropism relations between bacteria and the host. For NTM biofilm was possible to identify factors involved in biofilm assembly: sliding and membrane charges. In the case of K.pneumoniae this relation was not establish. Nevertheless, it was possible to establish a link between the ability to assemble biofilm and increased antibiotic resistance. Altogether these data revealed a relation between biofilm assembly,antibiotic resistance and spread of HAIs.[PT] As infeções nosocomiais (HAIs) são um problema de saúde pública. Os agentes etiológicos destas infeções são diversos e muitas vezes são resistentes a antibióticos (bactérias). Estas formam biofilmes, permanecendo em unidades hospitalares, contribuindo para a propagação das HAIs, aumentando a sua resistência aos antibióticos. As estirpes estudadas, isoladas de amostras recolhidas em ambiente hospitalar, são consideradas agentes etiológicos de HAIs. Estas estirpes compreendem agentes clássicos (Klebsiella pneumoniae) e emergentes de HAIs (Nontuberculous mycobacteria: NTM). A formação de biofilme foi avaliada em caixas de cultura celular, por microtitulação. As características estruturais das bactérias (planctónica e biofilmes) foram avaliadas utilizando técnicas de microscopia eletrónica de varrimento (SEM). Os biofilmes formados no modelo (caixa de cultura celular) e em superfícies abióticas presentes em unidades hospitalares (ex. silicone) foram caracterizados. Para as estirpes de K. pneumoniae a formação de biofilme foi também avaliada em superfícies bióticas (células HeLa). A análise por SEM possibilitou a identificação de diferenças entre a forma planctónica e organizada em biofilme das bactérias, podendo ser relacionadas com o aumento da virulência. A formação de biofilme depende da bactéria e da superfície, nas superfícies abióticas. Relativamente às superfícies bióticas, esta parece estar relacionada com relações de tropismo entre a bactéria e o hospedeiro. No caso das NTM foi possível relacionar a carga membranar e o deslizamento com a formação de biofilmes. Para as estirpes de K. pneumoniae não foi possível estabelecer esta relação. Ainda assim, foi possível estabelecer uma ligação entre a capacidade de formação de biofilme e o aumento da resistência aos antibióticos. De um modo geral, os dados obtidos revelaram uma relação entre a capacidade de formação de biofilme, a resistência aos antibióticos e a propagação das HAIs.Dissertação de mestrado em Tecnologias Biomédicas, apresentada ao Instituto Superior Técnico da Universidade de Lisboa, 2014