Association Between Antibiotic Resistance and Biofilm Formation of Escherichia coli Strains Isolated from Blood Culture

Abstract

DOI: 10.26650/experimed.2019.19013

Objective: Bloodstream infections (BSIs) appear to be important causes of morbidity and mortality. Escherichia coli (E. coli) causes various serious diseases such as BSIs. The emergence of multidrug resistance in E. coli has become a global concern. E. coli has the capability to colonize and survive on several surfaces in different time periods.  This is achieved by adhering to inert and cellular substrates and forming a biyofilm layer. The aim of this study is to investigate the relationship of biyofilm formation to antibiotic resistance in E. coli isolates which are isolated from hemocultures.

Material and Method: E. coli strains were isolated from blood samples of patients with bacteremia who were hospitalized in intensive care units and in other departments of Istanbul University-Cerrahpaşa, Cerrahpaşa School of Medicine Hospital. Blood cultures were analyzed with the Bactec 9120 system (Becton Dickinson, USA). The identification and antimicrobial resistance of 62 E. coli strains were determined by the Phoenix automated system (BD Diagnostic Systems, Sparks, MD) according to the European Committee on Antimicrobial Susceptibility Testing (EUCAST) and the Clinical and Laboratory Standard Institute (CLSI). Biofilm formation was determined by the Congo red agar method.

Results: Biofilm formation was detected in 42 (67.7%) of the sixty-two E. coli isolates. Extended-spectrum beta-lactamase (ESBL) production was 38 (61.2%) and carbapenemase production was 12 (19.3%). 28 (66.6%) of the biofilm-positive isolates were ESBL-positives and 10 (23.8%) were carbapenemase-positives. Nine isolates were both ESBL and carbapenemase positives. Ten isolates were biofilm, ESBL and carbapenemase were positive at all.

Conclusion: Resistance rates against various antibiotics in E. coli strains isolated from blood cultures were found higher in biyofilm positive strains than in negative strains at Istanbul University-Cerrahpaşa, Cerrahpaşa School of Medicine Hospital.

Cite this article as: Halipçi Topsakal HN, Aydoğan O, Özdemir S, Köksal Çakırlar F. Association Between Antibiotic Resistance and Biofilm Formation of Escherichia coli Strains Isolated from Blood Culture. Experimed 2019; 9(2): 60-4.

Keywords

• Escherichia coli,biofilm,ESBL,carbapenemase,antibiotic resistance,hemoculture

Kan Kültürlerinden İzole Edilen Escherichia coli İzolatlarının Biyofilm Oluşumu ve Antibiyotik Direnci Üzerine Etkisi

Abstract

DOI: 10.26650/experimed.2019.19013

Amaç: Kan dolaşımı infeksiyonları (KDİ) morbidite ve mortalitenin önemli nedenlerindendir. Escherichia coli (E. coli), KDİ gibi çeşitli ve ciddi hastalıklara neden olmaktadır. E. coli'de çoklu ilaç direncinin ortaya çıkması küresel bir endişe haline gelmiştir. E. coli, farklı yüzeylere kolonize olma ve biyofilm oluşturma yeteneğine sahiptir. Bu çalışmanın amacı kan kültürlerinden izole edilen E. coli izolatlarında biyofilm oluşumunun antibiyotik direnci ile ilişkisini araştırmaktır.

Gereç ve Yöntem: İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa, Cerrahpaşa Tıp Fakültesi Hastanesinin yoğun bakım ve diğer servislerinde yatan bakteriyemili hastalardan laboratuvarımıza gönderilen kan kültürü örnekleri BACTEC 9120 kan kültür sistemi ile analiz edilmiştir. İzole edilen 62 E. coli’nin tanımlanması ve antimikrobiyal direnci, PHOENIX - Otomatik Bakteri İdentifikasyon ve Antibiyotik Duyarlılık Test Sistem ile belirlendi ve şüpheli dirençler E-Test ile doğrulanmıştır. Antibiyotik duyarlılıkları European Committee on Antimicrobial Susceptibility Testing (EUCAST)’a ve Clinical and Laboratory Standard Institute (CLSI)’ye göre değerlendirilmiştir. Biyofilm oluşumu Congo red agar yöntemi ile tespit edilmiştir.

Bulgular: Altmış iki E.coli izolatının 42’sinde (%67,7) biyofilm oluşumu tespit edilmiştir. Genişlemiş spektrumlu beta-laktamaz  (GSBL) üretiminin 38 (%61,2) ve karbapenemaz üretiminin 12 (%19,3) olduğu bulunmuştur. Biyofilm pozitif izolatların 28 (%66,6)’sı GSBL pozitif ve 10 (%23,8)’i karbapenemaz pozitif bulunmuştur. Dokuz izolat hem GSBL hem de karbapenemaz pozitif bulunmuştur. On izolat ise biyofilm, GSBL ve karbapenemaz üçü birlikte pozitif bulunmuştur.

Sonuç: Cerrahpaşa Tıp Fakültesi Hastanesinde kan kültürlerinden izole edilen E. coli izolatlarında çeşitli antibiyotiklere karşı direnç oranları biyofilm pozitif suşlarda, negatif suşlara göre daha yüksek bulunmuştur. Bu sonuçlarla biyofilm oluşturan izolatların antibiyotiklere karşı daha yüksek oranda direnç gösterdiği tespit edilmiştir.

Cite this article as: Halipçi Topsakal HN, Aydoğan O, Özdemir S, Köksal Çakırlar F. Association Between Antibiotic Resistance and Biofilm Formation of Escherichia coli Strains Isolated from Blood Culture. Experimed 2019; 9(2): 60-4.

Keywords

• Escherichia coli,biyofilm,GSBL,karbapenemaz,antibiyotik direnci,kan kültürü

References

1. 1. Aygün, G. Sepsis tanısı. İ.Ü. Cerrahpaşa Tıp Fakültesi Sürekli Tıp Eğitimi Etkinlikleri, Sempozyum Dizisi 2006; 51: 51-60. 2. Karakoç, AE. Güncel Rehberler Işığında Sepsis, Klasik ve Hızlı Tanı Yöntemleri Ulusal Hemokültür Rehberi, Ankem 2014; 28 (Ek 2): 46-51. 3. Erol İ. Gıda Hijyeni ve Mikrobiyolojisi. 1. Baskı, Ankara: Pozitif Matbaacılık 2007, p. 392-3. 4. Meng J, Schroeder CM. Escherichia coli in Foodborne Diseases. editors. Simjee, S. New Jersey Humana Press 2007, p.1-16. [CrossRef] 5. Beşirbellioğlu, B. Dirençli Gram-Negatif Bakteri Sorunu. Yoğun Bakım Dergisi (Online) 2010. Available from: http://www.yogunbakimdergisi.org/managete/fu_folder/2010-04/html/2010-9-4-173-181.htm 6. Gür D. Genişlemiş spektrumlu beta-laktamazlar. Ulusoy S. (Editör). Beta-laktamazlar ve Klinik Önemi. 1. Baskı. Ankara: Bilimsel Tıp Yayınevi 2005, p. 70-88. 7. Gupta V, Bansal N, Singla N, Chander J. Occurence and phenotypic detection of class A carbapenemases among Escherichia coli and Klebsiella pneumoniae blood isolates at a tertiary care center. J Microbiol Immunol Infect 2013; 46: 104-8. [CrossRef] 8. DOH 420-097. Carbapenem-Resistant Enterobacteriaceae. Reporting and Surveillance Guidelines. Washington State Department of Health. Last Revised: April 2015 10s. 9. Nordmann P, Naas T, Poirel L. Global spread of carbapenemase-producing Enterobacteriaceae. Emerg Infect Dis 2011; 17: 1791-8. [CrossRef] 10. Kaiser DM, Castanheira M, Jones RN, Tenover F, Lynfield R. Trends in Klebsiella pneumoniae carbapenemase-positive K.pneumoniae in US hospitals: report from the 2007-2009 SENTRY Antimicrobial Surveillance Program. Diagn Microbiol Infect Dis 2013; 76: 356-60. [CrossRef] 11. Leblebicioğlu H, Cakir N, Celen M, Kurt H, Baris H, Laeuffer J; Turkish COMPACT Study Group. Comparative activity of carbapenem testing (the COMPACT study) in Turkey. BMC Infect Dis 2012; 12: 42-50. [CrossRef] 12. Esen Ş. GSBL ve IBL yapan enterik bakteriler; klinik önemi, tedavi. ANKEM Derg 2008; 22(Ek2): 28-35. 13. Tang HJ, Ku YH, Lee MF, Chuang YC, Yu WL. In Vitro Activity of Imipenem and Colistin against a Carbapenem-Resistant Klebsiella pneumoniae Isolate Coproducing SHV-31, CMY-2, and DHA-1. BioMed Res Int 2015; http://dx.doi.org/10.1155/2015/568079. [CrossRef] 14. Demir N. Gram negatif bakterilerde genişlemiş spektrumlu beta-laktamaz (GSBL) üretimine katkıda bulunan çeşitli risk faktörlerinin araştırılması. Uzmanlık Tezi, Dr. Lütfi Kırdar Kartal Eğitim ve Araştırma Hastanesi, İnfeksiyon Hastalıkları ve Klinik Mikrobiyoloji Kliniği 2006. 15. Ives BR, Tohumoğlu E, Atike G, Koçak NC, Taş Ö, Bağcaz DS. Genişlemiş Spektrumlu Beta-Laktamaz Oluşturan Escherichia Coli Suşlarında İki Farklı Yöntemle Biyofilm Araştırılması 2011. Başkent Üniversitesi Tıp Fakültesi Sempozyumu 2011; 13: 6-13. 16. Beloin C, Roux A, Ghigo JM. Escherichia coli biofilms. Curr Top Microbiol Immunol 2008; 322: 249-89. [CrossRef] 17. Sharma G, Sharma S, Sharma P, Chandola D, Dang S, Gupta S, et al. Escherichia coli biofilm: development and therapeutic strategies. J Appl Microbiol 2016; 121: 309-19. [CrossRef] 18. Darouiche RO. Device-associated infections; a macroproblem that starts with microadherence. Clin Infect Dis 2001; 33: 1567-72.[CrossRef] 19. Donlan RM, Costerton JW. Biofilms; survival mechanisms of clinically relevant microorganisms. Clin Microbiol Rev 2002; 15: 167-93. [CrossRef] 20. Olson ME, Ceri H, Douglas WM, Buret AG, Read RR. Biofilm bacteria: formation and comparative susceptibility to antibiotics. Can J Vet Res 2002; 66: 86-92. 21. Atshan SS, Shamsudin MN, Lung LT, Sekawi Z, Ghaznavi-Rad E, Pei CP. Comparative characterisation of genotypically different clones of MRSA in the production of biofilms. J Biomed Biotechnol 2012; https://doi.org/10.1155/2012/417247 [CrossRef] 22. Kart Yasar K, Aybar Bilir Y, Pehlivanoglu F, Sengoz G. Stafilokok suşlarında slaym faktör pozitifliği, metisilin ve antibiyotik direnci. ANKEM Derg 2011; 25: 89-93. [CrossRef] 23. Clinical and Laboratory Standard Institute (CLSI). Performance Standards for Antimicrobial Susceptibility Testing; 20th Informational Supplement. CLSI document M100-S20. CLSI, Wayne, PA: Clinical and Laboratory Standard Institute, 2011. 24. European Committee on Antimicrobial Susceptibility Testing. Breakpoint tables for interpretation of MICs and zone diameters. Version 8.1, valid from 2018-05-15 [İnternet]. Basel, Switzerland: EUCAST [erişim 1 Haziran 2018]. http://www.eucast.org/fileadmin/src/media/PDFs/EUCAST_files/Breakpoint_tables/v_8.1_Breakpoint_Tables.pdf. 25. Römling U, Balsalobre C. Biofilm infections, their resilience to therapy and innovative treatment strategies. J Intern Med 2012; 272: 541-61. [CrossRef] 26. de la Fuente-Nú-ez C, Reffuveille F, Fernández L, Hancock REW. Bacterial biofilm development as a multicellular adaptation: Antibiotic resistance and new therapeutic strategies. Curr Opin Microbiol 2013; 16: 580-9. [CrossRef] 27. Omar A, Wright J, Schultz G, Burrell R, Nadworny P. Microbial biofilms and chronic wounds. Microorganisms 2017; 5: 9. [CrossRef] 28. Russell AD. Bacterial adaptation and resistance to antiseptics, disinfectants and preservatives is not a new phenomenon. J Hosp Infect 2004; 57: 97-104. [CrossRef] 29. Dumaru R, Baral R, Shrestha BR. Study of biofilm formation and antibiotic resistance pattern of gram-negative Bacilli among the clinical isolates at BPKIHS, Dharan. BMC Res Notes 2019; 12: 38. [CrossRef]