Methicillin-resistant Staphylococcus aureus and biofilm formation in cystic fibrosis: importance, influence of environmental conditions and anti-biofilm strategies
Staphylococcus aureus résistant à la méticilline et formation de biofilm au cours de la mucoviscidose. Importance, influence des conditions environnementales et stratégies anti-biofilm
Résumé
Cystic Fibrosis (CF) is a disease caused by mutation of the cftr gene (Cystic Fibrosis Transmembrane Conductance Regulator) resulting in a cellular ionic imbalance that is harmful to many organs including the lungs. This results in a change in mucociliary clearance and a viscous mucus conducive to bacterial stasis and colonization and respiratory infections. Staphylococcus aureus is the most frequently isolated species in patients with cystic fibrosis. Methicillin-resistant strains of S. aureus (MRSA) are also responsible for the deterioration of lung function in CF patients. In addition to their multiresistance to prescribes, the ability of these strains to form biofilm limits the effectiveness of antimicrobial therapies. In this context, we examined the ability of clinical strains of MRSA from CF patients to produce biofilm in the presence or absence of five known anti-MRSA agents: Linezolid, rifampicin, trimethoprim, ceftaroline and ceftobiprole. We used standardized methods: the BioFilm Ring test® (BRT®), the antibiofilmogram® and the BioFlux™ 200 system as well as the Artificial Sputum Medium (ASM) mimicking by its composition, the respiratory mucus of CF patients. A total of 63 MRSA strains isolated from 35 CF patients was selected.
Seventeen strains (27%) showed strong adhesion, the initial step in biofilm production. Minimum Inhibitory Concentrations in biofilm (MICb) of the five antibiotics were determined for these 17 strains showing that the strongest inhibition of biofilm formation was observed for Linezolid, ceftaroline and ceftobiprole. This action was retained for strains adapted to the pulmonary environment after years of persistence (3 to 9 years). Finally, the study of the dynamics of biofilm formation showed that this was favored in ASM, justifying a wider use of this medium for studies of CF strains and that a marked and lasting inhibition of biofilm formation was observed for ceftaroline and ceftobiprole and, less markedly, for linezolid. This study provides new knowledge on the formation of biofilm by MRSA strains isolated from CF patients showing that it is frequent, strain-dependent, including within the same sample, and differentially influenced by antibiotics. The study of the anti-biofilm effect of a larger panel of antibiotics or even combinations of antibiotics should be considered in order to complete the data obtained in this work.
La mucoviscidose (Cystic Fibrosis, CF) est une maladie provoquée par la mutation du gène cftr (Cystic Fibrosis Transmembrane
conductance Regulator) entraînant un déséquilibre ionique cellulaire délétère pour de nombreux organes dont les poumons. Il en
résulte une modification de la clairance mucociliaire et un mucus visqueux propices à la stase bactérienne et aux colonisations et
infections respiratoires. Staphylococcus aureus est l’espèce la plus fréquemment isolée chez les patients CF. Les souches de S. aureus résistantes à la méticilline (SARM) sont par ailleurs responsables de la détérioration de la fonction pulmonaire des patients CF. Outre leur multirésistance aux antibiotiques, la capacité de ces souches à former du biofilm limite l’efficacité des thérapies antimicrobiennes. Dans ce contexte, nous avons étudié la capacité de souches cliniques de SARM issues de patients atteints de CF à produire du biofilm en présence ou en l’absence de cinq antibiotiques connus pour leur action anti-SARM : le Linézolide, la rifampicine, le rifampicine, la ceftaroline et le ceftobiprole. Nous avons utilisé des méthodes standardisées : le BioFilm Ring test® (BRT®), l'antibiofilmogramme® et le système BioFlux™ 200 ainsi que l’Artificial Sputum Medium (ASM) mimant par sa composition, le mucus respiratoire des patients CF. Un total de 63 souches de SARM isolées de 35 patients CF a été sélectionné.
Dix-sept souches (27 %) ont montré une forte adhérence, étape initiale de la production de biofilm. Les Concentrations Minimales
Inhibitrices dans le biofilm (CMIb) des cinq antibiotiques ont été déterminées pour ces 17 souches montrant que l’inhibition de la
formation de biofilm la plus forte était observée pour le Linézolide, la ceftaroline et le ceftobiprole. Cette action était conservée pour
des souches adaptées à l’environnement pulmonaire après des années de persistance (3 à 9 ans). Enfin, l’étude de la dynamique de
formation du biofilm a montré que celle-ci était favorisée en ASM justifiant une utilisation plus large de ce milieu pour les études
de souches CF et qu’une inhibition de la formation de biofilm marquée et durable était observée pour la ceftaroline et le ceftobiprole
et, de manière moins marquée, pour le Linézolide. Cette étude permet d’acquérir de nouvelles connaissances sur la formation de
biofilm par des souches de SARM isolées de patients CF montrant que celle-ci est fréquente, souche-dépendante, y compris au sein
d’un même échantillon, et différentiellement influencée par les antibiotiques. L’étude de l’effet anti-biofilm d’un plus large panel
d’antibiotiques voire d’associations d’antibiotiques serait à envisager afin de compléter les données obtenues dans ce travail.
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