Caracterización de factores genotípicos y fenotípicos de Staphylococcus aureus asociados a la formación de biopelículas en mastitis bovina

• Autores: Giovanny Alexander Torres Lindarte
• Directores de la Tesis: Martha Olivera Ángel (dir. tes.), Miryan Margot Sánchez Jiménez (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad de Antioquia ( Colombia ) en 2020
• Idioma: español
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: hdl.handle.net
• Resumen
  • español

    Staphylococcus aureus es una de las principales bacterias causantes de infecciones intramamarias en bovinos, las cuales se caracterizan por su limitada respuesta a los antibióticos y persistencia en glándula mamaria. Uno de los factores de virulencia que más se ha asociado con estas características es la formación de biopelícula, debido a que le confiere al patógeno capacidad para evadir la respuesta inmune y la acción de los antibióticos. En Colombia, donde S. aureus todavía es uno de los patogenos más prevalentes, se desconocía sobre las características genotípicas y fenotípicas relacionadas con la capacidad de formación de biopelícula de las cepas circulantes. Por lo tanto, el objetivo fue caracterizar factores genotípicos y fenotípicos de S. aureus asociados a la formación de biopelícula en mastitis bovina.

    En total, 277 cepas de S. aureus fueron caracterizadas genotípica y fenotípicamente en términos de formación de biopelículas y linajes mediante técnicas microbiológicas y genómicas. Además, se identificaron y evaluaron potenciales marcadores (proteínas) de infección empleando un análisis proteómico y un inmunoensayo.

    Los resultados mostraron tres diferentes genotipos en cuanto a formación de biopelícula. El genotipo 1 (ica positivo y bap negativo) fue el más prevalente (78,2%), seguido del genotipo 2 (ica y bap positivos) (12,7%) y el genotipo 0 (ica y bap negativos) (9,2%). El 81,3% de las cepas evaluadas fueron formadoras de biopelícula, observandose que el 100% de las cepas del genotipo 2 fueron formadoras y presentaron las densidades ópticas más altas (>2,4), demostrando su alta capacidad para generar biopelícula. En cuanto a los linajes, se identificaron 38 spa tipos diferentes, los cuales fueron agrupados en 16 complejos clonales. Los spa tipos más frecuentes fueron el t267 y el t521, ambos pertenecientes al complejo clonal CC97. Además, 51 cepas tipificadas se clasificaron como genotipos nuevos (no reportadas previamente). El 68% de los genotipos identificados también han sido encontrados causando infecciones en humanos.

    Por otra parte, el determinante de superficie regulador del hierro A (IsdA), el factor de agregación A (ClfA) y la proteína con repeticiones de aspartato-serina D (SdrD) fueron las proteínas identificadas por métodos proteómicos, que mostraron potencial para ser usadas como marcadores de infección, pues fueron expresadas en la fase inicial de la infección, se han asociado con formación de biopelícula y tienen la capacidad de desencadenar una respuesta inmune.

    El inmunoensayo realizado mostró diferencias significativas en la respuesta de IgG contra las proteínas evaluadas, resaltando el potencial antigénico de IsdA. Sin embargo, fue la mezcla de las proteínas la que presentó la mayor capacidad para diferenciar entre animales infectados y controles empleando muestras de sangre. Aunque, es importante resaltar que cuando esta mezcla fue evaluada con muestras de leche, se evidenció una alta especificidad (94%).

    En conclusión, la mayoría (81,26%) de las cepas de S. aureus circulantes en Antioquia son formadoras de biopéliculas, resaltando la alta capacidad de las cepas bap positivas. Igualmente, se encontró que estas cepas fueron ampliamente diversas en cuanto a los genotipos, evidenciándose un alto porcentaje (68%) de genotipos causantes también de infecciones en humanos. Además, se identificaron proteínas implicadas en la formación de biopelículas que podrian ser usadas en inmunoensayos como marcadores de infección.

  • English

    Staphylococcus aureus is one of the most common pathogens causing bovine intramammary infections, which are characterized by the presence of persistent microorganisms along with a poor response to antibiotic therapy. The ability of S. aureus to persist in the mammary gland has been associated with multiple virulence factors. Among these, biofilm formation is one of the most important because biofilms confer protection against antibiotics and the host immune response. In Colombia however, where this pathogen is one of the major causes of IMI in dairy cows, biofilm formation ability remains unknown. Therefore, the aim of this study was to characterizer genotypic and phenotypic factors from S. aureus associated with biofilm formation in bovine mastitis. In total, 277 S. aureus strains were characterized in terms of biofilm formation and genetic lineages using microbiological and genomics techniques. In addition, potential serologic markers were identified and evaluated by proteomic analysis and an immunoassay. Three different genotypes grouped into three separate clusters were identified from in vitro assays. Genotype 1 (ica positive and bap negative) was the most prevalent (78.17%), followed by genotype 2 (ica and bap positive) (12.66%) and genotype 0 (ica and bap negative) (9.17%). Biofilm formation was observed in 81.26% of the strains from which 100% of genotype 2 isolates showed biofilm formation. The biofilms formed by genotype 2 isolates were also found to have the highest optical density (>2.4). Regarding the lineages found, 38 different spa types were identified, which were grouped into 16 clonal complexes. The most frequent spa types were t267 and t521. Furthermore, it was determined that 51 of the genotypes described had been unreported so far (new) and 68% had also been previously reported in humans. On the other hands, IsdA, ClfA and SdrD were the identified proteins that could be used as markers of infection, since are involved in the early stage of the infection, in the biofilm formation and have the ability of elicit an immune response. The result showed significant differences in the IgG response against markers evaluated, highlighting the antigenic potential of IsdA. According to ROC curves analysis, the protein mixture was the one that showed the greatest capacity to differentiate between infected and uninfected cows when the blood samples were used. In addition, this mixture also showed the highest specificity (94%) using milk samples, suggesting its possible use as a diagnostic complement to somatic cell count, which is highly sensitive but not so specific. In conclusion, most (81,26%) S. aureus strains evaluated were biofilm former, highlighting the high ability of the bap positive strains to produce biofilm. We also identified that the S. aureus strains included were very diverse in terms of lineages, evidencing a high percentage (68%) of genotypes that can also cause infections in humans. Furthermore, three proteins involved in the biofilm formation process were identified, which could be used as potential markers of infection.