Survival of Staphylococcus epidermidis biofilm-released cells in human blood and plasma

Abstract

Staphylococcus epidermidis colonizes healthy human skin and mucosa as a commensal microbe. It is an opportunistic pathogen, since it requires a major breach in the host innate defence. Also, this bacterial species has become one of the leading nosocomial pathogens, in particular medical devices-related infections such as intravascular catheters. Accordingly, S. epidermidis causes at least 22 % of bloodstream infections, detected in intensive care in the United Sates. The main factor that often sustains the commensal lifestyle of this bacteria is its remarkable capability to adhere to the surfaces of indwelling medical devices and subsequently form biofilms. Once a biofilm is completely developed, cells start to detach from the biofilm. The release of cells from biofilms plays a crucial role in spread of the infection, as they have been associated with acute infections such sepsis and devastating embolic events of endocarditis. However, despite its pathogenicity, the research regarding to the interaction between S. epidermidis biofilm-released cells (Brc) and human blood lies in an embryonic state. For a better understanding of the interaction between these cells and host immune system, Brc were characterized upon contact to human blood and plasma. Furthermore, virulence determinants were analyzed and its quantification performed by quantitative PCR. Our results revealed that S. epidermidis Brc display virulence potential. Interestingly, S. epidermidis Brc survival showed different responses between strains as well as donors. The transcriptome differences in response to immune cells between the strains studied enhance the particular characteristics inherent to each strain and, as a consequence, a particular behaviour developed when exposed to the host immune system. Thus, targeting the particular characteristics of Brc is important to prevent the severe acute infections associated with the release of cells from biofilms. In conclusion, the workflow described throughout this thesis provide an important contribution to the knowledge of the Brc, of this important nosocomial pathogen, associated with these serious and prevalent infections.

Staphylococcus epidermidis, uma bactéria comensal que coloniza a pele e mucosa humanas, tem vindo a manifestar-se como uma das principais causas de infecções nosocomiais, nomeadamente infecções relacionadas com dispositivos médicos como catéteres intravasculares. Estima-se que 22 % das infecções detectadas nas unidades de cuidados intensivos dos EUA, relacionadas com a corrente sanguínea, são causadas por S. epidermdis. O seu potencial patogénico deve-se sobretudo à sua grande capacidade de aderência em superfícies de dispositivos médicos e à formação de biofilmes, na superfície dos mesmos. As células que se libertam destes biofilmes têm sido associadas a infecções graves tais como sepsis e endocardite. No entanto, não obstante a sua importância clínica, muito pouco se sabe acerca da interacção das células libertadas dos biofilmes de S. epidermidis quando expostas ao sistema imune do hospedeiro. Por isso, de forma a compreender melhor a interacção destas células com o sistema imunitário humano, foi avaliada a sua sobrevivência após contacto com sangue e plasma de dadores saudáveis. Foram, também, analizados factores de virulência e a respectiva quantificação por PCR em tempo real. Os resultados confirmaram que as células libertadas dos biofilmes de S. epidermidis são potencialmene virulentas. Curiosamente, foram observadas diferentes respostas entre as estirpes em estudo, e estas variaram consoante o diferente sangue dos dadores. As diferenças de transcriptoma em resposta às células que fazem parte do sistema imunitário entre as estirpes estudadas, realçam as características particulares inerentes a cada estirpe, e, como consequência, comportamentos distintos desenvolvidos após interacção com o sistema imunitário do hospedeiro. Assim, avaliando as características das celulas libertadas dos biofilmes, este estudo é determinante para conhecer a interação destas células com os componentes do sangue e visa o desenvolvimento de novas estratégias, preventivas e/ ou terapêuticas, contra estas infecções altamente prevalentes na sociedade.