Microbiological evaluation of bacterial strains of methicillin-resistant staphylococcus isolated from diabetic foot ulcers, in view of drug susceptibility and the ability to produce biofilm
Przemysław Lipiński1 | Agnieszka Lipińska1 | Malwina Brożyna2 | Marzenna Bartoszewicz2
ORCID*: 0000-0002-0771-1396 | 0000-0003-4303-3059 | 0000-0001-9520-3377 | 0000-0002-6542-2525
1 Pracownia Leczenia Ran Centrum Medycznego ARGO w Łodzi
2 Katedra i Zakład Mikrobiologii Farmaceutycznej i Parazytologii Uniwersytetu Medycznego we Wrocławiu
Przemysław Lipiński
Pracownia Leczenia Ran,
Centrum Medyczne ARGO w Łodzi,
ul. Doktora Seweryna Sterlinga 27/29,
90-212 Łódź,
e-mail: p.lipinski@argo-med.pl
*według kolejności na liście Autorów
Wpłynęło: 16.09.2022
Zaakceptowano: 30.09.2022
DOI: dx.doi.org/10.15374/FZ2023010
Forum Zakażeń 2023;14(3):61–69
Streszczenie: Wstęp Zakażeniu ulega połowa owrzodzeń stopy cukrzycowej. Ok. 20% zakażeń kończy się wysoką amputacją, a 5-letnia śmiertelność w grupie pacjentów po wysokiej amputacji wynosi 56%. Jednym z najczęstszych patogenów stwierdzanych w zakażonych owrzodzeniach stopy cukrzycowej jest gronkowiec złocisty. Szczególne mechanizmy oporności na antybiotyki wytworzyła odmiana metycylionooporna gronkowca złocistego (MRSA). Jest ona oporna na antybiotyki betalaktamowe, a często również na aminoglikozydy, makrolidy i fluorochinolony. Istotnym czynnikiem utrudniającym leczenie zakażeń i eradykację gronkowca złocistego jest jego zdolność do formowania biofilmu. Macierz biofilmu utrudnia penetrację środków antydrobnoustrojowych, a bakterie zawieszone w biofilmie posiadają mechanizmy komunikacji międzykomórkowej, umożliwiające wymianę materiału genetycznego determinującego ich oporność na antybiotyki. Prawidłowe leczenie zakażenia musi uwzględniać działania antybiofilmowe oraz właściwy dobór antybiotyku, nie tylko na podstawie wyniku badania antybiotykowrażliwości wykrytych patogenów, ale również farmakokinetyki/farmakodynamiki konkretnego leku w tkankach objętych zakażeniem. Materiał i metody W badaniu przeprowadzono retrospektywną ocenę dokumentacji 13 pacjentów leczonych w Pracowni Leczenia Ran Centrum Medycznego ARGO w Łodzi z powodu ran stopy cukrzycowej zakażonych gronkowcem złocistym metycylinoopornym, oceniając 14 wykonanych badań mikrobiologicznych. Preparaty mikrobiologiczne stanowiły fragmenty tkankowe, w tym kostne, oraz wymazy. Pobierane były po oczyszczeniu rany i przesyłane do laboratorium ALAB Laboratoria Sp. z o.o. Wyniki 71,42% badań pochodziło od pacjentów ze stopą cukrzycową neuropatyczną (PDN), a 28,58% neuropatyczno-niedokrwienną (PDM). 50% preparatów pobrano drogą wycinka tkankowego i 50% metodą wymazu. W 28,6% badanych preparatów MRSA był jedynym stwierdzonym drobnoustrojem, w 35,7% stwierdzono po 2 i w 35,7% po 3 gatunki bakterii w preparacie. W preparatach od pacjentów z PDN było średnio 2,25 gatunków bakterii w preparacie, zaś z PDM 2,0 gatunków. W badaniach z wycinków tkankowych było średnio 1,43 gatunków bakterii w preparacie, a z wymazów 2,71. Oprócz MRSA najczęściej stwierdzano obecność Enterococcus faecalis, Proteus mirabilis i Streptococcus agalactiae. U 92,8% szczepów MRSA wykryto oporność na klindamycynę i erytromycynę (MLSB). Nie stwierdzono szczepów opornych na wankomycynę. Wrażliwość na tetracykliny, gentamycynę i kotrimoksazol stwierdzono odpowiednio u 64,3%, 71,4% i 92,8% badanych szczepów MRSA. Wnioski Liczba gatunków drobnoustrojów stwierdzanych w badanych preparatach nie jest związana z rozpoznaniem typu stopy cukrzycowej, jest natomiast związana ze sposobem pobrania materiału do badania. Należy preferować pobieranie materiału w formie wycinków tkankowych, ponieważ wymaz jest obciążony większym ryzykiem kontaminacji, co może utrudniać wskazanie głównego patogenu i prawidłowy dobór antybiotyku. Oporność typu MLSB wyklucza możliwość leczenia zakażenia klindamycyną u prawie wszystkich chorych zakażonych MRSA. Natomiast wrażliwość większości szczepów na tetracykliny, gentamycynę i kotrimoksazol oznacza możliwość rutynowego stosowania tych dostępnych antybiotyków w leczeniu zakażeń MRSA.
Słowa kluczowe: antybiotyk, gronkowiec złocisty, MRSA, stopa cukrzycowa
Abstract: Intruduction Half of diabetic foot ulcers become infected. Approximately 20% of infections result in major amputation, and the five-year mortality rate in patients following major amputation is 56%. One of the most common pathogens found in infected diabetic foot ulcers is Staphylococcus aureus. Methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) has developed specific mechanisms of antibiotic resistance. It is resistant to beta-lactam antibiotics, and frequently also to aminoglycosides, macrolides and fluoroquinolones. Furthermore, a significant factor hindering the treatment of Staphylococcus aureus infections and eradication is its ability to form a biofilm. The biofilm matrix impedes the penetration of antimicrobial agents, and bacteria suspended in the biofilm possess intercellular communication mechanisms that allow the exchange of genetic material which determines their resistance to antibiotics. Proper treatment of the infection must include antibiofilm and the proper choice of antibiotics, based not only on the result of the antibiotic susceptibility test of the detected pathogens, but also on the pharmacokinetics/pharmacodynamics of a specific drug in the infected tissues. Material and methods The study included a retrospective evaluation of the records of 13 patients treated at the Wound Treatment Laboratory (Pracownia Leczenia Ran) of the ARGO Medical Centre in Lodz for diabetic foot ulcers infected with methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA), assessing 14 microbiological tests performed. Microbiological specimens comprised tissue samples, including bone, as well as swabs. They were collected after wound debridement and delivered to the laboratory of ALAB Laboratoria Sp. Z o.o. Results 71.42% of the specimens were from patients with neuropathic diabetic foot (PDN), and 28.58% from subjects with neuropathic non-ischaemic foot (PDM). 50% of the specimens were collected by tissue sampling and 50% by swab. MRSA was the only microorganism found in 28.6% of the specimens, two were found in 35.7%, and in 35.7% three bacterial species were found in each specimen. Preparations from patients with PDN contained on average 2.25 bacterial species per specimen, while those from PDM patients contained 2.0 bacterial species. There was an average of 1.43 bacterial species per preparation in the tissue specimens, and 2.71 from swabs. In addition to MRSA, Enterococcus faecalis, Proteus mirabilis and Streptococcus agalactiae were most commonly found. Resistance to clindamycin and erythromycin (MLSB) was detected in 92.8% of MRSA strains. No vancomycin-resistant strains were found. Sensitivity to tetracyclines, gentamicin and cotrimoxazole was observed in 64.3%, 71.4% and 92.8% of MRSA strains tested, respectively. Conclusions The number of microbial species found in the specimens analysed was not related to the diagnosis of the diabetic foot type, although it was associated with the method of collecting the material for testing. The collection in the form of tissue sample should be preferred, since swabs show a higher risk of contamination, which may hinder the identification of the main pathogen and the correct choice of antibiotic. MLSB-type resistance excludes the possibility of treating the infection with clindamycin in almost all MRSA-infected patients. In contrast, the sensitivity of most strains to tetracyclines, gentamicin and co-trimoxazole implies that these available antibiotics can be routinely used to treat MRSA infections.
Key words: antibiotic, diabetic foot, MRSA, Staphylococcus aureus
