Biofilm formation by the anaerobic pathogen Clostridium difficile

Clostridium difficile is an obligate anaerobic, Gram-positive, endospore-forming bacterium. Although an opportunistic pathogen, it is one of the important causes of healthcare-associated infections. While toxins TcdA and TcdB are the main virulence factors of C. difficile, the factors or processes involved in gut colonization during infection remain unclear. The biofilm-forming ability of bacterial pathogens has been associated with increased antibiotic resistance and chronic recurrent infections. Little is known about biofilm formation by anaerobic gut species. Biofilm formation by C. difficile could play a role in virulence and persistence of C. difficile, as seen for other intestinal pathogens. We demonstrate that C. difficile clinical strains, 630, and the strain isolated in the outbreak, R20291, form structured biofilms in vitro. Biofilm matrix is made of proteins, DNA and polysaccharide. Strain R20291 accumulates substantially more biofilm. Employing isogenic mutants, we show that virulence-associated proteins, Cwp84, flagella and a putative quorum sensing regulator, LuxS, Spo0A, are required for maximal biofilm formation by C. difficile. Moreover we demonstrate that bacteria in C. difficile biofilms are more resistant to high concentrations of vancomycin, a drug commonly used for treatment of CDI, and that inhibitory and sub-inhibitory concentrations of the same antibiotic induce biofilm formation. Surprisingly, clinical C. difficile strains from the same out-break, but from different origin, show differences in biofilm formation. Genome sequence analysis of these strains showed presence of a single nucleoide polymorphism (SNP) in the anti-σ factor RsbW, which regulates the stress-induced alternative sigma factor B (σB). We further demonstrate that RsbW, a negative regulator of alternative sigma factor B, has a role in biofilm formation and sporulation of C. difficile. Our data suggest that biofilm formation by C. difficile is a complex multifactorial process and may be a crucial mechanism for clostridial persistence in the host.

Patogenesi molecolare delle osteomieliti associate all'impianto

L’osteomielite associata all’impianto è un processo infettivo a carico del tessuto osseo spesso accompagnato dalla distruzione dell’osso stesso. La patogenesi delle osteomieliti associate all’impianto si basa su due concetti fondamentali: l’internalizzazione del patogeno all’interno degli osteoblasti e la capacità dei batteri di formare il biofilm. Entrambi i meccanismi consentono infatti di prevenire l’eliminazione del batterio da parte delle difese immunitarie dell’ospite e di ostacolare l’azione della maggior parte degli antibiotici (che non penetrano e non agiscono pertanto su microrganismi intracellulari), così sostenendo ed alimentando l’infezione. Il saggio di invasione messo a punto su micropiastra ha consentito di investigare in modo approfondito e dettagliato il ruolo ed il peso dell’internalizzazione nella patogenesi delle infezioni ortopediche peri-protesiche causate da S. aureus, S. epidermidis, S. lugdunensis ed E. faecalis. Lo studio ha evidenziato che l’invasione delle cellule MG-63 non rappresenta un meccanismo patogenetico delle infezioni ortopediche associate all’impianto causate da S. epidermidis, S. lugdunensis ed E. faecalis; al contrario, in S. aureus la spiccata capacità invasiva rappresenta un’abile strategia patogenetica che consente al patogeno di sfuggire alla terapia sistemica e alla risposta immunitaria dell’ospite. È stato studiato inoltre il ruolo dell’immunità innata nella difesa contro il biofilm batterico. In seguito all’incubazione del biofilm opsonizzato di S. epidermidis con i PMN è stato possibile osservare la formazione delle NETs. Le NETs rappresentano ottime armi nella difesa contro il biofilm batterico, infatti le trappole sono in grado di limitare la diffusione batterica e quindi di confinare l’infezione. La comprensione del ruolo dell’internalizzazione nella patogenesi delle osteomieliti associate all’impianto e lo studio della risposta immunitaria innata a questo tipo di infezioni, spesso caratterizzate dalla presenza di biofilm, sono presupposti per identificare e affinare le migliori strategie terapeutiche necessarie ad eradicare l'infezione.