Estudio de las interacciones bacterianas en biofilms polimicrobianos formados por especies prevalentes en infecciones de úlceras de pie diabético y evaluación de la eficacia antibi...

• Autores: Mariani, Florencia
• Año de publicación: 2025
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Galván, Estela María
• Materia: BIOFILMS; MACROCOLONIA; INFECCION; TERAPIA FOTODINAMICA; BIOFILMS; MACROCOLONY; INFECTIONS; PHOTODYNAMIC
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

Las infecciones de úlceras de pie diabético (UPD) presentan mezclas complejas de especies bacterianas coexistiendo en biofilms. A pesar de su relevancia, el conocimiento sobre las interacciones entre las especies bacterianas dentro de los biofilms es limitado. Estas infecciones son difíciles de tratar, demandan altas dosis de antibióticos y presentan una elevada tasa de fracaso terapéutico. Esta tesis doctoral, mediante una colaboración con el Lab. de Microbiología del Hospital de Clínicas (UBA), evidenció una alta prevalencia de Enterococcus faecalis en UPD polimicrobianas, siendo esta especie frecuentemente co-aislada con Escherichia coli, Morganella morganii y Pseudomonas aeruginosa. Se investigó también el efecto de las interacciones inter-especies sobre el crecimiento bacteriano en biofilms utilizando el modelo de macrocolonia en medio Lubbock-glucosa agarizado, simulando las condiciones de la herida de piel. Ensayos de formación de biofilms duales E. faecalis/E. coli, E. faecalis/M. morganii y E. faecalis/P. aeruginosa evidenciaron la capacidad de coexistencia de éstas en biofilms. Las tres especies gram-negativas (E. coli, M. morganii y P. aeruginosa) presentaron similar número de células viables en macrocolonias mixtas con E. faecalis que en biofilms monomicrobianos. Por otra parte, E. faecalis vio favorecido su crecimiento en biofilms mixtos con E. coli y con P. aeruginosa respecto a biofilms simples (1 Log₁₀ y entre 2-4 Log₁₀ de incremento en el número de células viables, respectivamente). Finalmente, en búsqueda de alternativas terapéuticas antibiofilm, se evaluó la combinación de antibióticos con terapia fotodinámica (TFD) sobre biofilms simples y mixtos de P. aeruginosa y E. faecalis. Se observó una drástica disminución en la viabilidad de P. aeruginosa en biofilms simples y mixtos expuestos de manera secuencial a amikacina (25-100 μg/ml) por 24 h, luego a TFD utilizando 600 μM azul de metileno activado por luz LED roja (λₘₐₓ 639 nm, irradiancia 44 Wm⁻²) por 2 h, y nuevamente a amikacina por 24 h. Estos tratamientos aplicados de manera individual no tuvieron la misma efectividad. Tampoco se observó pérdida de viabilidad de E. faecalis cuando el tratamiento combinado incluyó el uso de ampicilina (75 μg/ml). En conjunto, los resultados obtenidos representan un avance en la comprensión de las interacciones bacterianas en infecciones asociadas a UPD, revelando la capacidad de E. faecalis para beneficiarse de su coexistencia con P. aeruginosa en biofilms mixtos bajo condiciones que simulan el microambiente de las heridas. Asimismo, se demuestra el potencial de la TFD combinada con antibióticos como estrategia innovadora para el control de P. aeruginosa en infecciones polimicrobianas en biofilms.
Diabetic foot ulcer (DFU) infections present complex mixtures of bacterial species coexisting in biofilms. Despite their relevance, the knowledge about the interactions between different bacterial species within biofilms is limited. Moreover, these infections are difficult to treat, require high antibiotic doses, and exhibit a high rate of therapeutic failure. In this doctoral thesis, through a collaboration with the Microbiology Laboratory of the Hospital de Clínicas (UBA), a high prevalence of Enterococcus faecalis was found in polymicrobial DFU infections, with this species frequently co-isolated with Escherichia coli, Morganella morganii, and Pseudomonas aeruginosa. The effect of interspecies interactions on bacterial growth in biofilms was also investigated using the macrocolony model on Lubbock-glucose agar medium, which simulates the conditions of a skin wound. Dual biofilm formation assays of E. faecalis/E. coli, E. faecalis/M. morganii,and E. faecalis/P. aeruginosa demonstrated the ability of these species to coexist in biofilms. The three Gram-negative species (E. coli, M. morganii, and P. aeruginosa) exhibited a similar number of viable cells in mixed macrocolonies with E. faecalis and in single-species biofilms. On the other hand, E. faecalis showed enhanced growth in mixed biofilms with E. coli and P. aeruginosa compared to single-species biofilms (an increase of 1 Log₁₀ and between 2-4 Log₁₀ in the number of viable cells, respectively). Finally, in the search for alternative antibiofilm therapies, the combination of antibiotic treatment with photodynamic therapy (PDT) was evaluated on single and mixed biofilms of P. aeruginosa and E. faecalis. A drastic reduction in P. aeruginosa viability was observed in both single and mixed biofilms exposed sequentially to amikacin (25-100 μg/ml) for 24 hours, followed by PDT using 600 μM methylene blue activated by red LED light (λₘₐₓ 639 nm, irradiance 44 Wm⁻²) for 2 hours, and subsequently another 24-hour exposure to amikacin. In contrast, these treatments applied individually were ineffective. No significant loss of E. faecalis viability was observed when the combined treatment included ampicillin (75 μg/ml). Overall, the results obtained represent an advance in understanding bacterial interactions in DFU-associated infections, revealing the ability of E. faecalis to benefit from its coexistence with P. aeruginosa in mixed biofilms under nutritional conditions that partially mimic the microenvironment of these wounds. Furthermore, this study demonstrates the potential of PDT combined with antibiotics as an innovative strategy for controlling P. aeruginosa in polymicrobial biofilm infections.
Fil: Mariani, Florencia. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.