Evaluation of the biofilm formation capacity of Pasteurella multocida strains isolated from cases of fowl cholera and swine lungs and its relationship with pathogenicity

Abstract

Pasteurella multocida is a Gram-negative bacillus that causes economic losses due to the development of respiratory diseases in several animal species. Among the mechanisms of virulence, the formation of biofilms is an important factor for bacterial survival in hostile environments. Studies of biofilm formation by P. multocida are needed because P. multocida is an important pathogen involved in respiratory infections. However, in contrast to other microorganisms, few studies of biofilm formation have examined P. multocida. Studies comparing the pathogenicity of microbial strains as a function of their biofilm production capacity are also rare. Consequently, the aim of this study was to evaluate the biofilm formation capacity of 94 P. multocida strains isolated from cases of fowl cholera and from swine lungs on polystyrene plates. The associations of the biofilm formation capacity with the pathogenicity index (PI) in vivo and with the presence of four genes (screened by PCR) of the tad locus (tadB, tadD, tadE and tadG), described as adhesion markers, were also determined. Strains from both animal origins were able to form biofilms. However, most of the specimens (52.13%) were classified as weak producers, and more than 40% of the strains of P. multocida (40.42%) did not produce biofilms There was no significant difference (p>0.05) in the degree of biofilm production between the two sources of isolation. Of the analyzed strains, 56.52% contained all four genes (tadB, tadD, tadE and tadG). The PI arithmetic mean of the strains classified as non-biofilm producers was significantly different (p<0.05) from the PI of moderate-producer strains. The PI of specimens classified as weak biofilm producers also differed significantly (p<0.05) from that of the moderate-producer strains. The results indicate that even though the P. multocida strains isolated from cases of fowl cholera and swine lungs formed biofilms on polystyrene surfaces, adhesion was usually weak. The genes tadB, tadD, tadE and tadG were not significantly associated (p>0.05) with the production of biofilms and with the origin of a given strain. Finally, low virulence strains may suggest a higher biofilm formation capacity on polystyrene plates.

Pasteurella multocida é um bacilo Gram negativo que ocasiona perdas econômicas, geralmente associadas a doenças respiratórias em diversas espécies animais. Entre os mecanismos de virulência existentes, a formação de biofilmes demonstra ser um importante fator para a proteção e para a sobrevivência bacteriana em ambientes hostis. Estudos relacionados à formação de biofilmes por P. multocida são necessários, uma vez que este é um importante patógeno envolvido em infecções respiratórias. Entretanto, ainda são poucos os estudos desenvolvidos nesta área, quando comparados com aqueles envolvendo outros microrganismos. Também são os raros os estudos que comparam a patogenicidade das cepas com a sua capacidade de produção de biofilme. Neste contexto, o objetivo deste estudo foi avaliar a capacidade de formação de biofilme em placas de poliestireno de 94 cepas de P. multocida isoladas de casos de cólera aviária e de pulmões de suínos, associando-se com o índice de patogenicidade (IP) in vivo e com a presença de quatro genes do locus tad (tadB, tadD, tadE e tadG), descritos como marcadores de adesão e pesquisados através de PCR. As cepas de ambas as origens foram capazes de formar biofilme. Contudo, a maioria dos exemplares (52,12%) foi classificada como fracamente produtora e mais de 40% das cepas de P. multocida (40,42%) não produziram biofilme Não foi observada diferença estatística (p>0,05) quanto ao grau de produção de biofilme entre as duas origens de isolamento. 56,52% das cepas analisadas apresentaram os quatro genes (tadB, tadD, tadE e tadG) concomitantemente. O IP médio das cepas classificadas como não produtoras de biofilme apresentou diferença estatística (p˂0,05) em relação ao IP das cepas moderadamente produtoras. Os exemplares classificados como fracamente produtores de biofilme diferiram significativamente (p˂0,05) do grupo de cepas moderadamente produtoras. Os resultados obtidos indicaram que, apesar de as cepas de P. multocida isoladas de casos de cólera aviária e do pulmão de suínos apresentarem capacidade de formar biofilme em superfícies de poliestireno, a adesão ocorreu geralmente de forma fraca. Os genes tadB, tadD, tadE e tadG, pertencentes ao locus tad, não apresentaram associação significativa com a produção de biofilme e nem com a origem de isolamento da cepa. Por fim, observou-se que as cepas de menor patogenicidade apresentaram uma maior capacidade de formação de biofilme em placas de poliestireno.