Molecular characterization of PGA gene types A–D among multi-drug resistant strains of Acinetobacter baumannii

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

This study aimed to explore the prevalence of Acinetobacter baumannii in clinical settings, its antimicrobial resistance, and biofilm formation ability in ventilator-associated pneumonia (VAP) patients, with a particular focus on the pgaABCD gene locus responsible for biofilm formation. A total of 53 isolates were collected over a 5-month period from patients suffering from pneumonia and lower respiratory tract infections. The isolates were identified, and their drug resistance profiles were evaluated using the VITEK automated system. Biofilm formation ability was assessed using the crystal violet assay. The presence of the pgaABCD gene was confirmed through PCR, and the sequences were analyzed to investigate gene prevalence and mutations. Among the 53 clinical samples, 29 isolates (54.7%) were confirmed as A. baumannii. Biofilm formation was detected in 62.1% of the isolates, with varying levels of biofilm production. All 29 isolates (100%) encoded both the pgaA and pgaD genes, while the pgaB and pgaC genes were present in 93.10% and 89.66% of the isolates, respectively. Multidrug-resistant (MDR) strains were prevalent among the clinical isolates, with high biofilm production ability. Sequencing of the pgaABCD genes revealed mutations contributing to the diversity of biofilm formation. This study emphasizes the strong relationship between the pgaABCD locus and biofilm formation in MDR A. baumannii strains. The high prevalence of biofilm-forming isolates underscores the challenges in treating infections caused by A. baumannii, especially in VAP patients. These findings highlight the need for biofilm-targeted treatment strategies to improve patient outcomes in healthcare settings.

About the authors

M. S. Supreeta

Saveetha Institute of Medical and Technical Sciences

Email: 152201022.sdc@saveetha.com

BDS Student, Department of Microbiology, Saveetha Dental College and Hospitals

India, Chennai, Tamil Nadu

K. Kannika Parameshwari

Saveetha Institute of Medical and Technical Sciences

Email: kannikakannan03@gmail.com

PhD Student, Department of Microbiology, Saveetha Dental College and Hospitals

India, Chennai, Tamil Nadu

A.S. Smiline Girija

Saveetha Institute of Medical and Technical Sciences

Author for correspondence.
Email: smilinejames25@gmail.com

Professor, Department of Microbiology, Saveetha Dental College and Hospitals

India, Chennai, Tamil Nadu

J. Vijayashree Priyadharsini

Saveetha Institute of Medical and Technical Sciences

Email: vijipriya26@gmail.com

Associate Professor, Department of Microbiology, Saveetha Dental College and Hospitals

India, Chennai, Tamil Nadu

References

  1. Badave G.K., Kulkarni D. Biofilm Producing Multidrug Resistant Acinetobacter baumannii: An Emerging Challenge. J. Clin. Diagn. Res., 2015, vol. 9, no. 1, pp. DC08–DC10. doi: 10.7860/JCDR/2015/11014.5398
  2. Bardbari A.M., Arabestani M.R., Karami M., Keramat F., Alikhani M.Y., Bagheri K.P. Correlation between ability of biofilm formation with their responsible genes and MDR patterns in clinical and environmental Acinetobacter baumannii isolates. Microb. Pathog., 2017, vol. 108, pp. 122–128. doi: 10.1016/j.micpath.2017.04.039
  3. Barenfanger J., Drake C., Kacich G. Clinical and financial benefits of rapid bacterial identification and antimicrobial susceptibility testing. J. Clin. Microbiol., 1999, vol. 37, no. 5, pp. 1415–1418. doi: 10.1128/JCM.37.5.1415-1418.1999
  4. Bassetti M., Welte T., Wunderink R.G. Treatment of Gram-negative pneumonia in the critical care setting: is the beta-lactam antibiotic backbone broken beyond repair? Crit. Care, 2016, vol. 20, no. 19: 19. doi: 10.1186/s13054-016-1197-5
  5. Boehm A., Steiner S., Zaehringer F., Casanova A., Hamburger F., Ritz D., Keck W., Ackermann M., Schirmer T., Jenal U. Second messenger signalling governs Escherichia coli biofilm induction upon ribosomal stress. Mol. Microbiol., 2009, vol. 72, no. 6, pp. 1500–1516. doi: 10.1111/j.1365-2958.2009.06739.x
  6. Chang H.C., Chen Y.C., Lin M.C., Liu S.F., Chung Y.H., Su M.C., Fang W.F., Tseng C.C., Lie C.H., Huang K.T., Wang C.C. Mortality risk factors in patients with Acinetobacter baumannii ventilator-associated pneumonia. J. Formos. Med. Assoc., 2011, vol. 110, no. 9, pp. 564–571. doi: 10.1016/j.jfma.2011.07.004
  7. Choi A.H., Slamti L., Avci F.Y., Pier G.B., Maira-Litrán T. The pgaABCD locus of Acinetobacter baumannii encodes the production of poly-beta-1-6-N-acetylglucosamine, which is critical for biofilm formation. J. Bacteriol., 2009, vol. 191, no. 19, pp. 5953–5963. doi: 10.1128/JB.00647-09
  8. El-Saed A., Balkhy H.H., Al-Dorzi H.M., Khan R., Rishu A.H., Arabi Y.M. Acinetobacter is the most common pathogen associated with late-onset and recurrent ventilator-associated pneumonia in an adult intensive care unit in Saudi Arabia. Int. J. Infect. Dis., 2013, vol. 17, no. 9, pp. e696–e701. doi: 10.1016/j.ijid.2013.02.004
  9. Ganesh P.S., Naji Naseef P., Muthusamy R., Sankar S., Gopal R.K., Shankar E.M. Acinetobacter baumannii Virulence Factors and Biofilm Components: Synthesis, Structure, Function, and Inhibitors. In: ESKAPE Pathogens. Detection, Mechanisms and Treatment Strategies. Eds: S. Busi, R. Prasad. Singapore: Springer Nature Singapore Pte Ltd., 2024, pp. 297–315. doi: 10.1007/978-981-99-8799-3_10
  10. Garnacho-Montero J., Amaya-Villar R. Multiresistant Acinetobacter baumannii infections: epidemiology and management. Curr. Opin. Infect. Dis., 2010, vol. 23, no. 4, pp. 332–339. doi: 10.1097/QCO.0b013e32833ae38b
  11. Girija As.S., Priyadharsini J.V., Paramasivam A. Prevalence of Acb and non-Acb complex in elderly population with urinary tract infection (UTI). Acta Clin. Belg., 2021, vol. 76, no. 2, pp. 106–112. doi: 10.1080/17843286.2019.1669274
  12. Girija As.S., Priyadharsini J.V. CLSI based antibiogram profile and the detection of MDR and XDR strains of Acinetobacter baumannii isolated from urine samples. Med. J. Islam. Repub. Iran., 2019, vol. 33: 3. doi: 10.34171/mjiri.33.3
  13. Girija A.S.S. Acinetobacter baumannii as an oro-dental pathogen: a red alert!! J. Appl. Oral Sci., 2024, vol. 32: e20230382. doi: 10.1590/1678-7757-2023-0382
  14. Huang Y., Zhou Q., Wang W., Huang Q., Liao J., Li J., Long L., Ju T., Zhang Q., Wang H., Xu H., Tu M. Acinetobacter baumannii Ventilator-Associated Pneumonia: Clinical Efficacy of Combined Antimicrobial Therapy and in vitro Drug Sensitivity Test Results. Front. Pharmacol., 2019, vol. 10: 92. doi: 10.3389/fphar.2019.00092
  15. Ibrahim M.E. Prevalence of Acinetobacter baumannii in Saudi Arabia: risk factors, antimicrobial resistance patterns and mechanisms of carbapenem resistance. Ann. Clin. Microbiol. Antimicrob., 2019, vol. 18: 1. doi: 10.1186/s12941-018-0301-x
  16. Itoh Y., Rice J.D., Goller C., Pannuri A., Taylor J., Meisner J., Beveridge T.J., Preston J.F. 3rd, Romeo T. Roles of pgaABCD genes in synthesis, modification, and export of the Escherichia coli biofilm adhesin poly-beta-1,6-N-acetyl-D-glucosamine. J. Bacteriol., 2008, vol. 190, no. 10, pp. 3670–3680. doi: 10.1128/JB.01920-07
  17. Kannan K.P., Smiline Girija A.S. Anticandidal effect of cinnamic acid characterized from Cinnamomum cassia bark against the fluconazole resistant strains of Candida. Braz. J. Microbiol., 2024, vol. 3, pp. 189–234. doi: 10.1007/s42770-024-01469-w
  18. Khanna N., Girija A.S.S., Priyadharsini J.V. Detection of the early putative biofilm marker pgaB among the MDR strains of A. baumannii. Heliyon, 2024, vol. 10, no. 5: e27020. doi: 10.1016/j.heliyon.2024.e27020
  19. Kropec A., Maira-Litran T., Jefferson K.K., Grout M., Cramton S.E., Götz F., Goldmann D.A., Pier G.B. Poly-N-acetylglucosamine production in Staphylococcus aureus is essential for virulence in murine models of systemic infection. Infect. Immun., 2005, vol. 73, no. 10, pp. 6868–6876. doi: 10.1128/IAI.73.10.6868-6876.2005
  20. Lee C.R., Lee J.H., Park M., Park K.S., Bae I.K., Kim Y.B., Cha C.J., Jeong B.C., Lee S.H. Biology of Acinetobacter baumannii: Pathogenesis, Antibiotic Resistance Mechanisms, and Prospective Treatment Options. Front. Cell. Infect. Microbiol., 2017, vol. 7: 55. doi: 10.3389/fcimb.2017.00055
  21. Li Y.J., Pan C.Z., Fang C.Q., Zhao Z.X., Chen H.L., Guo P.H., Zhao Z.W. Pneumonia caused by extensive drug-resistant Acinetobacter baumannii among hospitalized patients: genetic relationships, risk factors and mortality. BMC Infect. Dis., 2017, vol. 17, no. 1: 371. doi: 10.1186/s12879-017-2471-0
  22. Naseef Pathoor N., Viswanathan A., Wadhwa G., Ganesh P.S. Understanding the biofilm development of Acinetobacter baumannii and novel strategies to combat infection. APMIS, 2024, vol. 132, no. 5, pp. 317–335. doi: 10.1111/apm.13399
  23. Nhu N.T.K., Lan N.P.H., Campbell J.I., Parry C.M., Thompson C., Tuyen H.T., Hoang N.V.M., Tam P.T.T., Le V.M., Nga T.V.T., Nhu T.D.H., Van Minh P., Nga N.T.T., Thuy C.T., Dung L.T., Yen N.T.T., Van Hao N., Loan H.T., Yen L.M., Nghia H.D.T., Hien T.T., Thwaites L., Thwaites G., Chau N.V.V., Baker S. Emergence of carbapenem-resistant Acinetobacter baumannii as the major cause of ventilator-associated pneumonia in intensive care unit patients at an infectious disease hospital in southern Vietnam. J. Med. Microbiol., 2014, vol. 63, no. 10, pp. 1386–1394. doi: 10.1099/jmm.0.076646-0
  24. Rello J., Lipman J. Antibiotic prescription for respiratory tract infections in ventilated patients: where are we heading? Intensive Care Med., 2013, vol. 39, no. 9, pp. 1644–1646. doi: 10.1007/s00134-013-2983-z
  25. Rosenthal V.D., Maki D.G., Jamulitrat S., Medeiros E.A., Todi S.K., Gomez D.Y., Leblebicioglu H., Abu Khader I., Miranda Novales M.G., Berba R., Ramírez Wong F.M., Barkat A., Pino O.R., Dueñas L., Mitrev Z., Bijie H., Gurskis V., Kanj S.S., Mapp T., Hidalgo R.F., Ben Jaballah N., Raka L., Gikas A., Ahmed A., Thu le T.A., Guzmán Siritt M.E.; INICC Members. International Nosocomial Infection Control Consortium (INICC) report, data summary for 2003–2008, issued June 2009. Am. J. Infect. Control, 2010, vol. 38, no. 2, pp. 95–104.e2. doi: 10.1016/j.ajic.2009.12.004
  26. Shelenkov A., Akimkin V., Mikhaylova Y. International Clones of High Risk of Acinetobacter Baumannii-Definitions, History, Properties and Perspectives. Microorganisms, 2023, vol. 11, no. 8: 2115. doi: 10.3390/microorganisms11082115
  27. Sherif M.M., Elkhatib W.F., Khalaf W.S., Elleboudy N.S., Abdelaziz N.A. Multidrug Resistant Acinetobacter baumannii Biofilms: Evaluation of Phenotypic-Genotypic Association and Susceptibility to Cinnamic and Gallic Acids. Front. Microbiol., 2021, vol. 12: 716627. doi: 10.3389/fmicb.2021.716627
  28. Suvaithenamudhan S., Ananth S., Mariappan V., Dhayabaran V.V., Parthasarathy S., Ganesh P.S., Shankar E.M. In Silico Evaluation of Bioactive Compounds of Artemisia pallens Targeting the Efflux Protein of Multidrug-Resistant Acinetobacter baumannii (LAC-4 Strain). Molecules, 2022, vol. 27, no. 16: 5188. doi: 10.3390/molecules27165188
  29. Talbot G.H., Bradley J., Edwards J.E. Jr., Gilbert D., Scheld M., Bartlett J.G.; Antimicrobial Availability Task Force of the Infectious Diseases Society of America. Bad bugs need drugs: an update on the development pipeline from the Antimicrobial Availability Task Force of the Infectious Diseases Society of America. Clin. Infect. Dis., 2006, vol. 42, no. 5, pp. 657–668. doi: 10.1086/499819
  30. Towner K.J. Acinetobacter: an old friend, but a new enemy. J. Hosp. Infect., 2009, vol. 73, no. 4, pp. 355–363. doi: 10.1016/j.jhin.2009.03.032
  31. Yang C.H., Su P.W., Moi S.H., Chuang L.Y. Biofilm Formation in Acinetobacter Baumannii: Genotype-Phenotype Correlation. Molecules, 2019, vol. 24, no. 10: 1849. doi: 10.3390/molecules24101849
  32. Yang J., Toyofuku M., Sakai R., Nomura N. Influence of the alginate production on cell-to-cell communication in Pseudomonas aeruginosa PAO1. Environ. Microbiol. Rep., 2017, vol. 9, no. 3, pp. 239–249. doi: 10.1111/1758-2229.12521

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Illustrations for the article “Molecular characterization of pga gene types A–D among multi-drug resistant strains of Acinetobacter baumannii” (authors: Supreeta M.S., Kannika Parameshwari K., Smiline Girija A.S., Vijayashree Priyadharsini J.) (pp. 536–542)

Download (153KB)
Indexing metadata
3. Figure 2. Multiple sequence alignment of partial gene sequences (pgaA, pgaB, pgaC, and pgaD) from A. baumannii clinical isolates, highlighting nucleotide variations including substitutions and deletions

Download (662KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2025 Supreeta M., Kannika Parameshwari K., Smiline Girija A., Vijayashree Priyadharsini J.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».