Increase in biofilm formation by Escherichia coli under conditions that mimic the mastitic mammary gland / Aumento na formação de biofilmes por Escherichia coli em condições que mimetizam a glândula mamária mastítica

ABSTRACT

Bacterial biofilms are involved in the aggravation and recurrence of clinical mastitis in dairy herds. Several factors such as pH, temperature, concentration of O2 and glucose can affect their induction and growth rates. In this study, biofilm production was demonstrated by 27 Escherichia coli strains isolated from bovine mastitis at different pH values depending on the availability of glucose, mimicking conditions found in mammary glands affected by the disease. Biofilm formation was analyzed by spectrophotometric analysis in microtiter plate with 16 different culture media and by scanning electron microscopy. Biofilm formation was greater in isolates cultured under conditions associated with low glucose availability (0.5% or 1.5%) and with either an acidic (5.5) or alkaline (8.5) pH, compared to conditions associated with high glucose availability (2.5% or 3.5%) and near-neutral pH (6.5 or 7.5). Results indicate possible favoring of biofilm production in the later stages of the infectious process caused by E. coli, when the gland environment is less propitious to bacterial growth due to the stress conditions mentioned above; contrasting with the environment of the healthy mammary gland, in which there is no limitation on nutrients or conditions of particular alkalinity or acidity. Thus, knowledge of the stage in which is the infection and environmental conditions of the mammary gland that cause increased production of biofilms is of paramount importance to guide the most appropriate control strategies to prevent relapse after treatment of bovine mastitis, an economically important disease in dairy cattle worldwide.(AU)

RESUMO

Biofilmes bacterianos estão envolvidos no agravamento e recorrência de mastite clínica em rebanhos leiteiros. Vários fatores, tais como o pH, temperatura, concentração de O2 e glicose podem afetar sua indução e suas taxas de crescimento. Neste estudo, a produção de biofilme foi demonstrada por 27 isolados de Escherichia coli de mastite bovina a valores de pH diferentes, dependendo da disponibilidade de glucose, simulando as condições encontradas nas glândulas mamárias afetadas pela doença. A formação de biofilme foi analisada por espectrofotometria em microplaca com 16 diferentes meios de cultura e por microscopia eletrônica de varredura. A formação de biofilmes foi maior em isolados cultivados em condições associadas com baixa disponibilidade de glucose (0,5% ou 1,5%) tanto com pH ácido (5,5) como alcalino (8,5), em comparação com as condições associadas com a disponibilidade de alto teor de glucose (2,5% ou 3,5% ) e pH próximo à neutralidade (6,5 ou 7,5). Os resultados indicam o possível favorecimento da produção de biofilmes em fases posteriores do processo infeccioso de mastite causada por E. coli, quando o ambiente da glândula é menos propício ao crescimento bacteriano devido às condições de estresse acima mencionados, em contraste com o ambiente da glândula mamária saudável, no qual não há nenhuma limitação de nutrientes ou condições de alcalinidade ou acidez em particular. Ainda, o conhecimento da fase em que se encontra a infecção e as condições ambientais da glândula que causariam maior produção de biofilmes é de grande importância para orientar as estratégias de controle mais adequadas para prevenir recidivas após o tratamento da mastite bovina, uma doença economicamente importante na bovinocultura leiteira em todo o mundo.(AU)