Stenotrophomonas maltophilia and Its Ability to Form Biofilms
Round 1
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I like the work, and it is of the highest importance. The paper is well written, but I have some suggestions that may help to improve the paper's soundness and novelty.
- According to the title, the introduction section should be updated with new references.
- A conclusive figure on the mechanism of biofilm formation would be beneficial.
- The infection caused by Stenotrophomonas maltophilia in different body systems like the respiratory tract, eye, skin, liver, nervous system, spinal cord, etc. needs to be described.
- A paragraph about the impact of Stenotrophomonas maltophilia infection associated with COVID-19 should be added to the public health section.
- It is suggested to add the role of genes like SmeABC, SmeDEF, SmeVWX, SmeYZ and SmeJK, ABC Family: SmrA and MacABCsm,MFS Family: EmrCABsm etc in dev of resistantant.
- What are the treatment options available and the role of plants in the management of infection.
- As the biofilm is a serious treat for the hospital's tool sterilization. What is the author's recommendation for eradicating or sterilizing the surface contaminated with Stenotrophomonas maltophilia?
- Add the target sites for finding drugs to stop Stenotrophomonas maltophilia and making inhibitors to stop it.
- A conclusion paragraph for the study needs to be added.
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Punto 1: De acuerdo con el título, la sección de introducción debe actualizarse con nuevas referencias.
Respuesta 1: Se actualicen las referencias de la introducción además de agregar esta sección, el mecanismo de formación de biopelículas
Punto 2: Sería beneficios contar con una cifra concluyente sobre el mecanismo de formación de biopelículas.
Respuesta 2: Aunque S. maltophilia es un patógeno con baja virulencia, la capacidad de formar biopelículas en varias superficies bióticas y abióticas es una característica de virulencia importante, y la mayoría de las bacterias comparten el mismo proceso de formación de biopelículas, que consta de tres etapas clave: La primera etapa abarca desde los primeros 30 minutos hasta 1 hora, y requiere que las células planctónicas se adhieran a una superficie por una interacción débil. Las fimbrias peritrichous semiflexibles y los filamentos de flagelos largos y gruesos ayudan a la formación de biopelículas al promover la unión a la superficie. Después de 4 horas, comienza la segunda etapa con la unión irreversible de células mediadas por flagelos, pelos y otras suposiciones superficiales.Estas células multicapa se acumulan por subdivisión e inician la autoproducción de una matriz de sustancias poliméricas extracelulares (EPS) después de un lapso de 10 horas, asegurando la unión de bacterias a la superficie y el ensamblaje de células para formar microcolonias. Finalmente, la tercera etapa comienza a las 18 horas y alcanza su máxima intensidad a las 24 horas, en la que se produce la diferenciación del biofilm en una estructura madura que contiene pequeños canales de agua, que ayudan a transportar nutrientes, agua, desechar y permitir que las moléculas de señalización se distribuyan correctamente dentro de la biopelícula.Una vez que el biofilm alcanza una etapa de madurez, las células del biofilm se separan individualmente o en grupos, liberando bacterias planctónicas al medio ambiente, que se propagan y colonizan otros nichos a través de la motilidad natatoria (Flores-Treviño et al., 2019). en el que la diferenciación del biofilm se produce en una estructura madura que contiene pequeños canales de agua, que ayudan a transportar nutrientes, agua, desechar y permitir que las moléculas señalizadoras se distribuyan de forma efectiva dentro del biofilm. Una vez que el biofilm alcanza una etapa de madurez, las células del biofilm se separan individualmente o en grupos, liberando bacterias planctónicas al medio ambiente, que se propagan y colonizan otros nichos a través de la motilidad natatoria (Flores-Treviño et al., 2019).en el que la diferenciación del biofilm se produce en una estructura madura que contiene pequeños canales de agua, que ayudan a transportar nutrientes, agua, desechar y permitir que las moléculas señalizadoras se distribuyan de forma efectiva dentro del biofilm. Una vez que el biofilm alcanza una etapa de madurez, las células del biofilm se separan individualmente o en grupos, liberando bacterias planctónicas al medio ambiente, que se propagan y colonizan otros nichos a través de la motilidad natatoria (Flores-Treviño et al., 2019).
Punto 3: Es necesario describir la infección causada por Stenotrophomonas maltophilia en diferentes sistemas del cuerpo como el tracto respiratorio, los ojos, la piel, el hígado, el sistema nervioso, la médula espinal, etc.
Respuesta 3: Esta sección ya se agregó al manuscrito.
Punto 4: Se debe agregar un párrafo sobre el impacto de la infección por Stenotrophomonas maltophilia asociada con COVID-19 en la sección de salud pública.
Respuesta 4: Esta parte ya se agregó al manuscrito en la sección de Salud Pública.
En el caso de pacientes hospitalizados por COVID-19, estudios recientes reportan el desarrollo de infecciones bacterianas secundarias en pacientes afectados. Una de las bacterias más frecuentes fue S. maltophilia, ocupando incluso el segundo lugar en cuantas bacterias aisladas, presentando fenotipos de resistencia a múltiples fármacos, limitando la prescripción de antibióticos empíricos y por lo tanto estos pacientes se asocian con mayor mortalidad y hospitalización (Huang et al. al, 2022).
Asimismo, la infección secundaria por S. maltophilia en pacientes con neumonía por SARS-CoV-2 se ha convertido en un problema de salud debido al uso de corticoides intravenosos, el tratamiento excesivo con antibióticos empíricos y las malas prácticas de higiene en los pacientes. con ventilación mecánica invasiva que facilitó la colonización e infección por S. maltophilia y, por tanto, aumentó las estancias hospitalarias y la mortalidad de los pacientes con COVID-19 (Algarín-Lara et al., 2022).
Asimismo, existe un mayor riesgo de infecciones del torrente sanguíneo entre los pacientes críticos debido a COVID-19, y los detectados en el torrente sanguíneo incluyen S. maltophilia (Bauer et al., 2022; Manzarlis et al., 2022), siendo el más causa frecuente de coinfección además de estar relacionado con intubaciones y ventilación mecánica y en algunos estudios solo fueron sensibles a cotrimoxazol (Al-ahmadey et al., 2022).
Punto 5: Se sugiere agregar el papel de genes como SmeABC, SmeDEF, SmeVWX, SmeYZ y SmeJK, Familia ABC: SmrA y MacABCsm, Familia MFS: EmrCABsm, etc. en el desarrollo de resistente.
Respuesta 5: Esta sección ya se agregó al manuscrito.
La función original de la bomba de eflujo SmeDEF en S. maltophilia está asociada con la capacidad de colonizar las raíces de las plantas y es desencadenada por los flavonoides producidos por las plantas, y la resistencia a las quinolonas es una función reciente (García-Leon et al., 2014).
SmeABC participa en la resistencia adquirida a los β-lactámicos, aminoglucósidos y quinolonas, pero no influye en la resistencia intrínseca (Li et al., 2002).
La sobreexpresión de SmeVWX en casos clínicos aislados de S. maltophilia se asocia con un alto nivel de resistencia a las quinolonas (García-León et al., 2015).
La bomba SmeYZ es una bomba de eflujo de división de nodulación de resistencia (RND) que es una de las causas de la multirresistencia de S. maltophilia, además de estar correlacionada con funciones relacionadas con la virulencia, incluida la motilidad, la formación de flagelos y biopelículas, la susceptibilidad al estrés oxidativo y secreción de proteasas (Lin et al., 2015).
SmrA es un miembro de la familia de bombas de eflujo multifármaco ABC junto con MacABCsm, es una fracción transportadora que probablemente funciona como un homodímero y comparte similitudes estructurales y funcionales con cada mitad de la glicoproteína P humana, LmrA y VcaM y la presencia de SmrA en S. maltophilia puede contribuir a la resistencia intrínseca y/o adquirida a este importante patógeno (Al-Hamad et al., 2009).
La función fisiológica de MacABCsm juega un papel en 3 procesos importantes en S. maltophilia: proporciona resistencia intrínseca a aminoglucósidos, macrólidos y polimixinas; contribuye a la tolerancia al estrés oxidativo y envolvente; y contribuye a la formación de biopelículas (Lin et al., 2014).
EmrCABsm pertenece a la superfamilia de facilitadores principales (MFS) y participa en la extrusión de compuestos hidrofóbicos, incluidos los antibióticos ácido nalidíxico y eritromicina (Huang et al., 2013).
SmeJK. Sus genes SmeJ y SmeK se identificaron en S. maltophilia KM5, un derivado mutante que eleva conjuntamente las CIM de tetraciclina, minociclina y ciprofloxacina y confiere resistencia a la levofloxacina (Gould et al., 2013).
Punto 6: ¿Cuáles son las opciones de tratamiento disponibles y el papel de las plantas en el manejo de la infección?
Respuesta 6: Esta respuesta también puede responder al punto 8.
Un compuesto derivado de plantas es la emodina, una antraquinona natural que se encuentra en las raíces y cortezas de numerosas plantas, mohos y líquenes, y se ha demostrado que la emodina inhibe significativamente la formación de biopelículas a 20 µM en Stenotrophomonas maltophilia. Las células que se incubaron con emodina se desprendieron y dispersaron de la superficie, y es probable que la emodina penetre en la biopelícula e interfiera con el sistema de detección de quórum (QS), que podría ser adecuado para convertirse en un agente antiviral y antibacteriano . (Ding et al., 2011).
Punto 7: Como el biofilm es un tratamiento serio para la esterilización de herramientas del hospital. ¿Cuál es la recomendación del autor para erradicar o esterilizar la superficie contaminada con Stenotrophomonas maltophilia?
Respuesta 7: Para erradicar o esterilizar superficies contaminadas con S. maltophilia, utilizaríamos un sonicador, que se utiliza en muchos campos, para romper paredes celulares (fragmentación subcelular) o en la limpieza de material de laboratorio químico o instrumental de estomatología que a través de una corriente eléctrica transmite su energía a un sistema mecánico que la perturba en vibraciones de alta intensidad que genera ondas ultrasónicas y eliminan partículas depositadas sobre objetos o desprenden partículas adheridas a superficies.
Punto 8: agregue los sitios de destino para encontrar medicamentos para detener Stenotrophomonas maltophilia y fabricar inhibidores para detenerlo.
Respuesta 8: Estas secciones se encuentran en el manuscrito y la mayoría se encuentran en las secciones de Tratamientos alternativos.
La flagelina de S. malthopilia puede ser crucial en el desarrollo de un inhibidor para limitar la natación, la adhesión y la formación de biopelículas mediadas por flagelos (Wu et al., 2022).
Por otro lado, Pandit et al. (2017) proponen que el ácido ascórbico tiene un efecto inhibitorio sobre la formación de biopelículas y se debe a la inhibición del quorum sensing entre otros equipos involucrados en el desarrollo de biopelículas que permiten, como consecuencia, la inhibición de la biosíntesis de polisacáridos, así reduce el contenido de sustancias poliméricas extracelulares, que a concentraciones de 30 mM de ácido ascórbico las células bacterianas quedan completamente expuestas al medio, siendo más susceptibles a la muerte por estrés oxidativo inducido por el ácido ascórbico.
La inhibición de la expresión de la bomba de eflujo de smeYZ, que resiste resistencia intrínseca a los aminoglucósidos, sugiere que fosfomicina, PEP o GA-3P podrían usarse en combinación con sustratos de SmeYZ, reducir su expresión y aumentar la susceptibilidad a estos antibióticos. Aunque se necesitan más estudios para determinar el mejor inhibidor, que podría ser utilizado en clínica para el tratamiento de infecciones causadas por S. maltophilia, para lo cual las terapias combinadas de TMP/SMX y fosfomicina podrían presentar una actividad más significativa ya que regulan la regula al alza los genes para la biosíntesis de aminoácidos, la motilidad, la quimiotaxis y la respuesta al estrés.
Además, Gil-Gil et al. (2022) explican que la importancia de su trabajo radica en describir inhibidores de la bomba de expulsión que pueden usarse como adyuvantes de antibióticos para contrarrestar la resistencia a los antibióticos en S. maltophilia.
Punto 9: Se debe agregar un párrafo de conclusión para el estudio.
Respuesta 9: Estimado revisor, creemos que por tratarse de un artículo de revisión no se incluyeron conclusiones. Pero ya está agregado.
Los procesos implicados en la formación de biopelículas en S. maltophilia, así como los factores de virulencia asociados con S. maltophilia, deben estudiarse más a fondo, ya que no existen directrices coherentes para el tratamiento eficaz de las infecciones por S. maltophilia relacionadas con biopelículas, aunque la La relación de los genes asociados al biofilm y las nuevas opciones de tratamiento podrían vislumbrar un nuevo camino para erradicar S. maltophilia como alternativas a los antibióticos convencionales, que cada día conducen a una mayor multirresistencia y menor eficacia.
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General comments:
In this review, the authors have discussed Stenotrophomonas maltophilia and its biofilm formation. Furthermore, this review includes information regarding S. maltophilia virulence factors, antibiotic resistance, and alternative therapeutic options for infections caused by S. maltophilia. Overall, this manuscript could contribute to a better understanding of S. maltophilia biofilm formation; however, several issues should be clarified.
Specific comments:
1. In the Abstract section, the authors do not mention antibiotic resistance, although it has been described in the main text. This topic is quite interesting and relevant to the review.
2. L. 8: The authors have mentioned that S. maltophilia is a pathogen causing cancer-related infections. This information needs to be clarified. An additional explanation is required in the main text to explain this statement.
3. L. 53: What does the term “we have” mean?
4. L. 134: What is the role of the smf-1 gene in biofilm formation?
5. Although the authors have explained that the smf-1 gene is associated with biofilm formation (L. 134), is the type IV pili also involved in the formation of biofilm? (L. 147)
6. L. 198: What is the mechanism of action of ascorbic acid in inhibition of biofilm formation?
7. In Table 1, some words are written in Spanish.
8. L. 274: What do the frequencies following antibiotic names indicate? Does it indicate the prevalence of susceptible strains? Or the antibiotic usage rate in clinical settings? The interpretation of this is confusing as the prevalence of resistant strains has been described similarly in the previous paragraph (L. 261).
9. L. 420: How are the antibiotic resistance genes involved in biofilm formation?
10. L. 432: What do the frequencies indicate—highly expressed or just conserved?
11. L. 433: What are the functions of the rmla, spam, and rpff genes in relation to biofilm formation?
12. L. 445: This explanation has already been stated in L. 203.
13. In general, gene names should be italicized.
Author Response
Response to Reviewer 2 Comments
Point 1: In the Abstract section, the authors do not mention antibiotic resistance, although it has been described in the main text. This topic is quite interesting and relevant to the review.
Response 1: The multi-resistance part is mentioned, in line 11. The paragraph was modified for a better understanding two.
Point 2: L. 8: The authors have mentioned that S. maltophilia is a pathogen causing cancer-related infections. This information needs to be clarified. An additional explanation is required in the main text to explain this statement.
Response 2: In the public health section, a section was added explaining that S. maltophilia infections are a concern in patients with cancer and blood disorders because these types of infections have increased in recent years, influencing patient mortality cancer patients due to S. maltophilia infections.
Point 3. L. 53: What does the term “we have” mean?
Response 3: That term has already been removed, as it was a translation error
Point 4. L. 134: What is the role of the smf-1 gene in biofilm formation?
Response 4: According to de Oliveira et al (2003), SMF-1 may be important for adhesiveness on biotic and abiotic surfaces, therefore, SMF-1 may play a role as an adhesive factor during colonization and infection. from human tissues or from nosocomial settings. In addition, Azimi et al. (2020) confirmed the presence of the smf-1 gene in almost all the isolates, with a prevalence of 99.3% and it was present in all the producers of strong, moderate biofilms, and weak. Therefore, there is a significant relationship between the presence of this gene with the ability to form biofilms.
It is already added to the manuscript.
Point 5. Although the authors have explained that the smf-1 gene is associated with biofilm formation (L. 134), is the type IV pili also involved in the formation of biofilm? (L. 147)
Response 5: Regarding type IV pili, it is mentioned in L.164 and L.167 that one of their functions includes the formation of biofilms and the regulation of the structure of biofilms. In addition, one of our future investigations is to corroborate the presence of type IV pili in the formation of biofilms.
Point 6. L. 198: What is the mechanism of action of ascorbic acid in inhibition of biofilm formation?
Response 6: According to the bunk, the article by ElBaradei & Yakout (2022), is the first study to evaluate the effect of ascorbic acid on the formation of S. maltophilia biofilms. And they do not explain the mechanism of action of ascorbic acid in the inhibition of biofilm formation. They only talk about the fact that it is one of the first works carried out on the inhibitory effect of ascorbic acid on the formation of biofilms of S. maltophilia , explaining that ascorbic acid inhibits biofilm formation in a concentration-dependent manner. Obtaining the highest percentage of biofilm inhibition through the minimum inhibitory concentrations (MICs) of ascorbic acid and the MIC values of ascorbic acid ranged from 0.78 to 50 mg/ml. The MIC50 and MIC90 was 3.125 mg/ml and 6.25 mg/ml respectively. However, the paragraph was modified for a better understanding of it.
Point 7. In Table 1, some words are written in Spanish.
Response 7: The words in Spanish have already been corrected. Apology.
Point 8. L. 274: What do the frequencies following antibiotic names indicate? Does it indicate the prevalence of susceptible strains? Or the antibiotic usage rate in clinical settings? The interpretation of this is confusing as the prevalence of resistant strains has been described similarly in the previous paragraph (L. 261).
Response 8: Regarding L261, it refers to the rates of resistance to antibiotics, and L. 274 to the rate of sensitivity to antibiotics expressed in the minimum and maximum percentages that have been reported in the literature.
Point 9. L. 420: How are the antibiotic resistance genes involved in biofilm formation?
Response 9: This section has already been added to the manuscript.
It has been shown that there are S. maltophilia genes involved in the formation of biofilms that seem to be related to resistance to antibiotics, as stated by Azimi et al. (2020), mentioning that more than 58% of the isolates that showed resistance to ticarcillin/clavulanic acid, ciprofloxacin, ceftazidime, and doxycycline are consistent with the development of strong biofilms, and therefore, statistical analysis shows an association between biofilm-forming ability and antibiotic resistance pattern among all clinical isolates, indicating that resistance to ticarcillin/clavulanic acid, ciprofloxacin, ceftazidime, and doxycycline among strong biofilm producers was significantly higher than that of moderate, weak, and non-biofilm producers. This type of biofilm production was in turn related to the presence of the smf-1, rmlA, spgM and rpfF genes that are associated with the ability to form biofilms, the participation of the rpfF gene was detected in all biofilm producers (strong, moderate, and weak), while the presence of spgM is granted in all strong, weak, and some moderate biofilm producers, and in the case of the rmlA gene, its presence is granted in all moderate biofilm producers, weak, and some strong producers (Azimi et al., 2020).
Point 10. L. 432: What do the frequencies indicate—highly expressed or just conserved?
Response 10: They are indicated as highly conserved among clinical strains of S. maltophilia .
Point 11. L. 433: What are the functions of the rmla, spam, and rpff genes in relation to biofilm formation?
Response 11: This section has already been added to the manuscript.
Regarding its function, rmlA is involved in the biosynthesis of nucleotide sugar precursors of lipopolysaccharide (LPS) and exopolysaccharides (EPS) (Huang et al., 2006), spgM is involved in lipopolysaccharide biosynthesis and encodes a bifunctional enzyme with phosphoglucomutase activities. and phosphomannomutase (McKay et al., 2003), and rpfF participates in the synthesis of DSF (cis -11-methyl-2-dodecenoic acid) synthase (Huedo et al., 2015).
Point 12. L. 445: This explanation has already been stated in L. 203.
Response 12: Thank you very much for the observation, it was agreed that this paragraph was more relevant in the Public Health section and it was removed from L. 203.
Point 13. In general, gene names should be italicized.
Response 13: The names have already been corrected in italics.
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Round 2
Reviewer 1 Report
The authors have completed all comments and suggestions.
Reviewer 2 Report
All the points raised in the first version of the manuscript have been properly addressed by the authors.
