comparative study of coagulase negative from...

130
1 Comparative study of Coagulase Negative Staphylococci (CoNS) from Clinical Isolates, Skin and Nasal Sources A Thesis in Molecular Microbiology By Malik Asif Hussain MBBS B.Sc (Medical Lab. Technology) Thesis submitted to Queensland University of Technology in fulfilment of the requirements for the degree for Masters of Applied Science (Research) July 2011

Upload: dinhkhuong

Post on 20-Aug-2018

214 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

1   

 

 

Comparative study of Coagulase Negative 

Staphylococci (CoNS) from Clinical Isolates, Skin 

and Nasal Sources 

 

 

 

            

A Thesis in Molecular Microbiology 

 

By 

 

                               

Malik Asif Hussain 

MBBS 

B.Sc (Medical Lab. Technology) 

Thesis submitted to Queensland University of Technology in fulfilment of 

the requirements for the degree for Masters of Applied Science (Research) 

July 2011 

Page 2: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

2   

 

Page 3: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

3   

 

StatementofOriginalAuthorship

 

 

The work contained  in this thesis has not been previously submitted to meet requirements for 

an award at  this or any other higher education  institution. To  the best of my knowledge and 

belief, this thesis contains no material previously published or written by another person except 

where due reference is made. 

 

 

 

____________________________ 

Malik Asif Hussain. 

 

Date: 19‐07‐2011 

 

 

 

 

 

Page 4: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

4   

 

Page 5: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

5   

 

DEDICATION

          I dedicate this work to my beloved parents, supportive brothers and to my sweet sister.  

Page 6: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

6   

 

Page 7: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

7   

 

Acknowledgements

 

First of all, I would like to thank my principal supervisor, Assoc. Professor Flavia Huygens, for all 

her  support,  efforts  and  guidance.  It  would  not  have  been  possible  to  complete  this  work 

without her motivation and encouragement at every  single  step. Her great  vision,  knowledge 

and  experience made  things  very  smooth  and organized.  Thank  you  very much  for providing 

assistance and helping me.  

Secondly, I am really grateful to my associate supervisor, Associate Professor Megan Hargreaves, 

who was always ready to help and guide. Without her support it would have been very difficult 

to finalize this work. Thank you for your help during my course. 

Thirdly, to my brother, Dr Malik Altaf Hussain, who has been a source of inspiration throughout 

my educational career. He has helped and is helping me to cover all milestones of life. Thank you 

very much. 

I am  thankful  to all people at QUT, who have helped me. My  special  thanks  to Vincent, Sue, 

Marysia  and  Mark  who  helped  me  in  completing  my  experiments.  I  am  thankful  to  Irani 

Rathnayake and Maxim Sheludchenko for their extreme help during my work. I am also thankful 

to  Chaminda  Ranasinghe,  Farhana  Sharmin,  Phillipa  Perrott,  Sharri Minion  and  all  other  co‐

workers. I have learnt a lot from you all and thank you for your help and support.  

Finally,  I am  thankful  to my  family and  friends, who have contributed  to provide a supportive 

and encouraging environment around me.   

Page 8: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

8   

 

Page 9: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

9   

 

Keywords

 

Coagulase‐Negative Staphylococci 

High Resolution Melt Analysis (HRMA) 

Single Nucleotide Polymorphism (SNP)  

Staphylococcus epidermidis 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 10: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

10   

 

Page 11: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

11   

 

TableofContents

Statement of Original Authorship .......................................................................................................... 3 

DEDICATION ........................................................................................................................................... 5 

Acknowledgements ................................................................................................................................ 7 

Keywords ................................................................................................................................................ 9 

Table of Contents ................................................................................................................................. 11 

List of Tables ......................................................................................................................................... 15 

List of Figures ........................................................................................................................................ 17 

List of Abbreviations ............................................................................................................................. 19 

ABSTRACT ............................................................................................................................................. 21 

CHAPTER 1 ............................................................................................................................................ 23 

INTRODUCTION .................................................................................................................................... 23 

1.1 INTRODUCTION .......................................................................................................................... 24 

1.2 HYPOTHESIS, AIMS AND OBJECTIVES ......................................................................................... 26 

1.3 CRITICAL ANALYSIS OF THE LITERATURE .................................................................................... 27 

1.3.1 General overview of Staphylococci ..................................................................................... 27 

1.3.2 Coagulase‐Negative Staphylococci (CoNS) .......................................................................... 29 

1.3.3 Pathogenesis (CoNS) ............................................................................................................ 30 

1.3.4 Staphylococcus epidermidis ................................................................................................. 32 

1.3.5 Antibiotic resistance in S. epidermidis ................................................................................. 45 

1.3.6 Genotyping and Phenotyping .............................................................................................. 48 

1.3.7 Prevention, problems and future directions ....................................................................... 51 

1.4 SIGNIFICANCE ............................................................................................................................. 54 

1.5 CONCLUSION .............................................................................................................................. 56 

CHAPTER 2 ............................................................................................................................................ 57 

MATERIALS AND METHODS ................................................................................................................. 57 

2.1 ISOLATES ..................................................................................................................................... 58 

2.2 BACTERIAL CULTURES ................................................................................................................. 58 

2.2.1 Clinical Isolates .................................................................................................................... 58 

2.2.2 Skin and Nasal mucosa swab samples ................................................................................. 59 

2.3 DNA EXTRACTION ....................................................................................................................... 59 

2.4 GENTOTYPING OF CoNS USING SINGLE NUCLEOTIDE POLYMORPHISMS (SNPs) (AIMS 1 and 

2) ....................................................................................................................................................... 61 

Page 12: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

12   

 

2.4.1 SNP identification ................................................................................................................. 61 

2.4.2 Primers ................................................................................................................................. 62 

2.4.3 Real‐Time PCR ...................................................................................................................... 63 

2.4.4 Assignment of SNP profiles using High‐Resolution Melt curve analysis .............................. 64 

2.4.5 Confirmation of HRM‐SNP profiles using DNA sequencing ................................................. 65 

2.4.6 SNP validation by DNA sequencing ...................................................................................... 65 

2.5 DETECTION OF ica GENES INVOLVED IN BIOFILM FORMATION (AIM 3) .................................... 69 

2.5.1 Primers ................................................................................................................................. 69 

2.5.2 Conventional PCR ................................................................................................................. 70 

2.5.3 Gel electrophoresis .............................................................................................................. 71 

2.6 DETECTION OF ANTIBIOTIC RESISTANCE GENES (AIM 3) ............................................................ 71 

2.6.1 Primers ................................................................................................................................. 71 

2.6.2 Real‐Time PCR ...................................................................................................................... 72 

CHAPTER 3 ............................................................................................................................................ 75 

GENOTYPING OF CoNS .......................................................................................................................... 75 

3.1 INTRODUCTION ........................................................................................................................... 76 

3.2 AIMS ............................................................................................................................................ 77 

3.3 METHODS .................................................................................................................................... 77 

3.4 RESULTS ....................................................................................................................................... 78 

3.4.1: SNP analysis using HRMA .................................................................................................... 78 

3.4.2 Strain code assignment to SNP profiles ............................................................................... 81 

3.4.3: ScreenClust HRM analysis ................................................................................................... 83 

3.5 CONFIRMATION OF HRM‐SNP PROFILES USING DNA SEQUENCING .......................................... 85 

3.6 CONFIRMATION OF HRM‐SNP PROFILES USING DIFFERENCE CURVE ANALYSIS ........................ 86 

3.7 DISCUSSION ................................................................................................................................. 89 

CHAPTER 4 ............................................................................................................................................ 91 

ica OPERON AND ANTIBIOTIC RESISTANCE GENES ............................................................................... 91 

4.1 INTRODUCTION ........................................................................................................................... 92 

4.2 ica OPERON ................................................................................................................................. 93 

4.2.1 Aim 3 .................................................................................................................................... 93 

4.2.2 Methods ............................................................................................................................... 94 

4.2.3 Results .................................................................................................................................. 94 

4.3 ANTIBIOTIC RESISTANCE GENES.................................................................................................. 97 

Page 13: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

13   

 

4.3.1 Aim 3 .................................................................................................................................... 97 

4.3.2 Methods .............................................................................................................................. 97 

4.3.3 Results ................................................................................................................................. 99 

4.4 DISCUSSION .............................................................................................................................. 100 

4.4.1 ica Operon ......................................................................................................................... 100 

4.4.2 Antibiotic resistance genes ................................................................................................ 102 

CHAPTER 5 .......................................................................................................................................... 103 

GENERAL CONCLUSIONS, ................................................................................................................... 103 

LIMITATIONS AND FUTURE DIRECTIONS ............................................................................................ 103 

REFERENCES ....................................................................................................................................... 107 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 14: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

14   

 

Page 15: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

15   

 

ListofTables

 

Table  2.1:  List  of  SNPs  derived  from  the  Minimum  SNPs  software  program  indicating  the 

cumulative Simpson’s Index of Diversity (D) value for each SNP 

Table 2.2: Primer sequences for each SNP 

Table 2.3: Each RT‐PCR Reaction contained (SNP Analysis) 

Table 2.4: Primers used for DNA sequencing 

Table 2.5: Each PCR reaction contained (DNA Sequencing) 

Table 2.6: Each PCR reaction contained (DNA Sequencing 2) 

Table 2.7: Steps of Ethanol/EDTA precipitation  

Table 2.8: Primer sequences for ica genes 

Table 2.9: Each PCR reaction contained (ica genes) 

Table 2.10: Primers and controls for antibiotic resistance genes 

Table 2.11: Each Real‐Time PCR reaction contained (Antibiotics) 

Table 3.1: SNPs and Strain codes (SC) 

Table 3.2: Strain codes (SC) distribution amongst different sources 

Table 3.3: DNA sequencing results of nucleotide bases present at specific SNP positions 

Table 4.1: Comparison of each ica gene positivity 

Table 4.2: Comparison of ica gene combinations in isolates 

Table 4.3: Summary of individual ica genes present in clinical vs. non‐clinical isolates 

Table 4.4: Comparison of ica gene combinations in isolates from clinical and non‐clinical sources 

Table 4.5: The presence of resistance genes in isolates from various sources 

Page 16: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

16   

 

Page 17: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

17   

 

ListofFigures

 

Figure 1.1: Pathogenesis of staphylococcal infections 

Figure 1.2:  Infections associated with indwelling devices 

Figure 1.3: Identification scheme for CoNS 

Figure 1.4: Process of biofilm formation 

Figure 1.5:  Procedure used for MLST to compare different genes and alleles 

Figure 2.1: Basic principle involved in DNA extraction 

Figure  3.1  (a):  HRM  analysis  using  Rotor‐Gene  6000  cycler  software  showing  positive  and 

negative samples. 

Figure  3.1  (b):  HRM  analysis  using  Rotor‐Gene  6000  cycler  software  showing  only  positive 

samples (after deselecting negative ones). 

Figure 3.2 (a): Normalized graph analysis showing a negative sample along with positive samples. 

Figure 3.2 (b): Normalized graph analysis showing all positive samples only. 

Figure 3.3:  SceenClust data represented for each isolate tested.  

Figure 3.4: Arrangement of data in cluster plot arrangement after Sceenclust analysis. 

Figure 3.5 (a):  Normalized graph analysis, comparing samples from different clusters. 

Figure 3.5 (b):  Difference graph analysis, comparing samples from different clusters. 

Figure 3.6  (a): Normalized graph analysis,  comparing  two  samples  from  same  cluster and one 

from a different cluster. 

Figure  3.6  (b): Difference  graph  analysis,  comparing  two  samples  from  same  cluster  and  one 

from a different cluster. 

Figure 4.1: Electrophoresis of PCR products for IS256 and icaD genes 

Page 18: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

18   

 

Figure  4.2:  A  2 %  agarose  gel  showing  the  presence  of  the  icaD  gene  in  two  S.  epidermidis 

isolates.   

Figure  4.3:  Normalised  melt  curve  analysis  comparing  a  positive  control  to  two  unknown 

isolates. 

Figure 4.4: Difference graph analysis comparing a positive control to two unknown isolates. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 19: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

19   

 

ListofAbbreviations

CFU    Colony Forming Unit 

CNS    Central Nervous System 

CoNS    Coagulase‐Negative Staphylococci 

CSF    Cerebro‐Spinal Fluid 

CVC    Central Venous Catheter  

DNA    Deoxyribonucleic Acid 

IVIG     Intravenous Immunoglobulins  

MGEs    Mobile Genetic Elements  

MLST    Multilocus Sequencing Typing  

NA    Nucleic Acid  

NICU    Neonatal Intensive Care Unit  

NNIS    National Nosocomial Infection Surveillance 

PAMPs                Pathogen Associated Molecular Patterns  

PCR    Polymerase Chain Reaction   

PFGE    Pulsed‐Field Gel Electrophoresis    

PIA    Polysaccharide Intracellular Adhesion  

PJIs    Prosthetic Joint Infections  

PSA    Polysaccharide Adhesion 

PSMs                   Phenol‐Soluble Modulins 

PVE    Prosthetic Valve Endocarditis  

SEM    Scanning Electron Microscopy  

SNPs     Single‐Nucleotide Polymorphisms  

STs    Sequence Types 

 

 

 

 

Page 20: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

20   

 

Page 21: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

21   

 

ABSTRACT

 

Staphylococci are important pathogenic bacteria responsible for a range of diseases in humans. 

The  most  frequently  isolated  microorganisms  in  a  hospital  microbiology  laboratory  are 

staphylococci. The general  classification of  staphylococci divides  them  into  two major groups; 

Coagulase‐positive  staphylococci  (e.g.  Staphylococcus  aureus)  and  Coagulase‐negative 

staphylococci  (e.g.  Staphylococcus  epidermidis).  Coagulase‐negative  staphylococcal  (CoNS) 

isolates  include a variety of species and many different strains but are often dominated by the 

most important organism of this group, S. epidermidis. Currently, these organisms are regarded 

as  important  pathogenic  organisms  causing  infections  related  to  prosthetic  materials  and 

surgical wounds. A  significant number of S. epidermidis  isolates are also  resistant  to different 

antimicrobial  agents.  Virulence  factors  in  CoNS  are  not  very  clearly  established  and  not well 

documented.  S.  epidermidis  is  evolving  as  a  resistant  and  powerful  microbe  related  to 

nosocomial  infections  because  it  has  different  properties  which  independently,  and  in 

combination, make it a successful infectious agent, especially in the hospital environment. Such 

characteristics include biofilm formation, drug resistance and the evolution of genetic variables.  

The  purpose  of  this  project was  to  develop  a  novel  SNP  genotyping method  to  genotype  S. 

epidermidis  strains originating  from hospital patients and healthy  individuals.   High‐Resolution 

Melt Analysis was used  to assign binary  typing profiles  to both clinical and commensal strains 

using a new bioinformatics approach.   The presence of antibiotic  resistance genes and biofilm 

coding genes were also interrogated in these isolates. 

 

 

 

 

 

 

Page 22: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

22   

 

Page 23: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

23   

 

CHAPTER1

INTRODUCTION 

 

 

 

Page 24: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

24   

 

1.1INTRODUCTION

 

The  staphylococci  are  important  pathogenic  bacteria  responsible  for  a  range  of  diseases  in 

humans. Hospital‐acquired  infections and antibiotic‐resistant strains attributed to this group of 

bacteria have become endemic  in hospitals  in many countries and are associated with serious 

public health  issues. Moreover, the emergence of new strains which cause severe community‐

acquired  infections  in  immuno‐compromised  patients,  as well  as  in  healthy  people,  and  the 

presence of multiple  drug‐resistant  strains  in  agricultural  and domestic  animals  are  also  very 

important from the pathogenic point of view.  

The  most  frequently  isolated  microorganisms  in  a  hospital  microbiology  laboratory  are 

staphylococci.  The  general  classification  of  the  staphylococci  divides  them  into  two  major 

groups;  Coagulase‐positive  staphylococci  (e.g.  Staphylococcus  aureus)  and  Coagulase‐negative 

staphylococci  (e.g.  Staphylococcus  epidermidis).  Coagulase‐negative  staphylococcal  (CoNS) 

isolates  include a variety of species and many different strains but are often dominated by the 

most  important  organism  (clinically)  of  this  group,  S.  epidermidis.  For  a  long  time,  these 

microorganisms were regarded as non‐pathogenic for humans and their growth  in  laboratories 

was  attributed  to  contamination.  Bondonaik  (2006)  reported  that  culture  results  showing 

growth of S. aureus are regarded as an infection while CoNS isolation is not further investigated 

because  they  are  grown  as  a  result  of  contamination  and  are mostly  non‐pathogenic. Most 

recently,  these  organisms  are  regarded  as  now  important  pathogenic  organisms  causing 

infections related to prosthetic materials and surgical wounds. 

Clinically CoNS are emerging as an important group of pathogenic staphylococci. Various strains 

and species of CoNS are commonly  found on the skin and mucous membranes of humans and 

other animals as a part of the normal flora. Furthermore, CoNS can be divided  into two groups 

depending on whether  they are  resistant or  susceptible  to novobiocin. S.  saprophyticus  is  the 

most commonly isolated bacterium in the novobiocin‐resistant group while S. epidermidis is the 

most  frequently  isolated  species  of  the  novobiocin‐susceptible  group  which  usually  infects 

immuno‐compromised patients  (von Eiff et al., 2002). Most common victims of S. epidermidis 

infection  are  premature  newborns,  patients  with  leukaemia  or  other  malignant  diseases, 

intravenous  drug  abusers  and  patients  with  indwelling  polymer  bodies,  such  as  prosthetic 

devices or intravenous catheters ( Cosgrove and Carmeli, 2003; Otto, 2009; Foster, 2009). 

Page 25: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

25   

 

 

A  significant  number  of  S.  epidermidis  isolates  are  also  resistant  to  different  antimicrobial 

including  erythromycin,  clindamycin  and  gentamicin.  Vancomycin  is  the  drug  of  choice  for 

nosocomial  S.  epidermidis  infections,  at  least  at  the  initiation  of  therapy  (Foster,  2009).  This 

literature  review will  discuss  CoNS  and  their  pathogenesis,  in  general,  and  S.  epidermidis,  in 

particular. 

The epidemiology of S. epidermidis is not well known. Most studies have utilized Pulsed‐Field Gel 

Electrophoresis (PFGE) analysis, a costly and time‐consuming technique that is reported to have 

problems with reproducibility (Blanc et al., 2001). Other gel based techniques such as amplified 

polymorphic DNA analysis, multilocus variable number of tandem repeat analysis and amplified 

fragment  length polymorphism analysis have the same problem with reproducibility of results. 

Comparatively,  Polymerase  Chain  Reaction  (PCR)  and  Multilocus  Sequence  Typing  (MLST) 

analysis,  which  are  Deoxyribonucleic  Acid  (DNA)‐based  sequencing  methods,  are  highly 

reproducible. Single Nucleotide Polymorphism (SNP) typing is a new technique which is derived 

from the MLST database and  is used for a number of bacteria, viruses and other genetic based 

studies.  

Studies to generate  information on S. epidermidis are very important because of  its emergence 

as  a  significant  pathogenic  organism,  especially  in  relation  to  indwelling  devices.  Genomic 

techniques  to  identify  strains  of  S.  epidermidis  and  other  CoNS  are  not well  developed.  The 

virulence factors of these bacteria are also not well documented. This research project is aimed 

at  developing  techniques  for  the  robust  and  rapid  characterization  of  CoNS  strains,  their 

antibiotic resistance profiles and characterization of the  ica operon. Intercellular adhesion (ica) 

genes  have  a  significant  role  in  the  pathogenic  nature  of  S.  epidermidis  as  these  genes  are 

involved  in  production  and  expression  of  various  characteristics  like  biofilm,  Polysaccharide 

Intracellular  Adhesion  (PIA)  and  autolysins.  In  the  current  study,  the  application  of  a  SNP 

genotyping method to characterize CoNS strains will be investigated. 

Page 26: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

26   

 

1.2HYPOTHESIS,AIMSANDOBJECTIVES

 

Hypothesis 

That  a  SNP  genotyping method  can be used  to differentiate  S.  epidermidis  strains originating 

from clinical specimens and healthy individuals. 

 

Aim 1 

Development  of  a  novel  S.  epidermidis  SNP  genotyping method  using  the  “Minimum  SNPs” 

software program.  

Objective 1 

Design Single Nucleotide Polymorphism (SNP) primers for S. epidermidis genotyping using Real‐

Time PCR and High Resolution Melt Analysis. 

 

Aim 2 

Characterization of S. epidermidis strains isolated from clinical and non‐clinical sources. 

Objective 2  

To apply SNP genotyping to S. epidermidis strains  isolated from patient cultures, skin and nasal 

swabs from healthy individuals.  

 

Aim 3 

To determine virulence factors, including the presence of adherence/biofilm forming factors and 

the antibiotic resistance profiles of S. epidermidis strains from patients and healthy individuals. 

Objective 3 

To apply PCR for the detection of biofilm genes and Real‐Time PCR for the detection of antibiotic 

resistance genes in S. epidermidis strains isolated from patients and healthy individuals. 

 

Page 27: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

27   

 

1.3CRITICALANALYSISOFTHELITERATURE

 

1.3.1GeneraloverviewofStaphylococci

 

Staphylococci are Gram‐positive round  (cocci) bacteria, measuring about 0.5‐1 μm  in diameter 

and  are  arranged  as  grape‐like  clusters  because  of  their  division  across  two  planes.  This 

characteristic  is  important  in  distinguishing  staphylococci  from  streptococci  which  are  also 

Gram‐positive cocci but divide only in one plane and are therefore arranged in the form of long 

chains (Foster, 2009). Staphylococci are widely distributed in nature and are found as part of the 

normal microflora of humans and other animals, air,  soil, water and processed  food products 

such  as  cheese  and  sausages  (Kloos  et  al.,  1992).  Although  staphylococci  are  found  widely 

distributed  in the environment, few species are dominant  in specific areas. This genus contains 

40 species, with more than 20 subspecies (Mellmann et al., 2006). The number  is  increasing as 

our  knowledge of  this  genus  increases.  Structural  characteristics of  these Gram‐positive  cocci 

make  them  capable  of  tolerating  heat,  dryness,  dehydration  and  low  water  activity.  This 

tolerance allows them to have widespread distribution in the environment (Kloos et al., 1992).  

Staphylococci  can  be  broadly  divided  into  two  groups;  Coagulase‐positive  and  Coagulase‐

negative  staphylococci.  All  staphylococci  are  Coagulase‐negative  except  S.  aureus  and  S. 

intermedius, which are Coagulase‐positive. S. aureus  is  found  in  the nasal passages and axillae 

while S. epidermidis, which is the most important member of the CoNS, is a common human skin 

commensal (Foster, 2009; Kloos et al., 1992). S. aureus is a recognized pathogen while CoNS are 

usually  responsible  for  sub‐clinical  infections, which means  that  these  infections  lack  typical 

signs and symptoms of disease (Von Eiff et al., 2002). Oliveira et al. (2003) has mentioned that S. 

aureus  carry more  and  effective  virulence  factors  and  is  a  potential  threat  for  infections  in 

various  clinical  settings while CoNS usually need  an opportunity  such  as  catheter‐aided  entry 

into the body to be infectious.  

Other  species of  staphylococci are  infrequent human commensals. S. aureus has a number of 

virulence  factors  including  surface  proteins  promoting  colonization,  factors  inhibiting 

phagocytosis  (capsule,  Immunoglobulin  binding  protein  A  etc.)  and many  toxins which  cause 

damage to host tissues. Comparatively, CoNS express fewer virulence factors, and hence are less 

Page 28: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

28   

 

virulent. S. aureus and mostly CoNS (especially S. epidermidis) readily grow on implanted devices 

(Foster, 2009).  

Figures 1.1 and 1.2 show various  infections caused by staphylococci associated with  indwelling 

devices, upon which these organisms can grow and cause infections. 

 

 

  Figure 1.1: Pathogenesis of staphylococcal infections (Adapted from Foster, 2009). 

 

 

 

Page 29: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

29   

 

 

 

Figure 1.2:  Infections associated with indwelling devices (Adapted from Foster, 2009). 

1.3.2Coagulase‐NegativeStaphylococci(CoNS)

 

Coagulase is a surface protein which has the ability to convert fibrinogen to fibrin, thus resulting 

in clot formation in plasma, which is the basis of the tube coagulase test. Staphylococci that lack 

this  protein  do  not  form  a  clot  in  the  coagulase  test  and  are  called  Coagulase‐negative 

staphylococci  (Foster, 2009).  In other words, CoNS are differentiated  from  the  closely  related 

but more  virulent  S. aureus by  their  inability  to produce  free  coagulase. Currently,  there  are 

more than 40 recognized species of CoNS (Rogers et al., 2009).  

Amongst  CoNS,  S.  epidermidis  is  the  major  cause  of  infections  associated  with  indwelling 

devices.  In  general, CoNS  are  also  responsible  for  peritonitis  in patients  receiving  continuous 

ambulatory  peritoneal  dialysis  and  endocarditis  (prosthetic  valves).  Other  species  such  as  S. 

haemolyticus, S. warneri, S. hominis, S. capitis, S. intermedius, S. schleiferi and S. simulans rarely 

cause  infections  in humans.  S.  lugdunesis  is  a newly  recognized  species. As CoNS have  fewer 

Page 30: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

30   

 

virulence  factors  compared  to  S. aureus,  infections  are mostly  indolent  and  chronic with  few 

obvious symptoms (Foster, 2009).  

CoNS, as part of the microflora of the skin, generally have a benign relationship with their host 

(Kloos  and  Bannerman,  1994).  CoNS  are  normally  present  on  human  skin  and  mucous 

membranes  and  generally  do  not  cause  infections  (Weinstein  et  al.,  1990).  They  act  as 

commensals or  saprophytic organisms but  in  cases of damage  to  the  skin  such as by  trauma, 

needles or implantation of foreign bodies, these organisms can gain entry to the host’s internal 

system  (Kloos and Bannerman, 1994). CoNS require breaching epithelial barriers and access to 

cause infections (Kocianova et al., 2005) and Intravascular Medical Devices (IMDs) allow them to 

gain  entry  across  body  protective  layers. Once  CoNS  reach  through  the  epithelial  protective 

layer, they can be highly infectious.  

CoNS have the ability to adhere to host or foreign body surfaces. Moreover, they are capable of 

avoiding  the host  immune  system  and produce  factors which  can  cause damage  to  the host. 

Such characteristics enable CoNS to present as pathogens  (Kloos and Bannerman, 1994). CoNS 

are among the most frequently isolated bacteria in the laboratory and are becoming increasingly 

important  infectious agents of hospital‐acquired bacteraemia, mainly because of the  increasing 

use of different prosthetic devices and other  invasive technologies  in medical  institutions  (von 

Eiff et al., 2002). 

1.3.3Pathogenesis(CoNS) 

Virulence  factors  in  CoNS  are  not  very  clearly  established  and  documented  but many  such 

factors are already known  for S. aureus. Compared  to S. aureus, no major virulence  factors or 

toxins  have  been  found  in  CoNS  and  it  is  clear  that  development  and  persistence  of  CoNS 

infections must be due to alternative mechanisms (Huebner and Goldmann, 1999). The following 

are some of the proposed structural components involved in CoNS virulence. 

PlasmidsandTransposons

 

Plasmids are  involved  in the spread of antibiotic  resistance determinants among staphylococci 

including CoNS (Forbes and Schaberg, 1983; Malachowa and Deleo, 2010). For example, Mobile 

Genetic Elements (MGEs) which encode  methicillin resistance are frequently transferred from S. 

epidermidis to S. aureus (Hanssen et al., 2004). 

Page 31: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

31   

 

SurfaceProteins

 

Certain structural components are thought to be involved in the adherence process. Veenstra et 

al.  (1996)  reported  that  a  fimbria‐like  protein  is  responsible  for  this  attachment.  Other 

investigators have suggested that a 140‐kD extra‐cellular protein is an important adherence tool 

of S. epidermidis (Hussain et al., 1997). According to Rupp and Archer (1992) an uncharacterized 

heam‐agglutinin is also involved in adherence to polymer surfaces. Rohde et al. (2006) described 

Autolysin (AtlE) in attachment to various surfaces. 

CapsularPolysaccharides

 

Capsular polysaccharides have a major  role as virulence  factors but  little  is known about  their 

chemical nature and specific roles. Bayston and Penny (1972) were the first to propose the role 

of polysaccharides in the pathogenesis of S. epidermidis infecting Central Nervous System (CNS) 

shunts when they observed a substance they named as “slime” which could be stained by dyes 

specific for polysaccharides. Later, other studies confirmed their observations. Tojo et al. (1988) 

characterized  a  specific  polysaccharide  which  was  named  capsular  Polysaccharide  Adhesion 

(PSA) due to  its  involvement  in adhesion.    In another  investigation, polysaccharide  intracellular 

adhesion (PIA) was identified, which is a linear homo‐polymer of B‐1,6‐linked glucosamine (Mack 

et al., 1996). They also cloned and sequenced five intercellular adhesion (ica) genes (icaA, icaB, 

and icaC, icaD, and icaR) involved in the production of this polysaccharide. The exact role of the 

different structural components of CoNS virulence factors is still poorly understood.   

It  is  essential  to  determine  the  structural  components  of  CoNS  virulence  factors  and  their 

mechanisms in order to gain an understanding of the pathogenesis of CoNS.  It is also important 

to understand  the mechanisms  that CoNS employ  to escape  recognition by  the host  immune 

system.  Host  innate  immune  system  recognises  Pathogen  Associated  Molecular  Patterns 

(PAMPs)  on  bacterial  surfaces  as  foreign  particles  and  reacts  to  remove  such  bacteria.  S. 

epidermidis and S. aureus produce Phenol‐Soluble Modulins (PSMs), which assists the organism 

to evade the host immune system (Otto, 2009).  

Page 32: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

32   

 

In addition, a better understanding of the genetic components  involved  in the development of 

antimicrobial resistance in CoNS will assist in the development of effective therapy of infections 

caused by CoNS (Rohde et al., 2006; Conlon et al., 2002).  

1.3.4Staphylococcusepidermidis

 

S.  epidermidis  is  the  dominant  and  most  frequently  isolated  species  among  CoNS.  A  study 

focusing on the analysis of S. epidermidis strains in the nares of healthy adults showed that there 

are multiple strains  in each  individual (Hu et al., 1995). Kloos and Musselwhite (1975) reported 

ten to twenty‐four different strains of S. epidermidis residing on human skin as part of normal 

flora. S. epidermidis is a commensal microorganism on the human skin but is also recognized as 

an  important opportunistic pathogen especially  causing  infections of  indwelling devices  (CDC, 

2004).  Catheter‐related  diseases,  hospital‐acquired  infections  and  cases  of  bacteraemia  are 

mostly linked to S. epidermidis (Mohammad et al., 2011).   

Genomic  studies  have  shown  that  S.  epidermidis  has  the  ability  to  survive  under  the  harsh 

conditions  of  its  natural  habitat,  the  skin.  For  example,  it  contains  eight  sodium  ion/proton 

exchangers and six transport systems for osmo‐protection (Zhang et al., 2003; Gill et al., 2005). 

Other  than  S.  epidermidis,  other  CoNS  species  and  strains  are  usually  less  virulent  and  are 

difficult  to  identify as different  species. Moreover with  the exception of S.  lugdunensis, other 

CoNS species are mostly non‐pathogenic in humans (Osmon et al., 2000).  

1.3.4.1Identification

 

Traditional methods such as biotyping, antibiotic resistance profiling and plasmid analysis have 

limited  discrimination  and  reproducibility.  A  number  of  tests  such  as  biochemical  tests, 

chromatography, genotyping, ribotyping etc. are used to discover and classify new species and 

strains.  Increasing  the number of  tests used  to analyse S. epidermidis  is beneficial as  it would 

result  in  further differentiation and  identification of various  strains and  species  (Becker et al., 

2004; Carretto et al., 2005). Molecular  techniques  such as PCR combined with phenotyping  is 

more  informative  compared  to  conventional  phenotypic  tests  alone  (O'Gara  and Humphreys, 

2001).  Palka‐Santini  et  al.  (2007)  found  that  biochemical,  immunological  and  enzymatic 

methods,  such  as  the  coagulase  test,  are  not  very  accurate  as  various  strains  have  varying 

biochemical and immunologic characteristics. They used a PCR‐based assay which proved much 

Page 33: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

33   

 

better than routine testing because it not only reduced the time to get results but also was able 

to  detect  other  properties  such  as  virulence  components  and  antibiotic‐  resistant  encoding 

genetic  elements  simultaneously.  This  technique was  able  to  not only differentiate  S.  aureus 

from Gram‐negative bacteria but also successfully separated them from CoNS.    

Kloos  and  Schleifer  (1975) determined  the natural  relationships of CoNS based on  systematic 

studies  to  identify  different  CoNS  species.  Species  were  identified  based  on morphological, 

physiological  and  biochemical  characteristics,  antibiotic  susceptibility  patterns,  and  cell  wall 

composition but this method was not very specific as it was designed to identify all known CoNS 

(i.e.  clinical,  veterinary,  and  alimentary  isolates)  and was  too  time‐consuming  to  be  used  in 

routine diagnostic  laboratories.   De Paulis  et al.  (2003) developed  a  scheme  to  identify CoNS 

species or species groups (i.e. a group approach) that can be used by most clinical laboratories. 

This  five‐test simple scheme of  identification concentrates on the species or species groups as 

follows: 

1. The S. epidermidis group (S. epidermidis, S. capitis subsp. ureolyticus, and S. caprae)  

2. The S. haemolyticus group (S. haemolyticus, S. auricularis and S. casseolyticus) 

3. The S. saprophyticus group (S. saprophyticus subsp. saprophyticus, and S. hominis subsp. 

novobiosepticus) 

 4. The S. warneri group (S. warneri and S. hominis subsp. hominis) 

 5. The S.cohnii group  (S. xylosus, and S. cohnii  subsp. urealyticum, S.  lugdunensis, S. schleiferi 

subsp. schleiferi, S. capitis subsp. capitis, S. simulans and S. cohnii   subsp. cohnii) 

Biochemical  reactions  were  used  as  the  basis  for  species  identification  rather  than  their 

phylogenetic  relationships  (De  Paulis  et  al.,  2003).  It  was  possible  to  identify  species  by 

performing one or two additional tests. A comparative study of   two commercial  identification 

methods, Staph‐Zym  (Rosco, Taastrup, Denmark) and API‐Staph  (bioMe´rieux, Marcy  l’E´  toile, 

France), was done with the results obtained by using Rosco diagnostic tablets (non‐growth tests) 

together with  the    results of  the  reference method of Kloos and Schleifer  (1975). A simplified 

scheme for CoNS identification is given in Figure 1.3. 

 

Page 34: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

34   

 

                                                                  Coagulase  

 

Positive                                                                                                                 Negative       

 (eg. S. aureus)                                              

                                                       Xylose and/or arabinose 

 

Positive (weakly)                                                                                                 Negative 

(eg. S. xylosus ) 

                                                                       Sucrose 

 

Negative                                                                                                                 Positive 

(eg. S. schleiferi, S. caprae etc.) 

                                                                    Trehalose 

 

Positive                                                                                                                      Negative   

(eg. S. haemolyticus, S. saprophyticus, S. hominis etc.) 

                                                                      Maltose 

  

Positive (weakly)                                                                                                      Positive 

 (eg. S. simulans)                                                      

                                                                      Mannitol 

Page 35: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

35   

 

                                            Mannitol (Continued from last page) 

 

Positive                                                                                                                      Negative 

 (eg. S. capitis) 

                                                Anaerobic growth on thioglycate  

 

Positive                                                                                                                       Negative                         

(S. epidermidis)                                                                     (eg. S. hominis subsp. hominis etc.)   

 

Figure 1.3: Identification scheme for CoNS (Simplified from Cunha et al., 2004).                                  

 

Page 36: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

36   

 

1.3.4.2PathogenesisofS.epidermidis

 

Hospital‐acquiredinfections

S. aureus and S. epidermidis are mostly  involved  in nosocomial  infections, particularly  in those 

patients who have invasive procedures such as use of indwelling devices and implanted objects 

(von Eiff et al., 2002). S. epidermidis  is evolving as a resistant and powerful microbe related to 

nosocomial  infections  because  it  has  different  properties  which  independently  and  in 

combination make  it a successful  infectious agent, especially  in the hospital environment. Such 

characteristics  include biofilm formation, drug resistance and the evolution of genetic variables 

(Ziebuhr  et  al.,  2006).  Choong  and Whitfield  (2000) mention  a  few  factors  that  increase  the 

chances of acquiring these  infections. Such factors include the duration of surgery and hospital 

stay,  the number of  invasive procedures,  infectious  sources within  the body, amongst others. 

Other elements such as the increased use of Intravascular Medical Devices (IMDs) and prolonged 

survival of  immuno‐deficient patients and those with terminal  illnesses have also  increased the 

number of S. epidermidis infections (Otto, 2009).  

S. epidermidis behaves as  an opportunistic bacterium and is frequently involved in infections in 

patients with  impaired  immunity  (Spare, 2003). The current use of  immunosuppressive drugs, 

for example in organ transplant patients, is an important contributor to the increase in infections 

caused by S. epidermidis, particularly with the increasing practice of transplant surgery.  

Bacteraemia

The  importance  of  bacteraemia  caused  by  CoNS  was  recognized  in  a  report  on  nosocomial 

bacteraemias by Raad and Bodey (1992). They reported the occurrence of 50,000‐120,000 CoNS 

bacteremia  cases  per  year  in  the United  States  alone.  In  a  statistical  report  by  the National 

Nosocomial  Infections  Surveillance  (NNIS)  program,  CoNS  constituted  8  %  of  all  nosocomial 

infections (Banerjee et al., 1991). It is true that these numbers are significant but one fact should 

be kept  in mind that CoNS are  frequent contaminants  in  laboratory cultures so  it  is difficult to 

decide whether growth  is  the  result of a contamination or  infection  (Huebner and Goldmann, 

1999).  Frequent  and  regular  use  of  invasive  devices  such  as  intravenous  lines  is  usually 

associated with  infection which  is  followed by  sepsis.  Sepsis often  causes high morbidity  and 

mortality (Loonen et al., 2009). 

Mostly, bacteraemia  caused by CoNS  is not  life‐threatening, especially  if prompt  treatment  is 

given but on occasions systemic sepsis syndrome also occurs, mainly in those patients who have 

Page 37: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

37   

 

underlying complications or suppressed  immune systems  (i.e.  immune‐compromised patients). 

CoNS  are  also  involved  in  exit‐site  infections,  thrombophlebitis,  infective  endocarditis  and 

abscesses (Henderson, 1988). 

Catheter‐RelatedInfections

Staphylococci are the most common  infectious organisms  involved  in  indwelling device‐related 

infections  and  are  responsible  for  severe  complications  (Toba  et  al.,  2011).  CoNS  are  an 

important cause of bacteraemia related to catheters. S. epidermidis is responsible for 50‐70 % of 

such  infections (Archer, 1995). Rupp (2004) reported that CoNS are responsible for about 30 to 

40 % of infections related to invasive devices. The most important and common infection caused 

by S.epidermidis  is the colonization and growth upon medical devices  (Vuong and Otto, 2002). 

Miragaia et al. (2008) also reported S.epidermidis as the most important infectious agent for this 

type of  infection. Even  in catheter‐associated  infections of  the urinary  tract, staphylococci are 

the commonest organisms identified (Gad et al., 2009). 

The use of  catheters  is  increasing dramatically.  In  the United  States  alone,  about 180 million 

peripheral  and  seven million  central  devices  are  used  per  annum  (Hanna,  2005).  About  two 

hundred  and  fifty  thousand  catheter  related  septicemia  cases  are  diagnosed  annually  in  the 

United States with 1‐2 % deaths, increased cost and hospital stay (O’Grady et al., 2002; Raad et 

al., 2007). Antibiotics  should not be used  in  cases where  growth of  the bacteria occurs  from 

samples taken from catheter surfaces alone. Unless there are signs and symptoms  indicative of 

septicemia along with positive blood culture, growth  from catheter tips  is merely  indicative of 

surface colonization (Safdar et al., 2005).  

CentralNervousSystemShuntInfections

The predominant bacteria isolated from Cerebro‐Spinal Fluid (CSF) shunt infections are CoNS (48 

% to 67 % of isolates), and the main species isolated is S. epidermidis. This infection is probably 

introduced during the insertion of these devices or subsequent manipulations (Roos and Scheld, 

1997).  Factors  which  will  increase  the  chances  of  Central  Venous  Catheter  (CVC)  infections 

include an age of  less than six months, surgical skills and duration of surgery. Once  infection  is 

suspected, CSF culturing is required or culturing of catheter surfaces after their removal (Boyce, 

2004). Removal of the shunt may be necessary with replacement after a few days following use 

of antibiotics or immediate replacement under antibiotic cover. Clinical manifestations are often 

not  specific  or  diagnostic  such  as  fever  (+/‐  rigors),  nausea,  vomiting,  and  lethargy.    Gram‐

staining  and  culture  of  CSF  is  diagnostic.  Intraventricular  vancomycin  (+/‐  gentamicin),  plus 

Page 38: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

38   

 

systemic  administration  of  vancomycin  (+/‐  rifampicin)  is  required  for  treatment  (Frame  and 

McLaurin,  1984).  Rarely,  immune  complex  deposits  in  kidneys  cause  glomerulonephritis  also 

known as shunt nephritis  (Huebner and Goldmann, 1999). Schreffler et al.  (2002)  recommend 

that CNS  shunt  removal and antibiotic  therapy  is  required  for CNS  shunt  infections and more 

than 50 % of such infections are caused by CoNS.  

SurgicalSiteInfections

Although factors such as age, nutrition, weight, duration of surgery and surgery skills contribute 

to wound  infections, which  are mostly  superficial,  the main  source  of  organisms  is  from  the 

patient  rather  than  staff  and  surroundings  (Wong,  2004).  Two  factors  are  related  to  CoNS 

infection of surgical sites; if the cut is not very deep and if the procedure did not have much of a 

contamination risk. In other words, it can be said that organs such as the bowels are less at risk 

of contracting a CoNS infection after procedures compared to surgeries performed on relatively 

cleaner areas such as skin (Boyce, 2004). CoNS can also  infect prosthetic vascular grafts, which 

usually occur within 30 days of graft insertion, and this occurrence of infection is not related to 

the material used for grafts. Infection rates and complications depend on sites of  insertion, for 

example aortic graft infections have a higher mortality rate (O`Brien and Collin, 1992; Rogers et 

al., 2009). 

Prostheticmaterialrelatedinfections

S. epidermidis is also involved in prosthetic joints, vascular graft, surgical wounds, CNS shunt and 

cardiac device infections (Rogers et al., 2009). Kobayashi et al. (2006) described staphylococci as 

one of the commonest microorganisms involved in orthopedic infections. Notably, S. epidermidis 

causes  about  13  %  of  Prosthetic  Valve  Endocarditis  (PVE)  infections,  with  a  high  rate  of 

intracardiac abscesses (38 %) and  mortality (24 %) (Chu et al., 2009). However, compared to S. 

aureus, PVE and other complications are rare among S. epidermidis infections, which are usually 

sub‐acute  and  chronic  (Otto,  2009). Hellmark  et  al.  (2009)  found  S.  epidermidis  as  the most 

important  pathogen  in  infections  related  to  indwelling  devices,  especially  Prosthetic  Joint 

Infections  (PJIs).  Boyce  (2004)  reported  that  patients  who  had  joint  surgery,  collateral  pre‐

existing  infections  and  other  pathologies  such  as  rheumatoid  arthritis,  were more  prone  to 

developing  infections. Furthermore, joint  infections can be divided into three stages depending 

on  the  time  between  surgery  and  infection  diagnosis.  For  prosthetic  joint  infections,  various 

procedures such as  joint replacement, resectional arthroplasty and simple debridement can be 

performed, with different indications, merits and demerits (Kathie et al., 2009). 

Page 39: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

39   

 

NeonatalIntensiveCareUnit(NICU)

As CoNS are nosocomial pathogens, they have particular significance  in the Neonatal  Intensive 

Care Unit (NICU) infections. There are certain risk factors, in addition to the context of intensive 

care,  such  as  very  low birth weight, prematurity,  and  immaturity of  immunological defenses. 

Impaired ability to opsonize and kill staphylococci is also present  in neonates. Along with these 

factors, the current use of, and requirement for, catheters and vascular intervention in intensive 

care units also pose an important and additional risk factor (Maas et al., 1998). 

Bacteria  originate  from  the  neonatal  ICU  environment  and  also  from  tissues  such  as  skin, 

mucous membrane  in  the  nares  and  the  umbilicus  for  example,  and  become  reservoirs  for 

microbes as they grow and proliferate in these areas (Klingenberg et al., 2007).  Factors such as 

preterm and  low birth weight, Total Parenteral Nutrition (TPN), umbilical lines and risk carrying 

pregnancies are believed to be involved in more and more reported cases of neonatal infections 

caused  by  CoNS. Neonates might  require  antimicrobial  therapy  as well  as  device  removal,  if 

these are used (von Eiff et al., 2005; Benzies, 2008). 

Cardiacinfections

Archer  and  Tenenbaum  (1980)  reported  that  S.  epidermidis  is  also  involved  in post‐operative 

infections  in  patients undergoing  cardiac  surgery  and many  isolates of  S.  epidermidis  causing 

these  infections  exhibit  multiple  antibiotic  resistances.  CoNS  are  present  in  15  to  40  %  of 

Prosthetic  Valve  Endocarditis  (PVE)  cases, mostly  involving  S.  epidermidis. Moreover,  a  large 

number  of  patients  have  complications  such  as  heart  failure,  intracardiac  abscesses  and 

malfunctioning of artificial valves (Lalani et al., 2006; Wang et al., 2007). Endocarditis (Prosthetic 

Valve  Endocarditis‐PVE)  is  usually  caused  by  methicillin‐resistant  organisms  because  these 

organisms originate  from  the hospital  environment  and  are  diagnosed by  blood  cultures  and 

other cardiac system studies. Such  infections are usually associated with significant death rates 

(Archer and Climo, 2005).   

Archer and Tenenbaum (1980) compared methicillin resistance in isolates from chest wounds of 

patients undergoing cardiac surgery, to isolates from the chest skin of the same patients before 

surgery. Results of  this  study  showed  that 54 % of  S. epidermidis  isolates  from  chest wounds 

were methicillin‐resistant compared to only 4 % of isolates from the chest skin of patients before 

surgery. Another study by Bentley et al. (1973) also showed similar results;  methicillin‐resistant 

S. epidermidis strains were isolated from cardiac surgery patients receiving methicillin, but these 

organisms were absent  in the same patient before   treatment with methicillin, which  indicates 

Page 40: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

40   

 

the  ability  of  these  organisms  to  acquire  resistance  to  the  agents  used  against  them. 

Interestingly,  ten  of  118  chronic‐care  patients  receiving  no  or  few  antibiotics  harbored 

methicillin‐resistant S. epidermidis. Cardiac pacemaker  infections also have many complications 

and need  combination  therapy with multiple  intravenous drug  therapy along with  removal of 

the pacemaker (Gandelman et al., 2007). 

Mastistis

S. aureus  is  regarded as an  important  infectious organism  in mastitis but  recent  studies have 

suggested the  involvement of CoNS  (especially S. epidermidis), which have a significant role  in 

such  infections.  A  study  by  Delgado  et  al.  (2009)  compared  culture  results  of milk  from  30 

women. Upon culturing, 27 of these grew bacteria. S. epidermidis was  isolated  from 26 and S. 

aureus  from 8 patients.  In  total, 270  staphylococcal  isolates were  recovered  from  the milk of 

women  with mastitis,  among  these  200  were  identified  as  S.  epidermidis  using  phenotypic 

assays, species‐specific PCR and DNA sequencing. Genotyping was performed by PFGE. The PFGE 

profiles of  the  S. epidermidis  strains were  compared  to 105  isolates  from  the milk of healthy 

women. 76 of these isolates were studied for virulence factors and antibiotic resistance. Results 

showed  that  strains  that  have  the  biofilm‐related  icaD  gene,  showed  resistance  to  oxacillin, 

erythromycin,  clindamycin  and mupirocin  and  these  strains were  significantly more prevalent 

among  the  isolates  from  mastitis  milk.  Different  views  and  results  have  been  presented 

regarding  the  source, mode of  transmission and pathogenicity. For example, CoNS have been 

reported as the most commonly  isolated pathogens  in bovine mastitis by Pyorala and Taponen 

(2009) but Schukken et al. (2009) did not account CoNS as significant for the same condition.  

Endophthalmitis

S.  epidermidis  also  causes  endophthalmitis.  In  fact,  it  is  the  most  common  cause  for  this 

condition following penetrating  injuries to the eye and the risk  increases up to 15 %    if foreign 

material  remains  at  the  injury  site  (Duch‐Samper  et al.,  1997).  Preservation of  vision doesn’t 

have  a  good  prognosis  in  such  cases.  Following  vitrectomy,  S.  epidermidis  is  again  the most 

important pathogen  causing endophthalmitis   and  the  source of bacteria  is  the patient`s  skin 

flora (Bannermann et al., 1997) 

Haematologicalmalignancies

CoNS  are  the  most  common  organisms  associated  with  bacteraemia  in  patients  with 

malignancies and  the main species  involved  is S. epidermidis. S. hominis was also  isolated but 

was found to be a result of contamination. Similarly, in a few cases, S. epidermidis grew due to 

Page 41: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

41   

 

contamination. So it is very important, from the diagnostic point of view, to be careful to avoid 

contamination  because  the  laboratory  cannot  differentiate  growth  source whether  it  is  from 

bacteraemia or contamination (Persson et al., 2006) 

1.3.4.3Virulence

 

S. epidermidis has certain adaptations such as the down‐regulation of certain processes such as 

Nucleic Acid (NA), proteins and cell wall biosynthesis and the formation of a biofilm. This process 

may be  involved  in protecting bacteria  from antibiotics which attack actively growing cells,  for 

example,  aminogylocides,  penicillins  and  quinolones  (Otto,  2009).  Similarly,  Donlan  and 

Costerton  (2002)    found  that  the  slow  growth  of  bacteria  in  a  stationary  phase    reduces 

metabolic  activity  of  those  antibiotics which  kill metabolically  active  cells  (growth‐dependent 

antibiotics,  e.g.  cell‐wall‐active  antibiotics).  Our  innate  immune  system  is  the  first  line  of 

defense, acting in a non‐specific way. S. epidermidis has the ability to evade ingestion and killing 

by neutrophils. Our  acquired  immune  response, which  produces  specific  and  unique  defense 

against different organisms, is not well understood against S.epidermidis. As it is difficult to clear 

S.  epidermidis  infections  despite  the  presence  of  antibodies  against  it,  it  indicates  that  the 

acquired  host  defense  system  is  ineffective  against  S.  epidermidis.  This  may  be  due  to  S. 

epidermidis  exopolymers  that  protect  the  cells  from  antibody  recognition  and  lysis. Also,  the 

immune system might be less active against a prevalent colonizing bacteria (Otto, 2009). 

1.3.4.4Adhesion

 

Gristina (1987) subdivided the process of infection into the stages of attachment, adhesion, and 

aggregation. Electron microscopic studies by Peters et al. (1982) have shown that bacteria after 

attaching,    form colonies and produce a biofilm. Those strains of S. epidermidis which  lack the 

ability of adherence or cluster  formation, are  less virulent  (Rupp et al., 2001). Adhesion  is  the 

first  step  in  the  development  of  infection  and  various  studies  have  shown  different  results 

regarding the mechanisms and structural components involved in this process. 

Bacterial cell surface hydrophobicity is involved in adhesion to abiotic surfaces such as catheters 

(Vacheethasanee et al., 1998). Specific proteins which affect surface adhesion in  S. epidermidis, 

are the protein Autolysin  (AtlE), a biofunctional adhesion and autolysin (Heilmann et al., 1997) 

and  the  Bap  protein  (Tormo  et  al.,  2005).  These  proteins  are  likely  to  contribute  to  the 

Page 42: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

42   

 

hydrophobic nature of  the cell surface. Rupp et al.  (2001) used a  rat Central Venous Catheter 

(CVC) infection model to assess the importance of the proteinacious Autolysin (AtlE) and the PIA 

in the pathogenesis of S. epidermidis. CVC‐associated infection analysis revealed the importance 

of  initial  adherence  (associated  with  AtlE)  and  biofilm  production  (mediated  by  PIA)  in  the 

pathogenesis of S. epidermidis. Biochemical components of PIA are responsible for the presence 

of  both  positive  and  negative  charges  at  the  same  time.  These  polysaccharides  do  not  have 

branching  patterns which  aids  in  the  formation  of  effective  cell  to  cell  bonding  and  biofilm 

development (Mack et al., 1996). The major Autolysin (AtlE) is also thought to play a dual role in 

adherence  of  S.  epidermidis  (Rohde  et  al.,  2006)  as  it  is  active  in  attachment  to  both 

unconditioned and conditioned polymer surfaces. The high resistance of S. epidermidis biofilms 

to  antibiotics  is  due  to  the  densely  adherent  growth mode,  rather  than  the  build‐up  of  the 

extracellular polymer substance matrix (Qu et al., 2010). 

Sousa et al. (2009)  studied the ability of eight strains of S. epidermidis to adhere to acrylic and 

to silicone surfaces, the two materials commonly used  in the manufacture of different medical 

devices. Under  controlled  growth  conditions,  total  cell  count  of  adherent  bacteria was  done 

using  different  techniques  including  Scanning  Electron Microscopy  (SEM).    The  sessile  drop 

contact angle technique (Busscher et al., 1984) was used to study  hydrophobicity parameters of 

substrata and bacterial surfaces. Nearly all S. epidermidis strains adhered better to the silicone 

substrate than to acrylic, though a few strains showed better adherence to silicone. Roughness 

of acrylic and silicone surfaces was also studied. Results showed that the hydrophobic nature of 

the  biomaterial  surface  has  a  significant  role  in  initial  adhesion,  as  increased  adherence was 

observed  for  the hydrophobic silicone  substrate  than  to  the  less hydrophobic acrylic material. 

The increased roughness of silicone also affects bacterial adhesion. On the other hand, bacterial 

surface  physicochemical  properties  seem  to  have  less  effect  on  binding,  highlighting  the 

importance  of  other  cell  surface  factors  in  the  adhesion  process.  Hussain  et  al.  (1997)  also 

mentioned another protein component, the Accumulation Associated Protein  (Aap), which has 

some role in the adhesion process. 

1.3.4.5Biofilms

 

Biofilms play a vital role  in pathogenesis and plays a significant part  in morbidity and mortality 

(Rohde  et  al.,  2006).  Initial  adhesion  and  aggregation  of  microbes  onto  multiple  layers  is 

followed  by  biofilm  formation.  There  is  a  view  that  before  the  actual  process  of  biofilm 

Page 43: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

43   

 

development  and  formation,  the  surfaces  of  indwelling  devices  are  “conditioned”  in  vivo. 

Different  components present  in body  secretions  such as  saliva, mucus, urine  form  a  coat by 

adsorbing  o  the  surfaces  of  devices  to  form  a  conditioning  layer  or  film  upon which  actual 

bacterial growth and biofilm  formation occurs  (Choong and Whitfield, 2000). This conditioning 

film acts as an attaching surface for bacteria (Fitzpatrick et al., 2005). Another view  is that this 

primary  adhesion  is dependent on  the  chemistry of  the material used  for  implanted devices, 

which  also  affects  other  processes  including  biofilm  formation  and  its  thickness  (Patel  et  al., 

2007).  Dunne  (2002)  has  described  other  factors  such  as  electrostatic  and  hydrophobic 

interactions, Van der Walls forces and temperature that also impact on biofilm formation.  

PIA synthesis needs the presence of the ica operon (intercellular adhesion) because the enzymes 

which are involved in its synthesis are controlled by the intercellular adhesion operon (icaADBC) 

(Heilmann et al., 1996;  Stevens  et al., 2008). Although  the association of  a biofilm  in  causing 

such  infections  has  been  established,  there  remains  some  ambiguity  regarding  the  exact 

mechanism. Using the electron microscope, it has been observed that there is deposition of host 

secretions on the device followed by growth of the bacteria upon it. Once the biofilm is formed, 

migration  of  bacteria  along  the  device  itself  and  its  systemic  spread  speeds  up. Overall,  the 

migration  process  of  S.  aureus  is  quicker  than  S.  epidermidis.  Although  strains  that  produce 

biofilm are more infective, ica mutation does not have much impact on bacterial ability to cause 

infections. Biofilm  is a very useful and powerful factor contributing to device related  infections 

of staphylococci  (Toba et al., 2011).   Stevens et al.  (2009) studied various protein components 

and the PIA of biofilm in S. epidermidis and have suggested that PIA has a primary role in biofilm 

positivity  while  protein  components  contribute  significantly  towards  the  maturation  of  the 

biofilm.   They also  stated  that biofilm  formation makes S. epidermidis an  important pathogen 

which causes meningitis related to various devices.       Stevens et al. (2009) also mentioned that 

the  formation of biofilm occurs by  the participation of  components  arising  from  sources,  the 

host and the bacteria.  In addition, biofilm formation can have different mechanisms such as ica‐

dependent  and  protein‐dependent  formation. An  explanation  of  how  biofilm  formation  is 

occurring  is  that  other  components  such  as  accumulation  associated  protein  (Aap)  are  not 

activated if ica is present and the formation of biofilm is controlled by the ica operon but when 

ica is not active, other mechanisms of biofilm formation start operating.  

Biofilm development  therefore  requires  adhesive  forces  for both  the  colonization of  surfaces 

and cell  to cell  interactions. Also, disruptive  forces are  required  for  the  formation of channels 

(fluid‐filled),  which  are  important  for  nutrient  delivery  across  all  biofilm  cells.  The  same 

Page 44: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

44   

 

disruptive forces cause detachment of clusters of cells from biofilms and might be a mechanism 

for  the  spread  of  bacteria  and  cause  disseminated  infection  (O’Toole  et  al.,  2000).  The 

extracellular PSA is a significant virulence determinant and is required for biofilm formation and 

adhesion, which is encoded by the ica operon, and is subjected to phase variable regulation, and 

on and off switching mechanism (O'Gara and Humphreys, 2001).  

Stepanovi  et  al.  (2000)  described  the  development  of  a  simple  and  efficient method  for  the 

quantification  of    biofilm  formation  based  upon  the  standard  microtiter‐plate  test,  where 

glucose  enhances  adherence, which  agrees  with  the  study  by  Christensen  et  al.  (1985)  and  

Mulder  and Degener  (1998). However  this  effect  is not dependent on  glucose  concentration. 

Kong et al. (2006) have described a process of Quorum Sensing (QS) which states that there is a 

presence  of  cell‐to‐cell  signaling  for  biofilm  formation  which  makes  it  structurally  a  very 

organized and effective defense.  

Biofilm modifications are  important  in providing a  safe environment  for bacteria. Examples of 

such modifications are: (i) a limited access of harmful molecules such as antibiotics and immune 

system  products  to  bacteria,  (ii)  lower  levels  of  inflammation  which  reduce  chemotaxis  of 

defense  cells  to  the  area of  infection  and;  (iii)  fermentation  as  an  energy  source  rather  than 

aerobic  processes  and  other  metabolic  changes  (Yao  et  al.,  2005).  Slime  production  adds 

resistance to antimicrobials (Mohammad et al., 2011). McCann et al. (2008) have described the 

role of  specific bacterial  surface proteins  such  as  PIA, Aap, Bap, AtlE  involved  in binding  and 

attachment  and  the  formation  and  function  of  the  biofilm.  If  bacterial  cells  are  exposed  to 

certain substances or factors which are harmful to them or aid in growth, such as salt, nitrates, 

oxygen  and  antibiotics,  then  the  production  of  PIA  and  biofilm  development  processes  are 

increased (Schlag et al., 2007).  

Otto (2009) described the process of biofilm formation, which is shown in Figure 1.4. This figure 

shows the maturation of cell growth after  initial attachment and detachment of bacteria  from 

these initial foci of growth.  

 

 

Page 45: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

45   

 

 

 

     Figure 1.4: Process of biofilm formation (Adapted from Otto, 2009).  

1.3.5AntibioticresistanceinS.epidermidis

 

The  emergence  of  multiple  drug  resistant  strains  of  S.  epidermidis  is  causing  treatment 

problems. S. epidermidis  in stationary growth phase avoids antibiotic effects when growing on 

surfaces of  implants. Biofilm production also plays an  additional  role  in avoiding  toxic effects 

(Donlan, 2000). Otto (2004) attributed increasing resistance to frequent antimicrobial use, use of 

broad  spectrum  antibiotics,  diagnostic  and  prescription  mistakes,  patient`s  compliance  and 

extensive  use  of  drugs  for  livestock  and  agricultural  purposes.  Complicating  factors  such  as 

overstay in hospital, slow recovery, less options available for treatment for example, are directly 

related to the presence of more immuno‐compromised patients, more invasive procedures and 

the increased use of microbial control procedures (Cosgrove and Carmeli, 2003). 

Mohammad et al.  (2011)  investigated  the presence of  resistant strains  in  the nasal mucosa of 

medical staff to understand the cycle of hospital related infections. They tested 99 S. epidermidis 

isolates for slime production (34.3 % positive). Out of these 94 % were resistant to penicillin, 88 

%  resistant  to  tetracycline,  79  %  resistant  to  erythromycin  and  77  %  were  resistant  to 

clindamycin.  Overall,  they  found  that  66.7  %  of  S.  epidermidis  strains  resistant  to multiple 

antibiotics. Mack et al. (2005) reported the presence of methicillin (oxacillin) resistance in 90 % 

of staphylococcal isolates obtained from the hospital environment. The reason for the presence 

of  increased  resistance  in  isolates  from hospital  settings  is  significant  and  attributable  to  the 

regular  use  of  antibacterial  agents  for  treatment  and  disinfection  (McCann  et  al.,  2008).  S. 

Page 46: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

46   

 

epidermidis  strains  are  capable  of  acquiring  and  developing  resistance  to  potent  drugs  used 

against it, for example, mupirocin is used in the  form of a nasal ointment in health professionals 

and Mohammad et al. (2011) found 5.1  % of S. epidermidis isolates  resistant to mupirocin. This 

shows  a  strong  association  between  the  presence  of  a  slime  layer  and  antibiotic  resistance 

implicated by the prevalence of mecA and aap genes in S. epidermidis isolates.   

Antibiotics  alone  are mostly  not  effective  and  very  often  removal  of  the  device  is  required. 

Strains  infecting  hospitalized  patients  are  resistant  to most  of  the  antibiotics  currently  being 

used to treat infections and vancomycin remains the only antibiotic to which resistance has not 

developed yet (Foster, 2009) although studies by other researchers have found the presence of 

vancomycin  resistance  (Jones, 2006; Deresinski, 2007). Hellmark et al.  (2009)  investigated  the 

antimicrobial  activities  of  16  antibiotics  against  S.  epidermidis  isolated  from  Prosthetic  Joint 

Infections  (PJIs), with particular  focus on  rifampicin  and  rpoB  variability. Multi‐resistance  (i.e. 

resistant to members of more than three classes of antibiotics) was found in 91 % of the isolates. 

39 % were resistant to rifampicin, associated with one or two Single‐Nucleotide Polymorphisms 

(SNPs)  in  the  rpoB gene. This  resistance was different when various culture media were used; 

however the reason for these variable resistance results using different agars was not explained. 

85 % of the isolates were found to have the mecA gene, which encodes for methicillin resistance. 

Among  recently available antibiotics, susceptibility  to  tigecycline and  linezolid was  found  in all 

isolates,  and  97  %  were  susceptible  to  daptomycin.  Two  novel  antibiotics,  dalbavancin  and 

ceftobiprole were also  tested, although  these antibiotics are not available  for  routine use yet. 

For  antibiotics,  resistance  varied  between  0  %  (vancomycin)  to  82  %  (trimethoprim–

sulphamethoxazole).  S.  epidermidis  strains  involved  in  Prosthetic  Joint  Infections  (PJIs)  often 

show multi‐resistance,  including resistance to rifampicin, which  is mainly caused by one or two 

SNPs.  Some  of  the  newer  antimicrobial  agents may  provide  alternatives  for monotherapy  or 

combination  therapy  with  rifampicin.  The  detection    of  the mecA  gene  is  important  in  the 

treatment of  infections of S. epidermidis, which  is the most common cause of PJIs (Zimmerli et 

al., 2004).  

Results of vancomycin resistance by Foster (2009) are contrary to other studies which reported 

that  there  has  been  an  emergence  of  vancomycin  resistance  since  1990  in  S.  epidermidis. 

Vancomycin  (a  glycopeptide)  was  an  effective  drug  against  penicillin‐resistant  staphylococci 

(Jones,  2006;  Deresinski,  2007).  CoNS which  have  acquired methicillin  resistance  are  usually 

difficult to eradicate and require a combination of antibiotics and device removal (Mermel et al., 

2001). Diekema et al. (2001) have reported up to 90 % resistance to methicillin during the 1990s. 

Page 47: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

47   

 

Methicillin‐Resistant  Coagulase‐Negative  Staphylococci  (MR‐CNS)  are  now  widely  distributed 

among  different  environmental  sources.  Huber  et  al.  (2011)  detected  them  in  livestock  and 

chicken carcasses  (48.2   % of  total  samples), and  in 46.4 % of  isolates  from milk and humans 

(49.3 % of total isolates). These MR‐CNS belong to different strains with different percentages of 

samples  resistant  to  methicillin  and  various  strains  dominant  in  specific  environments.  For 

example, humans mostly have S. epidermidis and S. haemolyticus.  In total, Huber et al.  (2011) 

tested 414 CoNS  strains and  found  that 33‐49 % were  resistant  to beta‐lactam antimicrobials 

and/or ciproflaxacin, clindamycin, erythromycin and tetracycline.   These figures show that MR‐

CNSs are resistant to many antimicrobials.  These findings make it clear that multidrug‐resistant 

CoNS are emerging; moreover, we know that this resistance can be transferred from CoNS to S. 

aureus. The mecA gene can now be found in both coagulase‐positive and ‐negative staphylococci 

and  is mobile  thanks  to  its  presence  in  a mobile  genetic  element  called  the  Staphylococcal 

Cassette Chromosome (SCCmec) (Huber et al., 2011). 

Clinical Ophthalmology (2010) described various factors for colonization of ocular systems with 

methicillin‐resistant bacteria. For instance, advancing age increases their growth in patients with 

Diabetes Mellitus  (DM),  however,  interestingly  there  is  no  increase  in  the  risk  of  acquiring 

methicillin‐resistant organisms even  in Health Care Workers (HCWs). Methicillin resistance was 

reported in 47.1 % (178 out of 378) of S. epidermidis (Methicillin‐Resitant S. epidermidis ‐ MRSE) 

as compared to S. aureus (Methicillin‐Resistant S.aureus ‐ MRSA), of which only 29.5 % (26 out of 

88)  isolates  showed  resistance.  Comparing  the  presence  of  this  resistance  in  Health  Care 

Workers (HCW) to non‐HCW, no significant difference was found (40.7 % and 41.2 % resistance), 

respectively. This resistance is believed to be from a protein which is encoded by the mecA gene. 

Though  for  laboratory  evaluations,  oxacillin  is  used  instead  of  methicillin  and  the  term 

“Methicillin resistance” is used to denote general resistance to Beta‐lactams.  

Natural  substances  like  honey  also  possess  certain  antimicrobial  activities  against  various 

microbes.  French  et  al.  (2005)  tested  the  antibacterial  activity  of honey  against  18  strains of 

CoNS  and  found  that  growth  of  all  18  isolates  was  inhibited  in  the  presence  of  honey. 

Comparison  of  pure  natural  honey  and  different  dilutions  of  the  honey  in  regards  to  their 

antibacterial  activity was  performed  and  results  showed  that  natural  honey was  5.5  to  11.7 

times more active due to the osmotic effect produced by the sugar present in the honey. Results 

indicate  that diluted honey, even up  to 20  times, can be used as an antibacterial agent. Also, 

reports show rapid healing of wounds  infected with S. aureus and Pseudomonas species when 

honey  is used (Molan and Betts, 2004). Moreover, wound site exudation  is  limited by the anti‐

Page 48: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

48   

 

inflammatory activities of honey thus preventing growth of the bacteria. It also provides a moist 

environment  that has a positive effect on  the healing process   and  in addition, honey being a 

natural product, is not harmful to tissues such as different  anti‐septic solutions (Molan, 2002). 

To  summarise development of  resistance  to various drugs  is observed  in CoNS and  there  is a 

need  to  increase  our  knowledge  regarding  the  mechanism  of  the  development  of  such 

resistances, the transfer of resistance among various bacteria and their strains and the reasons 

and  factors  for  this  resistance. Only  then will we be  able  to  successfully develop  techniques, 

methods and strategies  to avoid the development of resistance to antibiotics and address  this 

problem in an effective way. 

1.3.6GenotypingandPhenotyping

 

Phenotypic methods rely on observing various characteristics such as morphology, size, growth 

characteristics,  resistance  or  susceptibility  to  various  antibiotics  and metabolic  properties.  It 

means  that  these methods detect  features  that are expressed by DNA  rather  than  testing  the 

DNA itself (Zadoks and Watts, 2009). Variation of such features in different strains is problematic 

at  the species  level  (Heikens et al., 2005). This can  result  in wrong  identification, classification 

and reporting of CoNS (Ben‐Ami et al., 2005). Due to the expression of different components in 

strains of the same species, it makes phenotypic methods less reliable than genotyping (Heikens 

et  al.,  2005).  Genotypic methods  are  DNA  based  and  include  examples  such  as  ribotyping, 

Amplified  Fragment  Length  Polymorphism  (AFLP)  and  DNA  sequencing.  These methods  can 

categorize bacteria to the species and strain levels (Zadoks and Watts, 2009).  

Various genotyping techniques are now being used to analyse the epidemiological relationships 

of different organisms. These techniques have different applications,  for example, Pulsed‐Field 

Gel  Electrophoresis  (PFGE)  is  the  preferred method  used  in  studies  to  determine  patient‐to‐

patient  spread of organisms while plasmid or  transposon analysis  is performed  to analyse  the 

transfer of gene(s) among different strains of bacteria (Singh et al., 2006). The following sections 

provide brief  introductions  to  some  important  genotypic  techniques  useful  for  S.  epidermidis 

and other CoNS studies.  

 

 

Page 49: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

49   

 

1.3.6.1Pulsed‐FieldGelElectrophoresis(PFGE)

 

Currently, different methods for genotyping S. epidermidis  isolates are available. PFGE  is based 

on the enzymatic digestion of the whole chromosome followed by fragment size separation on 

an agarose gel  (Hu et al., 1995).   This method  is  regarded as poorly  informative  in  regards  to 

long‐term  epidemiological  studies  (Blanc  et  al.,  2001).    PFGE  is mostly  the method  of  choice 

because it provides extensive genomic details, however, sometimes other methods are required 

to  analyse  relationships  among  different  strains  (Foley  et  al.,  2004).  As  PFGE  uses  distances 

between  restriction  fragments  to  differentiate  different  strains,  any  change  affecting 

chromosomal structure will introduce an issue with the reproducibility of results. In comparison 

to  PFGE,  PCR‐based methods  reveal  details of  less  than  10 %  of  the  chromosomal  structure. 

Therefore, to analyse chromosomal changes, PFGE is more useful (Singh et al., 2006).  

1.3.6.2MultilocusSequenceTyping(MLST)andSingleNucleotidePolymorphism(SNP)

profiling

 

MLST  is  regarded  as  the  gold  standard method  for  genotyping  S.  epidermidis  (Enright  et  al., 

2000), however, some reports suggest that contaminants may also sometimes display the same 

profiles (Tang et al., 1997). For long term epidemiological studies, MLST is the method of choice 

(Enright et al., 2000). Singh et al. (2006) described MLST as a more advanced tool for genotypic 

studies and  it compares multiple genes simultaneously.  It must be remembered that MLST  is a 

method used to determine the diversity of genes and comparison of changes in genes. Methods 

based  on  MLST  such  as  a  SNP‐based  approach  are  being  currently  developed.  SNPs  use 

combinations of Single Nucleotide Polymorphisms  (SNPs) derived  from  the MLST databases  to 

differentiate  different  isolates.  The MLST  database  uses  variants  of  housekeeping  genes  and 

normally  contains  seven  fragments  of  such  variants.  A  particular  isolate  contains  different 

combinations of these fragments, known as Sequence Types (STs). These SNPs are  identified  in 

the entire MLST database using a computer program called “Minimum SNPs”. SNP profiles are 

derived  from  specific  STs  using  highly  discriminatory  SNPs  based  on  the  Simpson’s  index  of 

diversity  (D).  This  technique  has  been  demonstrated  for  genotyping  of  various  microbes 

(Robertson et al., 2004; Price et al., 2007; Merchant‐Patel et al., 2010; Rathnayake et al., 2011). 

The use of MLST has  revealed characteristics and  information such as the structural variations 

among various species, evolutionary development and epidemiology of S.epidermidis (Thomas et 

Page 50: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

50   

 

al.,  2007).    At  least  nine  unrelated  lineages  of  S.epidermidis  types  involved  in  nosocomial 

infections worldwide have been  reported by Miragaia  et al.  (2007) using  the MLST database. 

Figure 1.5 describes how MLST is used to compare different genes and alleles. 

 

 

Figure  1.5:    Procedure  used  for MLST  to  compare  different  genes  and  alleles  (Adapted  from 

Singh et al., 2006). 

1.3.6.3HighResolutionMeltAnalysis(HRMA)

 

HRM  analysis  is  a  technique  for  the  fine‐detailed  analysis  of  DNA,  especially 

variations/mutations  in  different  strains  of  a  species.  This methodology  requires  PCR  to  be 

performed on the same sample in advance and  is a quick and time saving method (Ghorashi et 

al.,  2011).  Furthermore,  as  there  is  not  much  handling  of  the  sample,  the  chances  of 

contaminating  it  are  also  far  less  compared  to  conventional  PCR.  In  order  to  increase  its 

differentiating  power,  PCR  which  is  performed  prior  to  HRMA  can  be modified  to  produce 

sufficient quantities of DNA product which can be subsequently analysed by HRM  (Ghorashi et 

al., 2011). 

Page 51: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

51   

 

This technique is not only useful for bacterial studies but is also used in other genetic studies as 

well.  Ghorashi  et  al.  (2011)  have  proved  the  significance  of  HRMA  following  a  RT‐PCR  by 

detecting viral strains  involved  in “Infectious Bursal Disease Virus  (IBDV)”. The results are very 

promising as  it was possible  to  successfully differentiate known  strains  (these  strains are also 

used  in  vaccine  preparation)  and  strains with  variations.  They were  also  able  to  detect  and 

differentiate  strains by  sampling bursal  tissue directly which  show  that  this  technique  is  very 

sensitive and discriminative. RT‐PCR HRM curve analysis can produce results in only eight hours 

after receiving the specimen, which means  it  is very quick and even cost effective compared to 

other methods used for  IBDV detection. That means  if there  is an outbreak, this technique can 

be used to detect  it at early stages and control measures can be  implemented  immediately  in 

order to minimize the spread of the virus.  

Our  laboratory  has  a  particular  interest  in  the  application  of  HRM  to  interrogate  complex 

variations targeting various bacterial  loci. Stephens et al. (2008) has successfully applied HRMA 

to  the  spa  repeat  region  of  S.  aureus.  Similarly,  Clustered  Regularly  Interspaced  Short 

Palindromic Repeats  (CRISPRs)  locus analysis  for Campylobacter  jejuni  (Price et al., 2007),  flaA 

fragment for Campylobacter jejuni and Campylobacter coli (Merchant‐Patel et al., 2010) and SNP 

genotyping of Enterococcus  faecalis  and Enterococcus  faecium  (Rathnayake  et al., 2011) have 

been  investigated  in  our  laboratory.  This  project  forms  part  of  the  overall  objective  of  our 

research  group  which  is  to  develop  novel,  rapid  and  robust  genotyping  systems  that  are 

informative and applicable to the rapid diagnosis of clinical disease. 

1.3.7Prevention,problemsandfuturedirections

 

The use of prophylactic therapy, vaccination and eradication of S. epidermidis is not appropriate 

(Otto, 2009). One reason is that there is no  proven vaccine  available and it is not possible to use 

such a vaccine in the traditional way (Otto, 2008). Secondly, if we eradicate S.epidermidis, there 

is a high chance that another harmful organism might colonize the skin and mucous membranes 

and pose  therapeutic challenges,  so prevention by  sterilization of equipment and devices and 

disinfection  of  body  parts  of  patients  and  health‐care  personnel,  is  the  best  way  to  avoid 

infections (Rogers et al., 2009).   

The removal of central venous catheters is a controversial topic. Attempts to overcome infection 

with antibiotic cover without  removing  the catheter can be attempted but successive positive 

cultures on three occasions  is an  indication for the removal of the device (Mohan et al., 2006). 

Page 52: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

52   

 

The combination of antibiotics gives better results  (Savey et al., 1992) but again the chance of 

acquiring    resistance  is  always  present.  Antibiotic  lock  technique  has  been  used  with  great 

success,  it  involves  the use of high  concentrations of an antibiotic  (+/‐ heparin)  installation  in 

CVC at intervals, to prevent colonization of the device and subsequent infection (Haimi‐Cohen et 

al., 2001). Even this carries a risk of resistance acquisition and a more severe infection can be the 

result.  Other  techniques  such  as  antibiotic‐impregnated  devices,  vancomycin  prophylaxis, 

Intravenous  Immunoglobulins  (IVIG),  pathogen‐specific  antibodies  etc.  have  varying  success 

(Mohan et al., 2006). 

Interestingly,  Mobile  Genetic  Elements  (MGEs)  which  encode    methicillin  resistance  are 

frequently transferred from S.epidermidis to S.aureus, but this transfer seems to be unilateral as 

no  transfer of antibiotic  resistance genes has been observed  from S. aureus  to S. epidermidis 

thus far (Hanssen et al., 2004). A detailed study of genes that are transferred from S. epidermidis 

to  S.aureus,  and  possibly  to  other  bacteria  is  required  (Li  et  al.,  2009).  There  is  also  a  great 

necessity to  investigate and determine details about the  life cycles of S. epidermidis, both as a 

commensal and pathogenic organism, and the relationship between these two life cycles (Otto, 

2009).   

Although  the  preferred method  for  culturing  staphylococci  is  by  culturing  on  blood‐enriched 

media,  it  is a  time  consuming procedure. Early diagnosis  and  treatment  can definitely  reduce 

morbidity  and  mortality  related  to  sepsis.  For  this  reason,  molecular  methods  of  diagnosis 

should be developed and applied (Loonen et al., 2009).   

As it is very extremely difficult to eradicate CoNS, it is necessary to follow good clinical practices 

where  the  chance  of  introducing  bacteria  is  minimized.  Following  such  procedures  is  very 

important  and  if  contamination  occurs,  then  the  growth  of  bacteria  and  establishment  of 

infection should be controlled (Kathie et al., 2009). For example it is very important to properly 

sterilize equipment and use sterile techniques while inserting any prosthetic material or device.  

Attempts  have  been made  and  research  continues  to  prepare material  that  resists  bacterial 

adherence and growth.  Kathie et al. (2009) listed a few measures for infection control related to 

the use of  indwelling materials. Such measures  include  the use of prophylactic antimicrobials, 

especially if surgery is performed, use of antiseptics, shaving of the surgical area, proper surgical 

procedures and wound care after surgery (Kathie et al., 2009).   

According to Harbarth et al. (2003), up to 32 % of hospital‐acquired infections can be avoided by 

practicing measures and procedures to avoid infections. Coating devices with different materials 

Page 53: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

53   

 

is another strategy  to avoid  infection and colonization of such devices. These coatings  include 

antibiotics  such  as  ciprofloxacin,  ampicillin,  clindamicin,  antiseptics  such  as  benzalkonium 

chloride,  gentian  violet,  iodine  and  silver  coating  to produce  low‐voltage  current  impulses  to 

break or block bacterial attachment (Liu, 1993). 

It  is  obvious  from  the  above  discussion  that  there  is  a  great  need  to  investigate  the 

characteristics of CoNS. By acquiring this information, we will be able to develop techniques and 

procedures  to  enable  the  rapid  and  accurate  diagnosis  of  CoNS  disease,  which  implies 

appropriate patient therapy and outcome.  

 

 

Page 54: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

54   

 

1.4SIGNIFICANCE

 

S. epidermidis is considered normal flora of the skin and mucous membranes and is regarded as 

non‐pathogenic  organism,  however,  evidence  is  mounting,  documenting  its  opportunistic 

pathogenic role.  The emergence of multi‐resistant S. epidermidis and its associated virulence is 

prompting  further  research  in  this  area.  There  are  different  opinions  and  results  about  the 

source  of  CoNS  in  causing  infections.  For  example  according  to   Otto    (2009)  S.  epidermidis 

colonize  human  skin,  and  therefore    are  probably  contaminated  during  insertion  of medical 

devices.  Currently,  the  increased  use  of  various  devices  is  resulting  in  escalated  infection 

numbers. However, Archer  and  Tenenbaum  (1980)  reported  little  relation between  skin  flora 

containing CoNS with post‐operative  infections  in  cardiac  surgeries,  as only  4 % of  infections 

were caused by  CoNS which were present on the skin before surgery. Studies have also shown 

that transmission of CoNS  from medical staff  involved  in care and treatment  is a possible with 

one study finding 18% of isolates from nasal samples from medical personnel and students were 

positive for CoNS (Shittu et al., 2006).  

Thus  it  is very  important to determine the exact source of CoNS which are  involved  in causing 

infections.  If  these  sources  can  be  identified  accurately,  prevention  strategies  to  avoid  the 

introduction  of  these  organisms  can  be  implemented.  It  is  clear  from  this  review  that  the 

prevention of entry of these bacteria  is most important as an effective way to avoid  infections. 

Antibiotic therapy should not be used as the first option as more and more antibiotic resistance 

is developing in these bacteria. Excessive and prophylactic use of antibiotics  is the main reason 

for  the development of  this multi‐resistance. Therefore, excessive use of antibiotics should be 

discouraged and other strategies should be applied  to avoid contamination of medical devices 

and wounds by these bacteria.   For  the development of such strategies, the main source(s) of 

CoNS  should  be  identified.  In  this  research  project,  a  novel  SNP  genotyping method will  be 

applied to determine the clonal distribution of isolates from clinical, skin and nasal S. epidermidis 

strains along with an investigation of antibiotic resistance and virulence factors present in these 

strains. 

We need to know the sources and the mechanisms of CoNS transmission in order to isolate and 

identify them to species level. We must also consider the usefulness and economical benefits of 

treatment  and  measures  adapted  to  prevent  infections  from  a  particular  species  before 

targeting  it per  se  (Zadoks and Watts, 2009).  Strains of S. epidermidis  involved  in nosocomial 

Page 55: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

55   

 

infections  have  obvious  genetic  variability  (Nunes  et  al.,  2005) which makes  it  important  to 

develop techniques for rapid and accurate diagnosis of species or subspecies involved.  

Patient skin, contaminated devices, medical staff and air are potential sources of S. epidermidis 

leading to infections later on.  There are different views about reservoirs of infectious organisms, 

for example, patient`s  skin especially at  the  insertion site of  indwelling devices, contaminated 

and  colonized  devices,  air  and medical  personnel.  All  of  these  sites may  serve  as  potential 

reservoirs of this organism (McCann et al., 2008).  

Rupp  (2003)  identified  peripheral  skin  as  a  source  of microbes  involved  in  CVCs  infections. 

Health care workers often carry multidrug‐resistant organisms on  their hands  (skin) and are a 

source for hospital acquired  infections. Paul et al. (2011) have found that health care worker`s 

hands  become more  contaminated  after  working  with  patients.  This  is  indicated  by  90.9  % 

contamination  after  working  with  patients  compared  to  59.1  %  before  seeing  patients. 

Staphylococci are the main organisms involved in such contaminations. They also proposed that 

to avoid these hospital‐acquired infections, there is a need to strictly follow hygiene and sterile 

procedures. Moreover,  treating  such  infections using  routine  therapy  is not effective because 

these organisms that are  introduced from hospital settings are much more resistant to routine 

antimicrobials (Paul et al., 2011). 

These organisms are particularly important as they are present in the environment, for example 

on various surfaces  in clinics, and skin of humans. This means that  infections can occur due to 

the  introduction of CoNS  from  the environment or  from  the patient`s own  skin  flora or  from 

visitors  or  from  medical  workers.  Their  clinical  importance  is  further  enhanced  by  the 

development  of  antibiotic  resistance.  This  project  investigated  the  CoNS  genotypes  found  in 

three  different  sources  (i)  hospital  patient  isolates  (clinical),  (ii)  skin  and  (iii)  nasal  mucosa 

isolates  from healthy  individuals. HRM‐SNP  analysis was  applied, which  is  a novel genotyping 

method,  not  described  elsewhere.  In  addition,  the  presence  of  antibiotic  resistance  and 

virulence genes in these strains was also determined. This type of study is particularly important 

as it highlights the significance and increased role of CoNS as pathogenic bacteria. 

Page 56: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

56   

 

1.5CONCLUSION

 

As part of the normal flora of skin and mucous membranes, S. epidermidis were, until recently,  

regarded as non‐pathogenic organism but research based evidences have proved its pathogenic 

nature. This emergence of recognition of S. epidermidis as a clinically important organism and its 

multiple  drug  resistance  has  made  it  essential  to  study  different  aspects  of  its  life  cycle, 

virulence, transmission mode and  factors which contribute to the  increasing medical problems 

related to this organism. 

An  important  health  related  issue  is  the  involvement  of  S.  epidermidis  in  causing  infections 

related  to  indwelling  devices  and  there  are  differing  opinions  regarding  the  source  of  the 

organisms  involved  in  these  infections.  It  is very  important  to clarify whether  these organisms 

are  introduced  into  the body  from  the  skin of patients or  from  the environment and possibly 

medical personnel. 

This  research  project  is  designed  to  investigate  the  possible  source  of  S.  epidermidis  strains 

responsible  for these  infections and to characterize the different strains  involved. We will also 

determine  the  antibiotic  resistance  profiles  of  these  strains,  as well  as  the  presence  of  any 

associated  virulence  and  biofilm  capability.  As  these  organisms  are  capable  of  acquiring 

resistance against antibiotics,  our concern is to find the main source of their entry to the body 

and suggest some measures to avoid such entry instead of relying on antimicrobial therapy only. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 57: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

57   

 

 

CHAPTER2

MATERIALSANDMETHODS

Page 58: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

58   

 

2.1ISOLATES

 

Three different types of sources were selected: 

1. CoNS  isolates originating  from patient  cultures were obtained  from  the Prince Charles 

(PC)  Hospital,  Brisbane.  These  strains  were  cultured  and  isolated  from  patients  who 

suffered from septicaemia.  

 

2. Swabs were taken from the skin of healthy individuals and pure cultures of CoNS strains 

were isolated from these samples. 

 

3. Nasal mucosa swabs were obtained  from healthy  individuals and pure cultures of CoNS 

strains were isolated from these samples. 

2.2BACTERIALCULTURES

 

2.2.1ClinicalIsolates

 

Patient cultures were acquired from the Prince Charles Hospital. These isolates were previously 

identified  as  CoNS  strains,  stored  on  Nutrient  Agar  (NA)  slopes  (Biomérieux,  Australia)  at  a 

temperature  of  4  °C.    These  strains  were  subcultured  onto  NA  plates  using  the  16‐streak 

method. Plates were incubated at 37 °C for 24 hours. After overnight incubation, 12‐15 colonies 

were  selected  from  each  plate  and  were  suspended  in  180  µl  of  Lysostaphin  solution  (200 

µg/ml). The Lysostaphin enzyme was obtained  from Sigma‐Aldrich®, USA. This suspension was 

incubated at 37  °C  for 30 minutes. After 30 minutes of  incubation  this mixture was  ready  for 

DNA extraction. 

 

 

 

Page 59: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

59   

 

2.2.2SkinandNasalmucosaswabsamples

 

Swab  samples were  collected  from  skin  and nasal mucosa of healthy  individuals  (second  and 

third  year  students  at QUT).  Ethical  approval  for  collecting  these  samples  from  humans was 

obtained  from  the QUT Human Research Ethics Committee.    In addition, written consent was 

obtained from each student participating in the study.   

Both  skin  and  nasal  samples  were  inoculated  on  a  selective  medium  for  staphylococci  i.e. 

Mannitol  Salt  Agar  (MSA).  Plates  were  incubated  at  37  °C  for  24  hours.  After  overnight 

incubation,  isolated colonies   that appeared pink/red (Coagulase‐negative staphylococci usually 

produce  small  red/pink  colonies without affecting  the medium) were  selected and  inoculated 

onto NA plates  and  incubated  at  37  °C  for  24 hours,  in order  to obtain pure  growth.  Yellow 

colonies on the MSA plates (Coagulase‐ positive staphylococci produce yellow colonies with the 

formation of a yellow zone around the colonies) were not selected for this study.  Interestingly, a 

few of  the  isolates which  formed pink colonies on  the MSA agar  tested positive  for coagulase 

production. The Staphylase test (Sigma‐Aldrich®, USA) was performed on each of the isolates to 

confirm  the  coagulase  test.  Strains  that  tested  staphylase‐negative  were  used  for  further 

investigation.  Once  again,  12‐15  colonies  from  each  plate  were  suspended  in  Lysostaphin 

solution (200 µg/ml) and incubated at 37 °C for 30 minutes. After 30 minutes of incubation this 

mixture was ready for DNA extraction.  

 

2.3DNAEXTRACTION

 

DNA  extraction  for  nasal  samples was  done  using  an  automated  system  for DNA  extractions 

based  on  the  Corbett‐X  tractor  Gene  automated  DNA  extraction  system  (Corbett  Robotics, 

Australia) as described by Stephens et al.(2007). DNA extraction  from skin and patient  isolates 

was done using the DNeasy® Blood & Tissue Kit (QIAGEN®, Australia). Figure 2.1 shows the basic 

principle  involved in DNA extraction. This figure depicts that lysis of cells  is followed by binding 

products to a special tube provided by the manufacturer and after multiple washing steps; the 

DNA is collected in a separate tube.  

 

Page 60: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

60   

 

 

 

 

Figure 2.1: Basic principle involved in DNA extraction (Adapted from http://www.qiagen.com). 

 

 

Page 61: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

61   

 

2.4GENTOTYPINGOFCoNSUSINGSINGLENUCLEOTIDE

POLYMORPHISMS(SNPs)(AIMS1and2)

 

2.4.1SNPidentification

 

The  software  package  “Minimum  SNPs” was  used  to  derive  a  set  of  eight  SNPs  from  the  S. 

epidermidis MLST database (http://www.mlst.net).  The “Minimum SNPs” software helps  in the 

identification of highly resolving SNPs from large datasets such as the MLST database (Robertson 

et  al.,  2004).  “Minimum  SNPs”  identifies  the most  informative  SNP  and  selects  it  as  SNP1, 

following  which  the  next  SNP  (SNP2)  is  identified  such  that  it  provides  high  resolution  in 

combination with  SNP1.  This  process  is  continued  until  the  desired  level  of  discrimination  is 

achieved. The highly  informative SNPs are  identified based on the Simpson’s  index of diversity 

(Hunter and Gaston 1988), or D‐value. 

These SNPs were interrogated in the seven housekeeping genes of S. epidermidis which divided 

strains into closely related Sequence Types (ST) and clonal complexes.  The MLST housekeeping 

genes used as input sequences for the Minimum SNPs program were: arcC, aroE, gtr, mutS, yqiL, 

tpiA and pyrR. 

Table 2.1: List of SNPs derived from the Minimum SNPs software program indicating the 

cumulative Simpson’s Index of Diversity (D) value for each SNP 

SNP  Cumulative D‐value 

arcC87  0.4831 

gtr395  0.7436 

pyr81  0.7996 

arcC397  0.8446 

mutS223  0.8931 

gtr98  0.9319 

Page 62: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

62   

 

Table 2.1: List of SNPs derived from the Minimum SNPs software program indicating the 

cumulative Simpson’s Index of Diversity (D) value for each SNP 

aroE265  0.9418 

pyr129  0.9502 

2.4.2Primers

Primers were designed using  the Primer express software program  (Applied Biosystems, USA). 

Table  2.2  lists  the  primer  sequences  designed  to  genotype  the  CoNS  isolates.    Primers were 

obtained from Sigma‐Aldrich®, Australia. 

Table 2.2: Primer sequences for each SNP   

SNP  Primers  Sequence (From 5’ to 3’)  Tm 

arcC87  forward 

 reverse 

ATCAATTTGTAGAAGATGCTGGTCGAG

TACTWTYCAGTTCGATAATAGATATTGGTTG 

62 °C

 

gtr395   forward 

 reverse 

CARTGAYATAYACTGTRCCTTCAGTAGGT

TCAGGTTCAGGTAAAACGACTTTACTT 

58 °C

 

pyr81   forward 

 reverse 

GAATATAACAAGGRAACYAAAGATTTABTTCTATTAG 

TTGTTCWATTRAATTTATTTTATCTTGTATAYGATG 

58 °C 

 

arcC397   forward 

 reverse 

AMAACAAATATAKATACGCTTAAAACATATATT 

GGCAGATTCRATTTTAGGTAGCA 

55 °C 

 

mutS223   forward 

 reverse 

YTTWGGATCTTCCATTTGTTCACAT 

GTGTGGYGTACCATATCATTCTG 

58 °C 

 

gtr98   forward 

 reverse 

TARCATCACTTTAGGATTCATRGCTAATG 

AARATCAACGGCCRCATGCT 

60.5 °C 

 

Page 63: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

63   

 

 

Table 2.2: Primer sequences for each SNP 

aroE265   forward 

 reverse 

GTTTTAATAATTGGTCGTTAAATAWTAACAAA

CATACCAGCAGGYGTAGTRTTTATTATAA 

60.5 °C

 

pyr129   forward 

 reverse 

AGRGGTGCYTTTTTAGCACATCRTATACA

YTTATCAACRTCRTCTCGAAAATG 

58 °C

 

 

2.4.3Real‐TimePCR

 

The Rotor‐Gene  6000  instrument  (Corbett  Life  Science, now QIAGEN, Australia) was used  for 

Real‐Time PCR experiments and the following conditions were used, as described by Stephens et 

al. (2007).  Table 2.3 is showing details of reagents used for RT‐PCR reaction. 

Table 2.3: Each RT‐PCR Reaction contained (SNP Analysis) 

No.  Reagent  Volume 

1  Forward Primer (20 µM) 0.25 µl 

2  Reverse Primer (20 µM)                                                0.25 µl 

3  SybrGreen® Master Mix (Invitrogen, Australia)          10 µl 

4  Water (DNAse/RNAse free) (Roche, Australia)           7.5 µl 

5  DNA      2 µl 

Total Volume    20 µl 

 

 

Page 64: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

64   

 

Real‐Time PCR cycling conditions (Stephens et al., 2007): 

Each SNP was then amplified using a three step temperature cycling procedure as follows: 50 °C 

for 2 minutes, 95  °C  for 2 minutes,  followed by  40  cycles of 95  °C  for 15  seconds,  a  specific 

annealing temperature for each primer (Table 2.2) for 20 seconds, 72 °C for 35 seconds.   After 

the 40 PCR cycles, the DNA amplicons were subjected to a melt  step ramping from 72 °C to 99 

°C rising by 1 °C and waiting for 90 seconds for pre‐melt conditioning on first step only, followed 

by a  5 second wait  for each step thereafter. Following the melt step, a  HRM step was done by 

ramping from 70 °C to 90 °C, rising  by 0.05 °C at each step,  waiting for 90 seconds for pre‐melt 

conditioning on first step only, followed by a  2 second wait for each step thereafter. 

 

2.4.4AssignmentofSNPprofilesusingHigh‐ResolutionMeltcurveanalysis

 

Melt  curves  are predominantly used  to determine  the melting  temperature  (Tm) of  amplified 

double‐stranded DNA by  recognizing that the precise shape of a melting curve  is a  function of 

the DNA sequence. This characteristic  forms  the basis of HRM analysis.   The Rotor‐Gene 6000 

proprietary software  (version 1.7.34) enables  the user  to visualize HRM data  in multiple ways. 

The negative derivative of fluorescence (F) over temperature (T) (df/dt) curve primarily displays 

the  Tm,  the    normalized  raw  curve  depicts  the  decreasing  fluorescence  versus  increasing 

temperature, and difference curves, which display a user‐defined curve as the baseline (i.e. the 

x‐axis), and depicts other normalized curves in relation to that baseline (Stephens et al., 2008). 

Rotor‐Gene  ScreenClust  HRM  Software  is  a  computer  based  program  from  QIAGEN®  for 

analysing data from Rotor‐Gene 6000 cycler (and Rotor‐Gene Q). This software program is used 

to assign genotypes to different HRM melt curves. It analyses similarities and differences in HRM 

data  from  various  specimens obtained by Rotor‐Gene  cyclers  (6000 or Q  series).  It  interprets 

data  using  innovative  mathematical  algorithms  and  divides  samples  into  separate  clusters 

according  to  fluorescence curves.  It creates a median curve by comparing  fluorescence values 

from all specimens and forms a residual plot. Individual samples are then analysed according to 

this  residual  plot.  This  software  involves  “Principle  Component  Analysis”  which  determines 

similarities and differences in the data and forms clusters. There are two modes of this analysis; 

supervised and unsupervised. Supervised mode analyses samples against known controls while 

unsupervised  mode  is  used  for  analysing  unknown  genotypes/specimens.  The  unsupervised 

mode of the software was used. It can be used for SNP typing, mutation scanning and detection. 

Page 65: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

65   

 

The final data or analysis can be stored in various file formats (e.g. JPG, PDF, XLS etc.) simplifying 

downstream data analysis (http://www.qiagen.com). 

2.4.5ConfirmationofHRM‐SNPprofilesusingDNAsequencing

 

After  analysing  the  SNP‐HRM  profiles  using  the  Rotor‐Gene  ScreenClust HRM  Software, DNA 

sequencing  was  performed  on  selected  strains  from  each  SNP  cluster.  The  purpose  of  this 

sequencing was to confirm whether or not the different clusters for each SNP corresponded to a 

specific nucleotide at  the SNP position  in  the gene. As Qiagen®  recommends  that data might 

need  manual  analysis  and  interpretation  (http://www.qiagen.com),  we  also  analysed  data 

manually.  This manual  analysis  was  done  by  looking  at  difference  graphs  by  comparing  all 

samples in each batch to a selected (representative) sample for each cluster.   

2.4.6SNPvalidationbyDNAsequencing

2.4.6.1Primers

 

The  following  primers  were  used  for  sequencing  all  five  genes  by  selecting  representative 

isolates  from  each  cluster  of  each  SNP  (http://www.mlst.net).  Primers  were  obtained  from 

Sigma‐Aldrich®, Australia. Table 2.4 lists the primer sequences. 

Table 2.4: Primers used for DNA sequencing 

Target 

gene 

Primer  Sequence  Product (bp) 

arc  forward 

reverse 

TGTGATGAGCACGCTACCGTTAG 

TCCAAGTAAACCCATCGGTCTG 

465 

aroE  forward 

reverse 

CATTGGATTACCTCTTTGTTCAGC 

CAAGCGAAATCTGTTGGGG 

420 

Page 66: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

66   

 

 

Table 2.4: Primers used for DNA sequencing 

gtr  forward 

reverse 

CAGCCAATTCTTTTATGACTTTT

GTGATTAAAGGTATTGATTTGAAT 

438 

mutS  forward 

reverse 

GATATAAGAATAAGGGTTGTGAA

GTAATCGTCTCAGTTATCATGTT 

412 

pyr  forward 

reverse 

GTTACTAATACTTTTGCTGTGTTT

GTAGAATGTAAAGAGACTAAAATGAA 

 

428 

 

Table 2.5 is showing details of reagents used for RT‐PCR reaction of DNA Sequencing. 

Table 2.5: Each PCR reaction contained (DNA Sequencing) 

No.  Reagent  Volume 

1  5 x MyTaq Red Buffer (Bioline®, Australia)    5 µl 

2  10 µM Forward Primer                                                    1 µl 

3  10 µM Reverse Primer                            1 µl 

4  MyTaq HS Polymerase (Bioline®, Australia)                0.25‐1 µl 

5  Template DNA  1‐2 µl 

6  Water (DNAse/RNAse free) (Roche, Australia)      up to 25 µl 

Total Volume    25 µl 

Notes:  

a. No addition of dNTPs is required as the 5 x MyTaq Red Buffer contains dNTPs. 

b. No  loading  dye  is  required  for  gel  electrophoresis  as  this  is  also  included  in  the  5  x 

MyTaq Red Buffer. 

Page 67: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

67   

 

PCR cycling conditions  

Each sample was then amplified using a PCR cycling procedure as follows: 95 °C for 3 minutes, 

followed by 34 cycles of 95 ° C for 30 seconds, 50 ° C for 60 seconds, 72 °C for 60 seconds and 72 

°C  for  10  minutes.  These  PCR  reactions  were  applied  using  a  Mastercycler  PCR  engine 

(Eppendorf®, Australia). This PCR product was  tested by gel electrophoresis and  the DNA was 

purified by following steps (Section 2.4.6.2) using the ISOLATE kit from Bioline®, Australia. 

 

2.4.6.2 PCRproductpurificationusingtheISOLATEkit(Bioline®,Australia)

 

1) A spin column was placed in collection tube (1.5 ml) 

2) 250 µl of Binding buffer A was added 

3) 25 µl of PCR reaction was added 

4) This was spun at 10,000 rpm for 2 minutes 

5) The collection tube was discarded 

6) The spin column was placed into a new 1.5 ml tube 

7) 10 to 20 µl elution buffer was added to the spin column membrane 

8) This was incubated at room temperature for 1 minute 

9) After incubation, the tube was spun at 6000 rpm for 1 minute 

10) The purified PCR product was eluted from the column 

This purified/isolated PCR product was used as the DNA template for sequencing reactions.   

2.4.6.3SequencingPCR

The  following  PCR  conditions  (Table  2.6)  were  applied  using  a  Mastercycler  PCR  engine 

(Eppendorf®,Australia).  

 

 

Page 68: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

68   

 

Table 2.6: Each PCR reaction contained (DNA Sequencing 2)

No.  Reagent  Volume 

1  Template DNA  1‐2 µl 

2   3.2µM Forward Primer                1 µl 

3  Sequence buffer  3.5 µl 

4  Big dye (Applied Biosystems®, Australia)            1 µl 

5  Water (DNAse/RNAse free) (Roche, Australia)  up to 20 µl 

Total Volume    20 µl 

 

Cycling conditions (http://www.mlst.net) 

Each sample was then amplified using a PCR cycling procedure as follows: 94 °C for 5 minutes, 

followed by 30 cycles of 96 ° C for 10 seconds, 50 ° C for 5 seconds, 60 °C for 4 minutes and 4 °C 

for 10 minutes. These PCR reactions were applied using a Mastercycler PCR engine (Eppendorf®, 

Australia). 

Sequencing  products  obtained  after  this  reaction  was  subjected  to  the  following  steps  of 

Ethanol/EDTA precipitation. This protocol  is obtained  from Griffith University DNA Sequencing 

Facility (GUDSF). Table 2.7 mentions details of steps involved in Ethanol/EDTA precipitation. 

Table 2.7: Steps of Ethanol/EDTA precipitation 

Step  Action 

1  5 µl of 125 mM EDTA (Sigma Aldrich®, Australia) (pH 8.0) is placed into a 1.5 ml 

microcentrifuge tube 

2  The sequencing reactions were pipetted into the tube and vortexed briefly 

3  60 µl of 100 % ethanol was added to the mixture and vortexed briefly 

4  This was incubated at room temperature for 15 minutes followed by a 20 minute spin at 

maximum speed 

Page 69: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

69   

 

Table 2.7: Steps of Ethanol/EDTA precipitation

5  The supernatant was aspirated carefully and the pellet was rinsed by the addition of  70 % 

ethanol and vortexing briefly 

6  This was spun for 5 minutes at maximum speed 

 

7  The supernatant was aspirated carefully and the pellet was air dried on the bench 

 

 

These tubes contain the precipitated dried PCR products and were placed onto the 3500 Series 

Genetic Analyser (Applied Biosystems ®, Australia). 

 

2.5 DETECTIONOFicaGENESINVOLVEDINBIOFILMFORMATION

(AIM3)

 

2.5.1Primers

 

For the detection of the ica operon, the following primers were used (Diemond‐Hernández et al., 

2010;  Ziebuhr  et  al.,  1999).  Primers were  obtained  from  Sigma‐Aldrich®,  Australia.  Table  2.8 

provides details of primers used for ica genes analysis. 

 

Table 2.8: Primer sequences for ica genes

Primers  Sequence (From 5’ to 3’)  Product (bp) 

icaA forward 

icaA reverse 

GAC CTC GAA GTC AAT AGA GGT 

CCC AGT ATA ACG TTG GAT ACC 

814 

Page 70: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

70   

 

Table 2.8: Primer sequences for ica genes

icaB forward 

icaB reverse 

ATG GCT TAA AGC ACA CGA CGC

TAT CGG CAT CTG GTG TGA CAG 

526 

icaC forward 

icaC reverse 

ATA AAC TTG AAT TAG TGT ATT

ATA TAT AAA ACT CTC TTA ACA 

989 

icaD forward 

icaD reverse 

AGG CAA TAT CCA ACG GTA A

GTC ACG ACC TTT CTT ATA TT 

371 

2.5.2ConventionalPCR

 

The  following  PCR  conditions  were  applied  using  a Mastercycler  PCR  engine  (  Eppendorf®, 

Australia). Table 2.9 provides information of reagents used for RT‐PCR reaction. 

Table 2.9: Each PCR reaction contained (ica genes) 

No.  Reagent  Volume 

1  5 x MyTaq Red Buffer (Bioline®, Australia)   5 µl 

2  10 µM Forward Primer                                                    1 µl 

3  10 µM Reverse Primer                            1 µl 

4  MyTaq HS Polymerase (Bioline®, Australia)                 0.25‐1 µl 

5  Template DNA  1‐2 µl 

6  Water (DNAse/RNAse free) (Roche, Australia)      up to 25 µl 

Total Volume    25 µl 

 

Page 71: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

71   

 

Notes:  

a. No addition of dNTPs is required as the 5 x MyTaq Red Buffer contains dNTPs. 

b. No  loading  dye  is  required  for  gel  electrophoresis  as  this  is  also  included  in  the  5  x 

MyTaq Red Buffer. 

PCR cycling conditions  

Each sample was then amplified using a PCR cycling procedure as follows: 95 °C for 3 minutes, 

followed by 30 cycles of 94  ° C  for 30 seconds, 57  °C  (icaA) /65  °C  (icaB) / 43  °C  (icaC) /65  °C 

(icaD)  for  30  seconds  and  72  °C  for  10 minutes.  These  PCR  reactions were  applied  using  a 

Mastercycler PCR engine (Eppendorf®, Australia). 

2.5.3Gelelectrophoresis

 

 A 2 % agarose gel was used for electrophoresis, with a Tris‐Borate‐EDTA (TBE) running buffer. A 

100 bp DNA molecular weight marker (Bioline®, Australia) was used for analysis.   

2.6DETECTIONOFANTIBIOTICRESISTANCEGENES(AIM3)

2.6.1Primers

The  following primers were used to detect the presence of antibiotic‐resistant genes  in all the 

CoNS  isolates (Rathnayake et al., 2011). Primers were obtained  from Sigma‐Aldrich®, Australia. 

Table 2.10 lists the primer sequences and the positive controls used for each gene. 

Table 2.10: Primers and controls for antibiotic resistance genes 

Target 

gene 

Sequence (5’ to 3’)  Tm

(°C) 

Antibiotic Control  Product 

(bp) 

van A  forward: 

TGTGCGGTATTTGGGAAACAG 

reverse: 

GATTCCGTACTGCAGCCTGATT 

64.5 

°C 

Vancomycin  ATCC51559 

Enterococcus 

faecium 

72 

Page 72: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

72   

 

2.6.2Real‐TimePCR

 

The  Rotor‐Gene  6000  instrument  (Corbett  Life  Science,  now QIAGEN,  Australia) was  used  to 

detect  the  antibiotic  resistance  genes  using  the  following  RT‐PCR  conditions  as  described  by 

Stephens et al., (2007).  Table 2.11 mentions reagents used for RT‐PCR analysis of antibiotics. 

Table 2.11: Each Real‐Time PCR reaction contained (Antibiotics) 

 

No.  Reagent  Volume 

1  Forward Primer (20 µM)  0.25 µl 

2  Reverse Primer (20 µM)                                                0.25 µl 

Table 2.10: Primers and controls for antibiotic resistance genes

van B  forward: 

TCTGCTTGTCATGAAAGAAAGAGAA 

reverse: GCATTTGCCATGCAAAACC 

64 

°C 

Vancomycin ATCC700802 

Enterococcus 

faecalis 

121

gyr A  forward: 

CGGATGAACGAATTGGGTGTGA 

reverse: AATTTTACTCATACGTGCTT 

62 

°C 

Ciprofloxacin ATCC51559 

Enterococcus 

faecium 

240

acc(6’)‐

aph(2’) 

forward: 

TCCTTACTTAATGACCGATGTACTCT 

reverse: TCTTCGCTTTCGCCACTTTGA 

61 

°C 

Gentamicin  ATCC700802 

Enterococcus 

faecium 

147 

mecA  forward: 

GATCGCAACGTTCAATTTAATTTTG 

reverse: 

GCTTTGGTCTTTCTGCATTCCT 

64°C 

 

Methicillin  ATCC25929 

S. aureus  

99 

Page 73: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

73   

 

Table 2.11: Each Real‐Time PCR reaction contained (Antibiotics)

3  SybrGreen® Master Mix (Invitrogen, Australia)          10 µl 

4  Water (DNAse/RNAse free) (Roche, Australia)           7.5 µl 

5  DNA      2 µl 

Total Volume    20 µl 

 

Real‐Time PCR cycling conditions (Stephens et al., 2007) 

Each SNP was then amplified using a three step temperature cycling procedure as follows: 50 °C 

for 2 minutes, 95  °C  for 2 minutes,  followed by  40  cycles of 95  °C  for 15  seconds,  a  specific 

annealing temperature for each primer (Table 2.2) for 20 seconds, 72 °C for 35 seconds.   After 

the 40 PCR cycles, the DNA amplicons were subjected to a melt  step ramping from 72 °C to 99 

°C rising by 1 °C and waiting for 90 seconds for pre‐melt conditioning on first step only, followed 

by a  5 second wait  for each step thereafter. Following the melt step, a  HRM step was done by 

ramping from 70 °C to 90 °C, rising  by 0.05 °C at each step,  waiting for 90 seconds for pre‐melt 

conditioning on first step only, followed by a  2 second wait for each step thereafter. 

 

 

 

 

 

 

 

Page 74: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

74   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 75: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

75   

 

CHAPTER3

GENOTYPINGOFCoNS

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 76: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

76   

 

3.1INTRODUCTION

 

Genotyping of CoNS  is regarded as more accurate, precise and more  informative compared to 

phenotyping.  In  genotyping, DNA  is  analysed  rather  than  looking  at  characteristics which  are 

expressed by DNA. Phenotyping  targets  structural and  chemical  features which are expressed 

due to the particular genome of an organism. Variability in expression of such features in various 

strains  of  the  same  species  can  lead  to  false  results.  Moreover,  genotyping  characterises 

bacteria to species and strains  levels, which  is usually not the case  in phenotyping (Zadoks and 

Watts,  2009;  Heikens  et  al.,  2005;  Ben‐Ami  et  al.,  2005).  PFGE  is mostly  considered  as  the 

method of choice for epidemiological studies as it reveals detailed chromosomal information but 

occasionally  it  requires  additional  studies  to  determine  the  relatedness  among  strains.  In 

comparison, PCR‐based methods rely on information from a small fragment of DNA (Foley et al., 

2004; Singh et al., 2006). 

For genotyping of S. epidermidis, MLST  is considered the gold standard method (Enright et al., 

2000). New techniques based on MLST, such as SNP‐based analysis, make use of MLST databases 

to differentiate various strains and clonal groups. This approach has been successfully applied to 

S.  aureus  (Robertson  et  al.,  2004),  Campylobacter  species  (Merchant‐Patel  et  al.,  2010), 

Enterococcus species (Rathnayake et al., 2011), viral (Ghorashi et al., 2011) and human genome 

studies  (Dufresne  et al., 2006). Another emerging  technique  for  rapid microbial  identification 

using mass  spectrometry  (MS)  is MALDI‐TOF MS  (matrix  assisted  lazer  desorption/ionization‐

time of flight mass spectrometry). This technique performs semi‐quantitative analysis of various 

proteins and genetic materials of microorganisms (Kaleta et al., 2011). 

The  software  package  “Minimum  SNPs”  is  used  to  derive  a minimal  set  of  SNPs  from  the  S. 

epidermidis MLST  database  and  Real‐Time  PCR  is  applied  to  analyse  the  SNPs  located  in  the 

seven  housekeeping  genes  of  S.  epidermidis.  Depending  on  the  combination  of  SNPs,  S. 

epidermidis  isolates can be differentiated  into different strains and clonal groups. Robertson et 

al. (2004) successfully used the same software to analyse SNPs in S. aureus.  

High Resolution Melt Analysis (HRMA) is an emerging method used to analyse and differentiate 

species/strains  of  various micro‐organisms. HRMA  is  a  single‐step method  and  only  one‐step 

analysis  is  required  in  a  closed‐  tube  system.  This method  is  not  only  easy  to  perform,  less 

expensive  and  time  saving, but  is  reliable  and  sensitive  as well. RT‐PCR  is performed prior  to 

melt  curve analysis  and PCR  conditions  can be modified  to  increase  accuracy  (Wittwer et al., 

Page 77: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

77   

 

2003; Ghorashi et al., 2011). The combination of RT‐PCR and melt curve analysis (RT‐PCR HRMA) 

has been demonstrated  to be  very  robust  as Ghorashi  et al.  (2011)  reported  that HRMA  can 

detect and differentiate viral DNA  in specimens collected directly  from  infected  tissue. RT‐PCR 

HRMA can be used as a rapid technique for the diagnoses of various diseases and infections.  

DNA‐based methods provide  very precise  and useful  information  in  identifying CoNS  (Zadoks 

and Watts, 2009). When using genotyping  techniques, we have  to  select methods  that  target 

and  detect  traits  which  are  different  and  diverse  among  bacteria.  By  screening  only  a  few 

housekeeping genes, genotyping methods can be used  to characterise bacteria  to species and 

strains.  The  results  vary  according  to  the  types  of  CoNS  and  the method  used,  but  overall 

genotyping is more informative compared to phenotyping. 

Single Nucleotide Polymorphism (SNP) primers for S. epidermidis genotyping were designed and 

applied  to  Real‐Time  PCR  and  High  Resolution  Melt  Analysis.    The  SNP‐HRM  profiles  of  S. 

epidermidis strains from clinical and non‐clinical sources were determined.   

 

3.2AIMS

 

Aim 1 

Development  of  a  novel  S.  epidermidis  SNP  genotyping method  using  the  “Minimum  SNPs” 

software program. 

 

Aim 2 

Characterization of S. epidermidis strains isolated from clinical and non‐clinical sources. 

3.3METHODS

The  methods  for  bacterial  isolation,  DNA  extraction,  RT‐PCR  (HRM‐SNP)  analysis  and  DNA 

sequencing are as described in Chapter in 2, Sections 2.2, 2.3, 2.4 and 2.4.6, respectively.  

Page 78: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

78   

 

Based on  the S. epidermidis MLST database  (http://www.mlst.net), we  selected a  set of eight 

SNPs using a computer‐based program “Minimum SNPs”. Real‐Time PCR analysis was applied to 

detect the presence or absence of each SNP  in each of the samples (129 samples tested) using 

the Rotor‐Gene 6000 instrument (Corbett Life Science, now QIAGEN, Australia).  

For analysing HRM data from the Rotor‐Gene 6000 cycler, QIAGEN® has designed “Rotor‐Gene 

ScreenClust HRM Software”. By comparing High Resolution Melt (HRM) data (HRM curves), this 

software  divides  samples  into  clusters  based  on  similarities  or  differences  amongst  various 

samples.  Two modes  of  data  analysis  are  available.  Firstly,  the  supervised mode  compares 

known controls against unknown samples to perform analysis. Secondly, the unsupervised mode 

can be used when no known controls are available. This mode of analyses produces a residual 

plot  based  on  all  samples  and  compares  their HRM  curves  to  each  other.  The  unsupervised 

mode of this software was used to analyse all the strains investigated in this study.   

Finally, we selected representative strains from each cluster for further validation. DNA 

sequencing was performed on these selected strains from each SNP cluster to observe whether 

or not these strains have different nucleotide base pairs at a particular SNP position. 

Furthermore, the difference curve analysis was also used, which displays a user‐defined curve as 

the baseline (i.e. the x‐axis), and depicts other normalized curves in relation to that baseline 

(Stephens et al., 2008). 

3.4RESULTS

3.4.1:SNPanalysisusingHRMA

 

In total 129 samples were tested, 48 from hospital patients and 81 from healthy  individuals.  In 

the first step, each sample was tested for the presence or absence of each SNP individually. The 

Rotor‐Gene 6000 cycler software was used for this step. For each analysis, the digital filter was 

set  to  “heavy”  to  obtain  smoother  curve  edges  and  the  replicate  grouping  option was  also 

activated.    Figures  3.1  (a)  and  (b)  illustrate  how  positive  samples  have  well  formed  curves 

compared to negative samples which fail to do so with HRM analysis. 

Page 79: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

79   

 

 

3.1  (a):  HRM  analysis  using  Rotor‐Gene  6000  cycler  software  showing  positive  and  negative 

samples. 

 

3.1  (b):  HRM  analysis  using  Rotor‐Gene  6000  cycler  software  showing  only  positive  samples 

(after deselecting negative ones). 

 

The Rotor‐Gene 6000 software also allows for “Normalized Graph” analysis. Figure 3.2 (a) shows 

the obvious difference  in the curve shape of positive samples compared to a negative sample. 

Figure 3.2 (b) shows the same positive curves after deselecting or deactivating negative samples.  

 

Negative 

sample curves 

Page 80: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

80   

 

 

3.2 (a): Normalized graph analysis showing a negative sample along with positive samples. 

 

 

3.2 (b): Normalized graph analysis showing all positive samples only. 

 

 

Positive samples  Negative samples 

Positive samples 

Page 81: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

81   

 

3.4.2StraincodeassignmenttoSNPprofiles

The data obtained after SNP analysis was used  to allocate strain codes  to each sample. As an 

example, 15 samples are shown  in Table 3.1. This table shows positive and negative results for 

each SNP and their respective assigned strain codes. If a sample is positive for a particular SNP it 

is assigned the value of “2” while a negative one is assigned a value of “1”.  

Table 3.1: SNPs and Strain codes (SC) 

No.  arcC87  gtr395  pyr81 arcC397 mutS223 gtr98 aroE265 pyr129  SC 

HB24  +  +  ‐  ‐ + ‐ ‐ +  22112112

HB16  +  ‐  +  + + + + +  21222222

HB25  +  ‐  ‐  ‐  +  ‐  ‐  +  21112112 

HB 9  +  +  ‐  ‐  +  ‐  ‐  +  22112112 

HB12  +  ‐  ‐  ‐  ‐  ‐  ‐  ‐  21111111 

N 1  +  +  +  + + + ‐ +  22222212

N 2  +  +  +  +  +  +  ‐  +  22222212 

N3  +  +  +  +  +  +  +  +  22222222 

N4  ‐  ‐  +  ‐  ‐  +  +  ‐  11211221 

N5  +  +  +  + + + ‐ +  22222212

SK1  +  +  +  + + + + ‐  22222221

SK2  +  +  +  +  +  +  +  +  22222222 

SK3  ‐  ‐  +  +  +  +  +  +  11222222 

SK4  ‐  ‐  ‐  ‐  +  +  +  ‐  11112221 

SK5  ‐  ‐  +  + + + + +  11222222

The  results  for  SNP  analysis  and  strain  codes  for  all  specimens  are  included  in  Appendix  1, 

Section 1. 

Page 82: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

82   

 

Table 3.2 represents a detailed list of all the strain codes obtained in this study. It also shows the 

prevalence of each strain code found for all the isolates investigated in this study.  

Table 3.2: Strain codes (SC) distribution amongst different sources.  

No.  Code  Skin Nasal Hospital  Total

1  22222221  1  0  0  1 

2  22222222  19  12  8  39 

3  11222222  11 0 0 11

4  11112221  1  0  0  1 

5  11112111  1  0  1  2 

6  12222222  5 0 1 6

7  11112211  1  0  0  1 

8  21222222  1  0  8  9 

9  11122222  0  0  1  1 

10  11112112  0  0  2  2 

11  11111112  1 0 0 1

12  12111112  0  1  2  3 

13  12112122  0  0  1  1 

14  22222212  0 10 0 10

15  11211221  0  9  0  9 

16  21221211  0  1  0  1 

17  11211211  0 6 0 6

18  22212222  0  1  0  1 

19  21112112  0  0  2  2 

20  22112112  0 0 3 3

21  21111111  0  0  2  2 

22  11111111  0  0  1  1 

23  21222221  0  0  5  5 

24  21112111  0  0  3  3 

25  11122212  0 0 1 1

26  21111112  0  0  1  1 

27  22112212  0  0  1  1 

28  22111112  0 0 1 1

Page 83: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

83   

 

Table 3.2: Strain codes (SC) distribution amongst different sources. 

29  21111212  0  0  1  1 

30  21111222  0  0  1  1 

31  21122122  0  0  1  1 

Total    41  40  48  129 

  

3.4.3:ScreenClustHRManalysis

Positive  samples  from  section  3.4.2 were  analysed  further  using  the  Rotor‐Gene  ScreenClust 

HRM Software. As described earlier in the methods section, this software compares HRM‐curve 

profiles of samples and separates them into clusters based on similarities or differences amongst 

the HRM curves generated for different strains. Figure 3.3 shows how this software represents 

data in a list format.   

Page 84: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

84   

 

 

  Figure 3.3:  SceenClust date represented for each isolate tested.  

In addition to the  list format, the ScreenClust software program can also represent the data  in 

the  form of  a  “Principal Component Analysis” which  separates  samples  in  the  form of  three‐

dimensional groups/clusters. Figure 3.4 shows a cluster plot of the same data shown  in Figure 

3.3. 

Page 85: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

85   

 

 

Figure 3.4: Arrangement of data in cluster plot arrangement after Screenclust analysis. 

3.5CONFIRMATIONOFHRM‐SNPPROFILESUSINGDNASEQUENCING

A representative strain from each cluster was selected and DNA sequencing was performed to 

validate  the  SNP present  at  each of  the  respective  positions.  Table  3.3  shows  the  results  for 

three of the eight SNPs.  The remaining five SNP data sets are included in Appendix I, Section 2. 

 

 

 

Page 86: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

86   

 

Table 3.3: DNA sequencing results of nucleotide bases present at specific SNP positions 

SNP  Batch number  Cluster #  Sample No.  Nucleotide base 

arcC 87 

 

 

 

1  Cluster 1  A 1  C 

Cluster 2 A 3 T 

2  Cluster 1  A 5  A 

Cluster 2  A 6  C 

3  Cluster 1 A 7 A 

Cluster 2  A 9  G 

pyr129 

 

1  Cluster 1 C1 and C 2 G and T, 

respectively. 

Cluster 2  C 4  T 

2  Cluster 1  C 5  T 

Cluster 2 C 7 A 

3  Cluster 1  C 9  T 

Cluster 2  C 11  G 

arcC 397 

 

 

 

1  Cluster 1 A 1 C 

Cluster 2  A 3  T 

2  Cluster 1  A 5  A 

Cluster 2 A 6 C 

3  Cluster 1  A 7  A 

Cluster 2  A 9  G 

 

3.6CONFIRMATIONOFHRM‐SNPPROFILESUSINGDIFFERENCECURVE

ANALYSIS

HRM‐SNP profiles were also observed by performing “Normalized graph” and “Difference graph” 

analysis using  the Rotor‐Gene 6000  software. As  an  example,  two  samples  (A1  and A3)  from 

different clusters for the SNP arcC 87 is shown in figure 3.5.   

Page 87: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

87   

 

 

Figure 3.5 (a):  Normalized graph analysis, comparing samples from different clusters. 

 

Figure 3.5 (b):  Difference graph analysis, comparing samples from different clusters. 

A3 (T) 

A1 (C)

A3 (T) A1 (C) 

Page 88: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

88   

 

Figure 3.6  shows  the normalized and difference graph analysis  for  two  strains  from  the  same 

cluster compared to a strain from a different cluster.  

 

Figure 3.6  (a): Normalized graph analysis,  comparing  two  samples  from  same  cluster and one 

from a different cluster. 

 

Figure  3.6  (b): Difference  graph  analysis,  comparing  two  samples  from  same  cluster  and  one 

from a different cluster. 

C2 (T) 

C1 (G) 

C3 (A)

C1 (G)  C2 (T) 

C3 (A) 

Page 89: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

89   

 

3.7DISCUSSION

 

In  total, 129  isolates were  tested  for  the presence or absence of eight SNPs  separately. Forty 

eight  isolates were  from hospital patients while  the  remaining 81  isolates were  from healthy 

individuals.  Nonclinical  samples were  obtained  from  two  different  sources,  41  isolates were 

obtained from the skin of healthy individuals whereas the remaining 40 isolates originated from 

the nasal mucosa of healthy individuals. 

Firstly, we performed difference curve analysis to observe the presence or absence of each SNP 

in all samples. In total, eight SNPs were tested. All samples tested positive for at  least one SNP 

except  for  one  isolate which  tested  negative  for  all.  The  Rotor‐Gene  6000  software  program 

makes it easy to deselect or deactivate negative samples so that further analysis can be done on 

positive  samples  only.  Secondly,  this  data was  arranged  in  table  format  and  assigned  strain 

codes depending on  the set of SNPs present. This strain code presentation makes  it simple  to 

differentiate  isolates  based  on  their  SNP  profiles.    In  total,  31  different  strain  codes  were 

obtained,  representing  31  different  strains.  Hospital  samples  had  21  different  strains.  In 

comparison, skin and nasal samples had nine and seven binary types, respectively. This clearly 

demonstrates the increased diversity of hospital CoNS compared to those in healthy individuals.  

This might  be  due  to  the  selective  hospital  environment  as  a  result  of  the  increased  use  of 

disinfectants and antimicrobial agents.   

It  is  obvious  from  this  data  analysis  that  certain  strains  dominate  a  particular  source.  For 

example,  in  skin  samples,  three main  strains were  identified. Out  of  41  skin  samples,  19/41 

(46.34 %) samples belonged to the same strain (SC 22222222) followed by 11/41 (26.83 %) (SC 

11222222) and 5/41 (12.20 %) (SC 12222222). In the case of nasal samples, the same strain (SC 

22222222), which also dominated in skin samples, was present in the highest number i.e. 12/40 

(30 %). Three more strains were present in significant numbers; firstly (SC 22222212) had 10/40 

(25 %), secondly  (SC 11211221) had 9/40  (22.5 %) and  thirdly  (SC 11211211) had 6/40  (15 %) 

samples.  Interestingly,  three  strain  code  type‐strains  were  present  only  in  nasal  samples. 

Hospital  samples  were  more  diverse,  although,  there  are  two  strains  present  in  significant 

numbers. The SC 22222222, which dominated in skin and nasal isolates, is present in 8/48 (16.66 

%)  of  clinical  isolates.  Similarly,  8/48  (16.66 %)  isolates  belong  to  a  different  strain  code  (SC 

21222222). This data clearly shows  that certain strains are present  in prominent numbers  in a 

certain environment, for example, SC 22222212 was found for 10/40 (25 %) strains isolated from 

Page 90: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

90   

 

nasal  samples but was  absent  in  skin  and hospital  isolates.  Similarly, other  strains  are widely 

distributed. For example, SC 22222222 is detected  in all three sources; 19/41 (46.34 %)  in skin, 

12/40 (30 %) in nasal and 8/48 (16.66 %) in hospital isolates.  

This  strain  code  analysis  can  be  a  useful method  to  quickly  recognize  S.  epidermidis  strains.  

Additionally, we can perform DNA sequencing to make the diagnosis more precise and accurate. 

For example, if we only test 4 SNPS and find all of them positive in a sample (SC 2222), then after 

DNA  sequencing we  can  assign  a  new  code which will  also  include  information  about  bases 

present at other positions in the gene. After such analysis, this code might look like 2G2T2T2A or 

2A2A2G2T.  This  type of  code will be  a  very  easy  and  reliable way of  recognizing  a particular 

strain.  

Although  ScreenClust HRM  analysis  is  a  useful  program  to  divide  samples  into  clusters  after 

analysing  their  HRM  profiles,  it  has  some  limitations.  It  successfully  divided  samples  into 

different groups, as confirmed by “Difference Graph” analysis, however, this division is based on 

HRM curve profiles rather than the genetic composition of the DNA region tested. For example, 

samples C2 and C4 have the same nucleotide base (T‐Thymine) at the pyr129 position however 

ScreenClust placed them into two separate groups. In another case, C1 (G‐ Guanine) and C2 (T‐

Thymine) were assigned to the same cluster by the software but they have different bases at this 

particular SNP position. This is occurring due to the presence of additional SNPs close to the SNP 

interrogated  in this experiment. The presence of these SNPs also affects the shape of the HRM 

curve.    ScreenClust  places  samples  into  various  groups  based  on  curve  parameters,  and 

therefore, DNA  sequencing has  to be performed  to  validate  the nucleotide base present at a 

particular position (Wittwer et al., 2003; Ghorashi et al., 2011).  

In  conclusion,  it  is  evident  that HRM‐SNP  analysis  is  a useful  tool  to  genotype  S.  epidermidis 

isolates.  This method  is  rapid,  simple  and  quick  to  perform  and  can  provide  specific  genetic 

information relating  to  the strain characteristics of both clinical and non‐clinical S. epidermidis 

strains.  

 

 

 

 

Page 91: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

91   

 

 

CHAPTER4icaOPERONANDANTIBIOTICRESISTANCEGENES

 

 

 

 

 

 

 

Page 92: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

92   

 

4.1INTRODUCTION

 

Intercellular  adhesion  (ica)  genes  are  important determinants of  S. epidermidis pathogenicity. 

The presence of ica in S. epidermidis plays an important role in its survival in the hospital setting 

and  ica‐positivity  is  prominent  in  S.  epidermidis  strains  isolated  from  such  environments 

(Kozitskaya et al., 2005).  icaA,  icaD,  icaB and  icaC are components of  the  ica  locus and a  fifth 

part,  the  icaR  gene,  is  a  repressor  gene  regulating  the  icaADBC  operon  expression  and, 

therefore, regulates   biofilm  formation and PIA synthesis. PIA production also  involves a trans‐

membrane protein, the icaC protein (Rohde et al., 2006; Conlon et al., 2002). 

Ziebuhr  et  al.  (1997)  compared  the  presence  of  ica  genes  in  pathogenic  S.  epidermidis  and 

saprophytic strains and found significant differences in results as 85 % of S. epidermidis isolates 

had  the  ica  cluster, whereas  this  cluster was  found  in only 6 % of  the  saprophytic  strains.  In 

another study by Galdbart et al. (2000), the  ica operon was found  in 81.5 % of clinical  isolates, 

out of which about 63 % (62.9) were also positive for biofilm formation as well. Frebourg et al. 

(2002)  found  the  presence  of  ica  genes  in  77  %  of  blood  borne  isolates  and  only  38  %  of 

commensals were positive. 

The production of PIA is related to the presence of the ica operon. ica controls the synthesis of 

specific enzymes which in turn are responsible for PIA synthesis (Mack et al., 1994; Heilmann et 

al.,  1996).  Interestingly,  Gad  et  al.  (2009)  studied  the  presence  of  icaA  and  icaD  genes  and 

biofilm  production  in  staphylococci  and  found  all  biofilm producing  strains  to  be positive  for 

both  ica genes and both of  these genes were absent  in  those  strains which were not biofilm 

producers. 

 Although  there  is  a  link  between  ica  genes  and  biofilm  formation  (Fluckiger  et  al.,  2005) 

researchers  such  as Qin  et  al.  (2007)  have  detected  a  population  of  staphylococci which  are 

biofilm producers but are  ica‐negative. Fitzpatrick et al.  (2002) also presented a view  that  ica 

presence per  se  is not  required  for biofilm  formation. Diemond‐Hernández   et al.  (2010) also 

found ica operon‐negative staphylococci producing biofilms. Moreover, PIA production, which is 

usually associated with biofilm formation, is solely not sufficient to synthesize a biofilm as Chokr 

et  al.  (2006)  have  described  a  biofilm  production mechanism  in  staphylococci  which  is  not 

dependent  upon  PIA.  Hennig  et  al.  (2007)  described  biofilm  production  as  a  process  which 

depends  upon  multiple  factors  and  can  occur  in  the  absence  of  PIA.  Alternatively,  biofilm 

formation is mediated by a protein “Biofilm Associated Protein (Bap)” (McCann et al., 2008). 

Page 93: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

93   

 

 

This ica operon has also been associated with antibiotic resistance (Heilmann et al., 1997).  The 

presence of biofilm plays an important and significant role in antibiotic resistance, as it provides 

a safe environment  for bacteria against antimicrobials by  limiting their access to bacterial cells 

covered  by  biofilm  (Yao  et  al.,  2005). While  studying  the mechanism  of  treatment  failure  in 

staphylococcal  infections, Diemond‐Hernández et al. (2010) mention that the presence of  icaA, 

icaD  and  an  insertion  sequence  element  (IS256)  in  a  strain makes  it more  resistant  and  is 

strongly  related  to  treatment  failure. Experimentally, exposure  to harmful  substances  such as 

antimicrobials  results  in  an  increased  production  of  PIA  and  biofilm  (Schlag  et  al.,  2007). 

Mohammad  et  al.  (2011)  also  reported  the  presence  of  increased  resistance  amongst  slime 

producing  bacteria.  Production  of  biofilm  reduces  penetration  and  access  of  antibacterial 

components  such  as  complement,  antibodies  and  various  antibiotics  to  bacteria,  hence 

decreasing the activity of these substances against bacteria (Costerton, 2005). 

The development of resistance to multiple drugs in S. epidermidis is important and is related to 

biofilm production and  its growth pattern  (Donlan, 2000). Hospital cultures of microbes  show 

more resistance than those arising from public places (Archer and Armstrong, 1983: Cove et al., 

1990).  The  current  practice  of  prescribing  antibiotics,  including  antibiotic‐prophylaxis,  is  an 

important reason for the emergence of such strains (Sanchez et al., 1992). In this study, clinical 

CoNS strains and those isolated from healthy individuals were screened for the presence of each 

of the ica genes (ADBC). 

 

4.2icaOPERON

 

4.2.1Aim3

 

The  aim of  this  analysis was  to detect  and  compare  the presence of  the  ica  genes  (ADBC)  in 

isolates  obtained  from  three  different  sources:  (i)  hospital  patients,  (ii)  skin  and  (iii)  nasal 

mucosa of healthy  individuals. As the presence of  the  ica operon  is  important  in pathogenesis 

and virulence of CoNS,  it  is  important to compare the presence or absence of  it  in clinical and 

non‐clinical specimens.  

Page 94: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

94   

 

4.2.2Methods

Conventional PCR was performed on all isolates from patients and healthy individuals. This was 

followed by agarose gel (2 %) electrophoresis.  A 100 bp DNA molecular weight marker (Bioline®, 

Australia) was used for comparison and analysis. Primers, PCR conditions and agarose gel details 

are given in Chapter 2, Section 2.5. Figure 4.1 is an example of an agarose gel of PCR products for 

the IS256 and icaD genes. 

 

Figure 4.1: Electrophoresis of PCR products for IS256 and icaD genes (Diemond‐Hernández et al., 

2010). 

4.2.3Results

The  following  figure and  tables show  the  results  for  the detection of  the  ica genes  in  isolates 

from all three sources; patients, skin and nasal mucosa of healthy  individuals. Figure 4.2 shows 

the  gel  electrophoresis  result  for  the  icaD  gene.  There  are  two  icaD‐  positive  samples  S. 

epidermidis isolates. 

Page 95: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

95   

 

 

Figure  4.2:  A  2 %  agarose  gel  showing  the  presence  of  the  icaD  gene  in  two  S.  epidermidis 

isolates.   

Table  4.1  shows  the  number  of  samples  that  tested  positive  for  each  of  the  four  ica  genes 

tested. Values of positive samples are displayed in both numbers and percentages. 

Table 4.1: Comparison of each ica gene positivity  

Sources of 

isolates 

Total number of 

isolates 

icaA(+ve) icaB(+ve) icaC(+ve)  icaD(+ve)

Patient  48  12 (25 %)  10 (20.83 %)  16 (33.33 %)  14 (29.16 %) 

Skin  41  8 (19.51 %)  8 (19.51 %)  10 (24.39 %)  8 (19.51 %) 

Nasal  40  6(15 %) 7(17.5 %) 13 (32.5 %)  8 (20 %)

TOTAL  129  26 (20.15 %)  25 (19.37 %)  39 (30.23 %)  30 (23.25 %) 

 

 

 

100bp DNA molecular weight 

Positive sample 

Page 96: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

96   

 

Table  4.2  is  a  comparison  of  two  important  combinations  of  ica  genes.  Both  numbers  and 

percentage values are shown for each group. 

Table 4.2: Comparison of  ica gene combinations in isolates 

Source  of 

isolates 

Total  number 

of isolates 

Presence of ica A and D Presence of all ica operon genes (ADBC) 

Patient  48  10 (20.83 %) 8   (16.66 %) 

Skin  41  8   (19.51 %)  7   (17.07 %) 

Nasal  40  6   (15 %)  6   (15 %) 

TOTAL  129  24 (18.60 %) 21 (16.27 %) 

 

Table 4.3  is  a  summary of  the presence of  each  individual  ica  gene  in  clinical  vs. non‐clinical 

strains.  

Table 4.3: Summary of individual ica genes present in clinical vs. non‐clinical isolates 

Source of isolates  Total number 

of isolates 

icaA(+ve) icaB(+ve) icaC(+ve)  icaD(+ve)

Patients (Clinical)  48  12 (25 %)  10 (20.83 %)  16 (33.33 %)  14 (29.16 %) 

Skin  and  Nasal 

(Non‐Clinical) 

81  14 (17.28 %)  15 (18.51 %)  23 (28.39 %)  16 (19.75%) 

TOTAL  129  26 (20.15 %)  25 (19.37 %)  39 (30.23 %)  30 (23.25 %) 

 

 

 

Page 97: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

97   

 

Table 4.4 compares the presence of the  icaA and  icaD genes as well as the presence of all four 

ica genes in clinical vs. non‐clinical isolates. 

 Table 4.4: Comparison of  ica gene combinations in isolates from clinical and non‐clinical 

sources 

Source of isolates  Total number of 

isolates 

Presence  of  ica  A 

and ica D 

Presence of all ica operon 

genes (ADBC) 

Patients (Clinical)  48  10 (20.83 %)  8   (16.66 %) 

Nonclinical(Skin  and 

Nasal) 

81  14 (17.28 %)  13 (16.05 %) 

TOTAL  129  24 (18.60 %)  21 (16.27 %) 

 

The gel electrophoresis images for all the isolates tested are included in Appendix II, Section 2.  

4.3ANTIBIOTICRESISTANCEGENES

4.3.1Aim3

The purpose of this aim was to determine the presence of antibiotic resistance genes  in CoNS 

strains isolated from hospital patients and healthy individuals.     

4.3.2Methods

The presence of each  respective antibiotic gene was determined by HRM analysis of  the PCR 

amplicons.    This was  done  by  using  the  Rotor‐Gene  6000  series  software.  All  isolates  were 

compared  to  the  HRM melt  curves  of  known  positive  controls  for  each  antibiotic  resistance 

gene.  Primers,  positive  controls  and  PCR  conditions  are  described  in  Chapter  2,  Section  2.6. 

Figure 4.3 shows the normalised HRM curve analysis of a positive control and two samples. The 

difference between matching and non matching curves is evident in this picture. 

 

Page 98: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

98   

 

 

Figure 4.3: Normalised melt cure analysis comparing a positive control to two unknown isolates.  

Sample (positive) 

Positive control

Sample (negative) 

Page 99: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

99   

 

Figure 4.4 shows the difference graph analysis of the same three samples in Figure 4.2. Samples 

which have normalized minus control values between the ranges of +5 and ‐5 compared to the 

positive control are considered as “same” or positive while sample values outside this range are 

regarded as “different” or negative. 

 

 

Figure 4.4: Difference graph analysis comparing a positive control to two unknown isolates. 

4.3.3Results

The  presence  of  four  antibiotic  resistance  genes was  tested  in  129  CoNS  isolates.  Table  4.5 

provides a summary of positive isolates from different sources.   

 

 

Sample (positive)

Sample (negative)

Positive control

Page 100: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

100   

 

Table 4.5: The presence of resistance genes in isolates from various sources 

Genes  Patient isolates  Skin isolates Nasal isolates Total Positive 

isolates 

  Total 

isolates 

Positive 

isolates 

Total 

isolates 

Positive 

isolates 

Total 

isolates 

Positive 

isolates 

 

mecA  48  4  41  0  40  0  4/129 

vanA 

(Vancomycin) 

48  0  41  0  40  0  0/129 

vanB 

(Vancomycin) 

48  1  41  0  40  0  1/129 

gyrA 

(Ciprofloxacin) 

48  0  41 0 40 0 0/129

acc(6’)‐aph(2’) 

(Gentamicin) 

48  4  41 2 40 0 6/129

 

The HRM melt curves for each antibiotic gene is included in Appendix II, Section 1. 

4.4DISCUSSION

4.4.1icaOperon

In total, 129 isolates were tested for the presence of the ica genes (ADBC). Of these, 48 isolates 

were from patients who had septicaemia (clinical isolates) while the remaining 81 isolates were 

from  nonclinical  sources.  Nonclinical  samples were  obtained  from  two  different  sources.  41 

isolates were cultured  from  the  skin of healthy  individuals whereas  the  remaining 40 samples 

were obtained from nasal mucosa of healthy individuals.  

The presence of the ica genes plays an important role in the pathogenicity of S. epidermidis and 

other CoNS (Kozitskaya et al., 2005) and are involved in the production and expression of various 

Page 101: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

101   

 

structures such as PIA, biofilm and autolysin  (Galdbart et al., 2000; Heilmann et al., 1997). We 

tested both clinical and nonclinical isolates for the presence of the ica operon. In total, 48 clinical 

isolates were tested. 25 % (12/48) tested positive for the presence of  icaA, 20.83 % (10/48) for 

icaB, 33.33 % (16/48) for icaC and 29.16 % (14/48) for icaD. When testing for the presence of the 

complete set of all four ica genes (i.e. icaA, icaB, icaC and icaD), we found 16.66 % (8) of samples 

positive for this combination. The presence of icaA along with icaD was observed in 28.83 % (10)   

of  clinical  samples  and  this  combination  is  related  to more  resistance  and  treatment  failures 

(Diemond‐Hernández et al., 2010). They detected the presence of both genes in 22 out of 45 S. 

epidermidis  samples.  Moreover,  21  samples  also  tested  positive  for  IS256  genes.  Overall, 

positivity  for  IS256 and  icaA plus  icaD presence put patients at 2.24‐13.44  times more  risk of 

treatment failure. Diemond‐Hernández et al. (2010) noticed that the presence of combination of 

ica genes especially icaA plus icaD, is related to more cases of treatment failure. 

From the 41 skin isolates, the same percentage of isolates i.e. 19.51 % (8/41) had icaA, icaB and 

icaD present while 24.39 % (10/41) had the  icaC gene present. The complete set of all four  ica 

genes was detected in 17.07 % (7/41) of samples while the presence of the combination of both 

icaA and icaD was found in 19.51 % (8/41) of isolates.  

Nasal samples also tested positive for  icaA (15 %),  icaB (17.5 %), icaC (32.5 %) and  icaD (20 %). 

When we assess the presence of all four genes, 15 % (6/40) nasal isolates were positive and the 

icaA and icaD combination was also present in the same percentage.  

Overall,  ica‐positive  isolates were  found  in strains originating  from each of  the  three different 

sources, although the number of positive  isolates and their percentages differ  in samples from 

each source. By observing  individual gene positivity in all  isolates, icaC  is present in the highest 

percentage  followed by  icaD,  icaA and  icaB  respectively.    In clinical  isolates,  icaA  is present  in 

12/48  (25 %) of  isolates while  in non‐clinical  isolates  it  is present  in a  low percentage, 14/81 

(17.28 %). For icaB, clinical isolates have 10/48 (20.83 %) positive results and non‐clinical isolates 

have 15/81  (18.51 %). Similarly,  icaC  is also present at a higher percentage  in  clinical  isolates 

compared to non‐clinical  isolates  i.e. 16/48  (33.33 %) versus 23/81  (28.39 %) respectively. The 

highest  percentage  difference  is  observed  in  the  case  of  icaD, which  shows  a  difference  of 

almost 10 % between  clinical  and non‐clinical  isolates.  icaD was  found  in  14/48  (29.16 %) of 

clinical isolates while only 16/81 (19.75 %) of non‐clinical isolates had the  icaD gene. 

Page 102: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

102   

 

Conversely, we compared the presence of two combinations of these genes. First, we looked at 

icaA plus  icaD genes. Once again clinical  isolates dominated non‐clinical  isolates. Simultaneous 

presence of  these  two genes was detected  in 10/48  (20.83 %) of clinical  isolates and  in 14/81 

(17.28 %) of non‐clinical ones. Secondly, we compared the presence of all  four of these genes 

present  together.  Interestingly,  there was  not much  difference  in  clinical  versus  non‐clinical 

isolates.  The  complete  set  of  these  genes  (icaADBC) was  found  in  8/48  (16.66 %)  in  clinical 

isolates while 13/81 (16.05 %) non‐clinical samples contained the full set of genes.  

Overall,  the presence of  individual  and  combinations of  ica operon  genes  is higher  in  clinical 

isolates compared to skin and nasal samples.   

4.4.2Antibioticresistancegenes

In  total,  five  antibiotic  resistance  genes  were  tested  using  Real‐time  PCR  followed  by  HRM 

analysis. As this study was mainly focussing on SNPs analysis, so for detailed antibiotic resistance 

profile testing in CoNS, it will be required to test more resistance genes and additional resistance 

studies. Only eleven out of 129  samples  tested positive  for at  least one of  these genes.  Four 

clinical  isolates tested positive  for the mecA gene  (carrying resistance  for methicillin) presence 

while this gene was absent in both skin and nasal samples. The vanB gene was only found in one 

isolate  from a patient  (clinical) source and both skin and nasal samples did not have the vanB 

gene. vanA was not detected in any of the isolates tested. Similarly, none of the isolates tested 

were positive for the gyrA gene. This gene determines resistance to ciprofloxacin.  Lastly, the acc 

(6’)‐aph(2’) gene, which  is associated with gentamicin resistance,   was detected  in four patient 

isolates and two skin isolates. 

In  summary,  both  clinical  and  non‐clinical  isolates  were  found  to  harbour  the  ica  genes, 

responsible for biofilm production, and the combination of the icaA+D genes in both clinical and 

non‐clinical  isolates,  is of  concern.    This  combination of  ica  genes has been  linked  to patient 

treatment  failure  previously.    In  addition,  the  presence  of  the  acc(6’)‐aph(2’)  gene  in  a  non‐

clinical isolate is of concern and warrants further investigation. Although, currently gentamicin is 

not a routine antibiotic for treatment of infections by CoNS but the presence of such resistance 

genes  in non‐clinical  isolates  is significant and  it will be useful to test for the presence of these 

genes which are related to other antibiotic resistance used  routinely.  

 

Page 103: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

103   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CHAPTER5

GENERALCONCLUSIONS,

LIMITATIONSANDFUTUREDIRECTIONS 

 

 

Page 104: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

104   

 

The  staphylococci  are  important  pathogenic  bacteria  responsible  for  a  range  of  diseases  in 

humans.  They  are  broadly  divided  into  two  groups;  Coagulase‐positive  staphylococci  and 

Coagulase‐Negative  Staphylococci  (CoNS).  Clinically,  CoNS  are  emerging  as  an  important 

pathogenic  group  of  staphylococci.  Currently,  CoNS  are  considered  as  important  pathogenic 

group  involved  in nosocomial  infections, particularly  infections  related  to prosthetic materials 

and  surgical  wounds.  Other  than  this,  these  microbes  also  cause  mastitis  and  cardiac  and 

neonatal  intensive care unit  infections. The hospital acquired  infections and antibiotic‐resistant 

strains attributed to this group have become endemic in hospitals in many countries. Moreover, 

the emergence of new  strains which  cause  severe  community‐acquired  infections  in  immune‐

compromised as well as healthy people is clinically very important.  

These bacteria have important virulent factors that enable them to form biofilms. Biofilm layers 

have complicated chemical and structural consistency. Biofilms provide a safe environment for 

growth and survival of bacteria by  limiting access of harmful molecules such as antibiotics and 

immune system products and cells. Moreover, the emergence of resistant strains is a noticeable 

issue  in these organisms. This resistance  is present due to mutations or acquisition of resistant 

genes and formation of biofilm. Intercellular adhesion (ica) genes are present in CoNS (icaADBC 

operon). These genes (icaA, icaD, icaB and icaC) have a significant role in biofilm formation. 

We have found ica positivity in samples originating from clinical and non‐clinical sources. This is 

very important because, as mentioned earlier, ica genes control the production of biofilm, which 

is the main virulence  factor of CoNS.  In this study, only a  few antibiotic resistance genes were 

found.  Moreover,  two  skin  isolates  (originating  from  healthy  individuals)  were  resistant  to 

gentamicin.  This  is  important  clinically  as  skin  is  regarded  as  a  potential  source  for  the 

introduction  of  CoNS  to  cause  various  infections.  This  means  that  if  someone  carries  an 

antibiotic‐resistant strain(s) on  their skin,  this can become a source of CoNS  infection  in these 

individuals or can be transmitted to others, particularly in the hospital environment.  

Genotyping  is  becoming  an  important  and  reliable method  of  diagnosing  various  conditions.   

High  Resolution  Melt  Analysis  (HRMA)  is  an  emerging  technique  used  to  differentiate  and 

analyse different species/strains of various micro‐organisms.  RT‐PCR HRMA was used to analyse 

a set of eight SNPs  in 129  isolates. The  results obtained are very encouraging, as  this method 

was able  to differentiate between genotypes of clinical and non‐clinical S. epidermidis  strains.  

After analysing  the eight SNPs  for each sample,  the data was presented as a strain code. This 

strain  code  separated 31 different  SNP  combinations,  indicative of 31  types of  S.  epidermidis 

Page 105: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

105   

 

isolates.  In  addition,  HRMA  was  also  performed  using  the  “Rotor‐Gene  ScreenClust  HRM 

Software”.  This  software  separates  samples  into  clusters  or  groups  by  analysing  their  HRM 

profiles.  Overall,  the  ScreenClust  software  program  showed  a  good  concordance  with  the 

difference HRM curve analysis. 

This technique is very useful but there has some limitations. Firstly, when ScreenClust separates 

isolates into clusters, it observes only HRM curve profiles rather than the genetic composition of 

the DNA  region  tested.  This means  that  isolates  categorised  into  the  same  cluster  can  have 

different  nucleotide  bases  present  at  a  particular  SNP  position,  or  isolates  with  the  same 

nucleotide base  at  a particular  SNP position  can be  classified  into  a different  cluster. A  likely 

explanation  for  this  is  that  if  other  SNPs  are  also  present  in  the DNA  segment  that  is  being 

interrogated, and  then  curve profiles  could  look  similar  to each other  irrespective of  the  SNP 

interrogated at only one position.  This can be referred to as a “Cancelling” effect. We can avoid 

this limitation by selecting a DNA segment that only contains a single SNP, or by doing additional 

investigation  such  as DNA  sequencing.  Secondly,  it  is not possible  to  compare data  from one 

sample  batch  to  another  batch.  This  problem might  be  resolved  by  an  improvement  in  the 

software capacity or by creating an option to compare inter‐batch samples. 

Adapting preventive measures to avoid CoNS  infections should be our main  focus clinically. As 

infections  are  mostly  transferred  through  instruments  and  procedures,  there  is  a  need  to 

practice sterile procedures strictly and use proper  instruments. Health care workers should be 

offered regular training and awareness programs related to such infections. Moreover, if there is 

a case of such infections, it should be treated properly to avoid serious complications.  

CoNS growth  in  laboratories should not be dismissed as a result of contamination.  It should be 

investigated  and  ruled out by  repeating  tests. There  is  still  a need  to establish  a  relationship 

between  the  role of CoNS as normal skin  flora and  their pathogenic nature. We need  to have 

more detailed studies  involving  investigations from the hospital environment  in particular. One 

such study could  involve the isolation of CoNS from skin and nasal mucosa of medical workers, 

ward  surfaces,  operation  theatre  surfaces  and  from  infected  patients.  The  novel  HRMA 

genotyping method described in this study has the potential to facilitate such investigations.  

Page 106: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

106   

 

Page 107: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

107   

 

REFERENCES 

Archer, GL and Tenenbaum MJ (1980) Antibiotic‐resistant Staphylococcus epidermidis in patients 

undergoing cardiac surgery. Antimicrobial Agents and Chemotherapy. 17, 269‐272 

 

Archer, GL and Armstrong BC (1983) Alteration of staphylococcal flora in cardiac surgery patients 

receiving antibiotic prophylaxis. The Journal of Infectious Diseases. 147, 642‐649 

 

Archer,  GL  and  Climo MW  (2005)  Staphylococcus  epidermidis  and  other  coagulase‐negative 

staphylococci. Principles and Practice of Infectious Disease. 2, 2352‐2359 

 

Banerjee, SN, Emori, TG, Culver, DH, Gaynes, RP,  Jarvis, WR, Horan, T, Edwards,  JR, Tolson,  J, 

Henderson,  T  and  Martone  WJ  (1991)  Secular  trends  in  nosocomial  primary  bloodstream 

infections in the United States, 1980‐1989. American Journal of Medicine. 91, 86‐89 

 

Bannerman,  TL,  Rhoden,  DL, McAllister,  SK, Miller,  JM  and Wilson  LA  (1997)  The  source  of 

coagulase  negative  staphylococci  in  the  endophthalmitis  vitrectomy  study.  A  comparison  of 

eyelid and intraocular isolates using pulsed‐filed gel electrophoresis. Archives of Ophthalmology. 

115, 357‐361 

 

Bayston, R and Penny SR  (1972) Excessive production of mucoid substances  in Staphylococcus 

SIIA:  a  possible  factor  in  colonization  of  Holter  shunts.  Developmental  Medicine  and  Child 

Neurology. 14, 25‐28 

 

 

Page 108: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

108   

 

Becker, K, Harmsen, D, Mellmann, A, Meier, C,  Schumann, P, Peters, G and  von Eiff C  (2004) 

Development  and  evaluation  of  a  quality‐controlled  ribosomal  sequence  database  for  16S 

ribosomal DNA‐based  identification of Staphylococcus species. Journal of Clinical Microbiology. 

42, 4988‐4995 

 

Ben‐Ami,  R, Navon‐Venezia,  S,  Schwartz, D,  Schlezinger,  Y, Mekuzas,  Y  and  Carmeli  Y  (2005) 

Erroneous reporting of coagulase‐negative staphylococcias Kocuria spp. by the Vitek 2 system. 

Journal of Clinical Microbiology. 43, 1448‐1450 

 

Bentley DW  (1973) Methicillin‐resistance  in Staphylococcus epidermidis: epidemiologic studies. 

Contributions to Microbiology and Immunology. 1, 650‐658 

 

Benzies  KM  (2008) Advanced maternal  age:  are  decisions  about  the  timing  of  childbearing  a 

failure to understand the risks? Canadian Medical Association Journal. 178, 183‐ 184 

 

Blanc, DS, Struelens, MJ, Deplano, A, de Ryck, R, Hauser, PM, Petignat, C and  Francioli P (2001) 

Epidemiological  validation  of  pulsed‐field  gel  electrophoresis  patterns  for methicillin‐resistant 

Staphylococcus aureus. Journal of Clinical Microbiology. 39, 3442‐3445 

 

Boyce JM (2004) Coagulase‐negative staphylococci. Hospital Epidemiology and Infection Control. 

3, 495‐516 

 

Busscher,  HJ, Weerkamp,  AH  and    van  derMei  HC  (1984) Measurement  of  the  surface  free 

energy  of  bacterial  cell  surfaces  and  its  relevance  for  adhesion.  Applied  and  Environmental 

Microbiology.  48, 980‐983 

 

Page 109: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

109   

 

Carretto, E, Barbarini, D, Couto, I, De Vitis, D, Marone, P, Verhoef, J, De Lencastre, H and Brisse S 

(2005) Identification of coagulase‐negative staphylococci other than Staphylococcus epidermidis 

by automated ribotyping. Clinical Microbiology and Infection. 11, 177‐184 

 

CDC  (Centers  for  Disease  Control  and  Prevention)  (2004)  National  Nosocomial  Infections 

Surveillance  (NNIS)  system  report  data  summary  from  January  1992  through  June  2004. 

American Journal of Infection Control. 32, 470‐485 

 

Chokr,  A, Watier,  D,  Eleaume,  H,  Pangon,  B,  Ghnassia,  JC, Mack,  D  and  Jabbouri    S  (2006) 

Correlation between biofilm formation and production of polysaccharide  intercellular adhesion 

in  clinical  isolates  of  coagulase‐negative  staphylococci.  International  Journal  of  Medical 

Microbiology. 296, 381‐388 

 

Choong, S and Whitfield H (2000) Biofilms and their role in infection and urology. British Journal 

of Urology. 86, 935‐941 

 

Christensen, GD, Simpson, WA, Younger, JJ, Baddour, LM, Barrett, FF, Melton, DM and Beachey 

EH  (1985)  Adherence  of  coagulase‐negative  staphylococci  to  plastic  tissue  culture  plates:  a 

quantitative model  for  the  adherence  of  staphylococci  to medical  devices.  Journal  of  Clinical 

Microbiology. 22, 996‐1006 

 

Chu, VH, Miro, JM, Hoen, B, Cabell, CH, Pappas, PA, Jones, P, Stryjewski, ME, Anguera, I, Braun, 

S, Muñoz, P, Commerford, P, Tornos, P, Francis, J, Oyonarte, M, Selton‐Suty, C, Morris, AJ, Habib, 

G,  Almirante,  B,  Sexton,  DJ,  Corey,  GR  and  Fowler  VG  Jr  (2009)  Coagulase‐negative 

staphylococcal prosthetic valve endocarditis ‐ a contemporary update based on the International 

Collaboration on Endocarditis. Prospective Cohort Study; Heart. 95, 570‐576 

 

Page 110: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

110   

 

Clinical Ophthalmology  (2010) Methicillin  resistance  of  Staphylococcus  species  among  health 

care and nonhealth care workers undergoing cataract surgery. 4, 1505‐1514 

 

Cosgrove,  SE  and  Carmeli  Y  (2003)  The  impact  of  antimicrobial  resistance  on  health  and 

economic outcomes. Clinical Infectious Diseases. 36, 1433‐1437 

 

Conlon,  KM,  Humphreys,  H  and  O’Gara  JP  (2002)  icaR  encodes  a  transcriptional  repressor 

involved  in the environmental regulation of the  ica operon expression and biofilm formation  in 

Staphylococcus epidermidis. Journal of  Bacteriology. 184, 4400‐4408 

 

Costerton  JW  (2005)  Biofilm  theory  can  guide  the  treatment  of  device  related  orthopaedic 

infections. Clinical Orthopaedics and Related Research. 437, 7‐11 

 

Cove, JH, Eady, EA and Cunliffe WJ (1990) Skin carriage of antibiotic‐resistant coagulasenegative 

staphylococci in untreated subjects. The Journal of Antimicrobial Chemotherapy. 25, 459‐469 

 

Cunha, Mlrs, Sinzato, YK and Silveira LVA (2004) Comparison of methods for the identification of 

coagulase‐negative staphylococci. Memórias do Instituto Oswaldo Cruz. 99, 855‐860 

 

De Paulis, AN, Predari, SC, Chazarreta, CD and Santoianni  JE (2003) Five‐test simple scheme for 

species‐level  identification of  clinically  significant  coagulase‐negative  staphylococci.  Journal of 

Clinical Microbiology. 41, 1219‐1224 

 

 

 

Page 111: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

111   

 

Diekema, DJ, Pfaller, MA, Schmitz, FJ, Smayevsky, J, Bell, J, Jones, RN and Beach M  (2001) Survey 

of  infections  due  to  Staphylococcus  species:  frequency  of  occurrence  and  antimicrobial 

susceptibility of  isolates collected  in the United States, Canada, Latin America, Europe, and the 

Western Pacific region  for the SENTRY Antimicrobial Surveillance Program, 1997–1999. Clinical 

Infectious Diseases. 32, 114‐132 

 

Deresinski S (2007) Counterpoint: vancomycin and Staphylococcus aureus—an antibiotic enters 

obsolescence. Clinical Infectious Diseases. 44, 1543‐1548 

 

Delgado,  S, Arroyo, R,  Jimenez, E, Marin, ML, del Campo, R,  Fernandez,  L  and Rodriguez    JM 

(2009)  Staphylococcus  epidermidis  strains  isolated  from  breast  milk  of  women  suffering 

infectious mastitis: potential virulence traits and resistance to antibiotics. BMC Microbiology. 9, 

82 

 

Diemond‐Hernández,  B,  Solórzano‐Santos,  F,  Leaños‐Miranda,  B,  Peregrino‐Bejarano,  L  and 

Miranda‐Novales G  (2010) Production of icaADBC‐encoded polysaccharide  intercellular adhesin 

and therapeutic failure  in pediatric patients with staphylococcal device‐related  infections. BMC 

Infectious Diseases. 10, 68 

 

Donlan  R  (2000)  Role  of  biofilms  in  antimicrobial  resistance.  ASAIO  (American  Society  for 

Artificial Internal Organs) Journal. 46, 47‐52 

 

Donlan,  RM  and  Costerton  JW  (2002)  Biofilms:  survival  mechanisms  of  clinically  relevant 

microorganisms. Clinical Microbiology Reviews. 15, 167‐193 

 

Duch‐Samper,  AM,  Menezo,  JL  and  Hurtado‐Sarrio  M  (1997)  Endophthalmitis  following 

penetrating eye injury. Acta Ophthalmologica Scandinavica. 75, 104‐106 

Page 112: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

112   

 

 

Dufresne,  SD,  Belloni,  DR,  Wells,  WA  and  Tsongalis  GJ  (2006)  BRCA1  and  BRCA2  mutation 

screening  using  SmartCycler  II  high‐resolution melt  curve  analysis. Archives  of  Pathology  and 

Laboratory Medicine. 130, 185‐187 

 

Dunne, WM  (2002)  Bacterial  adhesion:  seen  any  good  biofilms  lately?  Clinical Microbiology 

Reviews. 15, 155‐166 

 

Enright, MC, Day, NP, Davies, CE, Peacock, SJ and Spratt BG (2000) Multilocus sequence typing 

for characterization of methicillin‐resistant and methicillin‐susceptible clones of Staphylococcus 

aureus. Journal of Clinical Microbiology. 38, 1008‐1015 

 

Fitzpatrick,  F,  Humphreys,  H,  Smyth,  E,  Kennedy,  CA  and  O’Gara  JP  (2002)  Environmental 

regulation  of  biofilm  formation  in  intensive  care  unit  isolates  of  Staphylococcus  epidermidis. 

Journal of Hospital Infection. 42, 212‐218 

 

Fitzpatrick,  F,  Humphreys,  H  and  O’Gara  JP  (2005)  The  genetics  of  staphylococcal  biofilm 

formation  –  will  a  greater  understanding  of  pathogenesis  lead  to  a  better management  of 

device‐related infection? Clinical Microbiology and Infection. 11, 967‐973 

 

Foley,  SL,  Simjee,  S,  Meng,  J,  White  DG,  McDermott  PF  and  Zhao  S  (2004)  Evaluation  of 

molecular typing methods for Escherichia coli O157:H7  isolates  from cattle, food, and humans. 

Journal of Food Protection. 67, 651–657 

 

Forbes,  BA  and  Schaberg  DR  (1983)  Transfer  of  resistance  plasmids  from  Staphylococcus 

epidermidis to Staphylococcus aureus: evidence for conjugative exchange of resistance. Journal 

of Bacteriology. 153, 627‐634 

Page 113: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

113   

 

 

Foster T (2009) Staphylococcus. Medical Microbiology. 4, chapter 12  

 

Frame, PT and McLaurin RL (1984) Treatment of CSF shunt  infections with  intra‐shunt plus oral 

antibiotic therapy. Journal of Neurosurgery. 60, 354‐360 

 

Frebourg, N,  Lefebvre, S, Baert, S and  Lumeland  JF  (2000) PCR based assay  for discrimination 

between  invasive  and  contaminating  Staphylococcus  epidermidis  strains.  Journal  of  Clinical 

Microbiology. 38, 877‐880 

 

French,  VM,  Cooper,  RA  and  Molan  PC  (2005)  The  antibacterial  activity  of  honey  against 

coagulase‐negative staphylococci. British Society for Antimicrobial Chemotherapy. 56, 228‐231 

 

Gandelman, G, Frishman, WH, Wiese, C, Green‐Gastwirth, V, Hong, S, Aronow, WS and Horowitz 

HW  (2007)  Intravascular  device  infections:  epidemiology,  diagnosis,  and  management. 

Cardiology Review. 15, 13‐23 

 

Gad,  GFM,  El‐Feky,  MA,  El‐Rehewy,  MS,  Hassan,  MA,  Abolella,  H  and  El‐Baky  RMA  (2009) 

Detection  of  icaA,  icaD  genes  and  biofilm  production  by  Staphylococcus  aureus  and 

Staphylococcus epidermidis isolated from urinary tract catheterized patients. Journal of Infection 

in Developing Countries. 3, 342‐351 

 

Galdbart,  JO, Allignet,  J,  Tung, HS, Ryden, C  and  Solh  EL  (2000)  Screening  for  Staphylococcus 

epidermidis  markers  discriminating  between  skin‐flora  strains  and  those  responsible  for 

infections of joint prosteheses. The Journal of Infectious Diseases. 182, 351‐355 

 

Page 114: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

114   

 

Gill,  SR,  Fouts,  DE,  Archer,  GL, Mongodin,  EF,  Deboy,  RT,  Ravel,  J,  Paulsen,  IT,  Kolonay,  JF, 

Brinkac, L, Beanan, M, Dodson, RJ, Daugherty, SC, Madupu, R, Angiuoli, SV, Durkin, AS, Haft, DH, 

Vamathevan, J, Khouri, H, Utterback, T, Lee, C, Dimitrov, G, Jiang, L, Qin, H, Weidman, J, Tran, K, 

Kang,  K, Hance,  IR, Nelson,  KE  and  Fraser  CM    (2005)  Insights  on  evolution  of  virulence  and 

resistance  from  the complete genome analysis of an early methicillin‐resistant Staphylococcus 

aureus    strain  and  a  biofilm producing methicillin‐resistant  Staphylococcus  epidermidis  strain. 

Journal of Bacteriology. 187, 2426‐2438 

 

Ghorashi,  SA,  O’Rourke,  D,  Ignjatovic,  J  and  Noormohammadi  AH  (2011)  Differentiation  of 

infectious  bursal  disease  virus  strains  using  real‐time  RT‐PCR  and  high  resolution melt  curve 

analysis. Journal of Virological Methods. 171, 264‐271 

 

Gristina AG (1987) Biomaterial‐centered infection: microbial adhesion versus tissue  integration. 

Science. 237, 1588‐1595 

 

Haimi‐Cohen, Y, Husain, N, Meenan, J, Karayalcin, G, Lehrer, M and Rubin LG (2001) Vancomycin 

and  ceftazidime  bioactivities  persist  for  at  least  2  weeks  in  the  lumen  in  ports:  simplifying 

treatment  of  port‐associated  bloodstream  infections  by  using  the  antibiotic  lock  technique. 

Antimicrobial Agents and Chemotherapy. 45, 1565‐1567 

 

Hanna,  R  and  Raad  II  (2005)  Diagnosis  of  catheter‐related  bloodstream  infection.  Current 

Infectious Disease Reports. 7, 413‐419 

 

Hanssen,  AM,  Kjeldsen,  G  and  Sollid  JU  (2004)  Local  variants  of  staphylococcal  cassette 

chromosome  mec  in  sporadic  methicillin‐resistant  Staphylococcus  aureus  and  methicillin‐

resistant coagulase‐negative staphylococci: evidence of horizontal gene transfer? Antimicrobial 

Agents and Chemotherapy. 48, 285‐296 

 

Page 115: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

115   

 

Harbarth, S, Sax, H ans Gastmeier P (2003) The preventable proportion of nosocomial infections: 

an overviewof published reports. The Journal of Hospital Infection. 54, 258‐266 

 

Heikens,  E,  Fleer,  A,  Paauw,  A,  Florijn,  A  and  Fluit  AC  (2005)  Comparison  of  genotypic  and 

phenotypic methods  for  species‐level  identification  of  clinical  isolates  of  coagulase‐negative 

staphylococci. Journal of Clinical Microbiology. 43, 2286‐2290 

 

Heilmann, C, Schweitzer, O, Gerke, C, Vanittanakom, N, Mack, D and Gotz F  (1996) Molecular 

basis  of  intercellular  adhesion  in  the  biofilm‐forming  Staphylococcus  epidermidis.  Molecular 

Microbiology. 20, 1083‐1091 

 

Heilmann, C, Hussain, M, Peters, G and Gotz F (1997) Evidence  for autolysin‐mediated primary 

attachment of Staphylococcus epidermidis to a polystyrene surface. Molecular Microbiology. 24, 

1013‐1024 

 

Hellmark,  B  ,  Unemo,  M,  Nilsdotter‐Augustinsson,  A  and    Soderquist  B  (2009)  Antibiotic 

susceptibility  among  Staphylococcus  epidermidis  isolated  from prosthetic  joint  infections with 

special focus on rifampicin and variability of the rpoB gene. Clinical Microbiology and Infections. 

15, 238‐244 

 

Hellmark, B , Söderquist, B and Unemo  M (2009)  European Journal of Clinical Microbiology and 

Infectious Diseases . 28, 183‐190 

 

Henderson  DK  (1988)  Intravascular  device‐associated  infection:  current  concepts  and 

controversies. Surgical Infections. 5, 459‐464 

 

Page 116: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

116   

 

Hennig,  S,  Wai,  SN  and  Ziebuhr  W  (2007)  Spontaneous  switch  to  PIA‐independent  biofilm 

formation in an ica‐positive Staphylococcus epidermidis isolate. International Journal of Medical 

Microbiology. 297, 117‐122 

 

Hu, L, Umeda, A and Amako K (1995) Typing of Staphylococcus epidermidis colonizing in human 

nares by pulse‐field gel electrophoresis. Microbiology and Immunology. 39, 315‐319 

 

Huber,  H,    Ziegler,  D,    Pflüger,V,  Vogel,  G,    Zweifel,C  and  Stephan  R  (2011)  Prevalence  and 

characteristics of methicillin‐resistant coagulase‐negative  staphylococci  from  livestock, chicken 

carcasses, bulk tank milk, minced meat, and contact persons. BMC Veterinary Research. 7, 6 

 

Huebner, MJ  and Goldmann MD  (1999)  Coagulase‐negative  staphylococci:  role  as  pathogens. 

Annual Review of Medicine. 50, 223‐236 

 

Hunter,  PR and Gaston  MA  (1988)  Numerical  index  of  the  discriminatory  ability  of  typing 

systems:  an  application  of  Simpson's  index  of  diversity.  Journal  of  Clinical Microbiology.  26, 

2465‐2466 

 

Hussain, M,  Herrmann, M,  von  Eiff,  C,  Perdreau‐Remington,  F  and  Peters  G  (1997)  A  140‐

kilodalton extracellular protein  is essential  for  the accumulation of Staphylococcus epidermidis 

strains on surfaces. Infection and Immunity. 65, 519‐524  

 

Jones RN (2006) Microbiological features of vancomycin in the 21st century: minimum inhibitory 

concentration  creep,  bactericidal/static  activity,  and  applied  breakpoints  to  predict  clinical 

outcomes or detect resistant strains. Clinical Infectious Diseases .42, 13‐24 

 

Page 117: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

117   

 

Kaleta, EJ  , Clark, AE  , Cherkaoui, A, Wysocki, VH,  Ingram, EL, Schrenzel, J and Wolk DM  (2011) 

Comparative  Analysis  of  PCR–Electrospray  Ionization/Mass  Spectrometry  (MS)  and  MALDI‐

TOF/MS for the Identification of Bacteria and Yeast from Positive Blood Culture Bottles. Clinical 

Chemistry. 57, 1057‐1067 

 

Klingenberg, C, Ronnestad, A, Anderson, AS, Abrahamsen,TG, Zorman, J, Villaruz, A, Flaegstad, T, 

Otto, M and Sollid JE (2007) Persistent strains of coagulase‐negative staphylococci in a neonatal 

intensive care unit: virulence  factors and  invasiveness. Clinical Microbiology and  Infection. 13, 

1100‐1111 

 

Kloos,  WE  and  Musselwhite  MS  (1975)  Distribution  and  persistence  of  Staphylococcus  and 

Micrococcus species and other aerobic bacteria on human skin. Applied Microbiology. 30, 381‐

385 

 

Kloos,  WE  and  Schleifer  KH  (1975)  Simplified  scheme  for  routine  identification  of  human 

Staphylococcus species. Journal of Clinical Microbiology. 1, 82‐88 

 

Kloos, WE, Schleifer, KH and Götz F (1992) The genus Staphylococcus .The Prokaryotes. 2, 1369‐

1420 

 

Kloos,  WE  and  Bannerman  TL  (1994)  Update  on  clinical  significance  of  coagulase‐negative 

staphylococci. Clinical Microbiology Reviews. 7, 117‐140 

 

Kobayashi, N, Bauer, TW, Sakai, H, Togawa, D, Lieberman, IH, Fujishiro, T and Procop GW (2006) 

The  use  of  newly  developed  real‐time  PCR  for  the  rapid  identification  of  bacteria  in  culture‐

negative osteomyelitis: a case report. Joint, Bone, Spine. 73, 745‐747 

 

Page 118: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

118   

 

Kocianova, S, Vuong, C, Yao, Y, Voyich, JM, Fischer, ER, DeLeo, FR and Otto M (2005) Key role of 

poly‐g‐DL‐glutamic acid in immune evasion and virulence of Staphylococcus 

epidermidis. Journal of Clinical Investigation. 115, 688‐694 

 

Kong, KF, Vuong, C and Otto M (2006) Staphylococcus quorum sensing in biofilm formation and 

infection. International Journal of Medical Microbiology. 296, 133‐139 

 

Kozitskaya, S, Olson, ME, Fey, PD, Witte, W, Ohlsen, K and Ziebuhr W (2005) Clonal analysis of 

Staphylococcus  epidermidis  isolates  carrying  or  lacking  biofilm‐mediating  genes  by multilocus 

sequence typing. Journal of Clinical Microbiology. 43, 4751‐4757 

Lalani, T, Kanafani, ZA, Chu, VH, Moore,  L, Corey, GR, Pappas, P, Woods, CW, Cabell, CH, Hoen, 

B, Selton‐Suty,  C, Doco‐Lecompte,  T, Chirouze,  C, Raoult,  D, Miro,  JM, Mestres,  CA,Olaison, 

L,Eykyn, S, Abrutyn, E and Fowler VG  Jr.  (2006) Prosthetic valve endocarditis due to coagulase‐

negative  staphylococci:  findings  from  the  International  Collaboration  on  Endocarditis Merged 

Database. European Journal of Clinical Microbiology and Infectious Diseases . 25, 365‐368 

 

Li, M, Wang, X, Gao, Q and Lu Y (2009) Molecular characterization of Staphylococcus epidermidis 

strains isolated from a teaching hospital in Shanghai, China. Journal of Medical Microbiology. 58, 

456‐461 

 

Liu, WK, Tebbs,  SE, Byrne,  PO  and Elliott  TS  (1993)  The  effects  of  electric  current on  bacteria 

colonising intravenous catheters. Journal of Infection. 27, 261‐269 

 

Loonen, AJM, Hansen, WLJ,  Jansz, A,  Kreeftenberg, H, Bruggeman, CA, Wolffs, PFG and van den 

Brule  AJC  (2009)    Faster  differentiation  of  Staphylococcus  aureus  versus  coagulase‐negative 

Staphylococci  from  blood  culture material:  a  comparison  of  different  bacterial  DNA  isolation 

methods . Netherlands Critical Care. 13, 7 

Page 119: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

119   

 

 

Maas, A, Flaman, P, Pardou, A, Deplano,  A, Dramaix, M and Streulens MJ (1998) Central venous 

catheter‐related bacteraemia  in  critically  ill neonates:  risk  factors and  impact on a prevention 

programme. Journal of Hospital Infections. 40, 211‐224 

 

Mack,  D,  Nedelmann,  M,  Krototsch,  A,  Schwarzkopf,  A,  Heesemann,  J  and  Laufs  R  (1994) 

Characterisation  of  transposan  mutants  of  biofilm‐producing  Staphylococcus  epidermidis 

impaired  in  the  accumulative  phase  of  biofilm  production:  genetic  identification  of  a 

hexosamine‐containing polysaccharide  intercellular adhesin.  Infection and  Immunity. 62, 3244‐

3253 

Mack, D,  Fischer, W,  Krokotsch, A,  Leopold, K, Hartmann, R,  Egge, H  and  Laufs R  (1996)  The 

intracellular adhesion involved in biofilm accumulation of Staphylococcus epidermidis is a linear 

ß 1,6‐linked glucosaminoglycan: purification and structural analysis. Journal of Bacteriology. 178, 

175‐183 

 

Mack, D, Sabottke, A, Dobinsky, S, Rohde, H, Horstkotte, MA and Knobloch JK (2005) Differential 

expression  of  methicillin‐resistant  by  different  biofilm‐negative  Staphylococcus  epidermidis 

transposon mutant classes. Antimicrobial Agents and Chemotherapy. 46, 178‐183 

Malachowa, N and DeLeo FR (2010) Mobile genetic elements of Staphylococcus aureus. Cellular 

and Molecular Life Sciences. 67, 3057‐71 

McCann, MT,  Gilmore,  BF  and  Gorman  SP  (2008)  Staphylococcus  epidermidis  device‐related 

infections: pathogenesis and clinical management. Journal of Pharmacy and Pharmacology. 60, 

1551‐1571 

 

Merchant‐Patel, S, Blackall, PJ, Templeton, J, Price, EP1 ,Steven Y. C. Tong, SYC, Huygens, F and 

Giffard PM (2010) Campylobacter  jejuni and Campylobacter coli Genotyping by High‐Resolution 

Melting Analysis of a flaA Fragment. Applied and Environmental Microbiology. 76, 493‐499 

Page 120: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

120   

 

 

Mermel,  LA, Farr,  BM, Sherertz,  RJ, Raad,  II, O'Grady,  N, Harris,  JS  and Craven  DE  (2001) 

Guidelines  for  the management of  intravascular  catheter‐related  infections. Clinical  Infectious 

Diseases. 32, 1249‐1272 

 

Mellmann,  A,  Becker,  K,  von  Eiff,  C,  Keckevoet,  U,  Schumann,  P  and  Harmsen  D  (2006) 

Sequencing and staphylococci identification. Emerging Infectious Diseases. 12, 333‐336 

 

Miragaia, M, Thomas, JC, Couto, I, Enright, MC and de Lencastre H (2007) Inferring a population 

structure for Staphylococcus epidermidis from multilocus sequence typing  (MLST) data. Journal 

of Bacteriology. 189, 2540‐2552 

 

Miragaia, M, Carric¸ JA, Thomas, JC, Couto, I, Enright, MC and de Lencastre H (2008) Comparison 

of Molecular Typing Methods  for Characterization of Staphylococcus epidermidis: Proposal  for 

Clone Definition. Journal of Clinical Microbiology. 46, 118‐129 

 

Mohammad, RP, Zahra, A, Mohammad, HS and Mostafa H (2011) Slime layer formation and the 

prevalence of mecA and aap genes in Staphylococcus epidermidis isolates. Journal of Infection in 

Developing Countries. 5, 34‐40 

 

Mohan, P, Venkatesh, MD, Frank Placencia, MD , Leonard E and Weisman MD (2006) Coagulase‐

Negative Staphylococcal Infections in the Neonate and Children. Seminars in Pediatric Infectious 

Diseases. 17, 120‐127 

 

Molan PC  (2002) Re‐introducing honey  in  the management of wounds  and ulcers‐theory  and 

practice. Ostomy Wound Management.  48, 28‐40 

 

Page 121: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

121   

 

Molan, PC and Betts JA (2004) Clinical usage of honey as a wound dressing: an update. Journal of 

Wound Care. 13, 353‐356 

 

Mulder,  JG  and  Degener  JE  (1998)  Slime‐producing  properties  of  coagulase‐negative 

staphylococci isolated from blood cultures. Clinical Microbiology and Infection. 4, 689‐694 

 

Nunes, AP,  Teixeira, LM, Bastos, CC, Silva, MG,  Ferreira, RB, Fonseca, LS and Santos KR  (2005) 

Genomic  characterization  of  oxacillinresistant  Staphylococcus  epidermidis  and  Staphylococcus 

haemolyticus isolated from Brazilian medical centres. The journal of Hospital Infection. 59, 19‐26 

 

O’Brien, T and Collin  J  (1992) Prosthetic vascular graft  infection. British  Journal of Surgery. 79, 

1262‐1267 

 

O'Gara,  JP  and  Humphreys  H  (2001)  Staphylococcus  epidermidis  biofilms:  importance  and 

implications. Journal of Medical Microbiology. 50, 582‐587 

 

O'Grady,  NP, Alexander, M, Burns,  LA, Dellinger,  EP, Garland,  J, Heard,  SO, Lipsett,  PA, Masur, 

H, Mermel, LA, Pearson, ML, Raad, II, Randolph, AG, Rupp, ME and Saint S (2011) Guidelines for 

the  prevention  of  intravascular  catheter‐related  infections.  American  Journal  of  Infection 

Control. 39 , 1‐34 

 

Oliveira, K., Brecher, SM, Durbin, A, Shapiro, DS, Schwartz, DR, De Girolami, PC, Dakos, J, Procop, 

GW, Wilson, D, Hanna, CS, Haase, G, Peltroche‐Llacsahuanga, H, Chapin, KC, Musgnug, MC, Levi, 

MH, Shoemaker, C and Stender   H  (2003). Direct  identification of Staphylococcus aureus  from 

positive blood culture bottles. Journal of Clinical Microbiology. 41, 889‐891 

 

Page 122: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

122   

 

Osmon,  DR,  Sampathkumar,  P  and  Cockerill  FR  (2000)  Prosthetic  joint  infection  due  to 

Staphylococcus lugdunensis. Mayo Clinic Proceedings.  75, 511‐512 

 

O’Toole, G, Kaplan, HB and Kolter R (2000) Biofilm formation as microbial development. Annual 

Review of Microbiology. 54, 49‐79 

 

Otto, M (2004) Virulence factors of the coagulase negative staphylococci. Frontiers in Bioscience. 

9, 841‐863 

 

Otto M (2008) Targeted immunotherapy for staphylococcal infections: focus on anti‐MSCRAMM 

antibodies. BioDrugs. 22, 27‐36 

 

Otto  M  (2009)  Staphylococcus  epidermidis—the'accidental'pathogen.  Nature  Reviews 

Microbiology. 7, 555‐567 

 

Palka‐Santini,  M, Pützfeld,  S, Cleven,  BE, Krönke,  M  and   Krut  O  (2007)  Rapid  identification, 

virulence analysis and resistance profiling of Staphylococcus aureus by gene segment‐based DNA 

microarrays:    Application    to    blood    culture    post‐processing.  Journal  of  Microbiological 

Methods. 68, 468‐ 477 

 

Patel, JD, Ebert, M, Ward, R and Anderson JM (2007) S. epidermidis biofilm formation: effects of 

biomaterial surface chemistry and serum proteins. Journal of Biomedical Materials Research. 80, 

742‐751 

 

Paul, R, Das, NK, Dutta, R, Bandyopadhyay, R and Banerjee AK (2011) Bacterial contamination of 

the  hands  of  doctors:  A  study  in  the  medicine  and  dermatology  wards.  Indian  Journal  of 

Dermatology, Venereology and Leprology .  77, 307‐313 

Page 123: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

123   

 

 

Persson,  L,  Strid,  H,.  Tidefelt,  U  and  Söderquist  B  (2006).  Phenotypic  and  genotypic 

characterization  of  coagulase‐negative  staphylococci  isolated  in  blood  cultures  from  patients 

with  haematological  malignancies.  European  Journal  of  Clinical  Microbiology  and  Infectious 

Diseases. 25, 299‐309 

 

Peters,  G,  Locci,  R  and  Pulverer  G  (1982)  Adherence  and  growth  of  coagulase‐negative 

staphylococci on surfaces of intravenous catheters. The Journal of Infectious Diseases. 146, 479‐ 

482 

 

Price, EP,  Smith, H, Huygens, F and Giffard PM (2007) High‐Resolution DNA Melt Curve Analysis 

of the Clustered, Regularly Interspaced Short‐Palindromic‐Repeat Locus of Campylobacter jejuni.  

Applied and Environmental Microbiology. 73, 3431‐3436 

 

Pyorala, S and Taponen S (2009) Coagulase‐negative staphylococci emerging mastitis pathogens. 

Veterinary Microbiology. 134, 3‐8 

 

Qin, Z, Yang, X, Yang, L, Jiang, J, Ou, Y, Molin, S and Qu D (2007) Formation and properties of in 

vitro biofilms of  ica negative Staphylococcus epidermidis clinical  isolates.  Journal of Mededical 

Microbiology. 56, 83‐93 

 

Qu,Y, Daley, AJ, Istivan, TS, Rouch, DA and Deighton MA (2010) Comment on: Densely adherent 

growth mode, rather than extracellular polymer substance matrix build‐up ability, contributes to 

high resistance of Staphylococcus epidermidis biofilms to antibiotics. Journal of Antimicrobial 

Chemotherapy.  65 , 2054‐2055 

 

Raad,  II and Bodey GP (1992)  Infectious complications of  indwelling vascular catheters. Clinical 

Infectious Diseases. 15, 197‐210 

Page 124: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

124   

 

 

Raad,  I,  Hanna,  H  and Maki  D  (2007)  Intravascular  catheter‐related  infections:  advances  in 

diagnosis, prevention, and management. Lancet Infectious Diseases. 7, 645‐657 

 

Rathnayake,  IU, Hargreaves, M and Huygens F  (2011) Genotyping of Enterococcus  faecalis and 

Enterococcus faecium Isolates by Use of a Set of Eight Single Nucleotide polymorphisms. Journal 

of Clinical Microbiology. 49, 367–372 

 

Robertson, GA, Thiruvenkataswamy, V, Shilling, H, Price, EP, Huygens, F, Henskens FA and 

Giffard PM (2004) Identification and interrogation of highly informative single nucleotide 

polymorphism sets defined by bacterial multilocus sequence typing databases. Journal of 

Medical Microbiology. 53, 35‐45 

 

Rohde, H, Mack, D, Christner, M, Burdelski, C, Franke, G and Knobloch JKM (2006) Pathogenesis 

of  staphylococcal device  related  infections:  from basic  science  to new diagnostic,  therapeutic 

and prophylactic approaches. Reviews in Medical Microbiology. 17, 45‐54 

 

Rogers, KL, Fey, PD and Rupp ME (2009) Coagulase negative staphylococcal infections. Infectious 

Disease Clinic of North America. 23, 73‐98 

 

Roos, KL and Scheld WM (1997) Central nervous system infections. The Staphylococci in Human 

Disease. 1, 413‐ 439 

 

Rupp, ME  and Archer G  (1992) Hemagglutination  and  adherence  to plastic by  Staphylococcus 

epidermidis. Infections and Immunity. 60, 4322‐ 4327 

 

Page 125: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

125   

 

Rupp,  ME,  Fey,  PD,  Heilmann,  C  and  Gotz  F  (2001)  Characterization  of  the  importance  of 

Staphylococcus  epidermidis  autolysin  and  polysaccharide  intercellular  adhesin  in  the 

pathogenesis  of  intravascular  catheter‐associated  infection  in  a  rat  model.  The  Journal  of 

Infectious Diseases. 183, 1038‐1042 

 

Rupp  ME  (2003)  Infections  associated  with  intravascular  catheters.  Therapy  of  infectious 

disease. 1, 141‐152 

 

Rupp  ME  (2004)  Nosocomial  bloodstream  infections.  Hospital  Epidemiology  and  Infection 

Control. 3, 253‐266 

 

Safdar,  N,  Fine,  JP  and Maki  DG  (2005) Meta‐analysis: methods  for  diagnosing  intravascular 

device‐related bloodstream infection. Annals of Internal Medicine. 142, 451‐466 

Sanchez, ML, Wenzel, RP  and  Jones RN (1992). In vitro activity of decaplanin (M861410), a new 

glycopeptide antibiotic.  Antimicrobial Agents and Chemotherapy. 36, 873‐875 

 

Savey,  A,  Fleurette,  J  and  Salle  BL  (1992)  An  analysis  of  the  microbial  flora  of  premature 

neonates. The Journal of Hospital Infection. 21, 275‐289 

 

Schlag, S, Nerz, C, Birkenstock, TA, Altenberend, F and Gotz F (2007) Inhibition of staphylococcal 

biofilm formation by nitrite. Journal of Bacteriology. 189, 7911‐7919 

 

Schreffler,  RT,  Schreffler,  AJ  and  Wittler  RR  (2002)  Treatment  of  cerebrospinal  fluid  shunt 

infections: a decision analysis. The Pediatric Infectious Disease Journal. 21, 632‐636 

 

Page 126: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

126   

 

Schukken, YH, Gonza´  lez, RN, Tikofsky, LL, Schulte, HF, Santisteban, CG, Welcome, FL, Bennett, 

GJ,  Zurakowski, MJ  and  Zadoks  RN  (2009)  CNS mastitis:  nothing  to worry  about?  Veterinary 

Microbiology. 134, 9‐14 

 

Shittu, A, Lin, J, Morrison, D and Kolawole D (2006) Identification and molecular characterization 

of  mannitol  salt  positive,  coagulase‐negative  staphylococci  from  nasal  samples  of  medical 

personnel and students. Journal of Medical Microbiology. 55, 317‐324 

 

Singh,  A,  Goering,  RV,  Simjee,  S,  Foley,  SL  and  Zervos  MJ  (2006)  Application  of  Molecular 

Techniques to the Study of Hospital Infection. Clinical Microbiology Reviews. 19, 512‐530 

 

Sousa, C, Teixeira, P and Oliveira R  (2009)  Influence of  surface properties on  the adhesion of 

Staphylococcus epidermidis to acrylic and silicone. International Journal of Biomaterials. 718, 1‐9 

Spare, MK,  Tebbs,  SE,  Lang,  S,  Lambert, PA, Worthington,  T,  Lipkin, GW  and Elliott  TS  (2003) 

Genotypic  and  phenotypic  properties  of  coagulase‐negative  staphylococci  causing  dialysis 

catheter‐related sepsis. Journal of Hospital Infections. 54, 272‐278 

 

Stepanovi, S,Vukovi, D,Daki,  I,Savi, B and Švabi  ‐Vlahovi   M  (2000) A modified microtiter‐plate 

test for quantification of staphylococcal biofilm formation. Journal of Microbiological Methods. 

40, 175‐179 

 

Stephens,  AJ,  Inman‐Bamber,  J,  Giffard,  PM  and  Huygens  F  (2008)  High‐Resolution  Melting 

Analysis of the spa Repeat Region of Staphylococcus aureus. Clinical Chemistry. 54, 432‐436  

 

Stephens,  AJ,  Huygens,  F  and  Giffard  PM  (2007)  Systematic  derivation  of  marker  sets  for 

Staphylococcal  Cassette  Chromosome  mec  typing.  Antimicrobial  Agents  Chemotherapy.  51, 

2954‐2964 

Page 127: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

127   

 

 

Stevens, NT, Tharmabala, M, Dillane, T, Greene, CM, O’Gara, JP and Humphreys H (2008) Biofilm 

and  the  role  of  the  ica  operon  and  aap  in  Staphylococcus  epidermidis  isolates  causing 

neurosurgical meningitis. Clinical Microbiology and Infection. 14, 719‐722 

 

Stevens,  NT,  Greene,  CM,  O’Gara,  JP  and  Humphreys  H  (2009)  Biofilm  characteristics  of 

Staphylococcus  epidermidis  isolates  associated  with  device‐related  meningitis.  Journal  of 

Medical Microbiology. 58, 855‐862 

 

Tang,  YW,  Procop, GW  and  Persing    DH  (1997) Molecular  diagnostics  of  infectious  diseases. 

Clinical Chemistry. 43, 2021‐2038 

 

Thomas,  JC,  Vargas,MR,    Miragaia, M  ,  Peacock,  SJ,  Archer,  GL  and  Enright MC  (2007)  An 

improved multilocus sequence typing scheme for Staphylococcus epidermidis. Journal of Clinical 

Microbiology. 45, 616‐619 

 

Toba,  FA, Akashi,  H, Arrecubieta,  C  and  Lowy  FD  (2011)  Role  of  biofilm  in Staphylococcus 

aureus and Staphylococcus epidermidis ventricular assist device driveline  infections The  Journal 

of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 141, 1259‐1264 

 

Tojo, M,   Yamashita,   N, Goldmann  , DA and   Pier GB (1988)  Isolation and characterization of a 

capsular  polysaccharide  adhesin  from  Staphylococcus  epidermidis.    Journal  of  Infectious 

Diseases. 157, 713‐722 

 

Tormo, MA, Knecht, E, Gotz, F, Lasa, I and Penades JR (2005) Bap‐dependent biofilm formation 

by pathogenic species of Staphylococcus: evidence of horizontal gene  transfer?   Microbiology.  

151, 2465‐2475 

Page 128: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

128   

 

 

Vacheethasanee, K, Temenoff, JS, Higashi, JM, Gary, A, Anderson, JM, Bayston, R and Marchant 

RE  (1998) Bacterial  surface  properties  of  clinically  isolated  Staphylococcus  epidermidis  strains 

determine adhesion on polyethylene. Journal of Biomedical Materials Research. 42, 425‐432 

 

Veenstra, GJ,  Cremers,  FFM,  van  Dijk,  H  and  Fleer  A  (1996) Ultrastructural  organization  and 

regulation of a biomaterial adhesion of Staphylococcus epidermidis. Journal of Bacteriology. 178, 

537‐541 

 

Von  Eiff,  C,  Peters,  G  and  Heilmann  C  (2002)  Pathogenesis  of  infections  due  to  coagulase‐

negative staphylococci. The Lancet Infectious Diseases. 2, 677 

 

von Eiff, C, Jansen, B, Kohnen, W and Becker K (2005) Infections associated with medical devices: 

pathogenesis, management and prophylaxis. Drugs. 65, 179‐214 

 

Vuong, C and Otto M  (2002) Staphylococcus epidermidis  infections. Microbes and  Infection. 4, 

481‐489 

 

Wang, A, Athan, E, Pappas, PA, Fowler, VG  Jr, Olaison,  L, Paré, C, Almirante, B, Muñoz, P, Rizzi, 

M, Naber,  C, Logar,  M, Tattevin,  P, Iarussi,  DL, Selton‐Suty,  C, Jones,  SB, Casabé,  J,Morris, 

A, Corey, GR and Cabell CH (2007) Contemporary clinical profile and outcome of prosthetic valve 

endocarditis. Journal of the American Medical Association. 297, 1354‐1361 

 

Weinstein,  MP, Towns,  ML, Quartey,  SM, Mirrett,  S, Reimer,  LG, Parmigiani,  G  and Reller  LB 

(1997)  The  clinical  significance  of  positive  blood  cultures  in  the  1990s:  a  prospective 

comprehensive evaluation of the microbiology, epidemiology, and outcome of bacteremia and 

fungemia in adults. Clinical Infectious Diseases. 24, 584‐602 

Page 129: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

129   

 

 

Wittwer,  CT,  Reed,  GH,  Gundry,  CN,  Vandersteen,  JG,  and  Pryor    RJ  (2003)  High‐resolution 

genotyping by amplicon melting analysis using LCGreen. Clinical Chemistry . 49, 853‐860 

 

Wong ES (2004) Surgical site infections. Hospital Epidemiology and Infection Control. 1, 287‐306. 

 

Yao,  Y,  Sturdevant,  DE  and  Otto  M  (2005)  Genomewide  analysis  of  gene  expression  in 

Staphylococcus epidermidis biofilms: insights into the pathophysiology of S. epidermidis biofilms 

and  the  role  of  phenol‐soluble  modulins  in  formation  of  biofilms.The  Journal  of  Infectious 

Diseases.  191, 289‐298 

 

Zadoks  ,RN  and  Watts  JL  (2009)  Species  identification  of  coagulase‐negative  staphylococci: 

Genotyping is superior to phenotyping. Veterinary Microbiology. 134, 20‐28 

 

Zhang, YQ, Ren, SX, Li, HL, Wang, YX, Fu, G, Yang,  J, Qin, ZQ, Miao, YG, Wang, WY, Chen, RS, 

Shen,  Y, Chen,  Z,  Yuan,  ZH,  Zhao, GP, Qu, D, Danchin, A  and Wen  YM  (2003) Genome‐based 

analysis  of  virulence  genes  in  a  non‐biofilm‐forming  Staphylococcus  epidermidis  strain  (ATCC 

12228). Molecular Microbiology. 49, 1577‐1593 

 

Ziebuhr, W, Heilmann, C, Gotz, F, Meyer, P, Wilms, K, Straube, E and Hacker J (1997) Detection 

of the intercellular adhesion gene cluster (ica) and phase variation in Staphylococcus epidermidis 

blood culture strains and mucosal isolates. Infection and Immunity. 65, 890‐ 896 

 

Ziebuhr, W, Krimmer, V, Rachid, S, Lössner, I, Götz F And Hacker J (1999) A novel mechanism of 

phase  variation  of  virulence  in Staphylococcus  epidermidis:  Evidence  for  control  of  the 

polysaccharide  intercellular  adhesin  synthesis  by  alternating  insertion  and  excision  of  the 

insertion sequence element IS256. Molecular Microbiology. 32, 345‐356 

Page 130: Comparative study of Coagulase Negative from …eprints.qut.edu.au/47603/1/Malik_Hussain_Thesis.pdf · Malik Asif Hussain MBBS B.Sc ... 2.4.3 Real‐Time PCR ... Melt Analysis was

130   

 

 

Ziebuhr, W, Hennig,  S,  Eckart, M,  Kränzler, H, Batzilla, C  and  Kozitskaya  S  (2006) Nosocomial 

infections by Staphylococcus epidermidis: how a commensal bacterium  turns  into a pathogen. 

International Journal of Antimicrobial Agents. 28 , 14‐20 

 

Zimmerli, W, Trampuz, A and Ochsner PE  (2004) Prosthetic‐joint  infections. The New England 

Journal of Medicine. 351, 1645‐1654