The beta-glucoside genes of Klebsiella aerogenes: conservation and divergence in relation to the cryptic bgl genes of Escherichia coli

The ability to metabolize aromatic beta-glucosides such as salicin and arbutin varies among members of the Enterobacteriaceae. The ability of Escherichia coli to degrade salicin and arbutin appears to be cryptic, subject to activation of the bgl genes, whereas many members of the Klebsiella genus can metabolize these sugars. We have examined the genetic basis for beta-glucoside utilization in Klebsiella aerogenes. The Klebsiella equivalents of bglG, bglB and bglR have been cloned using the genome sequence database of Klebsiella pneumoniae. Nucleotide sequencing shows that the K. aerogenes bgl genes show substantial similarities to the E. coli counterparts. The K. aerogenes bgl genes in multiple copies can also complement E. coli mutants deficient in bglG encoding the antiterminator and bglB encoding the phospho-beta-glucosidase, suggesting that they are functional homologues. The regulatory region bglR of K aerogenes shows a high degree of similarity of the sequences involved in BglG-mediated regulation. Interestingly, the regions corresponding to the negative elements present in the E. coli regulatory region show substantial divergence in K aerogenes. The possible evolutionary implications of the results are discussed. (C) 2003 Federation of European Microbiological Societies. Published by Elsevier Science B.v. All rights reserved.

Hydrolysis of aromatic beta-glucosides by non-pathogenic bacteria confers a chemical weapon against predators

Bacteria present in natural environments such as soil have evolved multiple strategies to escape predation. We report that natural isolates of Enterobacteriaceae that actively hydrolyze plant-derived aromatic beta-glucosides such as salicin, arbutin and esculin, are able to avoid predation by the bacteriovorous amoeba Dictyostelium discoideum and nematodes of multiple genera belonging to the family Rhabditidae. This advantage can be observed under laboratory culture conditions as well as in the soil environment. The aglycone moiety released by the hydrolysis of beta-glucosides is toxic to predators and acts via the dopaminergic receptor Dop-1 in the case of Caenorhabditis elegans. While soil isolates of nematodes belonging to the family Rhabditidae are repelled by the aglycone, laboratory strains and natural isolates of Caenorhabditis sp. are attracted to the compound, mediated by receptors that are independent of Dop-1, leading to their death. The b-glucosides-positive (Bgl(+)) bacteria that are otherwise non-pathogenic can obtain additional nutrients from the dead predators, thereby switching their role from prey to predator. This study also offers an evolutionary explanation for the retention by bacteria of `cryptic' or `silent' genetic systems such as the bgl operon.

Bacterial flora of the gut of the African snakehead, Channa obscura (Pisces: Channidae)

A qualitative and quantitative investigation of the bacterial flora of the gut of the African snakehead, Channa obscura was undertaken. The types of bacteria isolated from the different parts of the gut of C. obscura include Pseudomonas, Streptococcus, Citrobacter and Proteus. The coliform (Escherichia coli, Enterobacter) and some other Enterobacteriaceae such as Salmonella were also present. The stomach and intestine were found to have a preponderance of Pseudomonas and Vibrio species. Klebsiella sp. and Bacillus sp. (only in the pyloric caeca) were also isolated. On the whole, the correlation coefficients of the two incubation temperatures showed a high statistical significance. Thus the bacterial load of the gut of C. obscura has been shown as a function of temperature

Carbapenem-resistant and carbapenem-susceptible isogenic isolates of Klebsiella pneumoniae ST101 causing infection in a tertiary hospital

Background: In this study we describe the clinical and molecular characteristics of an outbreak due to carbapenem-resistant Klebsiella pneumoniae (CR-KP) producing CTX-M-15 and OXA-48 carbapenemase. Isogenic strains, carbapenem-susceptible K. pneumoniae (CS-KP) producing CTX-M-15, were also involved in the outbreak. Results: From October 2010 to December 2012 a total of 62 CR-KP and 23 CS-KP were isolated from clinical samples of 42 patients (22 had resistant isolates, 14 had susceptible isolates, and 6 had both CR and CS isolates). All patients had underlying diseases and 17 of them (14 patients with CR-KP and 3 with CS-KP) had received carbapenems previously. The range of carbapenem MICs for total isolates were: imipenem: 2 to >32 mu g/ml vs. <2 mu g/ml; meropenem: 4 to >32 mu g/ml vs. <2 mu g/ml; and ertapenem: 8 to >32 mu g/ml vs. <2 mu g/ml. All the isolates were also resistant to gentamicin, ciprofloxacin, and cotrimoxazole. Both types of isolates shared a common PFGE pattern associated with the multilocus sequence type 101 (ST101). The bla(CTX-M-15) gene was detected in all the isolates, whereas the bla(OXA-48) gene was only detected in CR-KP isolates on a 70 kb plasmid. Conclusions: The clonal spread of K. pneumoniae ST101 expressing the OXA-48 and CTX-M-15 beta-lactamases was the cause of an outbreak of CR-KP infections. CTX-M-15-producing isolates lacking the blaOXA-48 gene coexisted during the outbreak.

Estudo fenotípico e molecular de resistência aos antimicrobianos em amostras clínicas e ambientais de enterobactérias

Buscamos detectar evidências da presença de genes envolvidos na produção de Enzimas Modificadoras de Aminoglicosídeos (EMAs), Beta-lactamases de espectro estendido (ESBLs) e Mecanismos Plasmidiais de Resistência a Quinolonas (PMQRs) em cepas de K. pneumoniae, K. ozaenae e E. coli isoladas de amostras de água de rios afluentes da Baía de Guanabara e de materiais clínicos de origem hospitalar, além de avaliar o "status sanitário" dos corpos aquáticos abordados no tocante à contaminação fecal recente e indicações de contaminação hospitalar e por outros ambientes de alta seletividade. As cepas de materiais clínicos foram selecionadas entre Maio e Julho de 2010, a partir da semeadura em meio de cultura contendo 8g/mL de gentamicina. As amostras de água foram coletadas em Abril e em Julho de 2009. Realizamos testes de colimetria, empregando para tal, a metodologia convencional e outra, na qual adicionamos 32g/mL de cefalotina e 8g/mL de gentamicina aos caldos Lactosado e Escherichia coli (caldo EC), a fim de detectar e quantificar coliformes resistentes. Para o isolamento das cepas empregamos meios de cultura contendo 32g/mL de cefalotina e 8g/mL de gentamicina. As cepas foram identificadas e submetidas a testes de susceptibilidade aos antimicrobianos (TSA), testes presuntivos para presença de ESBLs, extração de DNA plasmidial e ensaios de Reação em Cadeia de Polimerase (PCR) para a detecção dos genes. A utilização de agentes antimicrobianos nos testes de colimetria nos permitiu detectar a presença e quantificar coliformes totais e fecais resistentes nas amostras de água analisadas nos diferentes pontos. O TSA das cepas isoladas de amostras de água exibiu perfis de multirresistência, compatíveis com o de bactérias de origem hospitalar, semelhante ao encontrado nas cepas isoladas de materiais clínicos. Todas as cepas isoladas de amostras de água e 90% das cepas de materiais clínicos apresentaram pelo menos uma banda plasmidial. Os ensaios de PCR evidenciaram a presença de produtos de amplificação para EMAs, ESBLs e PMQRs, sendo que 7,4% das cepas de amostras de água e 20% das cepas de materiais clínicos apresentaram produtos de amplificação para as três classes de antimicrobianos. A realização de testes de colimetria empregando antimicrobianos, como gentamicina e cefalotina, pode ser uma ferramenta adicional importante ao teste convencional, quando o interesse for, o monitoramento e a prevenção de contaminação ambiental, especialmente associada a microrganismos carreando genes de resistência. O uso criterioso de antimicrobianos em atividades de cunho hospitalar e veterinário e medidas no sentido de prevenção de lançamento de esgoto e/ou tratamento dos efluentes, são fundamentais para o controle da disseminação de elementos genéticos de resistência transferíveis entre os microrganismos. A detecção e identificação de microrganismos apresentando elementos de resistência em ambiente extra-hospitalar como em água e solo, em particular, o emprego de testes de colimetria empregando antimicrobianos, se faz necessária, como forma de prevenção e controle de disseminação destes microrganismos com potencial de causar infecções em humanos e outros animais que eventualmente entram em contato com estes ambientes.

Caracterização de beta-lactamases de espectro ampliado (ESBLs), genes de resistência aos antimicrobianos e conteúdo plasmidial em cepas de Escherichia coli e Salmonella spp. não tifóides isoladas do ambiente hospitalar e da comunidade

Enterobactérias produtoras de ESBLs são descritas tanto no ambiente hospitalar quanto na comunidade em todo o mundo. No Brasil, esses microrganismos também têm emergido como uma causa importante de infecções, sendo as enzimas CTX-M as prevalentes. O objetivo deste estudo foi analisar diferentes aspectos genotípicos relacionados à expressão da resistência aos antimicrobianos em cepas Escherichia coli e de Salmonella spp, tais como: a diversidade de ESBLs, os genes de resistência aos antimicrobianos e o conteúdo plasmidial. Os aspectos epidemiológicos das cepas produtoras de ESBLs também foram investigados. Foram estudadas 88 cepas de enterobactérias, sendo 43 E. coli e 45 cepas de Salmonella spp., de origem hospitalar e da comunidade (principalmente alimentos), isoladas na cidade do Rio de Janeiro. A expressão de ESBL foi observada em sete cepas de E. coli (7/43, 16,3%) e em uma cepa de Salmonella Typhimurium (1/45, 2,3%) e as enzimas foram identificadas como variantes de CTX-M e SHV-5, respectivamente. Entre as cepas de E. coli, a enzima CTX-M-2 foi a mais frequente (n = 4), sendo detectada em cepas isoladas de swab retal de pacientes hospitalizados, enquanto as enzimas CTX-M-59 (uma variante de CTX-M) (n = 1) e CTX-M-9 (n = 2) foram identificadas em cepas isoladas a partir de espécimes clínicos. Salmonella Typhimurium produtora de SHV-5 foi isolada do ambiente hospitalar (fórmula infantil). As cepas de E. coli produtoras das enzimas CTX-M pertenceram a grupos filogenéticos (A, B1, D) e STs (ST34, ST69, ST101) diferentes, sendo os genes blaCTX-M identificados em plasmídeos com tipo de replicon IncA/C de cerca de 150 kb (blaCTX-M-2, blaCTX-M-9, blaCTX-M-59) ou 80 kb (blaCTX-M-2). A cepa de S. Typhimurium produtora de SHV-5 pertenceu a um único clone (A-ST19) e o gene blaSHV-5 foi identificado em plasmídeo com o replicon IncL/M com aproximadamente 55Kb. Foi identificado pela primeira vez no Brasil o ST313 em um clone de S. Typhimurium (D-ST313), comumente associado com doenças invasivas severas, particulamente no continente africano. Genes que codificam para a resistência aos antimicrobianos não-beta-lactâmicos e integrons classe 1 foram identificados entre as cepas de E. coli e de Salmonella spp. multirresistentes produtoras ou não de ESBLs. Em conclusão: i) nossos resultados referentes à E. coli confirmaram a disseminação de enzimas CTX-M (principalmente variantes do grupo CTX-M-2) desde, pelo menos, o ano de 2000, em hospitais no Rio de Janeiro; demonstraram a implicação dos plasmídeos IncA/C na disseminação de genes blaCTX-M; indicaram a possível evolução intra-plasmídeo de blaCTX-M-59 a partir de blaCTX-M-2; a observação da diversidade e multiplicidade de plasmídeos poderiam fornecer plataformas genéticas para a dispersão de diferentes genes e/ou elementos de resistência aos antimicrobianos; ii) em relação à Salmonella spp. este estudo descreveu, pela primeira vez, o isolamento, a partir de fórmula infantil, de uma cepa de S. Typhimurium produtora de ESBL; foi demonstrada a associação do gene blaSHV-5 com plasmídeo do tipo IncL/M, que é considerado epidêmico; foi identificado o clone D-ST313 de S. Typhimurium, que está associado a doenças invasivas severas no continente africano, que reuniu cepas isoladas exclusivamente do ambiente hospitalar.

Marcadores fenotípicos e genotípicos de resistência aos antimicrobianos em enterobactérias e Staphylococcus spp. e detecção de genes para a produção de enterotoxina estafilocócica em cepas isoladas de equipamentos da cozinha de um hospital universitário no município do Rio de Janeiro

A resistência aos antimicrobianos pela produção de β-lactamases em enterobactérias é um problema adicional neste cenário. Staphylococcus spp é considerado um patógeno humano freqüentemente associado a infecções adquiridas no ambiente hospitalar. O objetivo desse trabalho foi estudar a resistência aos antimicrobianos em cepas de Enterobactérias e Staphylococcus spp. isoladas de equipamentos utilizados no preparo de dietas destinadas à pacientes internados em um hospital universitário no município do Rio de Janeiro, além de verificar a presença de genes codificadores de enterotoxinas nas cepas de Staphylococcus spp. As enterobactérias e os Staphylococcus spp. foram isolados e identificados por metodologia convencional. Para o teste de susceptibilidade aos antimicrobianos foram utilizados discos contendo antimicrobianos clinicamente relevantes. Foi determinada a concentração inibitória mínima (CIM) pela técnica de microdiluição em caldo para os antimicrobianos clinicamente relevantes. A pesquisa de genes que codificam β-lactamases em enterobactérias foi realizada pela técnica de reação em cadeia da polimerase (PCR) e sequenciamento para os genes blaTEM, blaSHV, blaCTX-M, blaOXA-1 e blaCMY-2. Para Staphylococcus spp. foram pesquisados, através da PCR e sequenciamento, os genes de resistência a meticilina, gentamicina e eritromicina e os genes codificadores de enterotoxinas (sea-see, seg-sej, sen-ser e seu). Foram isoladas 97 cepas de enterobactérias, 40 de liquidificador e 57 de batedeira e 40 cepas de Staphylococcus spp., 20 de cada equipamento. Dentre as enterobactérias, o gênero Enterobacter foi isolado com maior frequencia (n=37, 38%). Foram ainda isoladas seis cepas de Salmonella spp. Das enterobactérias, 80% (n=79) foram resistentes a pelo menos um antimicrobiano e 38% (n=37) a três ou mais. A expressão fenotípica presuntiva de b-lactamases do tipo AmpC foi detectada em 32 cepas. O gene blaCMY-2 não foi encontrado. Doze cepas apresentaram halos de inibição com screaning positivo para a pesquisa de ESBL. Foi detectada a presença do gene blaSHV em K. pneumoniae subsp. pneumoniae. O sequenciamento desse gene permitiu identificá-lo como sendo blaSHV-36. Dentre os Staphylococcus spp., oito foram identificados como coagulase-positivas (SCP) e 32 como coagulase-negativas (SCN). As oito cepas de SCP foram identificadas como S. aureus subsp. aureus. Dentre os SCN, as espécies identificadas com maior frequência foram: S. caprae (n=7, 17,5%), S. simulans (n=5, 12,5%) e S. epidermidis (n=4, 10%). Destas, 83% (n=33) foram resistentes a pelo menos um antimicrobiano e 30% (n=12) foram resistentes a mais do que três. Duas cepas (5%) de S. epidermidis apresentaram perfil de resistência a até seis antimicrobianos e genes de resistência a meticilina, a eritromicina e a gentamicina. Todas as sete cepas que foram resistentes no TSA e na CIM a gentamicina, apresentaram o gene aac(2)/aph(6). O gene ermB foi observado ainda em uma S hominis subsp hominis que apresentou resistência na CIM e no TSA. Foi detectada a presença de pelo menos um gene codificador de enteroxotxina em 83% (n=33) das cepas. O gene seg foi detectado em 11 cepas, o gene sei em 17 cepas e o gene sen em 31 cepas. Os resultados encontrados implicam as dietas preparadas com esses equipamentos como veículo de disseminação de enteropatógenos e Staphylococcus spp. com marcadores de resistência e genes codificadores de enterotoxinas relevantes no ambiente hospitalar.

Study on the intestinal bacteria of Labeo rohita (Ham.)

The quantitative and qualitative aspects of intestinal bacteria of rohu fish (Labeo rohita) showed that total viable count of bacteria ranged from 9.9 x 106 to 1.4 x 107 CFU/g of intestine in different age groups of fish. The bacterial load was highest in the month of July and lowest in January. The genera of the isolates from intestine included Coryneform, Micrococcus, Flavobacterium, Cytophaga, Achromobacter, Aeromonas Enterobacteriaceae and Vibrio. Coryneform was the dominant group throughout the study period followed by Micrococcus and Enterobacteriaceae. Marked variations in the bacterial load and generic composition of intestinal bacteria were evident during the study period in different age groups of rohu fish.

Estimation of micro-flora associated with different stages of Macrobrachium rosenbergii (de Man)

The bacterial flora occurring in muscle, haemolymph, hepatopancreas and gill of brood, juveniles, water, eggs, larvae and rearing water were estimated by selective plate count technique for Entrobacteriaceae, Streptococaceae and Vibrionaceae members. The total viable bacterial count was estimated by total plate count technique on nutrient agar. The total viable counts of bacteria were lowest in water from 6.10x10² CFU/mL) and highest in egg (6.06x10super(8) CFU/g). In brood the total counts were varying from 1.62x10² CFU/g in muscle to 2.20x10super(5) CFU/g in gills. In juveniles, the total plate counts were varying from 2.8x10super(4) CFU/g in muscles to 3.67x10 super(8) CFU/g in hepatopancreas. Selective plate counts show that Enterobacteriaceae members dominate in egg and gills of brood and hepatopancreas of juveniles. Vibrios were found to be dominant in water and larvae of rearing tank. Haemolymph of brood was sterile and did not contain any bacteria while muscle of juvenile was having very low count of total viable bacteria.

Arylsulfatase - producing bacteria in marine sediments

A total of 313 strains of bacteria which hydrolysed tripotassium phenolphthalein disulfate (PDS) were isolated from the sediments of three biotopes, namely, Vellar estuary, backwater and mangrove during the period of investigation. They were identified to the generic level. The following genera were encountered, namely, Vibrio, Bacillus, Alcaligenes, Micrococcus, Pseudomonas, Cytophaga-Flavobacterium, Aeromonas, Corynebacterium and members of Enterobacteriaceae. Vibrio and Bacillus were found to be the dominant groups representing 29.26% and 41.80% respectively of the total isolates. Because of the importance of the Vibrio group in marine environment these isolates were further identified to the species level and it included V. parahaemolyticus, V. alginolyticus, V. consticola, V. anguillarum and V. fischeri. These observations suggest that different groups of arylsulfatase – producing bacteria probably occur in marine sediments.

Diverse tetracycline resistant bacteria and resistance genes from coastal waters of Jiaozhou Bay

Environmental microbiology investigation was carried out in Jiaozhou Bay to determine the source and distribution of tetracycline-resistant bacteria and their resistance mechanisms. At least 25 species or the equivalent molecular phylogenetic taxa in 16 genera of resistant bacteria could be identified based on 16S ribosomal deoxyribonucleic acid sequence analysis. Enterobacteriaceae, Pseudomonadaceae, and Vibrionaceae constituted the majority of the typical resistant isolates. Indigenous estuarine and marine Halomonadaceae, Pseudoalteromonadaceae, Rhodobacteraceae, and Shewanellaceae bacteria also harbored tetracycline resistance. All the six resistance determinants screened, tet(A)-(E) and tet(G), could be detected, and the predominant genes were tet(A), tet(B), and tet(G). Both anthropogenic activity-related and indigenous estuarine or coastal bacteria might contribute to the tet gene reservoir, and resistant bacteria and their molecular determinants may serve as bioindicators of coastal environmental quality. Our work probably is the first identification of tet(E) in Proteus, tet(G) in Acinetobacter, tet(C) and tet(D) in Halomonas, tet(D) and tet(G) in Shewanella, and tet(B), tet(C), tet(E), and tet(G) in Roseobacter.

Caracterização da estrutura populacional de isolados de Escherichia coli provenientes de suiniculturas de produção intensiva e extensiva de Portugal

Projeto de Pós-Graduação/Dissertação apresentado à Universidade Fernando Pessoa como parte dos requisitos para obtenção do grau de Mestre em Ciências Farmacêuticas

Microbiological and physicochemical aspects of “salpicão”, a traditional dry sausage produced in the northeast of Portugal

Counts of total viable mesophilic bacteria (TVC), lactic acid bacteria (LAB), Microccocaceae, Enterobacteriaceae, Salmonella spp. and Listeria monocytogenes, in traditional Portuguese dry sausages from two industrial producers, were compared in batter and final product. During the production process, the TVC increased significantly, most likely due to the multiplication of fermentative flora. Enterobacteriaceae decreased from batter to final product while the S. aureus increased. Great variability was verified in detection of L. monocytogenes both between batches and industrial producers

Investigation of growth and stress tolerance characteristics of Cronobacter spp.

Cronobacter spp. are opportunistic pathogens which can be isolated from a wide variety of foods and environments. They are Gram negative, motile, non-spore forming, peritrichous rods of the Enterobacteriaceae family. This food-borne pathogen is associated with the ingestion of contaminated infant milk formula (IMF), causing necrotizing enterocolitis, sepsis and meningitis in neonatal infants. The work presented in this thesis involved the investigation and characterisation of a bank of Cronobacter strains for their ability to tolerate physiologically relevant stress conditions that are commonly encountered in the gastrointestinal tract. While all strains were able to endure the suboptimal conditions tested, noteworthy variations were observed between strains. A collection of these strains were Lux-tagged to determine if their growth could be tracked in IMF by measuring bioluminescence. The resulting strains could be easily and reproducibly monitored in real time by measuring light emission. Following this a transposon mutagenesis library was created in one of the Lux-tagged strains of Cronobacter sakazakii. This library was screened for mutants with affected growth in milk. The majority of mutants identified were associated with amino acid metabolism. The final section of this thesis identified genes involved in the tolerance of C. sakazakii to the milk derived antimicrobial peptide, Lactoferricin B (Lfcin B). This was achieved by creating a transposon mutagenesis library in C. sakazakii and screening for mutants with increased susceptibility to Lfcin B. Overall this thesis demonstrates the variation between Cronobacter strains. It also identifies genes required for growth of the bacteria in milk, as well as genes needed for antimicrobial peptide tolerance.

The ELDERMET biobank: Isolation and characterization of the intestinal microbiota from elderly Irish subjects

The human gastrointestinal (GI) tract is colonized by a dense and diverse bacterial community, the commensal microbiota, which plays an important role in the overall health of individuals. This microbiota is relatively stable throughout adult life, but may fluctuate over time with aging and disease. The adaptation of the gut microbiota to our changing life-style is probably the reason for the large inter-individual variation observed among different people. Since the gut microbiota plays an essential role in interactions with host metabolism, it is of utmost importance to explore this relationship. The elderly intestinal microbiota has been the subject of a number of studies in recent years. The results presented in this thesis have further contributed to the expansion of knowledge related to gut microbiota research highlighting the combined effect of culture based and molecular methods as powerful tools for understanding the true impact of microbes. The degree of correlation between measurements from both methods suggested that a single method is capable of profiling intestinal Bifidobacterium spp., Lactobacillus spp. and Enterobacteriaceae populations. Bacteriocins have shown great promise as alternatives to traditional antibiotics. In this respect, the isolation and characterisation of bacteriocinogenic strains are important due to growing evidence indicating bacteriocin production as a potential probiotic trait by virtue of strain dominance and/or pathogen inhibition in the mammalian intestine. The selection pressure applied on the bacterial population during antibiotic usage is the driving force for the emergence of antibiotic resistant bacteria. Identification of antibiotic resistant isolates opens up the possibility of using such probiotics to offset the problems caused by antibiotics to the gut microbiota and to improve the intestinal microbial environment. Future work is required to explore the culture collection housing thousands of bacterial isolates as a valuable source of potential probiotics for use for the elderly Irish community.