Clinical significance of Mycobacterium asiaticum isolates in Queensland, Australia

Mycobacterium asiaticum was first reported as a cause of human disease in 1982, with only a few cases in the literature to date. This study aims to review the clinical significance of M. asiaticum isolates in Queensland, Australia. A retrospective review (1989 to 2008) of patients with M. asiaticum isolates was conducted. Data were collected through the Queensland TB Control Centre database. Disease was defined in accordance with the American Thoracic Society criteria. Twenty-four patients (13 female) had a positive culture of M. asiaticum, many residing around the Tropic of Capricorn. M. asiaticum was responsible for pulmonary disease (n = 2), childhood lymphadenitis (n = 1), olecranon bursitis (n = 1), 6 cases of possible pulmonary disease, and 2 possible wound infections. Chronic lung disease was a risk factor for pulmonary infection, and wounds/lacerations were a risk factor for extrapulmonary disease. Extrapulmonary disease responded to local measures. Pulmonary disease responded to ethambutol-isoniazid-rifampin plus pyrazinamide for the first 2 months in one patient, and amikacin-azithromycin-minocycline in another patient. While M. asiaticum is rare in Queensland, there appears to be an environmental niche. Although often a colonizer, it can be a cause of pulmonary and extrapulmonary disease. Treatment of pulmonary disease remains challenging. Extrapulmonary disease does not mandate specific nontuberculous mycobacterium (NTM) treatment.

Anti-infectives

18.1 Antibiotics 18.1.1 Introduction to bacteria 18.1.2 Introduction to antibiotics 18.1.3 Inhibitors of bacterial cell wall synthesis 18.1.3.1 β-Lactams 18.1.3.2 Glycopeptides 18.1.4 Inhibitors of bacterial protein synthesis 18.1.4.1 Tetracyclines 18.1.4.2 Aminoglycosides 18.1.4.3 Chloramphenicol 18.1.4.4 Macrolides 18.1.4.5 Lincosamides 18.1.4.6 Oxalazidones 18.1.5 Inhibitors of DNA synthesis 18.2. Anti-tuberculotic drugs 18.2.1 Introduction 18.2.2 Isoniazid 18.2.3 Ethambutol 18.2.4 Rifamycin 18.2.5 Pyrazinamide 18.3. Anti-viral drugs 18.3.1 Introduction to viruses 18.3.2 Drugs used to treat herpesviruses 18.3.3 Drugs used to treat the flu 18.3.4 Drugs used to treat HIV/AIDS 18.4. Antifungal drugs 18.4.1 Introduction to Fungi 18.4.2 Antifungal drugs

The purification and properties of peroxidase in Mycobacterium tuberculosis H37Rv and its possible role in the mechanism of action of isonicotinic acid hydrazide

Peroxidase from Mycobacterium tuberculosis H37Rv was purified to homogeneity. The homogeneous protein exhibits catalase and Y (Youatt's)-enzyme activities in addition to peroxidase activity. Further confirmation that the three activities are due to a single enzyme was accomplished by other criteria, such as differential thermal inactivation, sensitivity to different inhibitors, and co-purification. The Y enzyme (peroxidase) was separated from NADase (NAD+ glycohydrolase) inhibitor by gel filtration on Sephadex G-200. The molecular weights of peroxidase and NADase inhibitor, as determined by gel filtration, are 240000 and 98000 respectively. The Y enzyme shows two Km values for both isoniazid (isonicotinic acid hydrazide) and NAD at low and high concentrations. Analysis of the data by Hill plots revealed that the enzyme has one binding site at lower substrate concentrations and more than one at higher substrate concentration. The enzyme contains 6g-atoms of iron/mol. Highly purified preparations of peroxidases from different sources catalyse the Y-enzyme reaction, suggesting that the nature of the reaction may be a peroxidatic oxidation of isoniazid. Moreover, the Y-enzyme reaction is enhanced by O2. Isoniazid-resistant mutants do not exhibit Y-enzyme, peroxidase or catalase activities, and do not take up isoniazid. The Y-enzyme reaction is therefore implicated in the uptake of the drug.

Molecular mechanism for the specific inhibition of reverse transcriptase of rous sarcoma virus by the copper complexes of isonicotinic acid hydrazide

Isonicotinic acid hydrazide (isoniazid), one of the most potent antitubercular drugs, was recently shown, in our laboratory, to form two different complexes with copper, depending upon the oxidation state of the metal ion. Both the complexes have been shown to possess antiviral activity against Rous sarcoma virus, an RNA tumor virus. The antiviral activity of the complexes has been attributed to their ability to inhibit the endogenous reverse transcriptase activity of RSV. More recent studies in our laboratory indicate that both these complexes inhibit both endogenous and exogenous reactions. As low a final concentration as 50 μM of the cupric and the cuprous complexes inhibits the endogenous reaction to the extent of 93 and 75 per cent respectively. Inhibition of the exogenous reaction varies with the templates. The inhibition can be reversed by either β-mercaptoethanol or ethylene-diamine-tetra-acetic acid. The specificity of this inhibition has been ascertained by using a synthetic primer-template, −(dG)not, vert, similar15−(rCm)n, which is highly specific for reverse transcriptases. The inhibition is found to be template specific. The studies carried out, using various synthetic primer-templates, show the inhibition of both the steps of reverse transcription by the copper complexes of isoniazid.

Investigation of biodegradable and biocompatible castor oil poly(mannitol-citric-sebacate) polyester as a drug carrier

Castor oil-based poly(mannitol-citric sebacate) was synthesized by simple, catalyst-free melt condensation process using monomers having potential to be metabolized in vivo. The polymer was characterized using various techniques and the tensile and hydration properties of the polymers were also determined. The biocompatibility of the polymer was tested using human foreskin fibroblasts cells. The in vitro degradation studies show that the time for complete degradation of the polymer was more than 21 days. The usage of castor oil polyester as a drug carrier was analysed by doping the polymer with 5-fluorouracil model drug and the release rate was studied by varying the percentage loading of drugs and the pH of the PBS solution medium. The cumulative drug-release profiles exhibited a biphasic release with an initial burst release and cumulative 100% release within 42 h. To understand the role of the polymer as a drug carrier in the release behaviour, drug-release studies were conducted with another drug, isoniazid. The release behaviour of isoniazid drug from the same polymer matrix followed an nth order kinetic model and 100% cumulative release was achieved after 12 days. The variation in the release behaviour for two model drugs from the same polymer matrix suggests a strong interaction between the polymer and the drug molecule.

Conditional silencing of topoisomerase I gene of Mycobacterium tuberculosis validates its essentiality for cell survival

Topoisomerases are an important class of enzymes for regulating the DNA transaction processes. Mycobacterium tuberculosis (Mtb) is one of the most formidable pathogens also posing serious challenges for therapeutic interventions. The organism contains only one type IA topoisomerase (Rv3646c), offering an opportunity to test its potential as a candidate drug target. To validate the essentiality of M.tuberculosis topoisomerase I (TopoI(Mt)) for bacterial growth and survival, we have generated a conditionally regulated strain of topoI in Mtb. The conditional knockdown mutant exhibited delayed growth on agar plate. In liquid culture, the growth was drastically impaired when TopoI expression was suppressed. Additionally, novobiocin and isoniazid showed enhanced inhibitory potential against the conditional mutant. Analysis of the nucleoid revealed its altered architecture upon TopoI depletion. These studies establish the essentiality of TopoI for the M.tuberculosis growth and open up new avenues for targeting the enzyme.

Use of Mycobacterium smegmatis Deficient in ADP-Ribosyltransferase as Surrogate for Mycobacterium tuberculosis in Drug Testing and Mutation Analysis

Rifampicin (Rif) is a first line drug used for tuberculosis treatment. However, the emergence of drug resistant strains has necessitated synthesis and testing of newer analogs of Rif. Mycobacterium smegmatis is often used as a surrogate for M. tuberculosis. However, the presence of an ADP ribosyltransferase (Arr) in M. smegmatis inactivates Rif, rendering it impractical for screening of Rif analogs or other compounds when used in conjunction with them (Rif/Rif analogs). Rifampicin is also used in studying the role of various DNA repair enzymes by analyzing mutations in RpoB (a subunit of RNA polymerase) causing Rif resistance. These analyses use high concentrations of Rif when M. smegmatis is used as model. Here, we have generated M. smegmatis strains by deleting arr (Delta arr). The M. smegmatis Delta arr strains show minimum inhibitory concentration (MIC) for Rif which is similar to that for M. tuberculosis. The MICs for isoniazid, pyrazinamide, ethambutol, ciprofloxacin and streptomycin were essentially unaltered for M. smegmatis Delta arr. The growth profiles and mutation spectrum of Delta arr and, Delta arr combined with Delta udgB (udgB encodes a DNA repair enzyme that excises uracil) strains were similar to their counterparts wild-type for arr. However, the mutation spectrum of Delta fpg Delta arr strain differed somewhat from that of the Delta fpg strain (fpg encodes a DNA repair enzyme that excises 8-oxo-G). Our studies suggest M. smegmatis Delta arr strain as an ideal model system in drug testing and mutation spectrum determination in DNA repair studies.

Multicomponent Adducts of Pyridoxine: An Evaluation of the Formation of Eutectics and Molecular Salts

Cocrystallization of pyridoxine (vitamin B6) with several biologically important molecules was undertaken with the intent of successfully designing various hydrogen bonded adducts such as salts, cocrystals, and eutectics. Pyridoxine formed eutectics with isoniazid (an antitubercular drug) and nicotinic acid (vitamin B3) and molecular salts with para-aminobenzoic acid (a bioactive) and saccharin (an artificial sweetener), respectively, in accordance to our design strategy. A salt cocrystal, a precisely conjugate acid-base cocrystal, was obtained for the pyridoxine-para-nitrobenzoic acid combination. The role of supramolecular affinity of hydrogen bonding functional groups and Delta pK(a) differences leading to the formation of above diverse adducts was discussed. This study underpins the need for full-fledged supramolecular compatibility studies of multivitamin/drug combinations toward the development of optimal and/or synergistic combination formulations.

Anomalous Dielectric Features and Structural Implications in Gallic Acid-lsoniazid Cocrystal Mediated by Lattice Water

An organic supramolecular ternary salt (gallic acid:isoniazid:water; GINZH) examined earlier for its proton conducting characteristics is observed to display step-like dielectric behavior across the structural phase transition mediated by loss of water of hydration at 389 K. The presence of hydration in the crystal lattice along with proton mobility between acid base pairs controls the ``ferroelectric like'' behavior until the phase transition temperature.

Síntese, caracterização e estudo da ação antituberculose e citotóxica de hidrazonas derivadas de isoniazida e de seus complexos de cobre(II) e gálio(III)

No presente trabalho é descrita a obtenção de hidrazonas derivadas de isoniazida e de seus complexos de cobre(II) e gálio(III) candidatos a protótipos de fármacos antituberculose e antitumoral. Para investigar o efeito da modificação química sobre as bioatividades do fármaco isoniazida, foram preparados cinco derivados hidrazônicos: 2-piridinocarboxaldeído isonicotinoil hidrazona (HPCIH, 1), 2-acetilpiridina isonicotinoil hidrazona (HAPIH, 2), 2-benzoilpiridina isonicotinoil hidrazona (HBPIH, 3), 2-piridinoformamida isonicotinoil hidrazona (HPAmIH, 4) e 2-pirazinoformamida isonicotinoil hidrazona (HPzAmIH, 5), sendo o composto HPAmIH (4) inédito. Análises de ponto de fusão, espectroscopia de infravermelho (IV), espectrometria de massas, ressonância magnética nuclear (RMN), análise elementar e termogravimetria confirmaram a obtenção e pureza das hidrazonas. Foi determinada ainda a estrutura de HPCIH (1) por difração de raios X de monocristal. Essas moléculas foram efetivas em inibir o crescimento de cepas de micobactérias Mycobacterium tuberculosis H37Rv (ATCC 27294) nas concentrações testadas, com exceção de HPzAmIH (5). As hidrazonas HAPIH (2) e HBPIH (3) foram os compostos orgânicos mais ativos (concentração inibitória mínima, CIM = 0,625 g/mL), apresentando atividade antimicobacteriana apenas duas vezes inferior à do fármaco isoniazida.Quanto à ação contra células tumorais, as hidrazonas HAPIH (2) e HBPIH (3) foram as mais potentes contra as linhagens OVCAR-8 (tumor de ovário - humano), HCT-116 (tumor de cólon - humano) e SF-295 (glioblastoma humano), com inibições de 34,98 a 98,63% do crescimento celular, na concentração de 5 g/mL, enquanto que a isoniazida não foi efetiva contra as linhagens estudadas. Para avaliar o efeito da coordenação a metais sobre a atividade farmacológica das hidrazonas, foram sintetizados os complexos de cobre(II) e gálio(III), sendo todos inéditos: [Cu(HPCIH)Cl2]∙H2O (6), [Cu(HAPIH)Cl2]∙H2O (7), [Cu2(HBPIH)2Cl2]Cl2∙4H2O(8), [Cu(HPAmIH)Cl2]∙H2O (9), [Cu(HPzAmIH)Cl2]∙H2O (10), [Ga(HPCIH)2](NO3)32H2O (11), [Ga(HAPIH)(APIH)](NO3)22H2O (12), [Ga(HPAmIH)(PAmIH)](NO3)22H2O(13) e [Ga(HPzAmIH)(PzAmIH)](NO3)2H2O (14). Os complexos foram caracterizados por espectroscopia de IV, análise elementar, condutivimetria, RMN e espectroscopia eletrônica. Em geral, os complexos também demonstraram ação contra M. tuberculosis, sendo que apenas para 6, 9, 10 e 14 foi verificada melhor atividade em relação às hidrazonas livres. Os complexos metálicos foram tanto quanto ou mais ativos contra as células tumorais OVCAR-8, HCT-116 e SF-295 do que as hidrazonas livres. Merecem destaque os complexos 79 e 12, que apresentaram inibição de crescimento celular de 72,2100%, na concentração de 5 g/mL. Os resultados demonstram portanto que em geral os compostos 114 são menos ativos do que a isoniazida contra M. tuberculosis, enquanto que a modificação química do fármaco, formando-se hidrazonas com posterior complexação cobre(II) e gálio(III) constituíram uma estratégia interessante na obtenção de compostos mais potentes contra células tumorais

Estudo in vitro de derivados sintéticos da Isoniazida e da Pirazinamida sobre Leishmania (Viannia) braziliensis

As leishmanioses são um grupo de doenças causadas por protozoários do gênero Leishmania spp que afetam 98 países. No Brasil, no ano de 2013, foram relatados 3.253 casos de leishmaniose visceral e 18.226 casos de Leishmaniose Tegumentar Americana. O tratamento de primeira escolha continua sendo realizado com antimoniais pentavalentes, e em casos de insucessos os fármacos de segunda escolha são a pentamidina e a anfotericina B. Tais medicamentos causam intensos efeitos adversos e ultimamente têm surgido cepas resistentes aos mesmos. Em áreas endêmicas têm sido cada vez mais comum o surgimento da co-infecção Leishmania com Mycobacterium tuberculosis. O tratamento para a tuberculose com pirazinamida (PZA) e isoniazida (INZ), controla a leishmaniose. Esses dados sugerem atividade anti-leishmania da PZA e da INZ. O objetivo deste trabalho foi avaliar a atividade in vitro da INZ e da PZA e seus compostos derivados (série G e série R, respectivamente) sobre Leishmania (Viannia) braziliensis. As moléculas foram testadas em monocamadas de macrófagos peritoneais de camunongos infectados com L. (V) braziliensis durante 48h. Todas as moléculas testadas inibiram o índice de infecção de forma dose dependente em comparação aos controles. As moléculas da série R foram mais ativas do que a PZA, porém o resultado foi significativo somente para a R02 (p < 0,005). Apenas a molécula R05 (76,64M) foi relativamente tóxica para macrófagos. Os compostos mais ativos foram R02, G01 e G02, cujos índices de seletividade foram 14,31, 19 e 30, respectivamente. A dosagem de nitrito foi feita em sobrenadantes de monocamadas de macrófagos peritoniais infectados e tratados com as substâncias nas concentrações 10 e 100M. A G01 e a G02 estimularam a produção de NO2 nas duas concentrações, entretanto o resultado foi estatisticamente significativo para a G02 em 100M (p < 0,0001), a G05 só estimulou óxido nítrico na maior concentração. Todos os compostos da série R estimularam NO2, contudo, o resultado foi estatisticamente significativo para a R03 e R05 a 100M (p < 0,001). Adicionalmente, foi realizado uma análise preditiva in sílico de parâmetros farmacocinéticos das moléculas mais ativas in vitro, utilizando o software admetSAR. Os dados obtidos mostraram que de forma semelhante às suas moléculas originais a G01, G02 e R02 apresentaram alta capacidade de serem absorvidas pelo trato gastrointestinal, baixo potencial hepatotoxico e carcinogênico. Juntos, esses dados demonstram que essas moléculas são seletivamente tóxicas para o parasito com potencial para serem testadas pela via oral em estudos em modelo experimental de infecção.

Bases moleculares da multiresistência a drogas em Mycobacterium tuberculosis

A tuberculose (Tb) é a principal causa de morte no mundo, por um agente infeccioso. O tratamento padrão é a quimioterapia: rifampicina (RMP), isoniazida (INH) e pirazinamida (PZA). O maior problema global da Tb é o aumento de cepas multirresistentes (resistência pelo menos à INH e à RMP) do Mycobacterium tuberculosis (MTb). A resistência à INH e RMP ocorre geralmente por mutação genética nos genes KatG e rpoB, respectivamente. Os objetivos deste trabalho foram: 1. Analisar os tipos e freqüências de mutações em duas regiões iniciais do gene katG do MTb. 2. Determinar os tipos e freqüências das mutações no gene rpoB. Duas regiões do gene katG e uma do gene rpoB foram amplificadas por PCR e seqüenciadas para o diagnóstico das mutações. Para a análise do gene katG foram utilizadas 101 cepas. Dentre estas, 4 eram sensíveis e não apresentaram mutação (controle). Das 97 cepas restantes, na primeira região seqüenciada do KatG, não ocorreram mutações em 67. Nas outras 30 cepas houve 33 deleções de nucleotídeos, sendo que 24 ocorreram no último nucleotídeo do códon 4 (24,7%), o que caracterizou um novo alelo. Na região 2, dentre as 97 cepas não houve mutação em 16 - sete estavam associadas a ausência de mutação na região 1. Ocorreram 83 mutações pontuais, sendo 75,3% no códon 315. Sete cepas resistentes a INH não apresentaram mutações em nenhuma das duas regiões analisadas. As mutações na região 2 permitiram o diagnóstico de resistência à INH em 79 cepas ou 81,4%. Nove cepas que não mostraram mutações na região 2 tiveram mutações na região 1. Logo, esta região permitiu o acréscimo do diagnóstico de resistência à INH para 88 cepas, aumentando a positividade em 9,3%. Em sete casos resistentes não houve mutação em ambas as regiões. Na análise do gene rpoB usamos 120 cepas de MTb. Nenhuma mutação foi encontrada em 13 isolados resistentes à RMP. O códon que apresentou maior freqüência de mutação foi o 531 (45.6%), seguido pelo 526 (26%) e 516 (12.5%). Em outros onze códons, foi encontrado um total de 18 mutações (15.2%), principalmente nos códons 511 (3.4%) e 513 (3.4%). Nenhum dos isolados sensíveis à RMP apresentou mutações. No Estado do Rio de Janeiro, as mutações mais freqüentes foram: 516 (5%), 526 (2.5 %) e 531 (21.2%). Dentre os outros estados, as mutações mais freqüentes foram: 516 (2.5 %), 526 (11%) e 531 (19.4%). A freqüência de mutações dos isolados do Rio de Janeiro foi comparada com a encontrada nos outros estados, mas quando o removemos da análise, a freqüência de mutações nos códons 531 e 526 para os outros 15 estados é semelhante. A análise estatística mostra que este dado é significativo (p=0.002). No entanto, quando todos os estados são analisados simultaneamente, o códon 531 é novamente o mais freqüentemente mutado. A análise do gene rpoB diagnosticou a resistência à rifampicina em 89,17% das cepas. Nossos resultados confirmam que, no Brasil, mutações na região RRDR do gene rpoB podem predizer resistência a RMP.

Perfil genético por sequenciamento e genotipagem de cepas multirresistentes do Mycobacterium tuberculosis provenientes de diversos estados brasileiros

A tuberculose multirresistente (MR) a drogas é uma séria ameaça à saúde pública devido à maiores complexidade, custo e efeitos colaterais do tratamento. Poucos estudos descreveram a epidemiologia molecular de isolados de Mycobacterium tuberculosis MR no Brasil. Neste trabalho foi investigada a diversidade genética e mutações associadas à resistência a drogas de 99 isolados MR e 7 não MR coletados em um período de 8 anos e provenientes de 12 estados brasileiros. Esta investigação foi feita através da análise do polimorfismo de fragmentos de restrição do elemento de inserção IS6110 (IS6110-RFLP), spoligotyping e sequenciamento de regiões dos genes rpoB e katG que conferem resistência aos antibióticos rifampicina e isoniazida, respectivamente. Mutações nos genes katG e rpoB foram encontradas em 90,9% e 93% dos isolados MR analisados, respectivamente. Para o gene rpoB, 91,9% das mutações estavam contidas na região RRDR de 81-pb. Um total de 51 (51.5%), 23 (23.3%) e 11 (11.1%) isolados MR apresentaram mutações nos códons 531, 526 e 516, respectivamente. Com relação ao gene katG, foram encontradas mutações em 93% dos isolados MR analisados, sendo que 7 apresentaram mutações apenas na primeira região analisada (katG1). O codon 315 da segunda região analisada do gene katG (katG2) apresentou mutações em 82.8% dos isolados MR, sendo a maioria Ser315Thr. A região katG1 apresentou mutações em 30.3% dos isolados MR sendo a maioria deleção do códon 4. Pelo spoligotyping foi possível determinar que os isolados MR deste estudo pertencem a 5 diferentes famílias (com suas subfamílias) de M. tuberculosis circulantes no Brasil, onde as mais frequentemente encontradas foram: LAM (46%), T (17%) e H (12%). Nós observamos que uma das famílias, a EAI5, carrega mutações no códon 463 do gene katG, o que não ocorre para as demais. Além disso, entre nossos isolados foi identificada um isolado pertencente à cepa Beijing (extremamente virulenta), mas este fato não é alarmante já que se tratou de apenas um caso. Através de nossos dados foram descritos novos alelos mutados para os genes rpoB e katG. Com exceção da família X2, foi identificada uma região inicial do gene katG com alta frequência de mutações nos isolados MR. A análise por IS6110-RFLP revelou que 25 isolados formaram 11 grupos genotípicos enquanto 74 mostraram um padrão único de bandas. Esta alta taxa de polimorfismo indica aquisição independente de resistência entre nossos isolados. Para a família H, foi identificada uma inversão na freqüência de ocorrência de mutações no gene rpoB, sendo o códon 516 o mais mutado, seguido pelo 526 e 531. Os resultados deste estudo fornecem informações úteis para um melhor entendimento do espectro de mutações dos isolados MR de pacientes no Brasil. Nossos resultados também se tornam úteis no desenvolvimento de testes diagnósticos de tuberculose MR e para auxiliar no rastreamento da transmissão global desta doença.

NMR studies of Gd(DTPA-BIN) in human serum albumin solution

Stable gadolinium complexes, such as Gd(DTPA) and Gd(DOTA), are usually used as the contrast agents for magnetic resonance imaging(MRI). Reported here are the enhanced relaxation properties of a novel gadolinium complex, diethylene-triaminopentaacetate Lis (isoniazid) [Gd(DTPA-BIN)], in aqueous and in human serum albumin(HSA) solution, which indicates that (1) two Gd(DTPA-BIN) can integrate non-covalently with one HSA with an equilibrium constant of 0. 02 mmol(-2) . L-2 ; (2) the relaxivities are 3. 28 and 4. 92 mmol(-1) . L . s(-1) for the free Gd(DTPA-BIN) and the [Gd(DTPA-BIN)](2), HSA conjugator, respectively; (3) the rotational correlation time of protein conjugator is notably higher than that of the free complex, The above results may imply that Gd(DTPA-BIN) has a higher tissue selectivity than that of its parent Gd(DTPA).