Acinetobacter spp.: resistência a antimicrobianos, genotipagem e dinâmica da colonização em CTI de um Hospital Universitário um ano de estudo

As espécies do gênero Acinetobacter são freqüentes no ambiente, mas nas últimas décadas vêm se destacando como patógenos hospitalares, especialmente Acinetobacter baumannii e as genoespécies 3 e 13TU, que formam o Complexo A. baumannii e cuja diferenciação só é possível pela utilização de metodologias moleculares. São associadas a diferentes apresentações clínicas, principalmente em pacientes internados em unidades de tratamento intensivo. Freqüentemente apresentam resistência a uma ampla variedade de antimicrobianos, incluindo os carbapenêmicos. Nestes casos as opções de tratamento podem, algumas vezes, limitar-se à polimixina. Esse trabalho objetivou avaliar a susceptibilidade a antimicrobianos, a diversidade genética e a dinâmica de colonização de Acinetobacter spp. isolados de pacientes internados no Centro de Tratamento Intensivo do Hospital Universitário Pedro Ernesto em um ano de estudo. Durante o ano de 2009 foram estudadas 76 amostras de Acinetobacter spp. isoladas de 34 pacientes, sendo a maioria obtida do trato respiratório (42,1 %), seguido de sangue (19,7%). Do total, 96,1% (73) foram identificadas como A. baumannii através da detecção do gene intrínseco blaOXA-51-like. Todas as amostras de A. baumannii foram produtoras da carbapenemase OXA-23 e apresentaram perfil de multirresistência, enquanto as três espécies não-baumannii foram sensíveis a todos os antimicrobianos testados. Não houve produto de amplificação para os genes blaOXA-24-like, blaOXA-58-like e blaOXA-143 pela técnica de PCR multiplex. As amostras apresentaram taxa de resistência maior que 70% para oito dos onze antimicrobianos testados: piperacilina-tazobactam, ceftazidima, cefotaxima, cefepime, amicacina, ciprofloxacina, imipenem e meropenem. A droga com melhor atividade in vitro foi a polimixina B. Quatro amostras foram resistentes com CIM determinada pelo E-test variando de 6 g/mL a 32 g/mL. Observou-se uma grande diversidade genética dentre as amostras, com dez grupos clonais identificados pelo PFGE. O grupo clonal B foi prevalente e persistente na unidade, representado por 32 (42,1%) amostras. Esse foi o mesmo clone descrito como o mais freqüente no Rio de Janeiro em estudo prévio. O clone associado a um surto ocorrido na mesma instituição entre 2007 e 2008 esteve presente em apenas sete (9,2%) amostras, tendo sido substituído pelo genótipo B. A análise prospectiva dos pacientes que permaneceram internados por pelo menos um mês mostrou casos de substituição clonal após terapia antimicrobiana, indicando a existência de reservatório ambiental dos genótipos circulantes. A colonização do trato respiratório por A. baumannii foi bastante comum, mas também foram observados casos de substituição de uma espécie não-baumannii por A. baumannii, além de infecção de corrente sanguínea por um genótipo diferente daquele responsável pela colonização. A presença de cepas resistentes à polimixina é preocupante, pois representa uma ameaça à terapia com a droga. A existência de um clone multirresistente disseminado no Rio de Janeiro, possivelmente pela transferência de pacientes e por profissionais que trabalham em mais de um hospital, aponta a necessidade de se adotar medidas de controle de infecção mais eficazes a fim de reduzir as taxas de morbidade e mortalidade. Além disso, a identificação de focos ambientais de dispersão das cepas epidêmicas parece essencial para garantir a eficácia das demais medidas de contenção de surtos

Caracterização fenotípica e molecular de amostras de Enterococcus isoladas em hospitais da cidade do Natal/ RN

O gênero Enterococcus tem emergindo como um dos mais importantes patógenos em infecções relacionadas à assistência à saúde no mundo. Estes microrganismos apresentam habilidade de adquirir genes de resistência a vários antimicrobianos, incluíndo à vancomicina, além de possuir diversos fatores associados à virulência, que contribuem sobremaneira para a sua permanência no hospedeiro, facilitando sua disseminação, particularmente, no ambiente hospitalar. Os objetivos deste estudo foram caracterizar, por testes fenotípicos e genotípicos, amostras de Enterococcus isoladas de quadros infecciosos em pacientes atendidos em quatro instituições de saúde localizadas na cidade do Natal, RN, no período de setembro de 2010 a junho de 2011. As espécies de Enterococcus foram caracterizadas por testes fisiológicos convencionais e por reação em cadeia da polimerase (PCR) multiplex, utilizando oligonucleotídeos específicos para caracterização do gênero e espécies. O perfil de susceptibilidade aos antimicrobianos foi avaliado por testes de difusão em ágar. Os valores de concentração inibitória mínima (CIM) para vancomicina, teicoplanina e linezolida foram determinados pelo emprego do teste E; e o genótipo de resistência à vancomicina foi analisado por PCR. Genes associados à virulência (asa1, cylA, esp, gelE e hyl) foram detectados por ensaios de PCR multiplex. O polimorfismo genético das amostras bacterianas foi avaliado por metodologia de eletroforese em campo pulsado (PFGE), com a utilização da enzima SmaI. Foram obtidas 117 amostras, a partir de quadros infecciosos em 116 pacientes. Os resultados revelaram que a espécie E. faecalis foi a prevalente (91,4%). Os testes de susceptibilidade revelaram que as taxas de resistência mais elevadas estiveram associadas à tetraciclina (58,2%) e a níveis elevados de estreptomicina (36,7%). A resistência à vancomicina foi detectada em uma amostra de E. faecium, portadora do genótipo vanA, correspondendo ao primeiro isolamento de amostra com essa característica de resistência no RN. Esta amostra foi isolada em um caso de co-infecção com E. faecalis sensível à vancomicina. Adicionalmente, susceptibilidade intermediária a linezolida foi identificada em três amostras de E. faecalis. Dentre os determinantes de virulência identificados, gelE foi o prevalente (83,8%). De acordo com as espécies E. faecalis o perfil mais detectado foi gelE + esp (31,6%), na espécie E. faecium foi o perfil esp (28,6%) e a única amostra de E. gallinarum apresentou dois determinantes de virulência (asa1 + cylA). O gene hyl não foi identificado em nenhuma das amostras. A análise do polimorfismo genético das amostras por PFGE evidenciou uma elevada policlonalidade. Diante das características de resistência e de virulência observadas e da sinalização da emergência de mecanismos de resistência importantes no Estado do RN, este estudo chama atenção para a necessidade de rastreamento, particularmente entre portadores sadios, e estabelecimento de políticas de controle da disseminação dessas amostras nas instituições de saúde, mesmo em regiões onde tais características ainda sejam pouco frequentes.

Pseudohypoparathyroidism Type Ib Associated with Novel Duplications in the GNAS Locus

Context Pseudohypoparathyroidism type 1b (PHP-Ib) is characterized by renal resistance to PTH (and, sometimes, a mild resistance to TSH) and absence of any features of Albright's hereditary osteodystrophy. Patients with PHP-Ib suffer of defects in the methylation pattern of the complex GNAS locus. PHP-Ib can be either sporadic or inherited in an autosomal dominant pattern. Whereas familial PHP-Ib is well characterized at the molecular level, the genetic cause of sporadic PHP-Ib cases remains elusive, although some molecular mechanisms have been associated with this subtype. Objective The aim of the study was to investigate the molecular and imprinting defects in the GNAS locus in two unrelated patients with PHP-Ib. Design We have analyzed the GNAS locus by direct sequencing, Methylation-Specific Multiplex Ligation-dependent Probe Amplification, microsatellites, Quantitative Multiplex PCR of Short Fluorescent fragments and array-Comparative Genomic Hybridization studies in order to characterize two unrelated families with clinical features of PHP-Ib. Results We identified two duplications in the GNAS region in two patients with PHP-Ib: one of them, comprising similar to 320 kb, occurred 'de novo' in the patient, whereas the other one, of similar to 179 kb in length, was inherited from the maternal allele. In both cases, no other known genetic cause was observed. Conclusion In this article, we describe the to-our-knowledge biggest duplications reported so far in the GNAS region. Both are associated to PHP-Ib, one of them occurring 'de novo' and the other one being maternally inherited.

Staphylococcus aureus resistente à meticilina (MRSA): tipificação do cassete cromossômico SCCmec e resistência a antimicrobianos em pacientes com fibrose cística assistidos em dois centros no Rio de Janeiro

A infecção pulmonar de etiologia bacteriana é um dos principais problemas que levam a morbi-mortalidade na fibrose cística (FC). Staphylococcus aureus se destaca como um dos micro-organismos mais frequentes e com um agravante para a terapêutica quando se apresentam resistentes à oxacilina (MRSA). Amostras MRSA podem ser classificadas tanto genotipicamente quanto fenotipicamente em MRSA adquiridas na comunidade (CA-MRSA) ou adquiridas no hospital (HA-MRSA). Fenotipicamente, essa classificação é muito controversa, podendo se basear em critérios epidemiológicos ou ainda pelo perfil de susceptibilidade aos antimicrobianos. Por outro lado, a classificação genotípica consiste na determinação dos cassetes cromossômicos (SCCmec), local de inserção do gene mecA (que confere resistência a meticilina). Atualmente são reconhecidos 11 tipos de SCCmec, sendo os de tipo I ao III e VIII relacionados ao genótipo HA-MRSA e IV ao XI ao genótipo CA-MRSA. Classicamente CA-MRSA é capaz de produzir a toxina Panton-Valentine leukocidin (PVL), codificada pelos genes luk-S e luk-F que está associada à pneumonia necrotizante e infecções de tecidos moles em pacientes com FC com quadros de exacerbação pulmonar. No Brasil, raros são os trabalhos envolvendo caracterização de SCCmec em amostras de pacientes com FC. Diante disso, este estudo teve como objetivo principal a caracterização dos tipos de SCCmec e ainda a determinação do perfil de susceptibilidade a antimicrobianos em uma população de MRSA recuperada de pacientes com FC assistidos em dois centros de tratamento no Rio de Janeiro, Hospital Universitário Pedro Ernesto (HUPE) e Instituto Fernandes Figueira (IFF). Foram estudadas 108 amostras de MRSA isoladas do período de 2008 a 2010, sendo 94 oriundas de 28 pacientes adultos atendidos no IFF e 14 de 2 pacientes adultos atendidos no HUPE. Foram encontradas altas taxas de resistência para os antimicrobianos oxacilina, cefoxitina e eritromicina. Todas as amostras foram sensíveis à vancomicina e a linezolida quando determinada as Concentrações Inibitórias Mínimas (CIM). Através da técnica de PCR foi possível a tipificação dos SCCmec em 82,4% das amostras, sendo 64% destas compatíveis ao genótipo CA-MRSA. Não houve diferença estatística nas taxas de susceptibilidade aos antimicrobianos entre as amostras CA-MRSA e HA-MRSA. Foram encontrados os SCCmec dos tipos I, III, IV e V, sendo os tipos I e IV os mais frequentes. O gene que codifica a toxina PVL foi encontrado em 34,2% das amostras e foi observado em amostras CA-MRSA e HA-MRSA. Nosso estudo se destaca por apresentar um alto percentual de amostras CA-MRSA e ainda por ser o primeiro do país a detectar a presença do gene que codifica a toxina PVL em pacientes com FC. Além disso, de forma inédita na literatura, encontramos o gene luk-S, em amostras classificadas como HA-MRSA em pacientes com FC. Os poucos estudos nacionais, bem como as diferenças encontradas entre trabalhos, refletem a necessidade de conhecimento mais aprimorado do MRSA envolvido nas infecções pulmonares dos pacientes com FC.

Caracterização e diversidade molecular do transposon Tn1546, carreador do gene vanA, responsável pela expressão de resistência à vancomicina, em amostras clínicas de diferentes espécies de Enterococcus

Enterococcus resistentes à vancomicina (VRE) são reconhecidos como importantes patógenos causadores de infecções nosocomiais, configurando um grave problema de saúde pública, principalmente pela escassez de opção terapêutica eficaz. O fenótipo de resistência VanA é o mais frequente, sendo definido pela resistência a altos níveis de vancomicina e teicoplanina. VanA é caracterizado por um conjunto gênico (vanRSHAXYZ) localizado no elemento genético móvel denominado transposon Tn1546. A diversidade de Tn1546 resulta de alterações estruturais promovidas por deleções ou integração de sequências de inserção (IS) que, exercem papel chave na evolução do elemento VanA, modificando os aspectos relacionados à sua transferência e expressão do fenótipo. O objetivo deste estudo foi caracterizar e avaliar o polimorfismo de elementos Tn1546 presentes em amostras de diferentes espécies de Enterococcus isoladas em instituições hospitalares do Estado do Rio de Janeiro no período de 2000 a 2012. Foram incluídas neste estudo 70 amostras VRE que foram caracterizadas quanto ao gênero, espécies e genótipo de resistência aos glicopeptídeos por métodos convencionais e PCR multiplex. A susceptibilidade a 17 antimicrobianos foi avaliada pelo método de difusão em ágar, e concentração inibitória mínima (CIM) para vancomicina e teicoplanina foi determinada por microdiluição em caldo. O tranposon foi obtido após lise das células bacterianas e amplificação por PCR longo, utilizando-se oligonucleotídeos específicos para a região repetida e invertida que flanqueia este elemento genético. A diversidade dos elementos Tn1546 foi avaliada por um conjunto de métodos moleculares que incluiu a análise do polimorfismo do tamanho de fragmentos de restrição (restriction fragment lenght polymorphism, RFLP), utilizando-se a endonuclease ClaI, amplificação de segmentos internos por PCR de sobreposição de oligonucleotídeos (overlapping PCR) e detecção de sequências de inserção (ISs). A caracterização em espécies considerada para as demais análises foi obtida pela metodologia de PCR de acordo com a seguinte distribuição: E. avium (N=6), E. faecalis (N=12), E. faecium (N=46), E. gallinarum (N=4) e E. raffinosus (N=2). Todas as amostras apresentaram o genótipo vanA. Nos testes de susceptibilidade aos antimicrobianos foi observado que todas as amostras foram multirresistentes, sendo resistente de 6 a 13 dentre os 17 antimicrobianos testados. A presença de elementos semelhantes ao arquétipo de Tn1546 foi observada em 61,5% das amostras; entretanto, 27 amostras apresentaram perfis variantes de Tn1546. Foram identificados nove perfis de RFLP, dentre 66 avaliadas, sendo o perfil I, prevalente e semelhante ao arquétipo de Tn1546. Não foi possível analisar quatro amostras por RFLP. Os produtos de amplificação de Tn1546 alterados, obtidos pela overlapping PCR e pelo rastreamento de IS, levaram à classificação de 15 tipos polimórficos, nomeados de A a O. A maioria dos Tn1546 polimórficos teve suas regiões de ORF1 e/ou ORF2 deletadas; e IS1542 juntamente com IS1216V foram as inserções mais frequentes, que em muitas situações compartilhavam a mesma região de inserção. IS19 foi detectada apenas na região vanS-vanH. Os dados apresentados neste estudo indicam que o polimorfismo de Tn1546 pode ser explorado no rastreamento de rotas de transmissão, acompanhamento da dispersão de elementos VanA e investigação da evolução de amostras VRE.

Estudo das características fenotípicas e genotípicas de amostras de Corynebacterium pseudotuberculosis

Uma vez que C. pseudotuberculosis é o agente etiológico de processos infecciosos em animais caprinos e ovinos e que também pode ser isolado de processos infecciosos em seres humanos as investigações direcionadas para a espécie em questão são necessárias, visto que a escassez de dados epidemiológicos e de conhecimento relativo ao comportamento do microrganismo em hospedeiros animais e humanos em nosso país dificulta o diagnóstico laboratorial da espécie, à semelhança do observado com outra espécie de transmissão zoonótica, o C. ulcerans. Uma preocupação adicional é o fato da espécie em questão também ser capaz de albergar bacteriófagos codificadores da toxina diftérica, representando uma ameaça à circulação dos bacteriófagos. Assim, o presente estudo tem como objetivo geral analisar as características fenotípicas e genotípicas de amostras de C. pseudotuberculosis. Neste sentido, foram propostos os seguintes objetivos: Avaliar as características bioquímicas das amostras através de testes bioquímicos convencionais; avaliar as características bioquímicas das amostras utilizando o sistema semi-automatizado API Coryne; diferenciar amostras de C. pseudotuberculosis de C. ulcerans utilizando a técnica de PCR multiplex; pesquisar a presença de gene tox. Os resultados demonstraram que amostras de C. diphtheriae, C. ulcerans e C. pseudotuberculosis podem ser caracterizadas por métodos bioquímicos convencionais e por taxonomia numérica (API Coryne System). C. ulcerans e C. pseudotuberculosis, com potencial de circulação zoonótica, da mesma forma que C. diphtheriae são capazes de albergar o gene da toxina diftérica. A reação m-PCR foi capaz de discernir as amostras de C. diphtheriae, C. ulcerans e C. pseudotuberculosis e ainda definir o potencial das amostras em produzir a toxina diftérica. Os dados enfatizam a necessidade da técnica multiplex PCR para o diagnostico e para o controle de espécies associadas a quadros de difteria em populações humana.

Análise dos aspectos biológicos e epidemiológicos de cepas de Escherichia coli associadas à infecção do trato urinário (ITU)

A invasão de bactérias no trato urinário caracteriza a infecção do sistema urinário. A Escherichia coli é o principal microrganismo associado a esta infecção devido a sua importância em causar ITU, recebeu a denominação de UPEC (Escherichia coli uropatogênica). No presente trabalho pesquisamos em 50 cepas de UPEC, inicialmente isolados de urina de pacientes ambulatoriais com infecções sintomática ou assintomática, a presença de 7 fatores de virulência, através das técnicas de PCR simples e multiplex para verificação dos genes que codificam adesinas P (pap) , fímbria S (sfa), adesina afimbrial (afa), sideroforo (aerobactina- aer), toxinas fator necrotizante citotóxico (cnf) e alfa-hemolisinas (hly), proteína de membrana (traT); ilhas de patogenicidade (virulência) através do marcador PAI. O marcador pCVD432 de EAEC também foi pesquisado nestas amostras. O método difusão em disco foi o utilizado para a determinação dos testes de susceptibilidade aos antimicrobianos. Podemos observar duas faixas etárias de maior incidência de ITU entre as mulheres: 19 a 35 anos, e acima de 50 anos. Sessenta e oito por cento das amostras apresentaram pelo menos um fator de virulência, onde os genes traT (54%) e aer (34%) foram os mais prevalentes. A sequência pCVD432 foi detectado em 6 amostras. No entanto, no ensaio de adesão em células Hep-2, doze amostras não apresentaram aderência (NA 24%). Nas 38 cepas restantes, 24 (48%) apresentaram aderência agregativa (AA). Observamos aderência sem padrão típico (SPT) em 48% das amostras, tendo sido dividido em discreto (SPT-D 22%), moderado (SPT-M 18%) e intenso (SPT-I 8%). Notamos os seguintes perfis de resistência para os antimicrobianos testados: ampicilina (44%), gentamicina (8%), nitrofurantoína (2%), norfloxacino (18%) e sulfametozaxol-trimetoprima (34%).

Non-microcystin producing Microcystis wesenbergii (Komarek) Komarek (Cyanobacteria) representing a main waterbloom-forming species in Chinese waters

It is well known that several morphospecies of Microcystis, such as Microcystis aeruginosa (Kutzing) Lemmermann and Microcystis viridis (A. Brown) Lemmermann can produce hepatotoxic microcystins. However, previous studies gave contradictory conclusions about microcystin production of Microcystis wesenbergii (Komarek) Komarek. In the present study, ten Microcystis morphospecies were identified in waterblooms of seven Chinese waterbodies, and Microcystis wesenbergii was shown as the dominant species in these waters. More than 250 single colonies of M. wesenbergii were chosen, under morphological identification, to examine whether M. wesenbergii produce hepatotoxic microcystin by using multiplex PCR for molecular detection of a region (mcyA) of microcystin synthesis genes, and chemical analyses of microcystin content by ELISA and HPLC for 21 isolated strains of M. wesenbergii from these waters were also performed. Both molecular and chemical methods demonstrated that M. wesenbergii from Chinese waters did not produce microcystin. (C) 2007 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Molecular characterizations of oxytetracycline resistant bacteria and their resistance genes from mariculture waters of China

Oxytetracycline-resistant bacteria were isolated from a mariculture farm in China, and accounted for 32.23% and 5.63% of the total culturable microbes of the sea cucumber and the sea urchin rearing waters respectively. Marine vibrios, especially strains related to Vibrio splendidus or V. tasmaniensis, were the most abundant resistant isolates. For oxytetracycline resistance, tet(A), tet(B) and tet(D) genes were detected in both sea cucumber and sea urchin rearing ponds. The dominant resistance type for V. tasmaniensis-like strains was the combination of both tet(A) and tet(B) genes, while the major resistance type for V. splendidus-like strains was a single tet(D) gene. Most of the sea cucumber tet-positive isolates harbored a chloramphenicol-resistance gene, either cat IV or cat II, while only a few sea urchin tet-positive isolates harbored a cat gene, actually cat IV. The coexistence of tet and cat genes in the strains isolated from the mariculture farm studied was helpful in explaining some of the multi-resistance mechanisms. (c) 2006 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Molecular characterizations of chloramphenicol- and oxytetracycline-resistant bacteria and resistance genes in mariculture waters of China

In order to gain an understanding of the diversity and distribution of antimicrobial-resistant bacteria and their resistance genes in maricultural environments, multidrug-resistant bacteria were screened for the rearing waters from a mariculture farm of China. Both abalone Haliotis discus hannai and turbot Scophthalmus maximus rearing waters were populated with abundant chloramphenicol-resistant bacteria. These bacteria were also multidrug resistant, with Vibrio splendidus and Vibrio tasmaniensis being the most predominant species. The chloramphenicol-resistance gene cat II, cat IV or floR could be detected in most of the multidrug-resistant isolates, and the oxytetracycline-resistance gene tet(B), tet(D), tet(E) or tet(M) could also be detected for most of the isolates. Coexistence of chloramphenicol- and oxytetracycline-resistance genes partially explains the molecular mechanism of multidrug resistance in the studied maricultural environments. Comparative studies with different antimicrobial agents as the starting isolation reagents may help detect a wider diversity of the antimicrobial-resistant bacteria and their resistance genes. (C) 2009 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Dominant chloramphenicol-resistant bacteria and resistance genes in coastal marine waters of Jiaozhou Bay, China

Studies of abundance, diversity and distribution of antibiotic-resistant bacteria and their resistance determinants are necessary for effective prevention and control of antibiotic resistance and its dissemination, critically important for public health and environment management. In order to gain an understanding of the persistence of resistance in the absence of a specific antibiotic selective pressure, microbiological surveys were carried out to investigate chloramphenicol-resistant bacteria and the chloramphenicol acetyltransferase resistance genes in Jiaozhou Bay after chloramphenicol was banned since 1999 in China. About 0.15-6.70% cultivable bacteria were chloramphenicol resistant, and the highest abundances occurred mainly in the areas near river mouths or sewage processing plants. For the dominant resistant isolates, 14 genera and 25 species were identified, mostly being indigenous estuarine or marine bacteria. Antibiotic-resistant potential human or marine animal pathogens, such as Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae, Proteus mirabilis and Shewanella algae, were also identified. For the molecular resistance determinants, the cat I and cat III genes could be detected in some of the resistant strains, and they might have the same origins as those from clinical strains as determined via gene sequence analysis. Further investigation about the biological, environmental and anthropogenic mechanisms and their interactions that may contribute to the persistence of antibiotic-resistance in coastal marine waters in the absence of specific antibiotic selective pressure is necessary for tackling this complicated environmental issue.

Characterisation of bacteriophage-host interactions in Lactococcus lactis

Lactococcus lactis is used extensively world-wide for the production of fermented dairy products. Bacteriophages (phages) infecting L. lactis can result in slow or incomplete fermentations, or may even cause total fermentation failure. Therefore, bacteriophages disrupting L. lactis fermentation are of economic concern. This thesis employed a multifaceted approach to investigate various molecular aspects of phage-host interaction in L. lactis. The genome sequence of an Irish dairy starter strain, the prophage-cured L. lactis subsp. cremoris UC509.9, was studied. The 2,250,427 bp circular chromosome represents the smallest among its sequenced lactococcal equivalents. The genome displays clear genetic adaptation to the dairy niche in the form of extensive reductive evolution. Gene prediction identified 2066 protein-encoding genes, including 104 which showed significant homology to transposase-specifying genes. Over 9 % of the identified genes appear to be inactivated through stop codons or frame shift mutations. Many pseudogenes were found in genes that are assigned to carbohydrate and amino acid transport and metabolism orthologous groups, reflecting L. lactis UC509.9’s adaptation to the lactose and casein-rich dairy environment. Sequence analysis of the eight plasmids of L. lactis revealed extensive adaptation to the dairy environment. Key industrial phenotypes were mapped and novel lactococcal plasmid-associated genes highlighted. In addition to chromosomally-encoded bacteriophage resistance systems, six functional such systems were identified, including two abortive infection systems, AbiB and AbiD1, explaining the observed phage resistance of L. lactis UC509.9 Molecular analysis suggests that the constitutive expression of AbiB is not lethal to cells, suggesting the protein is expressed in an un/inactivated form. Analysis of 936 species phage sk1-escape mutants of AbiB revealed that all such mutants harbour mutations in orf6, which encodes the major capsid protein. Results suggest that the major capsid protein is required for activation of the AbiB system, although this requires furrther investigations. Temporal transcriptomes of L. lactis UC509.9 undergoing lytic infection with either one of two distinct bacteriophages, Tuc2009 and c2, was determined and compared to the transcriptome of uninfected UC509.9 cells. Whole genome microarrays performed at various time-points post-infection demonstrated a rather modest impact on host transcription. Alterations in the UC509.9 transcriptome during lytic infection appear phage-specific, with a relatively small number of differentially transcribed genes shared between infection with either Tuc2009 or c2. Transcriptional profiles of both bacteriophages during lytic infection was shown to generally correlate with previous studies and allowed the confirmation of previously predicted promoter sequences. Bioinformatic analysis of genomic regions encoding the presumed cell wall polysaccharide (CW PS) biosynthesis gene cluster of several strains of L. lactis was performed. Results demonstrate the presence of three dominant genetic types of this gene cluster, termed type A, B and C. These regions were used for the development of a multiplex PCR to identify CW PS genotype of various lactococcal strains. Analysis of 936 species phage receptor binding protein phylogeny (RBP) and CW PS genotype revealed an apparent correlation between RBP phylogeny and CW PS type, thereby providing a partial explanation for the observed narrow host range of 936 phages. Further analysis of the genetic locus encompassing the presumed CW PS biosynthesis operon of eight strains identified as belonging to the CW PS C (geno)type, revealed the presence of a variable region among the examined strains. The obtained comparative analysis allowed for the identification of five subgroups of the C type, named C1 to C5. We purified an acidic polysaccharide from the cell wall of L. lactis 3107 (C2 subtype) and confirmed that it is structurally different from the CW PS of the C1 subtype L. lactis MG1363. Combinations of genes from the variable region of C2 subtype were amplified from L. lactis 3107 and introduced into a mutant of the C1 subtype L. lactis NZ9000 (a direct derivative of MG1363) deficient in CW PS biosynthesis. The resulting recombinant mutant synthesized a CW PS with a composition characteristic for that of the C2 subtype L. lactis 3107 and not the wildtype C1 L. lactis NZ9000. The recombinant mutant exhibited a changed phage resistance/sensitivity profile consistent with that of L. lactis 3107, which unambiguously demonstrated that L. lactis 3107 CW PS is the host cell surface receptor of two bacteriophages belonging to the P335 species as well as phages that are member of the 936 species. The research presented in this thesis has significantly advanced our understanding of L. lactis bacteriophage-host interactions in several ways. Firstly, the examination of plasmidencoded bacteriophage resistance systems has allowed inferences to be made regarding the mode of action of AbiB, thereby providing a platform for further elucidation of the molecular trigger of this system. Secondly, the phage infection transcriptome data presented, in addition to previous work, has made L. lactis a model organism in terms of transcriptomic studies of bacteriophage-host interactions. And finally, the research described in this thesis has for the first time explicitly revealed the nature of a carbohydrate bacteriophage receptor in L. lactis, while also providing a logical explanation for the observed narrow host ranges exhibited by 936 and P335 phages. Future research in discerning the structures of other L. lactis CW PS, combined with the determination of the molecular interplay between receptor binding proteins of these phages and CW PS will allow an in depth understanding of the mechanism by which the most prevalent lactococcal phages identify and adsorb to their specific host.

The biodiversity, control and genetic characterisation of the lactococcal 936 group phages

Phages belonging to the 936 group represent one of the most prevalent and frequently isolated phages in dairy fermentation processes using Lactococcus lactis as the primary starter culture. In recent years extensive research has been carried out to characterise this phage group at a genomic level in an effort to understand how the 936 group phages dominate this particular niche and cause regular problems during large scale milk fermentations. This thesis describes a large scale screening of industrial whey samples, leading to the isolation of forty three genetically different lactococcal phages. Using multiplex PCR, all phages were identified as members of the 936 group. The complete genome of thirty eight of these phages was determined using next generation sequencing technologies which identified several regions of divergence. These included the structural region surrounding the major tail protein, the replication region as well as the genes involved in phage DNA packing. For a number of phages the latter genomic region was found to harbour genes encoding putative orphan methyltransferases. Using small molecule real time (SMRT) sequencing and heterologous gene expression, the target motifs for several of these MTases were determined and subsequently shown to actively protect phage DNA from restriction endonuclease activity. Comparative analysis of the thirty eight phages with fifty two previously sequenced members of this group showed that the core genome consists of 28 genes, while the non-core genome was found to fluctuate irrespective of geographical location or time of isolation. This study highlights the continued need to perform large scale characterisation of the bacteriophage populations infecting industrial fermentation facilities in effort to further our understanding dairy phages and ways to control their proliferation.

In vitro transference and molecular characterization of bla TEM genes in bacteria isolated from Portuguese ready-to-eat foods

The principal aim of this study was to investigate the possibility of transference to Escherichia coli of β-lactam resistance genes found in bacteria isolated from ready-to-eat (RTE) Portuguese traditional food. From previous screenings, 128 β-lactam resistant isolates (from different types of cheese and of delicatessen meats), largely from the Enterobacteriaceae family were selected and 31.3% of them proved to transfer resistance determinants in transconjugation assays. Multiplex PCR in donor and transconjugant isolates did not detect bla CTX, bla SHV and bla OXY, but bla TEM was present in 85% of them, while two new TEMs (TEM-179 and TEM-180) were identified in two isolates. The sequencing of these amplicons showed identity between donor and transconjugant genes indicating in vitro plasmid DNA transfer. These results suggest that if there is an exchange of genes in natural conditions, the consumption of RTE foods, particularly with high levels of Enterobacteriaceae, can contribute to the spread of antibiotic resistance.

Analyse de la distribution d'Escherichia coli, utilisée comme un marqueur microbiologique, dans un réseau de production porcin.

La présence d’Escherichia coli pathogènes en élevages porcins entraine des retards de croissance et la mortalité. La transmission des E. coli pathogènes entre les élevages et l'abattoir d’un même réseau de production n'est pas bien décrite. La détection des gènes de virulence des E. coli pathogènes pourrait permettre d’identifier un marqueur de contamination dans le réseau. L’objectif de cette étude a été d’identifier un marqueur de contamination E. coli dans un réseau de production porcine défini afin de décrire certains modes de transmission des E. coli pathogènes. Pour ce faire, une région géographique comprenant 10 fermes d’engraissement, un abattoir et un réseau de transport a été sélectionnée. Trois lots de production consécutifs par ferme ont été suivis pendant 12 mois. Des échantillons environnementaux ont été prélevés à l’intérieur et à l’extérieur des fermes (3 visites d’élevage), dans la cour de l’abattoir (2 visites lors de sorties de lot) et sur le camion de transport. La détection des gènes de virulence (eltB, estA, estB, faeG, stxA, stx2A, eae, cnf, papC, iucD, tsh, fedA) dans les échantillons a été réalisée par PCR multiplexe conventionnelle. La distribution temporelle et spatiale des gènes de virulence a permis d’identifier le marqueur de contamination ETEC/F4 défini par la détection d’au moins un gène d’entérotoxine ETEC (estB, estA et eltB) en combinaison avec le gène de l’adhésine fimbriaire (faeG). La distribution des échantillons positifs ETEC/F4 qualifie la cour de l’abattoir comme un réservoir de contamination fréquenté par les transporteurs, vecteurs de contamination entre les élevages. Ceci suggère le lien microbiologique entre l’élevage, les transporteurs et l’abattoir jouant chacun un rôle dans la dissémination des microorganismes pathogènes et potentiellement zoonotiques en production porcine.