Caracterização molecular da resistência a antimicrobianos em Escherichia coli produtoras de β-lactamases de espectro alargado isoladas em cães e estudo da partilha de clones bacterianos entre animais de companhia e coabitantes humanos

A pressão seletiva originada pelo uso excessivo de antimicrobianos na medicina humana e veterinária tem contribuído para a emergência de estirpes bacterianas multirresistentes, sendo os estudos mais escassos relativamente à sua presença nos animais de companhia. Porque os animais e os seus proprietários partilham o mesmo espaço habitacional, apresentando comportamentos de contacto próximo, existe uma hipótese elevada de transferência microbiana inter-espécie. Ante esta possibilidade é importante escrutinar o papel dos animais de companhia enquanto reservatórios de estirpes e de genes de resistência, bem como a sua envolvência na disseminação de estirpes bacterianas multirresistentes. Importa também, investigar o papel das superfícies e objetos domésticos partilhados por ambos, como potenciadores deste fenómeno. O objetivo deste trabalho foi, identificar o filogrupo e fazer a caracterização molecular dos genes que conferem resistência aos β-lactâmicos e às quinolonas, em quarenta isolados de Escherichia coli produtoras de β-lactamases de espectro alargado (ESBL), obtidas em zaragatoas fecais de cães consultados no Hospital Veterinário do ICBAS-UP. Complementarmente pretendeu-se inferir sobre a partilha de clones de Escherichia coli e Enterococcus spp. com elevadas resistências, em cinco agregados familiares (humanos e seus animais de companhia) assim como avaliar a potencial disseminação de estirpes multirresistentes no ambiente doméstico. Previamente foram recolhidas zaragatoas de fezes, pelo e mucosa oral dos animais e em alguns casos, dos seus proprietários, e ainda do ambiente doméstico. As zaragatoas foram processadas e as estirpes isoladas com base em meios seletivos. Foram realizados testes de suscetibilidade antimicrobiana de modo a estabelecer o fenótipo de resistência de cada isolado. O DNA foi extraído por varias metodologias e técnicas de PCR foram utilizadas para caracterização de filogrupos (Escherichia coli) e identificação da espécie (Enterococcus spp.). A avaliação da proximidade filogenética entre isolados foi efetuada por ERIC PCR e PFGE. No conjunto de quarenta isolados produtores de ESBL e/ou resistentes a quinolonas verificou-se que 47,5% pertenciam ao filogrupo A, havendo uma menor prevalência do filogrupo D (25,0%), B1 (17,5%), e B2 (10,0%).A frequência de resistência nestes isolados é factualmente elevada, sendo reveladora de uma elevada pressão seletiva. Com exceção de dois isolados, os fenótipos foram justificados pela presença de β-lactamases. A frequência da presença de genes foi: 47% blaTEM, 34% blaSHV, 24% blaOXA , 18% blaCTX-M-15, 8% blaCTX-M-2, 3% blaCTX-M-9. Nos isolados resistentes às quinolonas verificou-se maioritariamente a presença de mutações nos genes cromossomais gyrA e parC, e em alguns casos a presença de um determinante de resistência mediado por plasmídeo – qnrS. Nos cinco “agregados familiares” (humanos e animais) estudados foi observada uma partilha frequente de clones de E. coli e Enterococcus faecalis com múltiplas resistências, isolados em fezes e mucosa oral de cães e gatos e fezes e mãos dos respetivos proprietários, evidenciando-se assim uma possível transferência direta entre coabitantes (agregados A, C, D, E). Ficou também comprovado com percentagens de similaridade genotípica superiores a 94% que essa disseminação também ocorre para o ambiente doméstico, envolvendo objetos dos animais e de uso comum (agregados A, E). Os resultados obtidos reforçam a necessidade de um uso prudente dos antimicrobianos, pois elevados padrões de resistências terão um impacto não só na qualidade de vida dos animais mas também na saúde humana. Adicionalmente importa sensibilizar os proprietários para a necessidade de uma maior vigilância relativamente às formas de interação com os animais, bem como para a adoção de medidas higiénicas cautelares após essa mesma interação.

Molecular diversity of bla genes in Klebsiella pneumoniae and Escherichia coli isolates

Dissertation presented to obtain a Ph.D. degree in Biology, speciality Microbiology, by Universidade Nova de Lisboa, Faculdade de Ciências e Tecnologia

Incidência de escherichia coli enterotoxigênica (ETEC), rotavirus e Clostridium perfringens de casos de diarréia em crianças, na região de Campinas, SP, Brasil

Foi realizada uma pesquisa na região de Campinas, SP, Brasil, sobre a presença de Escherichia coli enterotoxigênica (ETEC), rotavírus e Clostridium perfringens enterotoxigênico em fezes diarréicas de crianças com até 2 anos de idade. Dos 132 espécimens fecais examinados quanto à presença de ETEC 27 (20,45%) foram positivos. Destes foram isoladas 41 amostras de ETEC, das quais 40 produziram apenas a enterotoxina termolábil (LT) detectada pelo teste de imuno hemólise radial modifi cado. Entre as 183 amostras de fezes examinadas para rotavírus, 29 (15,84%) foram positivas pelas técnicas de eletroforese em gel de poliacrilamida (PAGE) e ensaio imunoenzimático (EIE), sendo que destas, 15 (51,7% ) foram provenientes de materiais coletados nos meses de inverno. Todas as amostras pertenciam ao grupo A e, através da técnica de PAGE, pode-se observar que o tipo eletroforético mais freqüente (9 amostras) foi designado Ib, IIc, Illb, IVa, de acordo com a classificação por nós adotada. Apenas 113 amostras de fezes foram examinadas para a presença de C. perfringens enterotoxigênico. Para a detecção da enterotoxina nos sobrenadantes das culturas foram utilizadas as técnicas de hemaglutinação passiva reversa e inoculação intravenosa em camundongos, sendo encontradas 12 (10,61%) amostras entero-toxigênicas. Diante destes resultados é chamada a atenção sobre o valor apenas relativo de uma coprocultura convencional para fins de diagnóstico, ressaltando-se a importância da criação de métodos simplificados que favoreçam a detecção e identificação dos grupos de agentes enteropatogênicos estudados na presente pesquisa.

Caracterização preliminar da bioenergética do efluxo pelo sistema AcrAB-TolC em Escherichia coli

A resistência aos antibióticos em bactérias Gram-negativas pode ser aumentada pela extrusão de antibióticos através de sistemas de efluxo. Em Escherichia coli, o principal sistema de efluxo é o AcrAB-TolC o qual tem como principal fonte energética a força proto-motriz. Este trabalho pretendeu estudar alguns aspectos essenciais da bioenergética na actividade de efluxo de E. coli usando três estirpes bem caracterizadas genotipica e fenotipicamente. Foi utilizado um método fluorimétrico semi-automático no qual a fluorescência do fluorocromo brometo de etídeo, substrato de bombas de efluxo foi seguida, permitindo a medição em tempo real da actividade de efluxo e acumulação de fluorocromo (inibição do efluxo). A utilização de brometo de etídeo é particularmente vantajosa pois emite baixa fluorescência no exterior da célula bacteriana tornando-se extremamente fluorescente no seu interior. Este método é uma nova aplicação do termociclador em tempo real RotorGeneTM 3000 que permite o cálculo da cinética de transporte reflectindo o balanço entre acumulação de substrato por difusão passiva através da membrana e a sua extrusão/efluxo, proporcionando uma detecção rápida e económica de inibidores de efluxo. Os resultados obtidos mostram, para todas as estirpes, que a GLU e o pH afectam a acumulação e o efluxo do brometo de etídeo. De todos os inibidores de vias biossintéticas testados, o ortovanadato de sódio, foi o que demonstrou maior actividade inibitória, a qual é revertida na presença de GLU. Em conclusão, este estudo mostra que a actividade de efluxo de E. coli depende não só da fosforilação oxidativa por via da força proto-motriz mas também da energia proveniente da hidrólise de ATP pelas ATPases. O ortovanadato de sódio tem potencial para ser um novo inibidor de bombas de efluxo de largo espectro. A tecnologia utilizada neste trabalho demonstrou ser apropriada para a caracterização bioenergética da actividade de bombas de efluxo e permite a selecção de novos inibidores de bombas de efluxo em bactérias.

Purification and parcial characterization of a hemagglutinating factor (HAF): a possible adhesive factor of the diffuse adherent of Escherichia coli (DAEC)

The mannose-resistant hemagglutinating factor (HAF) was extracted and purified from a diffuse adherent Escherichia coli (DAEC) strain belonging to the classic enteropathogenic E. coli (EPEC) serotype (0128). The molecular weight of HAF was estimated to be 18 KDa by SDS-PAGE and 66 KDa by Sephadex G100, suggesting that the native form of HAF consists of 3-4 monomeric HAF. Gold immunolabeling with specific HAF antiserum revealed that the HAF is not a rigid structure like fimbriae on the bacterial surface. The immunofluorescence test using purified HAF on HeLa cells, in addition to the fact that the HAF is distributed among serotypes of EPEC, suggests that HAF is a possible adhesive factor of DAEC strains

The Crystal Structure of the Escherichia coli Autoinducer-2 Processing Protein LsrF

PLOS ONE, 4(8):ARTe6820

Asymptomatic infections by diarrheagenic Escherichia coli in children from Misiones, Argentina, during the first twenty months of their lives

Diarrheagenics Escherichia coli are the major agents involved in diarrheal disease in developing countries. The aim of this study was to evaluate the time of appearance of the first asymptomatic infection by the different categories of diarrheagenic E. coli in 44 children since their birth and during the first 20 months of their lives. In all of the children studied, we detected at least one category of diarrheagenic E. coli through the 20 months of the study. 510 diarrheagenic E. coli (33.5%) were obtained from the 1,524 samples collected from the 44 children during the time of the study (31.4% EAggEC, 28.8% EPEC, 27.1% DAEC, and 12.7% ETEC). Neither EHEC nor EIEC were identified. The median age for diarrheagenic E. coli colonization was 7.5 months. The mean weaning period was 12.8 months and the mean age for introduction of mixed feeding (breast fed supplemented) was 3.8 months. A significantly lower incidence of diarrheal disease and asymptomatic infections was recorded among the exclusively breast-fed rather than in the supplemented and non breast-fed infants. For ETEC, EPEC and EAggEC the introduction of weaning foods and complete termination of breast-feeding were associated with an increase of asymptomatic infections.

Pesquisa de factores de virulência em estirpes de Escherichia coli em resíduos de produção animal

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do grau de Mestre em Biotecnologia

Hybrid systems biology: application to Escherichia coli

Dissertation presented to obtain a Master degree in Biotechnology

Biological and genetic characteristics of uropathogenic Escherichia coli strains

The aim of the present study was to determine biological characteristics such as expression of fimbriae, Congo red binding, production of hemolysin and aerobactin, adhesion to HeLa and uroepithelial cells and invasion of HeLa cells by Escherichia coli isolates obtained from patients showing clinical signs of urinary tract infection (UTI). Also, the presence of genes (apa, afa, spa) for fimbria expression and cytotoxic necrotizing factors (CNF1, CNF2) was assayed using specific primers in PCR. The data obtained were compared with the clonal relationships obtained by analysis of multilocus enzyme electrophoresis (MLEE), restriction fragment length polymorphism (RFLP) of the rDNA (ribotyping) and enterobacterial repetitive intergenic consensus-PCR (ERIC-PCR). All isolates but one presented a combination of at least two of the characteristics studied, a fact suggesting the presence of pathogenicity islands (PAIs). Diffuse adherence type to HeLa cells was observed to occur in most of the strains, but adhesion to uroepithelial cells seems to be a more reliable test to verify pathogenicity. Although four strains seemed to be able to invade HeLa cells when assayed by light microscopy, electron microscopy studies demonstrated that these strains were not invasive. MLEE, RFLP and ERIC-PCR were able to group the isolates differently into main clusters that were not correlated with the presence of pathogenic traits.

Stochastic model of transcription initiation of closely spaced promoters in escherichia coli

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Biomédica

Virulence factors of uropathogenic Escherichia coli from a University Hospital in Ribeirão Preto, São Paulo, Brazil

The aim of the study was to determine the occurrence of virulence genes expressing fimbriae, production of hemolysin, colicin and aerobactin among a hundred Escherichia coli isolates obtained from in-and outpatients of a tertiary-care teaching hospital, between July and August 2000, showing clinical and laboratory signs of urinary tract infection (UTI). The presence of genes (pap, afa, sfa) for fimbriae expression was assayed using specific primers in a polymerase chain reaction. Among the isolates studied, the prevalence of the virulence factors was 96.0%, 76.0%, 24.0%, for hemolysin, aerobactin and colicin, respectively; the prevalence of genes coding for fimbrial adhesive systems was 32.0%, 19.0% and 11.0% for pap, sfa and afa respectively. The strains isolated from the outpatients displayed a greater number of virulence factors compared to those from hospitalized subjects, emphasizing the difference between these two kinds of patients.

Genotypic characterization of virulence factors in Escherichia coli strains from patients with cystitis

Adhesins (P-fimbriae, S-fimbriae, type 1 fimbriae and afimbrial adhesin), toxins (α-hemolysin and cytotoxic necrotizing factor type 1), iron acquisition systems (aerobactin) and host defense avoidance mechanisms (capsule or lipopolysaccharide) have been shown to be prevalent in Escherichia coli strains associated with urinary tract infections. In this work, 162 Uropathogenic Escherichia coli (UPEC) strains from patients with cystitis were genotypically characterized by polymerase chain reaction (PCR) assay. We developed three multiplex PCR assays for virulence-related genes papC, papE/F, papG alleles, fimH, sfa/foc, afaE, hly, cnf-1, usp, cdtB, iucD, and kpsMTII, all of them previously identified in UPEC strains. The PCR assay results identified 158 fimH (97.5%), 86 kpsMTII (53.1%), 53 papC/papEF/papG (32.7%), 45 sfa (27.8%), 42 iucD (25.9%), 41 hly (25.3%), 36 usp (22.2%), 30 cnf-1(18.5%) and 10 afa (6.2%) strains. No strain was positive for cdtB. In this work, we also demonstrated that adhesins may be multiple within a single strain and that several virulence genes can occur combined in association.

Risk factors for and mortality of extended-spectrum-β-lactamase-producing Klebsiella pneumoniae and Escherichia coli nosocomial bloodstream infections

A case-control study, involving patients with positive blood cultures for Klebsiella pneumoniae (KP) or Escherichia coli (EC) EC and controls with positive blood cultures for non-ESBL-KP or EC, was performed to assess risk factors for extended-spectrum-β-lactamase (ESBL) production from nosocomial bloodstream infections (BSIs). Mortality among patients with BSIs was also assessed. The study included 145 patients (81, 59.5% with K. pneumoniae and 64, 44.1% with E. coli BSI); 51 (35.2%) isolates were ESBL producers and 94 (64.8%) nonproducers. Forty-five (55.6%) K. pneumoniae isolates were ESBL producers, while only six (9.4%) E. coli isolates produced the enzyme. Multivariate analysis showed that recent exposure to piperacillin-tazobactam (adjusted Odds Ratio [aOR] 6.2; 95%CI 1.1-34.7) was a risk factor for ESBL BSI. K. pneumoniae was significantly more likely to be an ESBL-producing isolate than E. coli (aOR 6.7; 95%CI 2.3-20.2). No cephalosporin class was independently associated with ESBLs BSI; however, in a secondary model considering all oxymino-cephalosporins as a single variable, a significant association was demonstrated (aOR 3.7; 95%CI 1.3-10.8). Overall 60-day mortality was significantly higher among ESBL-producing organisms. The finding that piperacillin-tazobactam use is a risk factor for ESBL-production in KP or EC BSIs requires attention, since this drug can be recommended to limit the use of third-generation cephalosporins.

ANTIMICROBIAL DRUG RESISTANCE IN STRAINS OF Escherichia coli ISOLATED FROM FOOD SOURCES

A variety of foods and environmental sources harbor bacteria that are resistant to one or more antimicrobial drugs used in medicine and agriculture. Antibiotic resistance in Escherichia coli is of particular concern because it is the most common Gram-negative pathogen in humans. Hence this study was conducted to determine the antibiotic sensitivity pattern of E. coli isolated from different types of food items collected randomly from twelve localities of Hyderabad, India. A total of 150 samples comprising; vegetable salad, raw egg-surface, raw chicken, unpasteurized milk, and raw meat were processed microbiologically to isolate E. coli and to study their antibiotic susceptibility pattern by the Kirby-Bauer method. The highest percentages of drug resistance in isolates of E. coli were detected from raw chicken (23.3%) followed by vegetable salad (20%), raw meat (13.3%), raw egg-surface (10%) and unpasteurized milk (6.7%). The overall incidence of drug resistant E. coli was 14.7%. A total of six (4%) Extended Spectrum β-Lactamase (ESBL) producers were detected, two each from vegetable salads and raw chicken, and one each from raw egg-surface and raw meat. Multidrug resistant strains of E. coli are a matter of concern as resistance genes are easily transferable to other strains. Pathogen cycling through food is very common and might pose a potential health risk to the consumer. Therefore, in order to avoid this, good hygienic practices are necessary in the abattoirs to prevent contamination of cattle and poultry products with intestinal content as well as forbidding the use of untreated sewage in irrigating vegetables.