Construction of aminoglycoside-sensitive Burkholderia cenocepacia strains for use in studies of intracellular bacteria with the gentamicin protection assay

Burkholderia cenocepacia is a multidrug-resistant opportunistic pathogen that infects the airways of patients with cystic fibrosis (CF) and can survive intracellularly in macrophages and epithelial cells. The gentamicin protection assay, which relies on the poor ability of gentamicin or other aminoglycosides to permeate eukaryotic cell membranes, is traditionally employed to quantify intracellular bacteria. However, the high resistance of these bacteria to aminoglycosides hampers the use of the gentamicin protection assay to investigate intracellular infection by B. cenocepacia. Here, we report the construction of gentamicin-sensitive strains of B. cenocepacia carrying a deletion of the BCAL1674, BCAL1675, and BCAL1676 genes that form an operon encoding an AmrAB-OprA-like efflux pump. We show that bacteria carrying this deletion are hypersensitive to gentamicin and also delay phagolysosomal fusion upon infection of RAW 264.7 murine macrophages, as previously demonstrated for the parental strain. We also demonstrate for the first time that low concentrations of gentamicin can be used to effectively kill extracellular bacteria and reliably quantify the intracellular infection by B. cenocepacia, which can replicate in RAW 264.7 macrophages.

Fosfomycin and tobramycin in combination downregulate nitrate reductase genes narG and narH, resulting in increased activity against Pseudomonas aeruginosa under anaerobic conditions

The activity of aminoglycosides, used to treat Pseudomonas aeruginosa respiratory infection in cystic fibrosis (CF) patients, is reduced under the anaerobic conditions that reflect the CF lung in vivo. In contrast, a 4:1 (w/w) combination of fosfomycin and tobramycin (F:T), under investigation for use in the treatment of CF lung infection, has increased activity against P. aeruginosa under anaerobic conditions. The aim of this study was to elucidate the mechanisms underlying the increased activity of F:T under anaerobic conditions. Microarray analysis was used to identify the transcriptional basis of increased F:T activity under anaerobic conditions, and key findings were confirmed by microbiological tests including nitrate utilization assays, growth curves and susceptibility testing. Notably, growth in sub-inhibitory concentrations of F:T, but not tobramycin or fosfomycin alone, significantly downregulated (p <0.05) nitrate reductase genes narG and narH, essential for normal anaerobic growth of P. aeruginosa. Under anaerobic conditions, F:T significantly decreased (p

The addition of gemtuzumab ozogamicin to low-dose Ara-C improves remission rate but does not significantly prolong survival in older patients with acute myeloid leukaemia:results from the LRF AML14 and NCRI AML16 pick-a-winner comparison

The treatment of older patients with acute myeloid leukaemia, who are not considered suitable for conventional intensive therapy, is unsatisfactory. Low-dose Ara-C(LDAC) has been established as superior to best supportive care, but only benefits the few patients who enter complete remission. Alternative or additional treatments are required to improve the situation. This randomised trial compared the addition of the immunoconjugate, gemtuzumab ozogamicin (GO), at a dose of 5 mg on day 1 of each course of LDAC, with the intention of improving the remission rate and consequently survival. Between June 2004 and June 2010, 495 patients entered the randomisation. The addition of GO significantly improved the remission rate (30% vs 17%; odds ratio(OR) 0.48 (0.32-0.73); P=0.006), but not the 12 month overall survival (25% vs 27%). The reason for the induction benefit failing to improve OS was two-fold: survival of patients in the LDAC arm who did not enter remission and survival after relapse were both superior in the LDAC arm. Although the addition of GO to LDAC doubled the remission rate it did not improve overall survival. Maintaining remission in older patients remains elusive.

mRNA metabolism: nonsense mediated mRNA decay as a tool for gene therapy and the role of human DIS3L2 in transcript degradation

Tese de mestrado em Biologia Humana e Ambiente, apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, 2015

Assessment of the in vitro synergy of daptomycin plus linezolid against multidrug-resistant enterococci

The widespread incidence of enterococci resistant to ampicillin, vancomycin and aminoglycosides, the first-line anti-enterococcal antibiotics, has made the treatment of severe enterococcal infections difficult and alternatives should be explored. We investigated the activity of daptomycin combined with linezolid against three Enterococcus faecalis and four Enterococcus faecium strains resistant to standard drugs used for therapy. Minimum inhibitory concentrations (MICs) were determined by the broth dilution method. Drug interactions were assessed by the checkerboard and time-kill methods. Synergy was defined by a fractional inhibitory concentration index (FICI) of ≤0.5 or a ≥2 log10 CFU/mL killing at 24 h with the combination in comparison with killing by the most active single agent. Indifference was defined by a FICI > 0.5-4.0 or a 1-2 log10 CFU/mL killing compared with the most active single agent. MICs of daptomycin were 2-4 μg/mL for E. faecalis and 2-8 μg/mL for E. faecium. MICs of linezolid were 1-2 μg/mL for all bacteria. In the checkerboard assay, five isolates showed synergism (FICI < 0.5) and two showed indifference (FICIs of 0.53 and 2). Killing studies revealed synergy of daptomycin plus linezolid against four isolates (2.2-3.7 log10 CFU/mL kill) and indifference (1.1-1.6 log10 CFU/mL kill) for the other three strains. Antagonism was not observed. In conclusion, the combination of daptomycin and linezolid had a synergistic or indifferent effect against multidrug-resistant enterococci. Additional studies are needed to explore the potential of this combination for severe enterococcal infections when first-line antibiotic combinations cannot be used.

Polysaccharide-based Polyion Complex Micelles as New Delivery Systems for Hydrophilic Cationic Drugs

Les micelles polyioniques ont émergé comme des systèmes prometteurs de relargage de médicaments hydrophiles ioniques. Le but de cette étude était le développement des micelles polyioniques à base de dextrane pour la relargage de médicaments hydrophiles cationiques utilisant une nouvelle famille de copolymères bloc carboxymethyldextran-poly(éthylène glycol) (CMD-PEG). Quatre copolymères CMD-PEG ont été préparés dont deux copolymères identiques en termes de longueurs des blocs de CMD et de PEG mais différent en termes de densité de charges du bloc CMD; et deux autres copolymères dans lesquels les blocs chargés sont les mêmes mais dont les blocs de PEG sont différents. Les propriétés d’encapsulation des micelles CMD-PEG ont été évaluées avec différentes molécules cationiques: le diminazène (DIM), un médicament cationique modèle, le chlorhydrate de minocycline (MH), un analogue semi-synthétique de la tétracycline avec des propriétés neuro-protectives prometteuses et différents antibiotiques aminoglycosidiques. La cytotoxicité des copolymères CMD-PEG a été évaluée sur différentes lignées cellulaires en utilisant le test MTT et le test du Bleu Alamar. La formation de micelles des copolymères de CMD-PEG a été caractérisée par différentes techniques telles que la spectroscopie RMN 1H, la diffusion de la lumière dynamique (DLS) et la titration calorimétrique isotherme (ITC). Le taux de relargage des médicaments et l’activité pharmacologique des micelles contenant des médicaments ont aussi été évalués. Les copolymères CMD-PEG n'ont induit aucune cytotoxicité dans les hépatocytes humains et dans les cellules microgliales murines (N9) après 24 h incubation pour des concentrations allant jusqu’à 15 mg/mL. Les interactions électrostatiques entre les copolymères de CMD-PEG et les différentes drogues cationiques ont amorcé la formation de micelles polyioniques avec un coeur composé du complexe CMD-médicaments cationiques et une couronne composée de PEG. Les propriétés des micelles DIM/CMDPEG ont été fortement dépendantes du degré de carboxyméthylation du bloc CMD. Les micelles de CMD-PEG de degré de carboxyméthylation du bloc CMD ≥ 60 %, ont incorporé jusqu'à 64 % en poids de DIM et ont résisté à la désintégration induite par les sels et ceci jusqu'à 400 mM NaCl. Par contre, les micelles de CMD-PEG de degré de carboxyméthylation ~ 30% avaient une plus faible teneur en médicament (~ 40 % en poids de DIM) et se désagrégeaient à des concentrations en sel inférieures (∼ 100 mM NaCl). Le copolymère de CMD-PEG qui a montré les propriétés micellaires les plus satisfaisantes a été sélectionné comme système de livraison potentiel de chlorhydrate de minocycline (MH) et d’antibiotiques aminoglycosidiques. Les micelles CMD-PEG encapsulantes de MH ou d’aminoglycosides ont une petite taille (< 200 nm de diamètre), une forte capacité de chargement (≥ 50% en poids de médicaments) et une plus longue période de relargage de médicament. Ces micelles furent stables en solution aqueuse pendant un mois; après lyophilisation et en présence d'albumine sérique bovine. De plus, les micelles ont protégé MH contre sa dégradation en solutions aqueuses. Les micelles encapsulant les drogues ont maintenu les activités pharmacologiques de ces dernières. En outre, les micelles MH réduisent l’inflammation induite par les lipopolysaccharides dans les cellules microgliales murines (N9). Les micelles aminoglycosides ont été quant à elles capable de tuer une culture bactérienne test. Toutefois les micelles aminoglycosides/CMDPEG furent instables dans les conditions physiologiques. Les propriétés des micelles ont été considérablement améliorées par des modifications hydrophobiques de CMD-PEG. Ainsi, les micelles aminoglycosides/dodecyl-CMD-PEG ont montré une taille plus petite et une meilleure stabilité aux conditions physiologiques. Les résultats obtenus dans le cadre de cette étude montrent que CMD-PEG copolymères sont des systèmes prometteurs de relargage de médicaments cationiques.

Semisynthetic aminoglycoside antibiotics : toward biomimetic synthesis, evasion of bacterial resistance and reduced toxicity

Les antibiotiques aminoglycosidiques sont des agents bactéricides de grande valeur et d’efficacité à large spectre contre les pathogènes Gram-positifs et Gram-négatifs, dont plusieurs membres naturels et semisynthétiques sont importants dans l’histoire clinique depuis 1950. Des travaux crystallographiques sur le ribosome, récompensés par le prix Nobel, ont démontré comment leurs diverses structures polyaminées sont adaptées pour cibler une hélice d’ARN dans le centre de codage de la sous-unité 30S du ribosome bactérien. Leur interférence avec l’affinité et la cinétique des étapes de sélection et vérification des tARN induit la synthèse de protéines à basse fidélité, et l’inhibition de la translocation, établissant un cercle vicieux d’accumulation d’antibiotique et de stress sur la membrane. En réponse à ces pressions, les pathogènes bactériens ont évolué et disséminé une panoplie de mécanismes de résistance enzymatiques et d’expulsion : tels que les N acétyltransférases, les O phosphotransférases et les O nucleotidyltransférases qui ciblent les groupements hydroxyle et amino sur le coeur des aminoglycosides; des méthyl-transférases, qui ciblent le site de liaison ribosomale; et des pompes d’expulsion actives pour l’élimination sélective des aminoglycosides, qui sont utilisés par les souches Gram-négatives. Les pathogènes les plus problématiques, qui présentent aujourd’hui une forte résilience envers la majorité des classes d’antibiotiques sur le bord de la pan-résistance ont été nommés des bactéries ESKAPE, une mnémonique pour Enterococcus faecium, Staphylococcus aureus, Klebsiella pneumoniae, Acinetobacter baumannii, Pseudomonas aeruginosa et Enterobacteriaceae. La distribution globale des souches avec des mécanismes de résistance envers les standards cliniques aminoglycosides, tels que la tobramycine, l’amikacine et la gentamicine, est comprise entre 20 et 60% des isolées cliniques. Ainsi, les aminoglycosides du type 4,6-disubstitués-2-deoxystreptamine sont inadéquats comme thérapies anti-infectieuses à large spectre. Cependant, la famille des aminoglycosides 4,5-disubstitués, incluant la butirosine, la neomycine et la paromomycine, dont la structure plus complexe, pourrait constituter une alternative. Des collègues dans le groupe Hanessian et collaborateurs d’Achaogen Inc. ont démontré que certains analogues de la paraomomycine et neomycine, modifiés par désoxygénation sur les positions 3’ et 4’, et par substitution avec la chaîne N1-α-hydroxy-γ-aminobutyramide (HABA) provenant de la butirosine, pourrait produire des antibiotiques très prometteurs. Le Chapitre 4 de cette dissertation présente la conception et le développement d’une stratégie semi-synthétique pour produire des nouveaux aminoglycosides améliorés du type 4,5 disubstitués, inspiré par des modifications biosynthétiques de la sisomicine, qui frustrent les mécanismes de résistance bactérienne distribuées globalement. Cette voie de synthèse dépend d’une réaction d’hydrogénolyse de type Tsuji catalysée par palladium, d’abord développée sur des modèles monosaccharides puis subséquemment appliquée pour générer un ensemble d’aminoglycosides hybrides entre la neomycine et la sisomicine. Les études structure-activité des divers analogues de cette nouvelle classe ont été évaluées sur une gamme de 26 souches bactériennes exprimant des mécanismes de résistance enzymatique et d’expulsion qui englobe l’ensemble des pathogènes ESKAPE. Deux des antibiotiques hybrides ont une couverture antibacterienne excellente, et cette étude a mis en évidence des candidats prometteurs pour le développement préclinique. La thérapie avec les antibiotiques aminoglycosidiques est toujours associée à une probabilité de complications néphrotoxiques. Le potentiel de toxicité de chaque aminoglycoside peut être largement corrélé avec le nombre de groupements amino et de désoxygénations. Une hypothèse de longue date dans le domaine indique que les interactions principales sont effectuées par des sels des groupements ammonium, donc l’ajustement des paramètres de pKa pourrait provoquer une dissociation plus rapide avec leurs cibles, une clairance plus efficace et globalement des analogues moins néphrotoxiques. Le Chapitre 5 de cette dissertation présente la conception et la synthèse asymétrique de chaînes N1 HABA β substitutées par mono- et bis-fluoration. Des chaînes qui possèdent des γ-N pKa dans l’intervalle entre 10 et 7.5 ont été appliquées sur une neomycine tétra-désoxygénée pour produire des antibiotiques avancés. Malgré la réduction considérable du γ N pKa, le large spectre bactéricide n’a pas été significativement affecté pour les analogues fluorés isosteriques. De plus, des études structure-toxicité évaluées avec une analyse d’apoptose propriétaire d’Achaogen ont démontré que la nouvelle chaîne β,β difluoro-N1-HABA est moins nocive sur un modèle de cellules de rein humain HK2 et elle est prometteuse pour le développement d’antibiotiques du type neomycine avec des propriétés thérapeutiques améliorées. Le chapitre final de cette dissertation présente la proposition et validation d’une synthèse biomimétique par assemblage spontané du aminoglycoside 66-40C, un dimère C2 symétrique bis-imine macrocyclique à 16 membres. La structure proposée du macrocycle a été affinée par spectroscopie nucléaire à un système trans,trans-bis-azadiène anti-parallèle. Des calculs indiquent que l’effet anomérique de la liaison α glycosidique entre les anneaux A et B fournit la pré-organisation pour le monomère 6’ aldéhydo sisomicine et favorise le produit macrocyclique observé. L’assemblage spontané dans l’eau a été étudié par la dimérisation de trois divers analogues et par des expériences d’entre croisement qui ont démontré la généralité et la stabilité du motif macrocyclique de l'aminoglycoside 66-40C.

Conception et synthèse d’aminoglycosides semi-synthétiques

Plusieurs aminoglycosides font partie d’une famille d’antibiotiques à large spectre d’action. Les aminoglycosides ayant une activité antibiotique viennent interférer dans la synthèse protéique effectuée par les bactéries. Les protéines mal codées entraineront la mort cellulaire. Au fil des années, de nombreux cas de résistance ont émergé après une utilisation soutenue des aminoglycosides. De nombreux aminoglycosides semi-synthétiques ont été synthétisés avec comme objectif de restaurer leur activité antimicrobienne. Parmi les modifications ayant connu du succès, notons la didésoxygénation d’un diol et l’introduction de la chaine latérale HABA. Des études précédentes ont montré l’efficacité de ces modifications sur les aminoglycosides. Les présents travaux portent sur l’installation de la chaine latérale HABA et la didésoxygénation d’un diol sur la paromomycine et la néomycine. La didésoxygénation sélective des diols a été effectuée en utilisant la méthodologie développée par Garegg et Samuelsson, une variation de la réaction de Tipson-Cohen. Cette méthode a permis l’obtention du motif didésoxygéné sur les cycles A et D dans des rendements jamais égalés pour ce motif synthétique. La chaîne latérale a été introduite en tirant profit de la réactivité et de la sélectivité d’un carbamate cyclique. Ces méthodes combinées ont permis la synthèse efficace de nombreux analogues semi-synthétiques nouveaux. La 3',4'-didéhydro-N-1-HABA-néomycine et la 3',4',3''',4'''-tétradésoxy-N-1-HABA-néomycine montrent une activité impressionnante contre des souches de bactéries résistantes aux aminoglycosides. Des tests de toxicité effectués en collaboration avec Achaogen Inc. ont démontré que ces composés sont relativement toxiques sur les cellules rénales de type H2K, ce qui réduit de façon importante leur index thérapeutique. Afin d’abaisser la toxicité des composés, la relation entre toxicité et basicité a été explorée. Des substitutions de l’amine en 6''' ont été effectuées afin d’abaisser la basicité de l’amine. Les résultats de toxicité et d’activité antimicrobienne démontrent une corrélation importante entre la basicité des amines et la toxicité/activité des aminoglycosides antibiotiques. L’effet d’une modulation du pKa a aussi été exploré en installant des chaines fluorées sur l’amine en 6''' de la paromomycine et de la néomycine. Une séquence synthtétique pour isoler l’amine en 6''' de la néomycine a aussi été développée.

Étude de la virulence et de la résistance aux antibiotiques des Staphylococcus aureus résistants à la méthicilline chez le porc à l'abattoir au Québec

Depuis quelques années et dans plusieurs pays, un nouveau type de Staphylococcus aureus résistant à la méthicilline (SARM), le séquence type (ST) 398, a été fréquemment retrouvé chez les porcs et chez les fermiers en contact avec ces porcs. Au Canada, très peu d’informations sont disponibles concernant le SARM d’origine porcine. Une première étude dans notre laboratoire a permis de récolter 107 isolats de SARM provenant de deux abattoirs porcins du Québec. Le présent travail vise à caractériser les gènes de virulence et de résistance aux antibiotiques de ces SARM, d’étudier leur formation de biofilm en relation avec la spécificité du groupe agr et de vérifier la localisation plasmidique et la transférabilité de ces gènes à des souches de SARM d’origine humaine. Plusieurs souches ont démontré différents patrons phénotypiques de résistance aux antibiotiques. Vingt-quatre souches représentatives de ces isolats ont été soumises à une caractérisation plus approfondie par une étude génotypique en utilisant une biopuce à ADN et un grand nombre de gènes de virulence a été détecté codant pour des entérotoxines staphylococcales, des leucocidines, des hémolysines, des auréolysines, des facteurs d’immunoévasion, des superantigènes, des facteurs d’adhésion et des facteurs impliqués dans la formation de biofilm. Des gènes de résistance envers les aminoglycosides, les macrolides, les lincosamides, les tétracyclines et les biocides ont été également détectés par biopuce et leur localisation plasmidique a par la suite été déterminée. La transférabilité de ces gènes de souches porcines à des souches de SARM d’origine humaine a été démontrée par conjugaison bactérienne; ainsi le transfert horizontal de certains gènes de résistance aux antibiotiques et de virulence a été observé. Ces travaux de recherche apportent une meilleure connaissance de la résistance aux antibiotiques et de la virulence des SARM d’origine porcine et de leur potentiel de contribution à l’émergence de certaines résistances et facteurs de virulence chez le SARM d’origine humaine.

Resistencia bacteriana en infección urinaria adquirida en comunidad en niños, según urocultivos, 2013

Método: En el Complejo Calle 100 en Bogotá, en el periodo de Julio a Diciembre de 2013 se revisaron los Urocultivos positivos, de pacientes menores de 16 años con diagnóstico clínico de IVU, procedentes de la comunidad. Consultamos las historias clínicas para documentar antibiótico empírico dado y episodios previos de infección. Se describieron los gérmenes aislados y las resistencias antibióticas. Discusión: Las cefalosporinas de primera generación tienen tasas de resistencias superiores al 37%, similar a lo reportado en la literatura, y son usadas como primera línea; ésta conducta debe ser reevaluada. Los aminoglucósidos, la nitrofurantoína y la cefuroxima son alternativas terapéuticas recomendables. La prevalencia de E coli BLEE de origen comunitario genera preocupación, debe incitar a realizar manejo antibiótico dirigido y concienzudo.

Development of a miniaturised microarray-based assay for the rapid identification of antimicrobial resistance genes in Gram-negative bacteria

We describe the development of a miniaturised microarray for the detection of antimicrobial resistance genes in Gram-negative bacteria. Included on the array are genes encoding resistance to aminoglycosides, trimethoprim, sulphonamides, tetracyclines and beta-lactams, including extended-spectrum beta-lactamases. Validation of the array with control strains demonstrated a 99% correlation between polymerase chain reaction and array results. There was also good correlation between phenotypic and genotypic results for a large panel of Escherichia coli and Salmonella isolates. Some differences were also seen in the number and type of resistance genes harboured by E. coli and Salmonella strains. The array provides an effective, fast and simple method for detection of resistance genes in clinical isolates suitable for use in diagnostic laboratories, which in future will help to understand the epidemiology of isolates and to detect gene linkage in bacterial populations. (C) 2008 Published by Elsevier B.V. and the International Society of Chemotherapy.

Antimicrobial resistance of Salmonella serotypes isolated from slaughter-age pigs and environmental samples

The aim of this study was to determine the antimicrobial resistance patterns of Salmonella strains isolated from slaughter-age pigs and environmental samples collected at modern swine raising facilities in Brazil. Seventeen isolates of six serotypes of Salmonella enterica subsp. enterica were isolated out of 1,026 collected samples: Salmonella Typhimurium (1), Salmonella Agona (5), Salmonella Sandiego (5), Salmonella Rissen (1), Salmonella Senftenberg (4), and Salmonella Javiana (1). Resistance patterns were determined to extended-spectrum penicillin (ampicillin), broad-spectrum cephalosporins (cefotaxime and ceftriaxone), aminoglycosides (streptomycin, neomycin, gentamicin, amikacin, and tobramycin), narrow-spectrum quinolone (nalidixic acid), broad-spectrum quinolone (ciprofloxacin and norfloxacin), tetracycline, trimethoprim, and chloramphenicol. Antimicrobial resistance patterns varied among serotypes, but isolates from a single serotype consistently showed the same resistance profile. All isolates were resistant to tetracycline, streptomycin, and nalidixic acid. One isolate, Salmonella Rissen, was also resistant to cefotaxime and tobramycin. All serotypes were susceptible to ceftriaxone, norfloxacin, ciprofloxacin, ampicillin, gentamicin, and chloramphenicol. The high resistance to tetracycline and streptomycin may be linked to their common use as therapeutic drugs on the tested farms. No relation was seen between nalidixic acid and fluoroquinolone resistance.

Microbiological evaluation of different strategies for management of snakes in captivity

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Tris-EDTA no teste de sensibilidade antimicrobiana in vitro em amostras de Pseudomonas aeruginosa

In vitro antimicrobial susceptibility of strains of Pseudomonas aeruginosa by standard diffusion disk test and a modified method, by the addition Tris-EDTA, was evaluated. Increase in sensitivity of agent using modified method was observed mainly in aminoglycosides (amikacin, gentamicin, tobramycin), quinolones (ofloxacin and norfloxacin) and cephalosporins (cefoperazone and ceftazidime) groups. by standard diffusion disk test and a modified method, by the addition Tris-EDTA, was evaluated. Increase in sensitivity of agent using modified method was observed mainly in aminoglycosides (amikacin, gentamicin, tobramycin), quinolones (ofloxacin and norfloxacin) and cephalosporins (cefoperazone and ceftazidime) groups.

Dimetilsulfóxido - DMSO no teste de sensibilidade microbiana in vitro em cepas de Rhodococcus equi isoladas de afecções pulmonares em potros

Comparou-se a sensibilidade microbiana in vitro de isolados de Rhodococcus equi pelo teste padrão de difusão com discos, com o modificado, pela adição de 5% de dimetilsulfóxido-DMSO. Observou-se aumento da sensibilidade do R. equi no teste com DMSO, frente a aminoglicosídeos (canamicina, amicacina, estreptomicina) e ao cloranfenicol, enquanto para a eritromicina e derivados ß-lactâmicos (penicilina G, cefalosporinas, amoxicilina, oxacilina), constatou-se redução da sensibilidade do agente.