NEW METHODS FOR DETECTION, SUSCEPTIBILITY TESTING AND BIOFILM ERADICATION OF DIFFICULT ORGANISMS

Aujourd'hui, les problèmes des maladies infectieuses concernent l'émergence d'infections difficiles à traiter, telles que les infections associées aux implants et les infections fongiques invasives chez les patients immunodéprimés. L'objectif de cette thèse était de développer des stratégies pour l'éradication des biofilms bactériens (partie 1), ainsi que d'étudier des méthodes innovantes pour la détection microbienne, pour l'établissement de nouveaux tests de sensibilité (partie 2). Le traitement des infections associées aux implants est difficile car les biofilms bactériens peuvent résister à des niveaux élevés d'antibiotiques. A ce jour, il n'y a pas de traitement optimal défini contre des infections causées par des bactéries de prévalence moindre telles que Enterococcus faecalis ou Propionibacterium acnés. Dans un premier temps, nous avons démontré une excellente activité in vitro de la gentamicine sur une souche de E. faecalis en phase stationnaire de croissance Nous avons ensuite confirmé l'activité de la gentamicine sur un biofilm précoce en modèle expérimental animal à corps étranger avec un taux de guérison de 50%. De plus, les courbes de bactéricidie ainsi que les résultats de calorimétrie ont prouvé que l'ajout de gentamicine améliorait l'activité in vitro de la daptomycine, ainsi que celle de la vancomycine. In vivo, le schéma thérapeutique le plus efficace était l'association daptomycine/gentamicine avec un taux de guérison de 55%. En établissant une nouvelle méthode pour l'évaluation de l'activité des antimicrobiens vis-à-vis de micro-organismes en biofilm, nous avons démontré que le meilleur antibiotique actif sur les biofilms à P. acnés était la rifampicine, suivi par la penicilline G, la daptomycine et la ceftriaxone. Les études conduites en modèle expérimental animal ont confirmé l'activité de la rifampicine seule avec un taux de guérison 36%. Le meilleur schéma thérapeutique était au final l'association rifampicine/daptomycine avec un taux de guérison 63%. Les associations de rifampicine avec la vancomycine ou la levofloxacine présentaient des taux de guérisons respectivement de 46% et 25%. Nous avons ensuite étudié l'émergence in vitro de la résistance à la rifampicine chez P. acnés. Nous avons observé un taux de mutations de 10"9. La caractérisation moléculaire de la résistance chez les mutant-résistants a mis en évidence l'implication de 5 mutations ponctuelles dans les domaines I et II du gène rpoB. Ce type de mutations a déjà été décrit au préalable chez d'autres espèces bactériennes, corroborant ainsi la validité de nos résultats. La deuxième partie de cette thèse décrit une nouvelle méthode d'évaluation de l'efficacité des antifongiques basée sur des mesures de microcalorimétrie isotherme. En utilisant un microcalorimètre, la chaleur produite par la croissance microbienne peut être-mesurée en temps réel, très précisément. Nous avons évalué l'activité de l'amphotéricine B, des triazolés et des échinocandines sur différentes souches de Aspergillus spp. par microcalorimétrie. La présence d'amphotéricine Β ou de triazole retardait la production de chaleur de manière concentration-dépendante. En revanche, pour les échinochandines, seule une diminution le pic de « flux de chaleur » a été observé. La concordance entre la concentration minimale inhibitrice de chaleur (CMIC) et la CMI ou CEM (définie par CLSI M38A), avec une marge de 2 dilutions, était de 90% pour l'amphotéricine B, 100% pour le voriconazole, 90% pour le pozoconazole et 70% pour la caspofongine. La méthode a été utilisée pour définir la sensibilité aux antifongiques pour d'autres types de champignons filamenteux. Par détermination microcalorimétrique, l'amphotéricine B s'est avéré être l'agent le plus actif contre les Mucorales et les Fusarium spp.. et le voriconazole le plus actif contre les Scedosporium spp. Finalement, nous avons évalué l'activité d'associations d'antifongiques vis-à-vis de Aspergillus spp. Une meilleure activité antifongique était retrouvée avec l'amphotéricine B ou le voriconazole lorsque ces derniers étaient associés aux échinocandines vis-à-vis de A. fumigatus. L'association échinocandine/amphotéricine B a démontré une activité antifongique synergique vis-à-vis de A. terreus, contrairement à l'association échinocandine/voriconazole qui ne démontrait aucune amélioration significative de l'activité antifongique. - The diagnosis and treatment of infectious diseases are today increasingly challenged by the emergence of difficult-to-manage situations, such as infections associated with medical devices and invasive fungal infections, especially in immunocompromised patients. The aim of this thesis was to address these challenges by developing new strategies for eradication of biofilms of difficult-to-treat microorganisms (treatment, part 1) and investigating innovative methods for microbial detection and antimicrobial susceptibility testing (diagnosis, part 2). The first part of the thesis investigates antimicrobial treatment strategies for infections caused by two less investigated microorganisms, Enterococcus faecalis and Propionibacterium acnes, which are important pathogens causing implant-associated infections. The treatment of implant-associated infections is difficult in general due to reduced susceptibility of bacteria when present in biofilms. We demonstrated an excellent in vitro activity of gentamicin against E. faecalis in stationary growth- phase and were able to confirm the activity against "young" biofilms (3 hours) in an experimental foreign-body infection model (cure rate 50%). The addition of gentamicin improved the activity of daptomycin and vancomycin in vitro, as determined by time-kill curves and microcalorimetry. In vivo, the most efficient combination regimen was daptomycin plus gentamicin (cure rate 55%). Despite a short duration of infection, the cure rates were low, highlighting that enterococcal biofilms remain difficult to treat despite administration of newer antibiotics, such as daptomycin. By establishing a novel in vitro assay for evaluation of anti-biofilm activity (microcalorimetry), we demonstrated that rifampin was the most active antimicrobial against P. acnes biofilms, followed by penicillin G, daptomycin and ceftriaxone. In animal studies we confirmed the anti-biofilm activity of rifampin (cure rate 36% when administered alone), as well as in combination with daptomycin (cure rate 63%), whereas in combination with vancomycin or levofloxacin it showed lower cure rates (46% and 25%, respectively). We further investigated the emergence of rifampin resistance in P. acnes in vitro. Rifampin resistance progressively emerged during exposure to rifampin, if the bacterial concentration was high (108 cfu/ml) with a mutation rate of 10"9. In resistant isolates, five point mutations of the rpoB gene were found in cluster I and II, as previously described for staphylococci and other bacterial species. The second part of the thesis describes a novel real-time method for evaluation of antifungals against molds, based on measurements of the growth-related heat production by isothermal microcalorimetry. Current methods for evaluation of antifungal agents against molds, have several limitations, especially when combinations of antifungals are investigated. We evaluated the activity of amphotericin B, triazoles (voriconazole, posaconazole) and echinocandins (caspofungin and anidulafungin) against Aspergillus spp. by microcalorimetry. The presence of amphotericin Β or a triazole delayed the heat production in a concentration-dependent manner and the minimal heat inhibition concentration (MHIC) was determined as the lowest concentration inhibiting 50% of the heat produced at 48 h. Due to the different mechanism of action echinocandins, the MHIC for this antifungal class was determined as the lowest concentration lowering the heat-flow peak with 50%. Agreement within two 2-fold dilutions between MHIC and MIC or MEC (determined by CLSI M38A) was 90% for amphotericin B, 100% for voriconazole, 90% for posaconazole and 70% for caspofungin. We further evaluated our assay for antifungal susceptibility testing of non-Aspergillus molds. As determined by microcalorimetry, amphotericin Β was the most active agent against Mucorales and Fusarium spp., whereas voriconazole was the most active agent against Scedosporium spp. Finally, we evaluated the activity of antifungal combinations against Aspergillus spp. Against A. jumigatus, an improved activity of amphotericin Β and voriconazole was observed when combined with an echinocandin. Against A. terreus, an echinocandin showed a synergistic activity with amphotericin B, whereas in combination with voriconazole, no considerable improved activity was observed.

Rapid detection of bacterial resistance to antibiotics using AFM cantilevers as nanomechanical sensors.

The widespread misuse of drugs has increased the number of multiresistant bacteria, and this means that tools that can rapidly detect and characterize bacterial response to antibiotics are much needed in the management of infections. Various techniques, such as the resazurin-reduction assays, the mycobacterial growth indicator tube or polymerase chain reaction-based methods, have been used to investigate bacterial metabolism and its response to drugs. However, many are relatively expensive or unable to distinguish between living and dead bacteria. Here we show that the fluctuations of highly sensitive atomic force microscope cantilevers can be used to detect low concentrations of bacteria, characterize their metabolism and quantitatively screen (within minutes) their response to antibiotics. We applied this methodology to Escherichia coli and Staphylococcus aureus, showing that live bacteria produced larger cantilever fluctuations than bacteria exposed to antibiotics. Our preliminary experiments suggest that the fluctuation is associated with bacterial metabolism.

On the use of reporter bacteria for measuring availability of organic contaminants

Natural environments are constantly challenged by the release of hydrophobic organic contaminants, which represent a threat for both the ecosystem and human health. Despite a substantial degradation by naturally occurring micro-organisms, a non negligible fraction of these pollutants tend to persist in soil and sediments due to their reduced accessibility to microbial degraders. This lack of 'bioavailability' is acknowledged as a key parameter for the natural and stimulated clean-up (bioremediation) of contaminated sites. We developed a bacterial bioreporter that responds to the presence of polyaromatic hydrocarbons (PAHs) by the production of the green fluorescent protein (GFP), based on the PAH-degrading bacterium Burkholderia sartisoli. We showed in this study that the bacterial biosensor B. sartisoli strain RP037 was faithfully reporting the degradation of naphthalene and phenanthrene (two PAHs of low molecular weight) via the production of GFP. What is more, the magnitude of GFP induction was influenced by change in the PAH flux triggered by a variety of physico-chemical parameters, such as the contact surface between the pollutant and the aqueous suspension. Further experiments permitted to test the influence of dissolved organic matter, which is an important component of natural habitats and can interact with organic pollutants. In addition, we tested the influence of two types of biosurfactants (tensio-active agents produced by living organisms) on phenanthrene's degradation by RP037. Interestingly, the surfactant's effects on the biodegradation rate appeared to depend on the type of biosurfactant and probably on the type of bacterial strain. Finally, we tagged B. sartisoli strain RP037 with a constitutively expressed mCherry fluorescent protein. The presence of mCherry allowed us to visualize the bacteria in complex samples even when GFP production was not induced. The new strain RP037-mChe embedded in a gel patch was used to detect PAH fluxes from a point source, such as a non-aqueous liquid or particles of contaminated soil. In parallel, we also developed and tested a so-called multiwell bacterial biosensor platform, which permitted the simultaneous use of four different reporter strains for the detection of major crude oil components (e.g., saturated hydrocarbons, mono- and polyaromatics) in aqueous samples. We specifically constructed the strain B. sartisoli RP007 (pPROBE-phn-luxAB) for the detection of naphthalene and phenanthrene. It was equipped with a reporter plasmid similar to the one in strain RP037, except that the gfp gene was replaced by the genes luxAB, which encoded the bacterial luciferase. The strain was implemented in the biosensor platform and detected an equivalent naphthalene concentration in oil spilled-sea water. We also cloned the gene for the transcriptional activator AlkS and the operator/promoter region of the operon alkSB1GHJ from the alkane-degrader bacterium Alcanivorax borkumensis strain SK2 in order to construct a new bacterial biosensor with higher sensitivity towards long-chain alkanes. However, the resulting strain showed no increased light emission in presence of tetradecane (C14), while it still efficiently reported low concentrations of octane (C8). RÉSUMÉ : Les écosystèmes naturels sont constamment exposés à nombre de contaminants organiques hydrophobes (COHs) d'origine industrielle, agricole ou même naturelle. Les COHs menacent à la fois l'environnement, le bien-être des espèces animales et végétales et la santé humaine, mais ils peuvent être dégradés par des micro-organismes tels que les bactéries et les champignons, qui peuvent être capables des les transformer en produits inoffensifs comme le gaz carbonique et l'eau. La biodégradation des COHs est cependant fréquemment limitée par leur pauvre disponibilité envers les organismes qui les dégradent. Ainsi, bien que la biodégradation opère partiellement, les COHs persistent dans l'environnement à de faibles concentrations qui potentiellement peuvent encore causer des effets toxiques chroniques. Puisque la plupart des COHs peuvent être métabolisés par l'activité microbienne, leur persistance a généralement pour origine des contraintes physico-chimiques plutôt que biologiques. Par exemple, leur solubilité dans l'eau très limitée réduit leur prise par des consommateurs potentiels. De plus, l'adsorption à la matière organique et la séquestration dans les micropores du sol participent à réduire leur disponibilité envers les microbes. Les processus de biodisponibilité, c'est-à-dire les processus qui gouvernent la dissolution et la prise de polluants par les organismes vivants, sont généralement perçus comme des paramètres clés pour la dépollution (bioremédiation) naturelle et stimulée des sites contaminés. Les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAPs) sont un modèle de COH produits par les activités aussi bien humaines que naturelles, et listés comme des contaminants chroniques de l'air, des sols et des sédiments. Ils peuvent être dégradés par un vaste nombre d'espèces bactériennes mais leur taux de biodégradation est souvent limité par les contraintes mentionnées ci-dessus. Afin de comprendre les processus de biodisponibilité pour les cellules bactériennes, nous avons décidé d'utiliser les bactéries elles-mêmes pour détecter et rapporter les flux de COH. Ceci a été réalisé par l'application d'une stratégie de conception visant à produire des bactéries `biocapteurs-rapporteurs', qui littéralement s'allument lorsqu'elles détectent un composé cible pour lequel elles ont été conçues. En premier lieu, nous nous sommes concentrés sur Burkholderia sartisoli (souche RP007), une bactérie isolée du sol et consommatrice de HAP .Cette souche a servi de base à la construction d'un circuit génétique permettant la formation de la protéine autofluorescente GFP dès que les cellules détectent le naphtalène ou le phénanthrène, deux HAP de faible masse moléculaire. En effet, nous avons pu montrer que la bactérie obtenue, la souche RP037 de B. sartisoli, produit une fluorescence GFP grandissante lors d'une exposition en culture liquide à du phénanthrène sous forme cristalline (0.5 mg par ml de milieu de culture). Nous avons découvert que pour une induction optimale il était nécessaire de fournir aux cellules une source additionnelle de carbone sous la forme d'acétate, ou sinon seul un nombre limité de cellules deviennent induites. Malgré cela, le phénanthrène a induit une réponse très hétérogène au sein de la population de cellules, avec quelques cellules pauvrement induites tandis que d'autres l'étaient très fortement. La raison de cette hétérogénéité extrême, même dans des cultures liquides mélangées, reste pour le moment incertaine. Plus important, nous avons pu montrer que l'amplitude de l'induction de GFP dépendait de paramètres physiques affectant le flux de phénanthrène aux cellules, tels que : la surface de contact entre le phénanthrène solide et la phase aqueuse ; l'ajout de surfactant ; le scellement de phénanthrène à l'intérieur de billes de polymères (Model Polymer Release System) ; la dissolution du phénanthrène dans un fluide gras immiscible à l'eau. Nous en avons conclu que la souche RP037 détecte convenablement des flux de phénantrène et nous avons proposé une relation entre le transfert de masse de phénanthrène et la production de GFP. Nous avons par la suite utilisé la souche afin d'examiner l'effet de plusieurs paramètres chimiques connus dans la littérature pour influencer la biodisponibilité des HAP. Premièrement, les acides humiques. Quelques rapports font état que la disponibilité des HAP pourrait être augmentée par la présence de matière organique dissoute. Nous avons mesuré l'induction de GFP comme fonction de l'exposition des cellules RP037 au phénanthrène ou au naphtalène en présence ou absence d'acides humiques dans la culture. Nous avons testé des concentrations d'acides humiques de 0.1 et 10 mg/L, tandis que le phénanthrène était ajouté via l'heptamethylnonane (HMN), un liquide non aqueux, ce qui au préalable avait produit le plus haut flux constant de phénanthrène aux cellules. De plus, nous avons utilisé des tests en phase gazeuse avec des concentrations d'acides humiques de 0.1, 10 et 1000 mg/L mais avec du naphtalène. Contrairement à ce que décrit la littérature, nos résultats ont indiqué que dans ces conditions l'expression de GFP en fonction de l'exposition au phénanthrène dans des cultures en croissance de la souche RP037 n'était pas modifiée par la présence d'acides humiques. D'un autre côté, le test en phase gazeuse avec du naphtalène a montré que 1000 mg/L d'acides humiques abaissent légèrement mais significativement la production de GFP dans les cellules de RP037. Nous avons conclu qu'il n'y a pas d'effet général des acides humiques sur la disponibilité des HAP pour les bactéries. Par la suite, nous nous sommes demandé si des biosurfactants modifieraient la disponibilité du phénanthrène pour les bactéries. Les surfactants sont souvent décrits dans la littérature comme des moyens d'accroître la biodisponibilité des COHs. Les surfactants sont des agents tensio-actifs qui augmentent la solubilité apparente de COH en les dissolvant à l'intérieur de micelles. Nous avons ainsi testé si des biosurfactants (des surfactants produits par des organismes vivants) peuvent être utilisé pour augmenter la biodisponibilité du phénanthrène pour la souche B. sartisoli RP037. Premièrement, nous avons tenté d'obtenir des biosurfactants produits par une autre bactérie vivant en co-culture avec les biocapteurs bactériens. Deuxièmement, nous avons utilisé des biosurfactants purifiés. La co-cultivation en présence de la bactérie productrice de lipopeptide Pseudomonas putida souche PCL1445 a augmenté l'expression de GFP induite par le phénanthrène chez B. sartisoli en comparaison des cultures simples, mais cet effet n'était pas significativement différent lorsque la souche RP037 était co-cultivée avec un mutant de P. putida ne produisant pas de lipopeptides. L'ajout de lipopeptides partiellement purifiés dans la culture de RP037 a résulté en une réduction de la tension de surface, mais n'a pas provoqué de changement dans l'expression de GFP. D'un autre côté, l'ajout d'une solution commerciale de rhamnolipides (un autre type de biosurfactants produits par Pseudomonas spp.) a facilité la dégradation du phénanthrène par la souche RP037 et induit une expression de GFP élevée dans une plus grande proportion de cellules. Nous avons ainsi conclu que les effets des biosurfactants sont mesurables à l'aide de la souche biocapteur, mais que ceux-ci sont dépendants du type de surfactant utilisé conjointement avec le phénanthrène. La question suivante que nous avons abordée était si les tests utilisant des biocapteurs peuvent être améliorés de manière à ce que les flux de HAP provenant de matériel contaminé soient détectés. Les tests en milieu liquide avec des échantillons de sol ne fournissant pas de mesures, et sachant que les concentrations de HAP dans l'eau sont en général extrêmement basses, nous avons conçu des tests de diffusion dans lesquels nous pouvons étudier l'induction par les HAPs en fonction de la distance aux cellules. Le biocapteur bactérien B. sartisoli souche RP037 a été marqué avec une seconde protéine fluorescente (mCherry), qui est constitutivement exprimée dans les cellules et leur confère une fluorescence rouge/rose. La souche résultante RP037-mChe témoigne d'une fluorescence rouge constitutive mais n'induit la fluorescence verte qu'en présence de naphtalène ou de phénanthrène. La présence d'un marqueur fluorescent constitutif nous permet de visualiser les biocapteurs bactériens plus facilement parmi des particules de sol. Un test de diffusion a été conçu en préparant un gel fait d'une suspension de cellules mélangées à 0.5 % d'agarose. Des bandes de gel de dimensions 0.5 x 2 cm x 1 mm ont été montées dans des chambres d'incubation et exposées à des sources de HAP (soit dissouts dans du HMN ou en tant que matériel solide, puis appliqués à une extrémité de la bande). En utilisant ce montage expérimental, le naphtalène ou le phénanthrène (dissouts dans du HMN à une concentration de 2.5 µg/µl) ont induit un gradient d'intensité de fluorescence GFP après 24 heures d'incubation, tandis que la fluorescence mCherry demeurait comparable. Un sol contaminé par des HAPs (provenant d'un ancien site de production de gaz) a induit la production de GFP à un niveau comparable à celui du naphtalène. Des biocapteurs bactériens individuels ont également détecté un flux de phénanthrène dans un gel contenant des particules de sol amendées avec 1 et 10 mg/g de phénanthrène. Ceci a montré que le test de diffusion peut être utilisé pour mesurer des flux de HAP provenant de matériel contaminé. D'un autre côté, la sensibilité est encore très basse pour plusieurs sols contaminés, et l'autofluorescence de certains échantillons rend difficile l'identification de la réponse de la GFP chez les cellules. Pour terminer, un des points majeurs de ce travail a été la production et la validation d'une plateforme multi-puits de biocapteurs bactériens, qui a permis l'emploi simultané de plusieurs souches différentes de biocapteurs pour la détection des constituants principaux du pétrole. Pour cela nous avons choisi les alcanes linéaires, les composés mono-aromatiques, les biphényls et les composés poly-aromatiques. De plus, nous avons utilisé un capteur pour la génotoxicité afin de détecter la `toxicité globale' dans des échantillons aqueux. Plusieurs efforts d'ingénierie ont été investis de manière à compléter ce set. En premier lieu, chaque souche a été équipée avec soit gfp, soit luxAB en tant que signal rapporteur. Deuxièmement, puisqu'aucune souche de biocapteur n'était disponible pour les HAP ou pour les alcanes à longues chaînes, nous avons spécifiquement construit deux nouveaux biocapteurs. L'un d'eux est également basé sur B. sartisoli RP007, que nous avons équipé avec le plasmide pPROBE-phn-luxAB pour la détection du naphtalène et du phénanthrène mais avec production de luciférase bactérienne. Un autre est un nouveau biocapteur bactérien pour les alcanes. Bien que nous possédions une souche Escherichia coli DHS α (pGEc74, pJAMA7) détectant les alcanes courts de manière satisfaisante, la présence des alcanes à longues chaînes n'était pas rapportée efficacement. Nous avons cloné le gène de l'activateur transcriptionnel A1kS ainsi que la région opérateur/promoteur de l'opéron alkSB1GHJ chez la bactérie dégradant les alcanes Alcanivorax borkumensis souche SK2, afin de construire un nouveau biocapteur bactérien bénéficiant d'une sensibilité accrue envers les alcanes à longues chaînes. Cependant, la souche résultante E. coli DHSα (pAlk3} n'a pas montré d'émission de lumière augmentée en présence de tétradécane (C14), tandis qu'elle rapportait toujours efficacement de basses concentrations d'octane (C8). De manière surprenante, l'utilisation de A. borkumensis en tant que souche hôte pour le nouveau plasmide rapporteur basé sur la GFP a totalement supprimé la sensibilité pour l'octane, tandis que la détection de tétradécane n'était pas accrue. Cet aspect devra être résolu dans de futurs travaux. Pour calibrer la plateforme de biocapteurs, nous avons simulé une fuite de pétrole en mer dans une bouteille en verre ouverte de 5L contenant 2L d'eau de mer contaminée avec 20 ml (1%) de pétrole brut. La phase aqueuse a été échantillonée à intervalles réguliers après la fuite durant une période allant jusqu'à une semaine tandis que les principaux contaminants pétroliers étaient mesurés via les biocapteurs. L'émission de bioluminescence a été mesurée de manière à déterminer la réponse des biocapteurs et une calibration intégrée faite avec des inducteurs types a servi à calculer des concentrations d'équivalents inducteurs dans l'échantillon. E. coli a été utilisée en tant que souche hôte pour la plupart des spécificités des biocapteurs, à l'exception de la détection du naphtalène et du phénanthrène pour lesquels nous avons utilisé B. sartisoli. Cette souche, cependant, peut être employée plus ou moins selon la même procédure. Il est intéressant de noter que le pétrole répandu a produit une apparition séquentielle de composés dissouts dans la phase aqueuse, ceux-ci .étant détectables par les biocapteurs. Ce profil contenait d'abord les alcanes à courtes chaînes et les BTEX (c'est-à dire benzène, toluène, éthylbenzène et xylènes), apparaissant entre des minutes et des heures après que le pétrole a été versé. Leurs concentrations aqueuses ont par la suite fortement décru dans l'eau échantillonnée après 24 heures, à cause de la volatilisation ou de la biodégradation. Après quelques jours d'incubation, ces composés sont devenus indétectables. Les HAPs, en revanche, sont apparus plus tard que les alcanes et les BTEX, et leur concentration a augmenté de pair avec un temps d'incubation prolongé. Aucun signal significatif n'a été mis en évidence avec le biocapteur pour le biphényl ou pour la génotoxicité. Ceci démontre l'utilité de ces biocapteurs, spécifiquement pour la détection des composés pétroliers, comprenant les alcanes à courtes chaînes, les BTEX et les HAPs légers.

Conjugation by Mosquito Pathogenic Strains of Bacillus sphaericus

A mosquito pathogenic strain of Bacillus sphaericus carried out the conjugal transfer of plasmid pAMß1 to other strains of its own and two other serotypes. However, it was unable to conjugate with mosquito pathogens from three other serotypes, with B. sphaericus of other DNA homology groups or with three other species of Bacillus. Conjugation frequency was highest with a strain having an altered surface layer (S layer). Conjugal transfer of pAMß1 was not detected in mosquito larval cadavers. B. sphaericus 2362 was unable to mobilize pUB110 for transfer to strains that had served as recipients of pAMß1. These observations suggest that it is unlikely that genetically engineered B. sphaericus carrying a recombinant plasmid could pass that plasmid to other bacteria

Intracellular bacteria and adverse pregnancy outcomes.

Clin Microbiol Infect 2011; 17: 1312-1322 ABSTRACT: This review considers the role of intracellular bacteria in adverse pregnancy outcomes, such as miscarriage, stillbirths, and preterm labour. The cause of miscarriage, stillbirth and preterm labour often remains unexplained. Intracellular bacteria that grow either poorly or not at all on media used routinely to detect human pathogens could be the aetiological agents of these obstetric conditions. For example, Listeria monocytogenes and Coxiella burnetti are intracellular bacteria that have a predilection for the fetomaternal unit and may induce fatal disease in the mother and/or fetus. Both are important foodborne or zoonotic pathogens in pregnancy. Preventive measures, diagnostic tools and treatment will be reviewed. Moreover, we will also address the importance in adverse pregnancy outcomes of other intracellular bacteria, including Brucella abortus and various members of the order Chlamydiales. Indeed, there is growing evidence that Chlamydia trachomatis, Chlamydia abortus and Chlamydia pneumoniae infections may also result in adverse pregnancy outcomes in humans and/or animals. Moreover, newly discovered Chlamydia-like organisms have recently emerged as new pathogens of both animals and humans. For example, Waddlia chondrophila, a Chlamydia-related bacterium isolated from aborted bovine fetuses, has also been implicated in human miscarriages. Future research should help us to better understand the pathophysiology of adverse pregnancy outcomes caused by intracellular bacteria and to determine the precise mode of transmission of newly identified bacteria, such as Waddlia and Parachlamydia. These emerging pathogens may represent the tip of the iceberg of a large number of as yet unknown intracellular pathogenic agents.

Microbiological diagnosis of community-acquired respiratory tract infections by nucleic acid detection.

Background: Microbiological diagnostic procedures have changed significantly over the last decade. Initially the implementation of the polymerase chain reaction (PCR) resulted in improved detection tests for microbes that were difficult or even impossible to detect by conventional methods such as culture and serology, especially in community-acquired respiratory tract infections (CA-RTI). A further improvement was the development of real-time PCR, which allows end point detection and quantification, and many diagnostic laboratories have now implemented this powerful method. Objective: At present, new performant and convenient molecular tests have emerged targeting in parallel many viruses and bacteria responsible for lower and/or upper respiratory tract infections. The range of test formats and microbial agents detected is evolving very quickly and the added value of these new tests needs to be studied in terms of better use of antibiotics, better patient management, duration of hospitalization and overall costs. Conclusions: Molecular tools for a better microbial documentation of CA-RTI are now available. Controlled studies are now required to address the relevance issue of these new methods, such as, for example, the role of some newly detected respiratory viruses or of the microbial DNA load in a particular patient at a particular time. The future challenge for molecular diagnosis will be to become easy to handle, highly efficient and cost-effective, delivering rapid results with a direct impact on clinical management.

Detection of active oxalate-carbonate pathway ecosystems in the Amazon Basin: Global implications of a natural potential C sink

The oxalate-carbonate pathway (OCP) is a biogeochemical process, which has been described in Milicia excelsa tree ecosystems of Africa. This pathway involves biological and geological parameters at different scales: oxalate, as a by-product of photosynthesis, is oxidized by oxalotrophic bacteria leading to a local pH increase, and eventually to carbonate accumulation through time in previously acidic and carbonate-free tropical soils. Former studies have shown that this pedogenic process can potentially lead to the formation of an atmospheric carbon sink. Considering that 80% of plant species are known to produce oxalate, it is reasonable to assume that M. excelsa is not the only tree that can support OCP ecosystems. The search for similar conditions on another continent led us to South America, in an Amazon forest ecosystem (Alto Beni, Bolivia). This area was chosen because of the absence of local inherited carbonate in the bedrock, as well as its expected acidic soil conditions. Eleven tree species and associated soils were tested positive for the presence of carbonate with a more alkaline soil pH close to the tree than at a distance from it. A detailed study of Pentaplaris davidsmithii and Ceiba speciosa trees showed that oxalotrophy impacted soil pH in a similar way to at African sites (at least with 1 pH unit increasing). African and South American sites display similar characteristics regarding the mineralogical assemblage associated with the OCP, except for the absence of weddellite. The amount of carbonate accumulated is 3 to 4 times lower than the values measured in African sites related to M. excelsa ecosystems. Still, these secondary carbonates remain critical for the continental carbon cycle, as they are unexpected in the acidic context of Amazonian soils. Therefore, the present study demonstrates the existence of an active OCP in South America. The three critical components of an operating OCP are the presence of: i) local alkalinization, ii) carbonate accumulations, and iii) oxalotrophic bacteria, which were identified associated to the oxalogenic tree C. speciosa. If the question of a potential carbon sink related to oxalotrophic-oxalogenic ecosystems in the Amazon Basin is still pending, this study highlights the implication of OCP ecosystems on carbon and calcium biogeochemical coupled cycles. As previously mentioned for M. excelsa tree ecosystems in Africa, carbonate accumulations observed in the Bolivian tropical forest could be extrapolated to part or the whole Amazon Basin and might constitute an important reservoir that must be taken into account in the global carbon balance of the Tropics.

Detection of cytotoxic necrotizing factor types 1 and 2 among fecal Escherichia coli isolates from brazilian children with and without diarrhea

The enteropathogenic role of cytotoxic necrotizing factor (CNF)-producing Escherichia coli was investigated by searching cnf genes among 2074 isolates from 200 children with and 200 without acute diarrhea in Brazil. Fourteen (7%) cases versus 10 (5%) control children carried at least one cnf positive isolate (P = 0.50) and most isolates expressed CNF type 1. DNA sequences of virulence factors of extraintestinal pathogenic E. coli (ExPEC) were detected in 78.6% of CNF1-producing isolates. Besides not being associated with human acute diarrhea, the CNF1-producing isolates here identified may represent potential ExPEC transitorily composing the normal intestinal flora.

Virulence markers and antimicrobial susceptibility of bacteria of the Bacteroides fragilis group isolated from stool of children with diarrhea in São Paulo, Brazil

Bacteroides fragilis has been isolated from several human and non-human monomicrobial and mixed infections. In this study, some virulence markers and the antimicrobial susceptibility of bacteria of the B. fragilis group isolated from children's stools were evaluated. All the 64 isolates showed the following characteristics: capsulated, beta-hemolytic, hydrophilic, and serum-resistant. Only, 24 (37.5%) strains were resistant at 60ºC, for 30 min, and among them, 12 (18.75%) were resistant at 60ºC, for 60 min. Also, none strain was resistant at 100ºC. Four strains were able to hemagglutinate erythrocytes and D-mannose, D-galactose, D-arabinose, and D-xylose inhibited hemagglutination in 2 B. fragilis strains (p76a, p76b). The hemagglutination in the strain B. uniformis p3-2 was inhibited by D-xylose and D-galactose. The bft gene detection and the enterotoxin production were observed only in 13 EF-enterotoxigenic species. Fragilysin activity was confirmed on HT-29 cells. The antimicrobial determination confirmed that both imipenem and metronidazole were efficient against B. fragilis species; all the strains were resistant to lead and nickel. Plasmids of 2.9, 4.4, 4.8, and 8.9 kb were observed in 6 tested strains. These results show the values of the species identification from clinical infections, as well as of the periodic evaluation of the resistance patterns of the B. fragilis group at Brazilian medical institutions.

Assessment of a two-step nucleic acid amplification assay for detection of Neisseria meningitidis followed by capsular genogrouping

Immediate prevention of meningococcal disease relies in part on the prompt treatment with antibiotics of household and other close contacts of cases; however intervention with effective vaccination relies on identification of serogroup-causing strains. Parenteral antibiotic for patient with suspected meningococcal disease before hospital admission is currently recommended. Laboratory standard methods are hindered by failure to detect bacteria by this medical approach to improve patient prognosis. We assessed two polymerase chain reaction (PCR) assays to detect (crgA) and define the serogroups (siaD, orf-2, and ctrA) of Neisseria meningitidis in 120 cerebrospinal fluid (CSF) samples from positive cases (culture or antigen detection or direct smear). The PCR sensitivity for the identification of N. meningitidis was 100% (95% confidence interval, CI, 96-100%) compared to a sensitivity of 46% for culture (95% CI 37-55%), 61% for latex agglutination test (95% CI 52-70%), and 68% for Gram stain (95% CI 59-76%); PCR specificity was 97% (95% CI 82-100%). PCR correctly identified the serogroups A, B, C, W135, Y, and X in CSF samples with a sensitivity of 88% (95% CI 80-93%); the primer sets were 100% specific. The introduction of PCR-based assays shall increase laboratory confirmed cases, consequently enhancing surveillance of meningococcal disease.

Specimen storage in transport medium and detection of group B streptococci by culture

Recovery of group B streptococci (GBS) was assessed in 1,204 vaginorectal swabs stored in Amies transport medium at 4 or 21°C for 1 to 4 days either by direct inoculation onto Granada agar (GA) or by culture in blood agar (BA) and GA after a selective broth enrichment (SBE) step. Following storage at 4°C, GBS detection in GA was not affected after 72 h by either direct inoculation or SBE; however, GBS were not detected after SBE in the BA subculture in some samples after 48 h of storage and in GA after 96 h. After storage at 21°C, loss of GBS-positive results was significant after 48 h by direct inoculation in GA and after 96 h by SBE and BA subculture; some GBS-positive samples were not detected after 24 h of storage followed by SBE and BA subculture or after 48 h of storage followed by SBE and GA subculture. Storage of swabs in transport medium, even at 4°C, produced after 24 h an underestimation of the intensity of GBS colonization in most specimens. These data indicate that viability of GBS is not fully preserved by storage of vaginorectal swabs in Amies transport medium, mainly if they are not stored under refrigeration

Do Archaea and bacteria co-infection have a role in the pathogenesis of chronic chagasic cardiopathy?

Chronic cardiopathy (CC) in Chagas disease is a fibrotic myocarditis with C5b-9 complement deposition. Mycoplasma and Chlamydia may interfere with the complement response. Proteolytic enzymes and archaeal genes that have been described in Trypanosoma cruzi may increase its virulence. Here we tested the hypothesis that different ratios of Mycoplasma, Chlamydia and archaeal organisms, which are frequent symbionts, may be associated with chagasic clinical forms. MATERIALS AND METHODS: eight indeterminate form (IF) and 20 CC chagasic endomyocardial biopsies were submitted to in situ hybridization, electron and immunoelectron microscopy and PCR techniques for detection of Mycoplasma pneumoniae (MP), Chlamydia pneumoniae(CP), C5b-9 and archaeal-like bodies. RESULTS: MP and CP-DNA were always present at lower levels in CC than in IF (p < 0.001) and were correlated with each other only in CC. Electron microscopy revealed Mycoplasma, Chlamydia and two types of archaeal-like bodies. One had electron dense lipid content (EDL) and was mainly present in IF. The other had electron lucent content (ELC) and was mainly present in CC. In this group, ELC correlated negatively with the other microbes and EDL and positively with C5b-9. The CC group was positive for Archaea and T. cruzi DNA. In conclusion, different amounts of Mycoplasma, Chlamydia and archaeal organisms may be implicated in complement activation and may have a role in Chagas disease outcome.

Evaluation of buffy coat 16S rRNA PCR, buffy coat culture and whole blood PCR for detection of bacteraemia

The use of Gram type-specific PCR on buffy coat from clinical specimens for the detection of bacteraemia was evaluated for the first time using whole blood culture as the gold standard. In addition, the established buffy coat culture and whole blood PCR were also compared. Gram-positive bacteria belonging to six species and Gram-negative bacteria from 10 species were isolated and identified by culture and detected using broad-range 16S rDNA primers and Gram-specific primers. Data from the three methods all conferred very high sensitivity, specificity, positive and negative predictive values when compared to whole blood culture. The Kappa coefficients of agreement were 0.9819 (buffy coat PCR), 0.9458 (whole blood PCR) and 1.0 (buffy coat culture), which establishes their validity as alternative methods to routine blood culture in detecting bacteraemia. In addition, results showed that there was a direct correlation of WBC counts greater than 12,000 cells per mm³ to the occurrence of bacteraemia as detected by the four methods (p < 0.05).

Multiplex PCR-based detection of Leptospira in environmental water samples obtained from a slum settlement

The aim of this study was to apply a molecular protocol to detect leptospiral DNA in environmental water samples. The study was carried out in a peri-urban settlement in Petrópolis, state of Rio de Janeiro. A multiplex PCR method employing the primers LipL32 and 16SrRNA was used. Three out of 100 analysed samples were positive in the multiplex PCR, two were considered to have saprophytic leptospires and one had pathogenic leptospires. The results obtained supported the idea that multiplex PCR can be used to detect Leptospira spp in water samples. This method was also able to differentiate between saprophytic and pathogenic leptospires and was able to do so much more easily than conventional methodologies.

Comparison of two PCR methods for detection of Leptospira interrogans in formalin-fixed and paraffin-embedded tissues

In this study we compared two polymerase chain reaction (PCR) methods using either 16S ribosomal RNA (rRNA) or 23S rRNA gene primers for the detection of different Leptospira interrogans serovars. The performance of these two methods was assessed using DNA extracted from bovine tissues previously inoculated with several bacterial suspensions. PCR was performed on the same tissues before and after the formalin-fixed, paraffin-embedding procedure (FFPE tissues). The 23S rDNA PCR detected all fresh and FFPE positive tissues while the 16S rDNA-based protocol detected primarily the positive fresh tissues. Both methods are specific for pathogenic L. interrogans. The 23S-based PCR method successfully detected Leptospira in four dubious cases of human leptospirosis from archival tissue specimens and one leptospirosis-positive canine specimen. A sensitive method for leptospirosis identification in FFPE tissues would be a useful tool to screen histological specimen archives and gain a better assessment of human leptospirosis prevalence, especially in tropical countries, where large outbreaks can occur following the rainy season.