STAPHYLOCOCCUS AUREUS BIOFILM FORMATION ON POLYPYRROLE: AN ELECTRICAL OVERVIEW

The development of organic devices based on conducting polymers for biofilm detection requires the combination of superior electrical response and high surface area for biofilm incorporation. Polypyrrole is a potential candidate for application in biofilm detection and control due to its characteristic superior electrical response and strong interaction with bacteria, which enables the use of the bioelectric effect in resulting devices. In this study, chemically synthesized polypyrrole was applied as a support for biofilm growth of S. aureus. Modifications in the electrical response of the polymeric template were explored to identify general mechanisms established during the deposition of the biofilm.

A platform for anti-biofilm assays combining viability, biomass and matrix quantifications in susceptibility assessments of antimicrobials against Staphylococcus aureus biofilms

Bacteria can exist as planktonic, the lifestyle in which single cells exist in suspension, and as biofilms, which are surface-attached bacterial communities embedded in a selfproduced matrix. Most of the antibiotics and the methods for antimicrobial work have been developed for planktonic bacteria. However, the majority of the bacteria in natural habitats live as biofilms. Biofilms develop dauntingly fast high resistance towards conventional antibacterial treatments and thus, there is a great need to meet the demands of effective anti-biofilm therapy. In this thesis project it was attempted to fill the void of anti-biofilm screening methods by developing a platform of assays that evaluate the effect that screened compounds have on the total biomass, viability and the extracellular polysaccharide (EPS) layer of the biofilms. Additionally, a new method for studying biofilms and their interactions with compounds in a continuous flow system was developed using capillary electrochromatography (CEC). The screening platform was utilized with a screening campaign using a small library of cinchona alkaloids. The assays were optimized to be statistically robust enough for screening. The first assay, based on crystal violet staining, measures total biofilm biomass, and it was automated using a liquid handling workstation to decrease the manual workload and signal variation. The second assay, based on resazurin staining, measures viability of the biofilm, and it was thoroughly optimized for the strain used, but was then a very simple and fast method to be used for primary screening. The fluorescent resazurin probe is not toxic to the biofilms. In fact, it was also shown in this project that staining the biofilms with resazurin prior to staining with crystal violet had no effect on the latter and they can be used in sequence on the same screening plate. This sequential addition step was indeed a major improvement on the use of reagents and consumables and also shortened the work time. As a third assay in the platform a wheat germ agglutinin based assay was added to evaluate the effect a compound has on the EPS layer. Using this assay it was found that even if compounds might have clear effect on both biomass and viability, the EPS layer can be left untouched or even be increased. This is a clear implication of the importance of using several assays to be able to find “true hits” in a screening setting. In the pilot study of screening for antimicrobial and anti-biofilm effects using a cinchona alkaloid library, one compound was found to have antimicrobial effect against planktonic bacteria and prevent biofilm formation at low micromolar concentration. To eradicate biofilms, a higher concentration was needed. It was also shown that the chemical space occupied by the active compound was slightly different than the rest of the cinchona alkaloids as well as the rest of the compounds used for validatory screening during the optimization processes of the separate assays.

Eliminação de resistência a drogas por fluorquinolonas em Staphylococcus aureus de origem bovina

Cepas de Staphylococcus aureus de origem bovina foram submetidas ao tratamento com quatro fluoquinolonas na concentração subinibitória (1/2 x CMI), para avaliar a influência desses agentes sobre plasmídios. A ciprofloxacina mostrou ser a fluorquinolona mais eficiente, eliminando marcas de resistência para estreptomicina, tetraciclina, penicilina e cádmio. A norfloxacina e a pefloxacina eliminaram resistência para penicilina e tetraciclina, respectivamente; no entanto, não foi evidenciada a eliminação de plasmídio com ofloxacina. Os resultados confirmam a eficácia das fluor-quinolonas em eliminar plasmídios de resistência mostrando a importância desses estudos como contribuição para o entendimento da prevenção de linhagens multiresistentes, uma vez que as quinolonas em concentrações subinibitórias podem aumentar a sensibilidade das linhagens a outros agentes antimicrobianos.

Isolamento de Salmonella sp e Staphylococcus aureus no processo do abate suíno como subsídio ao sistema de Análise de Perigos e Pontos Críticos de Controle - APPCC

O presente estudo foi realizado para avaliar a presença de Salmonella sp e o número de Staphylococcus aureus na superfície de carcaças suínas e caracterizar os perigos microbiológicos em diferentes etapas do abate e pontos críticos de controle (PCCs), através da quantificação de riscos (odds ratio). Um total de 120 esfregaços superficiais de carcaça suína foi coletado em um matadouro-frigorífico, após o escaldamento/depilação (ponto A), antes da evisceração (B), após evisceração e serragem da carcaça (C) e após 24 horas de refrigeração (D). Salmonella sp foi encontrada com uma freqüência média de 11,7% (14) nas carcaças, enquanto o número de S. aureus variou entre 1,2 e 1,5 log UFC/cm² em 11,7% das carcaças amostradas, sem evidenciar diferença estatística entre os pontos A, B, C e D. Pode-se concluir que os riscos de contaminação por Salmonella sp e S. aureus foram os mesmos nas etapas do abate de suínos consideradas neste estudo.

Aspectos clínicos e características do leite em ovelhas com mastite induzida experimentalmente com Staphylococcus aureus

Este trabalho teve por objetivo estudar os aspectos clínicos e as características físico-químicas do leite em ovelhas com mastite induzida experimentalmente com Staphylococcus aureus. Foram utilizados dez animais da raça Santa Inês, com peso médio de 30 kg, fêmeas, primíparas recém-paridas, mantidos em apriscos e clinicamente sadios. Após se estabelecer os padrões de normalidade para as variáveis estudadas, os animais foram inoculados experimentalmente numa mama com uma cepa de S. aureus, empregando-se o inóculo de 1,0x10(4)ufc/ml, enquanto a outra serviu como controle. As observações clínicas e laboratoriais foram realizadas nos intervalos de 12, 24, 36, 48, 60, 72, 84, 96, 108, 120, 132, 168, 180, 288 e 336 horas após a inoculação do agente etiológico (PI). Todos os animais apresentaram manifestações clínicas sistêmicas e nas glândulas inoculadas, observadas com mais intensidade a partir de 24 horas após a inoculação. Alterações significativas (P<0,05) na produção e nos componentes físico-químicos do leite em relação aos seus controles ocorreram, reduzindo o volume e gordura. O pH, o teor de cloretos e a CCS atingiram índices muito elevados (P<0,05), acompanhados da reação na prova do CMT. O exame bacteriológico revelou a presença do S. aureus durante a fase de infecção. Após a instituição do tratamento nas ovelhas às 36 h PI, um animal morreu 48h PI; nas demais ocorreu a recuperação clínica, no entanto não houve o restabelecimento fisiológico das mamas inoculadas, que perderam a sua funcionalidade.

Perfil eletroforético e concentração de imunoglobulinas G (IgG) do soro sanguíneo de cabras Saanen com mastite experimental induzida por Staphylococcus aureus suplementadas com vitamina E

O objetivo do trabalho foi avaliar o perfil eletroforético das proteínas e a concentração sérica de imunoglobulina G (IgG) em cabras da raça Saanen com mastite induzida experimentalmente por Staphylococcus aureus e suplementadas com vitamina E (acetato de dl-α-tocoferol). Utilizaram-se 14 cabras adultas, gestantes, primíparas, com sorologia negativa para Artrite Encefalite Caprina (CAEV), clinicamente sadias, divididas em dois grupos experimentais de sete animais. Grupo não suplementado (G1) e grupo suplementado com 2.000 U.I. de acetato de dl-α-tocoferol (G2 Vit E) via intramuscular no dia do parto e sete dias após o parto. Ao nono dia do pós-parto foram inoculados 300 UFCs da cepa de S. aureus ATCC 225923, na metade esquerda da glândula mamária de cada animal. A mastite foi determinada pela colheita das amostras de leite para a comprovação da infecção, por meio de exames bacteriológicos, contagem de células somáticas (CCS) e California Mastitis Test (CMT), a partir deste momento foram efetuadas colheitas às 12, 24, 48 e 72 horas, sendo posteriormente instituído o tratamento intramamário com antimicrobiano e nova avaliação 48 horas após o tratamento. O perfil eletroforético em gel de agarose das proteínas séricas das cabras, apresentaram cinco frações, sendo: albumina e globulinas (α, β1, β2 e γ). Houve aumento na produção de γ-globulina e menor produção da fração β2-globulina 12 horas após a infecção, com os valores reduzindo mais rapidamente no grupo suplementado, evidenciando a influência da vitamina E na diminuição da produção das proteínas de fase aguda. Não houve influência da vitamina E na concentração sérica de imunoglobulina G (IgG) nos animais suplementados. A suplementação com vitamina E aumentou a concentração de imunoglobulinas e diminuiu a produção de proteínas de fase aguda, provavelmente pelo efeito antioxidante minimizando a lesão tecidual durante o processo inflamatório localizado na glândula mamária.

Proteinograma e teores de cobre, ferro e zinco no soro sanguíneo de ovelhas da raça Santa Inês com mastite experimental por Staphylococcus aureus

Este estudo teve por objetivo avaliar o proteinograma e os teores de cobre, ferro e zinco no soro sangüíneo de ovelhas com mastite induzida por cepa de campo de Staphylococcus aureus. Foram utilizadas 10 ovelhas da raça Santa Inês, primíparas, recém-paridas, com aproximadamente dois anos de idade e bom estado nutricional. Inoculou-se na metade direita da glândula mamária 1,0x10(4) UFC/mL da bactéria, enquanto que a metade esquerda serviu como controle. Os animais foram acompanhados diariamente e a partir do diagnóstico clínico de mastite, procedeu-se colheita do material para realização do proteinograma sérico em gel de poliacrilamida contendo dodecil sulfato de sódio (SDS-PAGE) e para determinação do teor plasmático de fibrinogênio e das concentrações séricas de cobre, ferro e zinco em 16 momentos a saber: antes da inoculação (controle) e 12h, 24h, 36h, 48h, 60h, 72h, 84h, 96h, 108h, 120h, 132h, 168h, 180h, 288h e 336h após a inoculação (p.i.). Todas as ovelhas apresentaram quadro clínico de mastite, com perda da funcionalidade da glândula mamária. O proteinograma permitiu a identificação de 23 proteínas, cujos pesos moleculares (PM) variaram de 26.000 a 185.000 dáltons (Da), incluindo proteínas de fase aguda, IgG e IgA. Notou-se aumento significativo nas concentrações de haptoglobina e ceruloplasmina, assim como de IgG e IgA. Não se constatou alteração nos teores de antitripisina e de glicoproteína ácida .Verificou-se diminuição nos teores de ferro e zinco e elevação na concentração de cobre. Constatou-se correlação positiva entre o teor plasmático de fibrinogênio e as concentrações séricas de ceruloplasmina (r=0,74), a haptoglobina (r=0,62) e IgA(r=0,62). Estes resultados mostram a importância das proteínas de fase aguda ceruloplasmina e haptoglobina como indicadores auxiliares da infecção intramamária de ovelhas, assim como ratifica a relevância do fibrinogênio como marcador inflamatório em razão de sua alta correlação com as proteínas especificas. As alterações nas concentrações séricas de Cu, Fe e Zn sugerem a ação de mediadores inflamatórios, estimulados por S. aureus.

NaOCl effect on biofilm produced by Staphylococcus aureus isolated from the milking environment and mastitis infected cows

Biofilms constitute a physical barrier, protecting the encased bacteria from detergents and sanitizers. The objective of this work was to analyze the effectiveness of sodium hypochlorite (NaOCl) against strains of Staphylococcus aureus isolated from raw milk of cows with subclinical mastitis and Staphylococcus aureus isolated from the milking environment (blowers and milk conducting tubes). The results revealed that, in the presence of NaOCl (150ppm), the number of adhered cells of the twelve S. aureus strains was significantly reduced. When the same strains were evaluated in biofilm condition, different results were obtained. It was found that, after a contact period of five minutes with NaOCl (150ppm), four strains (two strains from milk , one from the blowers and one from a conductive rubber) were still able to grow. Although with the increasing contact time between the bacteria and the NaOCl (150ppm), no growth was detected for any of the strains. Concerning the efficiency of NaOCl on total biofilm biomass formation by each S. aureus strain, a decrease was observed when these strains were in contact with 150 ppm NaOCl for a total period of 10 minutes. This study highlights the importance of a correct sanitation protocol of all the milk processing units which can indeed significantly reduce the presence of microorganisms, leading to a decrease of cow´s mastitis and milk contamination.

Beta-lactamase detection in Staphylococcus aureus and coagulase-negative Staphylococcus isolated from bovine mastitis

The objectives of the study were to evaluate the presence/production of beta-lactamases by both phenotypic and genotypic methods, verify whether results are dependent of bacteria type (Staphylococcus aureus versus coagulase-negative Staphylococcus - CNS) and verify the agreement between tests. A total of 200 bacteria samples from 21 different herds were enrolled, being 100 CNS and 100 S. aureus. Beta-lactamase presence/detection was performed by different tests (PCR, clover leaf test - CLT, Nitrocefin disk, and in vitro resistance to penicillin). Results of all tests were not dependent of bacteria type (CNS or S. aureus). Several S. aureus beta-lactamase producing isolates were from the same herd. Phenotypic tests excluding in vitro resistance to penicillin showed a strong association measured by the kappa coefficient for both bacteria species. Nitrocefin and CLT are more reliable tests for detecting beta-lactamase production in staphylococci.

Occurrence of enterotoxin-encoding genes in Staphylococcus aureus causing mastitis in lactating goats

Staphylococcal enterotoxins are the leading cause of human food poisoning worldwide. Staphylococcus spp. are the main mastitis-causing agents in goats and frequently found in high counts in goat milk. This study aimed to investigate the occurrence of enterotoxin-encoding genes in Staphylococcus aureus associated with mastitis in lactating goats in Paraiba State, Brazil. Milk samples (n=2024) were collected from 393 farms. Staphylococcus aureus was isolated in 55 milk samples. Classical (sea, seb, sec, sed, see) and novel (seg, seh, sei) enterotoxin-encoding genes were investigated by means of polymerase chain reaction (PCR). From thirty-six tested isolates, enterotoxin-encoding genes were detected in 7 (19.5%) S. aureus. The gene encoding enterotoxin C (seC) was identified in six isolates, while seiwas observed in only one isolate. The genes sea, seb, sed, see, seg and seh were not observed amongst the S. aureus investigated in this study. In summary, S. aureus causing mastitis in goats can harbor enterotoxin-encoding genes and seC was the most frequent gene observed amongst the investigated isolates. This finding is important for surveillance purposes, since enterotoxin C should be investigated in human staphylococcal food poisoning outbreaks caused by consumption of goat milk and dairy products.

Risk factors associated with the antimicrobial resistance of Staphylococcus aureus isolated from bovine mastitis

The objective of this study was to evaluate herd management practices and mastitis treatment procedures as risk factors associated with Staphylococcus aureus antimicrobial resistance. For this study, 13 herds were selected to participate in the study to evaluate the association between their management practices and mastitis treatment procedures and in vitro antimicrobial susceptibility. A total of 1069 composite milk samples were collected aseptically from the selected cows in four different periods over two years. The samples were used for microbiological culturing of S. aureus isolates and evaluation of their antimicrobial susceptibility. A total of 756 samples (70.7%) were culture-positive, and S. aureus comprised 27.77% (n=210) of the isolates. The S. aureus isolates were tested using the disk-diffusion susceptibility assay with the following antimicrobials: ampicillin 10mg; clindamycin 2μg; penicillin 1mg; ceftiofur 30μg; gentamicin 10mg; sulfa-trimethoprim 25μg; enrofloxacin 5μg; sulfonamide 300μg; tetracycline 30μg; oxacillin 1mg; cephalothin 30μg and erythromycin 5μg. The variables that were significantly associated with S. aureus resistance were as follows: the treatment of clinical mastitis for ampicillin (OR=2.18), dry cow treatment for enrofloxacin (OR=2.11) and not sending milk samples for microbiological culture and susceptibility tests, for ampicillin (OR=2.57) and penicillin (OR=4.69). In conclusion, the identification of risk factors for S. aureus resistance against various mastitis antimicrobials is an important information that may help in practical recommendations for prudent use of antimicrobial in milk production.

Inactivation of Staphylococcus aureus and Salmonella enteritidis in tryptic soy broth and caviar samples by high pressure processing

We studied the action of high pressure processing on the inactivation of two foodborne pathogens, Staphylococcus aureus ATCC 6538 and Salmonella enteritidis ATCC 13076, suspended in a culture medium and inoculated into caviar samples. The baroresistance of the two pathogens in a tryptic soy broth suspension at a concentration of 10(8)-10(9) colony-forming units/ml was tested for continuous and cycled pressurization in the 150- to 550-MPa range and for 15-min treatments at room temperature. The increase of cycle number permitted the reduction of the pressure level able to totally inactivate both microorganisms in the tryptic soy broth suspension, whereas the effect of different procedure times on complete inactivation of the microorganisms inoculated into caviar was similar.

Optimization of the RNeasy Mini Kit to obtain high-quality total RNA from sessile cells of Staphylococcus aureus

Biofilm formed by Staphylococcus aureus is considered an important virulence trait in the pathogenesis of infections associated with implantable medical devices. Gene expression analyses are important strategies for determining the mechanisms involved in production and regulation of biofilm. Obtaining intact RNA preparations is the first and most critical step for these studies. In this article, we describe an optimized protocol for obtaining total RNA from sessile cells of S. aureus using the RNeasy Mini Kit. This method essentially consists of a few steps, as follows: 1) addition of acetone-ethanol to sessile cells, 2) lysis with lysostaphin at 37°C/10 min, 3) vigorous mixing, 4) three cycles of freezing and thawing, and 5) purification of the lysate in the RNeasy column. This simple pre-kit procedure yields high-quality total RNA from planktonic and sessile cells of S. aureus.

CONTROLE DE Staphylococcus aureus EM CHARQUES (JERKED BEEF) POR CULTURAS INICIADORAS

Jerked beef - JB - é um produto cárneo curado, salgado e seco ao sol, derivado de um típico produto cárneo brasileiro - o charque. Ambos carecem de estudos que orientem seu aprimoramento. Staphylococcus spp. têm sido reportado como o gênero predominante na microbiota do produto, o que evidencia o risco de desenvolvimento de linhagens enterotoxigênicas de S. aureus. Foram empregadas duas linhagens inócuas de estafilococos na elaboração de JB, a fim de avaliar sua influência sobre o desenvolvimento de S. aureus por mecanismo competitivo ou pela produção de bacteriocinas. Os resultados demonstraram que ambas inibiram o desenvolvimento do patógeno tanto in vitro como durante o processamento do produto. Não se observou produção de compostos inibitórios pelas linhagens iniciadoras, ficando a explicação para a inibição observada restrita ao mecanismo competitivo. Este trabalho permitiu demonstrar a possibilidade de aumentar a segurança e padronização de JB pelo emprego de culturas bacterianas selecionadas.