Applicazione della spettrometria di massa MALDI-TOF in microbiologia clinica

Riassunto La spettrometria di massa (MS) nata negli anni ’70 trova oggi, grazie alla tecnologia Matrix-Assisted Laser Desorption Ionization-Time of Flight (MALDI-TOF), importanti applicazioni in diversi settori: biotecnologico (per la caratterizzazione ed il controllo di qualità di proteine ricombinanti ed altre macromolecole), medico–clinico (per la diagnosi di laboratorio di malattie e per lo sviluppo di nuovi trattamenti terapeutici mirati), alimentare ed ambientale. Negli ultimi anni, questa tecnologia è diventata un potente strumento anche per la diagnosi di laboratorio in microbiologia clinica, rivoluzionando il flusso di lavoro per una rapida identificazione di batteri e funghi, sostituendo l’identificazione fenotipica convenzionale basata su saggi biochimici. Attualmente mediante MALDI-TOF MS sono possibili due diversi approcci per la caratterizzazione dei microrganismi: (1) confronto degli spettri (“mass spectra”) con banche dati contenenti profili di riferimento (“database fingerprints”) e (2) “matching” di bio-marcatori con banche dati proteomiche (“proteome database”). Recentemente, la tecnologia MALDI-TOF, oltre alla sua applicazione classica nell’identificazione di microrganismi, è stata utilizzata per individuare, indirettamente, meccanismi di resistenza agli antibiotici. Primo scopo di questo studio è stato verificare e dimostrare l’efficacia identificativa della metodica MALDI-TOF MS mediante approccio di comparazione degli spettri di differenti microrganismi di interesse medico per i quali l’identificazione risultava impossibile a causa della completa assenza o presenza limitata, di spettri di riferimento all’interno della banca dati commerciale associata allo strumento. In particolare, tale scopo è stato raggiunto per i batteri appartenenti a spirochete del genere Borrelia e Leptospira, a miceti filamentosi (dermatofiti) e protozoi (Trichomonas vaginalis). Secondo scopo di questo studio è stato valutare il secondo approccio identificativo basato sulla ricerca di specifici marcatori per differenziare parassiti intestinali di interesse medico per i quali non è disponibile una banca dati commerciale di riferimento e la sua creazione risulterebbe particolarmente difficile e complessa, a causa della complessità del materiale biologico di partenza analizzato e del terreno di coltura nei quali questi protozoi sono isolati. Terzo ed ultimo scopo di questo studio è stata la valutazione dell’applicabilità della spettrometria di massa con tecnologia MALDI-TOF per lo studio delle resistenze batteriche ai carbapenemi. In particolare, è stato messo a punto un saggio di idrolisi dei carbapenemi rilevata mediante MALDI-TOF MS in grado di determinare indirettamente la produzione di carbapenemasi in Enterobacteriaceae. L’efficacia identificativa della metodica MALDI-TOF mediante l’approccio di comparazione degli spettri è stata dimostrata in primo luogo per batteri appartenenti al genere Borrelia. La banca dati commerciale dello strumento MALDI-TOF MS in uso presso il nostro laboratorio includeva solo 3 spettri di riferimento appartenenti alle specie B. burgdorferi ss, B. spielmani e B. garinii. L’implementazione del “database” con specie diverse da quelle già presenti ha permesso di colmare le lacune identificative dovute alla mancanza di spettri di riferimento di alcune tra le specie di Borrelia più diffuse in Europa (B. afzelii) e nel mondo (come ad esempio B. hermsii, e B. japonica). Inoltre l’implementazione con spettri derivanti da ceppi di riferimento di specie già presenti nel “database” ha ulteriormente migliorato l’efficacia identificativa del sistema. Come atteso, il ceppo di isolamento clinico di B. lusitaniae (specie non presente nel “database”) è stato identificato solo a livello di genere corroborando, grazie all’assenza di mis-identificazione, la robustezza della “nuova” banca dati. I risultati ottenuti analizzando i profili proteici di ceppi di Borrelia spp. di isolamento clinico, dopo integrazione del “database” commerciale, indicano che la tecnologia MALDI-TOF potrebbe essere utilizzata come rapida, economica ed affidabile alternativa ai metodi attualmente utilizzati per identificare ceppi appartenenti a questo genere. Analogamente, per il genere Leptospira dopo la creazione ex-novo della banca dati “home-made”, costruita con i 20 spettri derivati dai 20 ceppi di riferimento utilizzati, è stata ottenuta una corretta identificazione a livello di specie degli stessi ceppi ri-analizzati in un esperimento indipendente condotto in doppio cieco. Il dendrogramma costruito con i 20 MSP-Spectra implementati nella banca dati è formato da due rami principali: il primo formato dalla specie non patogena L. biflexa e dalla specie a patogenicità intermedia L. fainei ed il secondo che raggruppa insieme le specie patogene L. interrogans, L. kirschneri, L. noguchii e L. borgpetersenii. Il secondo gruppo è ulteriormente suddiviso in due rami, contenenti rispettivamente L. borgpetersenii in uno e L. interrogans, L. kirschneri e L. noguchii nell’altro. Quest’ultimo, a sua volta, è suddiviso in due rami ulteriori: il primo comprendente la sola specie L. noguchii, il secondo le specie L. interrogans e L. kirshneri non separabili tra loro. Inoltre, il dendrogramma costruito con gli MSP-Spectra dei ceppi appartenenti ai generi Borrelia e Leptospira acquisiti in questo studio, e appartenenti al genere Brachyspira (implementati in un lavoro precedentemente condotto) mostra tre gruppi principali separati tra loro, uno per ogni genere, escludendo possibili mis-identificazioni tra i 3 differenti generi di spirochete. Un’analisi più approfondita dei profili proteici ottenuti dall’analisi ha mostrato piccole differenze per ceppi della stessa specie probabilmente dovute ai diversi pattern proteici dei distinti sierotipi, come confermato dalla successiva analisi statistica, che ha evidenziato picchi sierotipo-specifici. È stato, infatti, possibile mediante la creazione di un modello statistico dedicato ottenere un “pattern” di picchi discriminanti in grado di differenziare a livello di sierotipo sia i ceppi di L. interrogans sia i ceppi di L. borgpetersenii saggiati, rispettivamente. Tuttavia, non possiamo concludere che i picchi discriminanti da noi riportati siano universalmente in grado di identificare il sierotipo dei ceppi di L. interrogans ed L. borgpetersenii; i picchi trovati, infatti, sono il risultato di un’analisi condotta su uno specifico pannello di sierotipi. È stato quindi dimostrato che attuando piccoli cambiamenti nei parametri standardizzati come l’utilizzo di un modello statistico e di un programma dedicato applicato nella routine diagnostica è possibile utilizzare la spettrometria di massa MALDI-TOF per una rapida ed economica identificazione anche a livello di sierotipo. Questo può significativamente migliorare gli approcci correntemente utilizzati per monitorare l’insorgenza di focolai epidemici e per la sorveglianza degli agenti patogeni. Analogamente a quanto dimostrato per Borrelia e Leptospira, l’implementazione della banca dati dello spettrometro di massa con spettri di riferimento di miceti filamentosi (dermatofiti) si è rilevata di particolare importanza non solo per l’identificazione di tutte le specie circolanti nella nostra area ma anche per l’identificazione di specie la cui frequenza nel nostro Paese è in aumento a causa dei flussi migratori dalla zone endemiche (M. audouinii, T. violaceum e T. sudanense). Inoltre, l’aggiornamento del “database” ha consentito di superare la mis-identificazione dei ceppi appartenenti al complesso T. mentagrophytes (T. interdigitale e T. mentagrophytes) con T. tonsurans, riscontrata prima dell’implementazione della banca dati commerciale. Il dendrogramma ottenuto dai 24 spettri implementati appartenenti a 13 specie di dermatofiti ha rivelato raggruppamenti che riflettono quelli costruiti su base filogenetica. Sulla base dei risultati ottenuti mediante sequenziamento della porzione della regione ITS del genoma fungino non è stato possibile distinguere T. interdigitale e T. mentagrophytes, conseguentemente anche gli spettri di queste due specie presentavano picchi dello stesso peso molecoalre. Da sottolineare che il dendrogramma costruito con i 12 profili proteici già inclusi nel database commerciale e con i 24 inseriti nel nuovo database non riproduce l’albero filogenetico per alcune specie del genere Tricophyton: gli spettri MSP già presenti nel database e quelli aggiunti delle specie T. interdigitale e T. mentagrophytes raggruppano separatamente. Questo potrebbe spiegare le mis-identificazioni di T. interdigitale e T. mentagrophytes con T. tonsurans ottenute prima dell’implementazione del database. L’efficacia del sistema identificativo MALDI-TOF è stata anche dimostrata per microrganismi diversi da batteri e funghi per i quali la metodica originale è stata sviluppata. Sebbene tale sistema identificativo sia stato applicato con successo a Trichomonas vaginalis è stato necessario apportare modifiche nei parametri standard previsti per l’identificazione di batteri e funghi. Le interferenze riscontrate tra i profili proteici ottenuti per i due terreni utilizzati per la coltura di questo protozoo e per i ceppi di T. vaginalis hanno, infatti, reso necessario l’utilizzo di nuovi parametri per la creazione degli spettri di riferimento (MSP-Spectra). L’importanza dello sviluppo del nuovo metodo risiede nel fatto che è possibile identificare sulla base del profilo proteico (e non sulla base di singoli marcatori) microorganismi cresciuti su terreni complessi che potrebbero presentare picchi nell'intervallo di peso molecolare utilizzato a scopo identificativo: metaboliti, pigmenti e nutrienti presenti nel terreno possono interferire con il processo di cristallizzazione e portare ad un basso punteggio identificativo. Per T. vaginalis, in particolare, la “sottrazione” di picchi dovuti a molecole riconducibili al terreno di crescita utilizzato, è stata ottenuta escludendo dall'identificazione l'intervallo di peso molecolare compreso tra 3-6 kDa, permettendo la corretta identificazione di ceppi di isolamento clinico sulla base del profilo proteico. Tuttavia, l’elevata concentrazione di parassita richiesta (105 trofozoiti/ml) per una corretta identificazione, difficilmente ottenibile in vivo, ha impedito l’identificazione di ceppi di T. vaginalis direttamente in campioni clinici. L’approccio identificativo mediante individuazione di specifici marcatori proteici (secondo approccio identificativo) è stato provato ed adottato in questo studio per l’identificazione e la differenziazione di ceppi di Entamoeba histolytica (ameba patogena) ed Entamoeba dispar (ameba non patogena), specie morfologiacamente identiche e distinguibili solo mediante saggi molecolari (PCR) aventi come bersaglio il DNA-18S, che codifica per l’RNA della subunità ribosomiale minore. Lo sviluppo di tale applicazione ha consentito di superare l’impossibilità della creazione di una banca dati dedicata, a causa della complessità del materiale fecale di partenza e del terreno di coltura impiagato per l’isolamento, e di identificare 5 picchi proteici in grado di differenziare E. histolytica da E. dispar. In particolare, l’analisi statistica ha mostrato 2 picchi specifici per E. histolytica e 3 picchi specifici per E. dispar. L’assenza dei 5 picchi discriminanti trovati per E. histolytica e E. dispar nei profili dei 3 differenti terreni di coltura utilizzati in questo studio (terreno axenico LYI-S-2 e terreno di Robinson con e senza E. coli) permettono di considerare questi picchi buoni marcatori in grado di differenziare le due specie. La corrispondenza dei picchi con il PM di due specifiche proteine di E. histolytica depositate in letteratura (Amoebapore A e un “unknown putative protein” di E. histolytica ceppo di riferimento HM-1:IMSS-A) conferma la specificità dei picchi di E. histolytica identificati mediante analisi MALDI-TOF MS. Lo stesso riscontro non è stato possibile per i picchi di E. dispar in quanto nessuna proteina del PM di interesse è presente in GenBank. Tuttavia, va ricordato che non tutte le proteine E. dispar sono state ad oggi caratterizzate e depositate in letteratura. I 5 marcatori hanno permesso di differenziare 12 dei 13 ceppi isolati da campioni di feci e cresciuti in terreno di Robinson confermando i risultati ottenuti mediante saggio di Real-Time PCR. Per un solo ceppo di isolamento clinico di E. histolytica l’identificazione, confermata mediante sequenziamento della porzione 18S-rDNA, non è stata ottenuta mediante sistema MALDI-TOF MS in quanto non sono stati trovati né i picchi corrispondenti a E. histolytica né i picchi corrispondenti a E. dispar. Per questo ceppo è possibile ipotizzare la presenza di mutazioni geno/fenotipiche a livello delle proteine individuate come marcatori specifici per E. histolytica. Per confermare questa ipotesi sarebbe necessario analizzare un numero maggiore di ceppi di isolamento clinico con analogo profilo proteico. L’analisi condotta a diversi tempi di incubazione del campione di feci positivo per E. histolytica ed E. dipar ha mostrato il ritrovamento dei 5 picchi discriminanti solo dopo 12 ore dall’inoculo del campione nel terreno iniziale di Robinson. Questo risultato suggerisce la possibile applicazione del sistema MALDI-TOF MS per identificare ceppi di isolamento clinico di E. histolytica ed E. dipar nonostante la presenza di materiale fecale che materialmente può disturbare e rendere difficile l’interpretazione dello spettro ottenuto mediante analisi MALDI-TOF MS. Infine in questo studio è stata valutata l’applicabilità della tecnologia MALDI-TOF MS come saggio fenotipico rapido per la determinazione di ceppi produttori di carbapenemasi, verificando l'avvenuta idrolisi del meropenem (carbapeneme di riferimento utilizzato in questo studio) a contatto con i ceppi di riferimento e ceppi di isolamento clinico potenzialmente produttori di carbapenemasi dopo la messa a punto di un protocollo analitico dedicato. Il saggio di idrolisi del meropenem mediante MALDI-TOF MS ha dimostrato la presenza o l’assenza indiretta di carbapenemasi nei 3 ceppi di riferimento e nei 1219 (1185 Enterobacteriaceae e 34 non-Enterobacteriaceae) ceppi di isolamento clinico inclusi nello studio. Nessuna interferenza è stata riscontrata per i ceppi di Enterobacteriaceae variamente resistenti ai tre carbapenemi ma risultati non produttori di carbapenemasi mediante i saggi fenotipici comunemente impiegati nella diagnostica routinaria di laboratorio: nessuna idrolisi del farmaco è stata infatti osservata al saggio di idrolisi mediante MALDI-TOF MS. In un solo caso (ceppo di K. pneumoniae N°1135) è stato ottenuto un profilo anomalo in quanto presenti sia i picchi del farmaco intatto che quelli del farmaco idrolizzato. Per questo ceppo resistente ai tre carbapenemi saggiati, negativo ai saggi fenotipici per la presenza di carbapenemasi, è stata dimostrata la presenza del gene blaKPC mediante Real-Time PCR. Per questo ceppo si può ipotizzare la presenza di mutazioni a carico del gene blaKPC che sebbene non interferiscano con il suo rilevamento mediante PCR (Real-Time PCR positiva), potrebbero condizionare l’attività della proteina prodotta (Saggio di Hodge modificato e Test di Sinergia negativi) riducendone la funzionalità come dimostrato, mediante analisi MALDI-TOF MS, dalla presenza dei picchi relativi sia all’idrolisi del farmaco sia dei picchi relativi al farmaco intatto. Questa ipotesi dovrebbe essere confermata mediante sequenziamento del gene blaKPC e successiva analisi strutturale della sequenza amminoacidica deducibile. L’utilizzo della tecnologia MALDI-TOF MS per la verifica dell’avvenuta idrolisi del maropenem è risultato un saggio fenotipico indiretto in grado di distinguere, al pari del test di Hodge modificato impiegato comunemente nella routine diagnostica in microbiologia, un ceppo produttore di carbapenemasi da un ceppo non produttore sia per scopi diagnostici che per la sorveglianza epidemiologica. L’impiego del MALDI-TOF MS ha mostrato, infatti, diversi vantaggi rispetto ai metodi convenzionali (Saggio di Hodge modificato e Test di Sinergia) impiegati nella routine diagnostica di laboratorio i quali richiedono personale esperto per l’interpretazione del risultato e lunghi tempi di esecuzione e di conseguenza di refertazione. La semplicità e la facilità richieste per la preparazione dei campioni e l’immediata acquisizione dei dati rendono questa tecnica un metodo accurato e rapido. Inoltre, il metodo risulta conveniente dal punto di vista economico, con un costo totale stimato di 1,00 euro per ceppo analizzato. Tutte queste considerazioni pongono questa metodologia in posizione centrale in ambito microbiologico anche nel caso del rilevamento di ceppi produttori di carbapenemasi. Indipendentemente dall’approccio identificativo utilizzato, comparato con i metodi convenzionali il MALDI-TOF MS conferisce in molti casi un guadagno in termini di tempo di lavoro tecnico (procedura pre-analititca per la preparazione dei campioni) e di tempo di ottenimento dei risultati (procedura analitica automatizzata). Questo risparmio di tempo si accentua quando sono analizzati in contemporanea un maggior numero di isolati. Inoltre, la semplicità e la facilità richieste per la preparazione dei campioni e l’immediata acquisizione dei dati rendono questo un metodo di identificazione accurato e rapido risultando più conveniente anche dal punto di vista economico, con un costo totale di 0,50 euro (materiale consumabile) per ceppo analizzato. I risultati ottenuti dimostrano che la spettrometria di massa MALDI-TOF sta diventando uno strumento importante in microbiologia clinica e sperimentale, data l’elevata efficacia identificativa, grazie alla disponibilità sia di nuove banche dati commerciali sia di aggiornamenti delle stesse da parte di diversi utenti, e la possibilità di rilevare con successo anche se in modo indiretto le antibiotico-resistenze.

Persistência de plasmídeos que codificam carbapenemases do tipo New-Delhi-Metalo-β-Lactamase

As metalo-β-lactamases (MBL) são capazes de hidrolisar os carbapenêmicos, a classe de antimicrobianos com maior potência para o tratamento de infecções graves e de maior uso clinico. Dentre as MBL, o grupo mais recentemente descrito e que apresentou rápida disseminação em todo o mundo é o da New-Delhi-Metalo- β-lactamases (NDM). Nas enterobactérias, os genes que codificam essas enzimas estão mais frequentemente localizados em plasmídeos. O estudo da estabilidade de plasmídeos que albergam o gene blaNDM-1 é importante para entender a predominância de espécies que carregam esses plasmídeos, desvendar mecanismos moleculares envolvidos na sua persistência e para desenvolver novas drogas que possam diminuir a sua persistência. Estudos recentes sobre estabilidade plasmidial evidenciaram que a maprotilina é capaz de induzir perda plasmidial de até 90% em E. coli K12. Neste trabalho, foi estudado o efeito da maprotilina na indução de cura de plasmídeos, que albergam o gene blaNDM-1, em diferentes espécies da família Enterobacteriaceae. Nove isolados pertencentes a diferentes espécies foram incluídas no estudo. Os plasmídeos foram caracterizados quanto ao seu tamanho por eletroforese e por sequenciamento de DNA no sistema Illumina. A persistência plasmidial foi determinada pelo método de contagem em placa em LB ágar com e sem tratamento com maprotilina em concentrações sub-inibitórias (50mg/L). O experimento foi conduzido por 10 dias, representando aproximadamente 100 gerações. Neste estudo evidenciou-se que o grupo das enterobactérias estão envolvidas na disseminação de plasmídeos com blaNDM-1, sendo que plasmídeos do grupo IncF estão mais relacionados a essa dispersão. A maprotilina teve efeito de cura plasmidial em todos os isolados exceto em E. hormaechei \"subsp. oharae\" e C. freundii. O isolado P. rettgeri apresentou maior taxa de perda plasmidial e a análise comparativa da sequência nucleotídica do plasmídeo indicou que a presença da IS5 pode estar relacionada com a diminuição da persistência plasmidial. Diferenças na persistência plasmidial, quando tratados com maprotilina, entre E. hormaechei \"subsp. steigerwaltii\" e E. hormaechei \"subsp. oharae\" sugerem que E. hormaechei \"subsp. oharae\" pode ser um possível disseminador de plasmídeos albergando blaNDM-1, devido a processos de adaptação co-evolutivos.

Quorum sensing, bacterial communication and new antibiotics [Editorial]

No Abstract

Studies of the nature of Burkholderia cepacia in cystic fibrosis

Burkholderia cepacia is an opportunistic pathogen that colonises of the lungs of cystic fibrosis (CF) patients, with a frequently fatal outcome. Antibiotic resistance is common and highly transmissible epidemic strains have been described in the UK. 37 B. cepacia isolates from clinical and botanical sources were characterised via metabolic capabilities, antibiotic sensitivity, fatty acid methyl ester (FAME) profiles restriction digest analysis of chromosomal DNA by pulsed-gel electrophoresis (PFGE) (with the use of two separate restriction enzymes) and outer membrane protein (OMP) profiles. This revealed isolates of the UK CF epidemic strain to form a distinct group with a specific OMP profile. Cluster analysis of PFGE and FAME profiles revealed the species Burkholderia gladioli and Burkholderia vietnamiensis to be more closely related to each other and to laboratory strains of B. cepacia than to the CF epidemic strain considered a member of the latter species. The epidemic strain of B. cepacia may therefore be worthy of species definition in its own right. All the strains studied showed a high level of resistance to antibiotics, including the carbapenems. Considering this, carbapenemase production by isolates of B. cepacia was investigated. A metallo-β-lactamase from a clinical strain of B. cepacia was isolated and partially purified of using Cibacron blue F3GA-coupled agarose. The resulting preparation showed a single band of β-lactamase activity (pI 8.45) after analytical isoelectric focusing. The enzyme was particularly effective in the hydrolysis of imipenem. Meropenem, biapenem, cephaloridine, ceftazidime, benzylpenicillin, ampicillin and carbenicillin were hydrolysed at a lower rate. An unusual inhibition profile was noted. Inhibition by the metal ion chelators ethylene diamine tetra acetic acid and o-phenanthroline was reversed by addition of zinc, indicating a metallo-enzyme, whilst >90% inhibition was attainable with 0.1mM concentrations of tazobactam and clavulanic acid. A study of 8 other clinical isolates showed an enzyme of pI 8.45 to be present and inducible by imipenem in each case. This enzyme was assigned PCM-I (Pseudomonas cepacia metalloenzyme I).

Extração, caracterização e prospecção de atividades farmacológicas de polissacarídeos sulfatados da macroalga verde Caulerpa prolifera

This study aimed to extract, characterize and conduct a prospective analysis of pharmacological activities of sulfated polysaccharides from green seaweed Caulerpa prolifera. Seven fractions (CP-0.3/CP-0.5/CP-0.7/CP-0.9/CP-1.1/CP-1.5/CP-2.0) were obtained from C. prolifera by alkaline proteolysis followed by sequential precipitation in acetone. The physicochemical analyzes indicated that C. prolifera synthesizes a homogalactan (CP-0.9) and different populations of sulfated heteropolysaccharides. In the analysis of anticoagulant activity, all fractions except CP-0.3, influenced the intrinsic coagulation pathway. All fractions showed antioxidant activity in six different assays being more pronounced in hydrogen peroxide scavenging assay, especially CP-0.3, CP-0.7 and CP-0.9 (which obtained 61% of hydrogen peroxide scavenging), in ferric chelation assay (especially CP-0.9 with 56% chelation) and cupric chelation assay (especially CP-2.0 with 78% chelation). With respect to immunomodulatory activity, the presence of CP-0.3, CP-0.7 and CP-0.9 showed an immunogenic potential, increasing the production of nitric oxide (NO) by 48, 142 and 163 times, respectively. Conversely, the NO synthesis fell 73% after the activation of macrophages by LPS, incubated concurrently with CP-2.0. The anti-adipogenic activity of the fractions was also evaluated and CP-1.5 was able to reduce the differentiation of pre-adipocytes (3T3-L1) into adipocytes by 60%, without affecting the cell viability. The fractions CP-0.3, CP-0.5 and CP-0.9 reduced the viability of the HeLa cells (human cervical adenocarcinoma) by 55% and CP-1.5 reduced the viability of the 786-0 cells (human renal adenocarcinoma) by 75%. Leishmanicidal activity and microbicide effect against Carbapenem-resistant Klebsiella pneumoniae (KPC) have not been identified. However, the viability of Staphylococcus epidermidis was reduced by 23.8% in the presence of CP -1.5. All fractions were able to change the formation of calcium oxalate crystals. CP-0.3, CP-0.5 and CP-1.1 only promoted the formation of COD type crystals with a very small size (1 μm). Confocal microscopy and zeta potential data of crystals formed in the presence of the samples showed that the polysaccharides present in the fractions must interact with calcium ions present throughout the crystal lattice, affecting the growth and morphology of crystals The results described herein indicate that the fractions rich in polysaccharides obtained from the green seaweed C. prolifera present a multi therapeutic potential, and subsequent purification steps, as well as research on the mechanisms of action by which these polymers act should be investigated.

Infecções por enterobacteriaceae resistente aos carbapenêmicos em hospital de ensino: epidemiologia e caracterização molecular

Introduction: The production of KPC (Klebsiella pneumoniae carbapenemase) has become an important mechanism of carbapenem-resistance among Enterobacteriaceae strains. In Brazil, KPC is already widespread and its incidence has increased significantly, reducing treatment options. The “perfect storm” combination of the absence of new drug developmentand the emergence of multidrug-resistant strains resulted in the need for the use of older drugs, with greater toxicity, such as polymyxins. Aims: To determine the occurrence of carbapenemase-producing strains in carbapenem-resistant Enterobacteriaceae isolated from patients with nosocomial infection/colonization during September/2014 to August/2015, to determine the risk factors associated with 30-day- mortality and the impact of inappropriate therapy. Materials and Methods: We performed a case control study to assess the risk factors (comorbidities, invasive procedures and inappropriate antimicrobial therapy) associated with 30-day-mortality, considering the first episode of infection in 111 patients. The resistance genes blaKPC, blaIMP, blaVIM and blaNDM-1 were detected by polymerase chain reaction technique. Molecular typing of the strains involved in the outbreak was performed by pulsed field gel electrophoresis technique. The polymyxin resistance was confirmed by the microdilution broth method. Results: 188 episodes of carbapenem-resistant Enterobacteriaceae infections/colonizations were detected; of these, 122 strains were recovered from the hospital laboratory. The presence of blaKPC gene were confirmed in the majority (74.59%) of these isolates. It was not found the presence of blaIMP , blaVIM and blaNDM-1 genes. K. pneumoniae was the most frequent microorganism (77,13%), primarily responsible for urinary tract infections (21,38%) and infections from patients of the Intensive Care Unit (ICU) (61,38%). Multivariate statistical analysis showed as predictors independently associated with mortality: dialysis and bloodstream infection. The Kaplan-Meier curve showed a lower probability of survival in the group of patients receiving antibiotic therapy inappropriately. Antimicrobial use in adult ICU varied during the study period, but positive correlation between increased incidence of strains and the consumption was not observed. In May and July 2015, the occurrence rates of carbapenem-resistant Enterobacteriaceae KPC-producing per 1000 patient-days were higher than the control limit established, confirming two outbreaks, the first caused by colistin-susceptible KPC-producing K. pneumoniae isolates, with a polyclonal profile and the second by a dominant clone of colistin-resistant (≥ 32 μg/mL) KPC-producing K. pneumoniae. The cross transmission between patients became clear by the temporal and spatial relationships observed in the second outbreak, since some patients occupied the same bed, showing problems in hand hygiene adherence among healthcare workers and inadequate terminal disinfection of environment. The outbreak was contained when the ICU was closed to new admissions. Conclusions: The study showed an endemicity of K. pneumoniae KPC-producing in adult ICU, progressing to an epidemic monoclonal expansion, resulted by a very high antibiotic consumption of carbapenems and polymyxins and facilitated by failures in control measures the unit.

High susceptibility of MDR and XDR Gram-negative pathogens to biphenyl-diacetylene-based difluoromethyl-allo-threonyl-hydroxamate LpxC inhibitors.

OBJECTIVES: Inhibitors of uridine diphosphate-3-O-(R-3-hydroxymyristoyl)-N-acetylglucosamine deacetylase (LpxC, which catalyses the first, irreversible step in lipid A biosynthesis) are a promising new class of antibiotics against Gram-negative bacteria. The objectives of the present study were to: (i) compare the antibiotic activities of three LpxC inhibitors (LPC-058, LPC-011 and LPC-087) and the reference inhibitor CHIR-090 against Gram-negative bacilli (including MDR and XDR isolates); and (ii) investigate the effect of combining these inhibitors with conventional antibiotics. METHODS: MICs were determined for 369 clinical isolates (234 Enterobacteriaceae and 135 non-fermentative Gram-negative bacilli). Time-kill assays with LPC-058 were performed on four MDR/XDR strains, including Escherichia coli producing CTX-M-15 ESBL and Klebsiella pneumoniae, Pseudomonas aeruginosa and Acinetobacter baumannii producing KPC-2, VIM-1 and OXA-23 carbapenemases, respectively. RESULTS: LPC-058 was the most potent antibiotic and displayed the broadest spectrum of antimicrobial activity, with MIC90 values for Enterobacteriaceae, P. aeruginosa, Burkholderia cepacia and A. baumannii of 0.12, 0.5, 1 and 1 mg/L, respectively. LPC-058 was bactericidal at 1× or 2× MIC against CTX-M-15, KPC-2 and VIM-1 carbapenemase-producing strains and bacteriostatic at ≤4× MIC against OXA-23 carbapenemase-producing A. baumannii. Combinations of LPC-058 with β-lactams, amikacin and ciprofloxacin were synergistic against these strains, albeit in a species-dependent manner. LPC-058's high efficacy was attributed to the presence of the difluoromethyl-allo-threonyl head group and a linear biphenyl-diacetylene tail group. CONCLUSIONS: These in vitro data highlight the therapeutic potential of the new LpxC inhibitor LPC-058 against MDR/XDR strains and set the stage for subsequent in vivo studies.

Sources of antibiotic resistance in the environment

The discovery of antibiotics was a major breakthrough in medicine. However, short after their introduction in clinical practice resistant bacteria were detected. Nowadays, antibiotic resistance constitutes a serious public health problem. In hospital settings, with high resistance levels, reducing drastically the therapeutic options. Carbapenems are last-resort antibiotics used in Portugal, only in hospitals, to treat serious infections. Bacterial resistance towards this class of antibiotics has increased during last years. In Gram-negative bacteria the production of carbapenemases is a common resistance mechanism. OXA-48 is a carbapenemase of Ambler class D and represents a major concern for human health. It is frequently detected in clinical isolates of Enterobacteriaceae. There are few studies suggesting that genes encoding for OXA-48 variants originated from genes present in the chromosome of members of genus Shewanella, and have disseminated to Enterobacteriaceae members, associated with mobile genetic elements. The aim of this study was to characterize strains from different sources of Shewanella to confirm its role as OXA-48 progenitor. For this, the phylogenetic affiliation of 33 strains of Shewanella was performed by 16SrDNA and gyrB sequencing. The most common species were S. hafniensis and S. xiamenensis, but also S. aestuarii, S. baltica, S. indica, S. haliotis, S. putrefaciens, S. algidipiscicola, S. irciniae, S. algae and S. fodinae were identified. blaOXA-48-like genes were detected in 21 isolates: S. hafniensis (8/8), S. xiamenensis (5/5), S. baltica (4/4), S. algae (1/1), S. fodinae (1/1), S. putrefaciens (1/2) and S. algidipiscicola (1/2). Sequence analysis revealed that genes encoded enzymes identical to OXA-48, OXA-181 and OXA-204 but also new variants differing from OXA-48 from 2 to 81 aminoacids. Genetic context analysis revealed the C15 gene upstream and lysR gene downstream, identical to what has been identified so far flanking blaOXA-48-like genes in Shewanella spp. The assessment of antibiotic susceptibility was performed for all isolates using the disk diffusion method. In general, it was observed a great sensitivity for all antibiotics except to amoxicillin and aztreonam. Multidrug resistance was detected in only 1 isolate. Other resistance genes and the presence of integrons were not identified. Plasmids were detected in 30.3% isolates (10/ 33). These results reinforce the role of Shewanella spp. as origin of blaOXA-48-like genes.

Whole genome sequence of Klebsiella pneumoniae U25, a hypermucoviscous, multidrug resistant, biofilm producing isolate from India

Klebsiella pneumoniae U25 is a multidrug resistant strain isolated from a tertiary care hospital in Chennai, India. Here, we report the complete annotated genome sequence of strain U25 obtained using PacBio RSII. This is the first report of the whole genome of K. pneumoniae species from Chennai. It consists of a single circular chromosome of size 5,491,870-bp and two plasmids of size 211,813 and 172,619-bp. The genes associated with multidrug resistance were identified. The chromosome of U25 was found to have eight antibiotic resistant genes [blaOXA-1, blaSHV-28, aac(6’)1b-cr, catB3, oqxAB, dfrA1]. The plasmid pMGRU25-001 was found to have only one resistant gene (catA1) while plasmid pMGRU25-002 had 20 resistant genes [strAB, aadA1, aac(6’)-Ib, aac(3)-IId, sul1,2, blaTEM-1A,1B, blaOXA-9, blaCTX-M-15, blaSHV-11, cmlA1, erm(B), mph(A)]. A mutation in the porin OmpK36 was identified which is likely to be associated with the intermediate resistance to carbapenems in the absence of carbapenemase genes. U25 is one of the few K. pneumoniae strains to harbour clustered regularly interspaced short palindromic repeats (CRISPR) systems. Two CRISPR arrays corresponding to Cas3 family helicase were identified in the genome. When compared to K. pneumoniae NTUHK2044, a transposase gene InsH of IS5-13 was found inserted.

Prevalencia de bacterias productoras de beta-lactamasas en el Hospital Vicente Corral Moscoso periodo enero-diciembre del 2014

Antecedentes: la adaptación de las bacterias a los tratamientos antibióticos ha ido mejorando, hasta el punto de llegar a presentar resistencia a los tratamientos más agresivos, esto se debe a la evolución constante que han sufrido estas con la aparición de nuevas especies, por mecanismos como la conjugación o trasmisión de plásmidos, con la producción de diferentes tipos de beta-lactamasas, estas características nuevas les han permitido mejorar su capacidad de evadir los mecanismos de acción farmacológicos. Objetivo general: establecer la prevalencia de bacterias productoras de beta-lactamasas en el Hospital Vicente Corral Moscoso, durante el periodo de enero a diciembre del 2014, Cuenca - Ecuador. Metodología: Tipo de estudio: se realizó un estudio de tipo descriptivo, observacional; Universo y muestra: historias clínicas de todos los pacientes atendidos en el Hospital Vicente Corral Moscoso, a los que se había realizado cultivo y antibiograma con reporte de producción de beta-lactamasas, durante el periodo enero a diciembre del 2014; Método de recolección de datos: observación y revisión de historias clínicas que fueron registrados en el formulario de recolección de datos; Tabulación y análisis de los resultados: Todos los datos fueron tabulados y procesados en el programa SPSS Versión 15.0, elaborando tablas simples, compuestas. Resultados: de un total de 160 bacterias aisladas, la prevalencia de bacterias productoras de betalactamasas fue 13,1%, 74,4%, 12,5% para BLEA, BLEE y carbapenemasas respectivamente. El sexo femenino fue el más afectado por las bacterias productoras de BLEA, y carbapenemasas, pero el sexo masculino fue el más afectado por bacterias productoras de BLEE. La E. coli representa el 74,79% de bacterias productoras de BLEE, representando la Klebsiella pneumoniae el 50% de todas las bacterias productoras de carbapenemasas. Al analizar la mortalidad se observa que al incrementar la resistencia incrementa el riesgo de mortalidad: BLEA 5%, BLEE 15% y Carbapenemasa 25%

Coexistence of mcr-1 and blaNDM-1 in Escherichia coli from Venezuela

We studied the presence of the mobile colistin resistance gene mcr-1 in human, animal, and environmental Enterobacteriaceae samples from Cumana, Venezuela, that were collected in 2015. The mcr-1 gene was detected in 2/93 Escherichia coli isolates from swine (novel ST452) and human (ST19) samples that were resistant to colistin. Whole-genome sequencing and transformation experiments identified mcr-1 on an IncI2 plasmid. One of the isolates also bore the widely spread carbapenemase NDM-1. A One Health approach is necessary to further elucidate the flux of these high-risk genes.

Rapid detection of β-lactamase-hydrolyzing extended-spectrum cephalosporins in Enterobacteriaceae by use of the new chromogenic βLacta test

The chromogenic βLacta test developed for the rapid detection of β-lactamase-hydrolyzing extended-spectrum cephalosporins in Enterobacteriaceae revealed good performance with extended-spectrum β-lactamase (ESBL) producers (97.5% true-positive results). However, false-negative results occurred with chromosomal AmpC hyperproducers and plasmid AmpC producers, whereas uninterpretable results were mostly due to VIM-1 carbapenemase producers and possibly low levels of expressed ESBLs.

Polymyxin resistance caused by mgrB inactivation is not associated with significant biological cost in Klebsiella pneumoniae

The inactivation of the mgrB gene, which encodes a negative-feedback regulator of the PhoPQ signaling system, was recently shown to be a common mutational mechanism responsible for acquired polymyxin resistance among carbapenemase-producing Klebsiella pneumoniae strains from clinical sources. In this work, we show that mgrB mutants can easily be selected in vitro from different K. pneumoniae lineages, and mgrB inactivation is not associated with a significant biological cost.