Phenotypic and genotypic features of Aggregatibacter actinomycetemcomitans isolated from patients with periodontal disease

Aggregatibacter actinomycetemcomitans is strongly implicated in the pathogenesis of periodontitis. In this study, the phenotypic and genotypic features of A. actinomycetemcomitans and the presence of genes involved in toxicity were determined. Sixty-five patients with periodontal pocket and 48 healthy subjects were evaluated. Biotyping, adherence and invasion, neuraminidase and biofilm production, presence of capsule and fimbria, as well as the presence of flp-1, apaH, ltx, and cdt genes were determined. Biotype II was the most prevalent. Sixty-six strains were adherent and 33 of them were able to invade KB cells. Sixty strains produced neuraminidase, and 55 strains biofilms. Strains showed capsule but not fimbriae. Forty-six strains were cytotoxic, and most strains harbored the apaH and flp-1 genes. LTX promoter and the ltxA gene were observed in all strains from periodontal patients. The cdtA gene was observed in 50 (71.4%) strains, cdtB in 48 (68.6%) strains, cdtC in 60 (85.7%), and cdtABC in 40 (57.1%) strains. The presence of A. actinomycetemcomitans harboring the cdtC gene from healthy subjects may represent a transitory microorganism in the oral microbiota. More studies are necessary to understand the real role of this microorganism in the pathogenesis of periodontal disease

Comparison of real-time polymerase chain reaction and DNA-strip technology in microbiological evaluation of periodontitis treatment

The impact of a semiquantitative commercially available test based on DNA-strip technology (microIDent®, Hain Lifescience, Nehren, Germany) on diagnosis and treatment of severe chronic periodontitis of 25 periodontitis patients was evaluated in comparison with a quantitative in-house real-time PCR. Subgingival plaque samples were collected at baseline as well as at 3, 6, and 12 months later. After extracting DNA, Aggregatibacter actinomycetemcomitans, Porphyromonas gingivalis, Tannerella forsythia, Treponema denticola, and several other periodontopathogens were determined by both methods. The results obtained by DNA-strip technology were analyzed semiquantitatively and additionally quantitatively by densitometry. The results for the 4 major periodontopathogenic bacterial species correlated significantly between the 2 methods. Samples detecting a high bacterial load by one method and negative by the other were always found in less than 2% of the total samples. Both technologies showed the impact of treatment on microflora. Especially the semiquantitative DNA-strip technology clearly analyzed the different loads of periodontopathogens after therapy and is useful in microbial diagnostics for patients in dental practices.

First countrywide survey of third-generation cephalosporin-resistant Escherichia coli from broilers, swine, and cattle in Switzerland

The herd prevalence of third-generation cephalosporin-resistant Escherichia coli (3GC-R-Ec) was determined for broilers (25.0% [95% confidence interval (CI) 17.6-33.7%]), pigs (3.3% [(95% CI 0.4-11.5%]), and cattle (3.9% [95% CI 0.5-13.5%]), using a sampling strategy that was representative of the livestock population slaughtered in Switzerland between October 2010 and April 2011. The 3GC-R-Ec isolates were characterized by the measurement of the MICs of various antibiotics, microarray analyses, analytical isoelectric focusing, polymerase chain reaction and DNA sequencing for bla genes, pulsed-field gel electrophoresis (PFGE), and multilocus sequence typing. CMY-2 (n = 12), CTX-M-1 (n = 11), SHV-12 (n = 5), TEM-52 (n = 3), CTX-M-15 (n = 2), and CTX-M-3 (n = 1) producers were found. The majority of CMY-2 producers fell into 1 PFGE cluster, which predominantly contained ST61, whereas the CTX-M types were carried by heterogeneous clones of E. coli, as shown by the numerous PFGE profiles and STs that were found. This is the first national Swiss study that focuses on the spread of 3GC-R Enterobacteriaceae among slaughtered animals.

Fast DNA serotyping of Escherichia coli by use of an oligonucleotide microarray

Classical antibody-based serotyping of Escherichia coli is an important method in diagnostic microbiology for epidemiological purposes, as well as for a rough virulence assessment. However, serotyping is so tedious that its use is restricted to a few reference laboratories. To improve this situation we developed and validated a genetic approach for serotyping based on the microarray technology. The genes encoding the O-antigen flippase (wzx) and the O-antigen polymerase (wzy) were selected as target sequences for the O antigen, whereas fliC and related genes, which code for the flagellar monomer, were chosen as representatives for the H phenotype. Starting with a detailed bioinformatic analysis and oligonucleotide design, an ArrayTube-based assay was established: a fast and robust DNA extraction method was coupled with a site-specific, linear multiplex labeling procedure and hybridization analysis of the biotinylated amplicons. The microarray contained oligonucleotide DNA probes, each in duplicate, representing 24 of the epidemiologically most relevant of the over 180 known O antigens (O antigens 4, 6 to 9, 15, 26, 52, 53, 55, 79, 86, 91, 101, 103, 104, 111, 113, 114, 121, 128, 145, 157, and 172) as well as 47 of the 53 different H antigens (H antigens 1 to 12, 14 to 16, 18 to 21, 23 to 34, 37 to 43, 45, 46, 48, 49, 51 to 54, and 56). Evaluation of the microarray with a set of defined strains representing all O and H serotypes covered revealed that it has a high sensitivity and a high specificity. All of the conventionally typed 24 O groups and all of the 47 H serotypes were correctly identified. Moreover, strains which were nonmotile or nontypeable by previous serotyping assays yielded unequivocal results with the novel ArrayTube assay, which proved to be a valuable alternative to classical serotyping, allowing processing of single colonies within a single working day.

Laribacter hongkongensis: a potential cause of infectious diarrhea

In this study, we describe the isolation of Laribacter hongkongensis, a recently described genus and species of bacterium, in pure culture on charcoal cefoperazone deoxycholate agar from the stool of six patients with diarrhea. Three patients were residents of Hong Kong, and three of Switzerland. In none of the stool samples obtained from these six patients was Salmonella, Shigella, enterohemorrhagic Escherichia coli, Vibrio, Aeromonas, Plesiomonas, or Campylobacter recovered. Rotavirus antigen detection, electron microscopic examination for viruses, and microscopic examinations for ova and cysts were all negative for the stool samples obtained from the three patients in Hong Kong. Enterotoxigenic E. coli was recovered from one of the patients in Hong Kong. Unlike L. hongkongensis type strain HKU1, all the six strains were motile with bipolar flagellae. Sequencing of the 16S ribosomal RNA genes of the six strains showed that they all had sequences with only 0-2 base differences to that of the type strain. Pulsed field gel electrophoresis of the SpeI digested genomic DNA of the six isolates and that of the type strain revealed that the seven isolates were genotypically unrelated strains. More extensive epidemiologic studies should be carried out to ascertain the causative association between L. hongkongensis and diarrhea and to define the reservoir and modes of transmission of L. hongkongensis.

Non-phenotypic tests to detect and characterize antibiotic resistance mechanisms in Enterobacteriaceae

In the past 2 decades, we have observed a rapid increase of infections due to multidrug-resistant Enterobacteriaceae. Regrettably, these isolates possess genes encoding for extended-spectrum β-lactamases (e.g., blaCTX-M, blaTEM, blaSHV) or plasmid-mediated AmpCs (e.g., blaCMY) that confer resistance to last-generation cephalosporins. Furthermore, other resistance traits against quinolones (e.g., mutations in gyrA and parC, qnr elements) and aminoglycosides (e.g., aminoglycosides modifying enzymes and 16S rRNA methylases) are also frequently co-associated. Even more concerning is the rapid increase of Enterobacteriaceae carrying genes conferring resistance to carbapenems (e.g., blaKPC, blaNDM). Therefore, the spread of these pathogens puts in peril our antibiotic options. Unfortunately, standard microbiological procedures require several days to isolate the responsible pathogen and to provide correct antimicrobial susceptibility test results. This delay impacts the rapid implementation of adequate antimicrobial treatment and infection control countermeasures. Thus, there is emerging interest in the early and more sensitive detection of resistance mechanisms. Modern non-phenotypic tests are promising in this respect, and hence, can influence both clinical outcome and healthcare costs. In this review, we present a summary of the most advanced methods (e.g., next-generation DNA sequencing, multiplex PCRs, real-time PCRs, microarrays, MALDI-TOF MS, and PCR/ESI MS) presently available for the rapid detection of antibiotic resistance genes in Enterobacteriaceae. Taking into account speed, manageability, accuracy, versatility, and costs, the possible settings of application (research, clinic, and epidemiology) of these methods and their superiority against standard phenotypic methods are discussed.

BlaB-15, a new BlaB metallo-β-lactamase variant found in an Elizabethkingia miricola clinical isolate

A multidrug-resistant strain of Elizabethkingia miricola was isolated from the urine of a 2-year-old boy hospitalized for severe clinical conditions. The strain produces 2 metallo-β-lactamases belonging to subclasses B1 and B3: a new BlaB variant (BlaB-15) and a GOB-7–like enzyme.

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.

Recurrent bacteremia with Streptococcus dysgalactiae: a case-control study.

Beta-hemolytic streptococci of groups C and G, designated as Streptococcus dysgalactiae (SD), can cause severe and recurring invasive infections. In this case-control study, we aimed to identify clinical and molecular risk factors for recurrence of SD bacteremia. Twenty-two cases of recurrent SD bacteremia were identified, and median time between episodes was 6 months. The most frequent clinical manifestation was skin and soft tissue infection. Cases and 92 controls, with single-episode SD bacteremia, showed similar demographics, had similar Charlson comorbidity scores, and had similar clinical presentations. Thirty-day fatality was 13% among controls, whereas none of 22 cases died. In 19 cases (86%), the same emm type was encountered in both episodes. SD isolates from recurrent episodes and from single episodes had a similar emm type distribution. Thus, we did not identify clinical risk factors for recurrences. The high proportion of identical emm types in recurrent episodes indicates a host-specific colonization.

Identification of optimal epitopes for Plasmodium falciparum rapid diagnostic tests that target histidine-rich proteins 2 and 3

Rapid diagnostic tests (RDTs) represent important tools to diagnose malaria infection. To improve understanding of the variable performance of RDTs that detect the major target in Plasmodium falciparum, namely, histidine-rich protein 2 (HRP2), and to inform the design of better tests, we undertook detailed mapping of the epitopes recognized by eight HRP-specific monoclonal antibodies (MAbs). To investigate the geographic skewing of this polymorphic protein, we analyzed the distribution of these epitopes in parasites from geographically diverse areas. To identify an ideal amino acid motif for a MAb to target in HRP2 and in the related protein HRP3, we used a purpose-designed script to perform bioinformatic analysis of 448 distinct gene sequences from pfhrp2 and from 99 sequences from the closely related gene pfhrp3. The frequency and distribution of these motifs were also compared to the MAb epitopes. Heat stability testing of MAbs immobilized on nitrocellulose membranes was also performed. Results of these experiments enabled the identification of MAbs with the most desirable characteristics for inclusion in RDTs, including copy number and coverage of target epitopes, geographic skewing, heat stability, and match with the most abundant amino acid motifs identified. This study therefore informs the selection of MAbs to include in malaria RDTs as well as in the generation of improved MAbs that should improve the performance of HRP-detecting malaria RDTs.

Characterization of genomic diversity in extraintestinal pathogenic Escherichia coli (ExPEC) and development of a diagnostic DNA microarray for the differentiation of ExPEC isolates causing urinary tract infections

Extraintestinal pathogenic Escherichia coli (ExPEC) represent a diverse group of strains of E. coli, which infect extraintestinal sites, such as the urinary tract, the bloodstream, the meninges, the peritoneal cavity, and the lungs. Urinary tract infections (UTIs) caused by uropathogenic E. coli (UPEC), the major subgroup of ExPEC, are among the most prevalent microbial diseases world wide and a substantial burden for public health care systems. UTIs are responsible for serious morbidity and mortality in the elderly, in young children, and in immune-compromised and hospitalized patients. ExPEC strains are different, both from genetic and clinical perspectives, from commensal E. coli strains belonging to the normal intestinal flora and from intestinal pathogenic E. coli strains causing diarrhea. ExPEC strains are characterized by a broad range of alternate virulence factors, such as adhesins, toxins, and iron accumulation systems. Unlike diarrheagenic E. coli, whose distinctive virulence determinants evoke characteristic diarrheagenic symptoms and signs, ExPEC strains are exceedingly heterogeneous and are known to possess no specific virulence factors or a set of factors, which are obligatory for the infection of a certain extraintestinal site (e. g. the urinary tract). The ExPEC genomes are highly diverse mosaic structures in permanent flux. These strains have obtained a significant amount of DNA (predictably up to 25% of the genomes) through acquisition of foreign DNA from diverse related or non-related donor species by lateral transfer of mobile genetic elements, including pathogenicity islands (PAIs), plasmids, phages, transposons, and insertion elements. The ability of ExPEC strains to cause disease is mainly derived from this horizontally acquired gene pool; the extragenous DNA facilitates rapid adaptation of the pathogen to changing conditions and hence the extent of the spectrum of sites that can be infected. However, neither the amount of unique DNA in different ExPEC strains (or UPEC strains) nor the mechanisms lying behind the observed genomic mobility are known. Due to this extreme heterogeneity of the UPEC and ExPEC populations in general, the routine surveillance of ExPEC is exceedingly difficult. In this project, we presented a novel virulence gene algorithm (VGA) for the estimation of the extraintestinal virulence potential (VP, pathogenicity risk) of clinically relevant ExPECs and fecal E. coli isolates. The VGA was based on a DNA microarray specific for the ExPEC phenotype (ExPEC pathoarray). This array contained 77 DNA probes homologous with known (e.g. adhesion factors, iron accumulation systems, and toxins) and putative (e.g. genes predictably involved in adhesion, iron uptake, or in metabolic functions) ExPEC virulence determinants. In total, 25 of DNA probes homologous with known virulence factors and 36 of DNA probes representing putative extraintestinal virulence determinants were found at significantly higher frequency in virulent ExPEC isolates than in commensal E. coli strains. We showed that the ExPEC pathoarray and the VGA could be readily used for the differentiation of highly virulent ExPECs both from less virulent ExPEC clones and from commensal E. coli strains as well. Implementing the VGA in a group of unknown ExPECs (n=53) and fecal E. coli isolates (n=37), 83% of strains were correctly identified as extraintestinal virulent or commensal E. coli. Conversely, 15% of clinical ExPECs and 19% of fecal E. coli strains failed to raster into their respective pathogenic and non-pathogenic groups. Clinical data and virulence gene profiles of these strains warranted the estimated VPs; UPEC strains with atypically low risk-ratios were largely isolated from patients with certain medical history, including diabetes mellitus or catheterization, or from elderly patients. In addition, fecal E. coli strains with VPs characteristic for ExPEC were shown to represent the diagnostically important fraction of resident strains of the gut flora with a high potential of causing extraintestinal infections. Interestingly, a large fraction of DNA probes associated with the ExPEC phenotype corresponded to novel DNA sequences without any known function in UTIs and thus represented new genetic markers for the extraintestinal virulence. These DNA probes included unknown DNA sequences originating from the genomic subtractions of four clinical ExPEC isolates as well as from five novel cosmid sequences identified in the UPEC strains HE300 and JS299. The characterized cosmid sequences (pJS332, pJS448, pJS666, pJS700, and pJS706) revealed complex modular DNA structures with known and unknown DNA fragments arranged in a puzzle-like manner and integrated into the common E. coli genomic backbone. Furthermore, cosmid pJS332 of the UPEC strain HE300, which carried a chromosomal virulence gene cluster (iroBCDEN) encoding the salmochelin siderophore system, was shown to be part of a transmissible plasmid of Salmonella enterica. Taken together, the results of this project pointed towards the assumptions that first, (i) homologous recombination, even within coding genes, contributes to the observed mosaicism of ExPEC genomes and secondly, (ii) besides en block transfer of large DNA regions (e.g. chromosomal PAIs) also rearrangements of small DNA modules provide a means of genomic plasticity. The data presented in this project supplemented previous whole genome sequencing projects of E. coli and indicated that each E. coli genome displays a unique assemblage of individual mosaic structures, which enable these strains to successfully colonize and infect different anatomical sites.

A semi-automated, field-portable microscopy platform for clinical diagnostic applications

Clinical microscopy is a versatile diagnostic platform used for diagnosis of a multitude of diseases. In the recent past, many microfluidics based point-of-care diagnostic devices have been developed, which serve as alternatives to microscopy. However, these point-of-care devices are not as multi-functional and versatile as clinical microscopy. With the use of custom designed optics and microfluidics, we have developed a versatile microscopy-based cellular diagnostic platform, which can be used at the point of care. The microscopy platform presented here is capable of detecting infections of very low parasitemia level (in a very small quantity of sample), without the use of any additional computational hardware. Such a cost-effective and portable diagnostic device, would greatly impact the quality of health care available to people living in rural locations of the world. Apart from clinical diagnostics, it's applicability to field research in environmental microbiology has also been outlined. (C) 2015 Author(s). All article content, except where otherwise noted, is licensed under a Creative Commons Attribution 3.0 Unported License.

Development of a rapid, sensitive and specific diagnostic assay for fish Aquareovirus based on RT-PCR

A rapid, sensitive and highly specific detection method for Aquareovirus based on reverse-transcription polymerase chain reaction (RT-PCR) was developed. Based on multiple sequence alignment of the cloned sequences of a local isolates, the Threadfin reovirus (TFV) and Guppy reovirus (GPV) with Grass carp reovirus (GCRV), a pair of degenerate primers was selected carefully and synthesized. Using this primer combination, only one specific product, approximately 450 bp in length was obtained when RT-PCR was carried out using the genomic double-stranded RNA (dsRNA) of TFV, GPV and GCRV. Similar results were also obtained when Chum salmon reovirus (CSRV) and Striped bass reovirus (SBRV) dsRNA were used as templates. No products were observed when nucleic acids other than the dsRNA of the aquareoviruses described above were used as RT-PCR templates. This technique could detect not only TFV but also GPV and GCRV in low titer virus-infected cell cultured cells. Furthermore, this method has also been shown to be able to diagnose GPV-infected guppy (Poecilia reticulata) that exhibit clinical symptoms as well as GPV-carrier guppy. Collectively, these results showed that the RT-PCR amplification method using specific degenerate primers described below is very useful for rapid and accurate detection of a variety of aquareovirus strains isolated from different host species and origin. (C) 2004 Elsevier B.V. All rights reserved.

Heparin-binding hemagglutinin, from an extrapulmonary dissemination factor to a powerful diagnostic and protective antigen against tuberculosis.

Interactions of Mycobacterium tuberculosis with macrophages have long been recognized to be crucial to the pathogenesis of tuberculosis. The role of non-phagocytic cells is less well known. We have discovered a M. tuberculosis surface protein that interacts specifically with non-phagocytic cells, expresses hemagglutination activity and binds to sulfated glycoconjugates. It is therefore called heparin-binding hemagglutinin (HBHA). HBHA-deficient M. tuberculosis mutant strains are significantly impaired in their ability to disseminate from the lungs to other tissues, suggesting that the interaction with non-phagocytic cells, such as pulmonary epithelial cells, may play an important role in the extrapulmonary dissemination of the tubercle bacillus, one of the key steps that may lead to latency. Latently infected human individuals mount a strong T cell response to HBHA, whereas patients with active disease do not, suggesting that HBHA is a good marker for the immunodiagnosis of latent tuberculosis, and that HBHA-specific Th1 responses may contribute to protective immunity against active tuberculosis. Strong HBHA-mediated immuno-protection was shown in mouse challenge models. HBHA is a methylated protein and its antigenicity in latently infected subjects, as well as its protective immunogenicity strongly depends on the methylation pattern of HBHA. In both mice and man, the HBHA-specific IFN-gamma was produced by both the CD4(+) and the CD8(+) T cells. Furthermore, the HBHA-specific CD8(+) T cells expressed bactericidal and cytotoxic activities to mycobacteria-infected macrophages. This latter activity is most likely perforin mediated. Together, these observations strongly support the potential of methylated HBHA as an important component in future, acellular vaccines against tuberculosis.