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

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

Étude de la résistance aux antibiotiques des entérocoques d'origine animale du Québec

Les entérocoques font partie de la flore normale intestinale des animaux et des humains. Plusieurs études ont démontré que les entérocoques d’origine animale pouvaient représenter un réservoir de gènes de résistance aux antibiotiques pour la communauté humaine et animale. Les espèces Enterococcus faecalis et Enterococcus faecium sont importantes en santé publique; elles sont responsables d’environ 12% de toutes les infections nosocomiales aux États-Unis. Au Canada, les cas de colonisation et/ou d’infections à entérocoques résistants à la vancomycine ont plus que triplé de 2005 à 2009. Un total de 387 isolats E. faecalis et E. faecium aviaires, et 124 isolats E. faecalis porcins ont été identifiés et analysés pour leur susceptibilité aux antibiotiques. De hauts pourcentages de résistance envers les macrolides et les tétracyclines ont été observés tant chez les isolats aviaires que porcins. Deux profils phénotypiques prédominants ont été déterminés et analysés par PCR et séquençage pour la présence de gènes de résistance aux antibiotiques. Différentes combinaisons de gènes de résistance ont été identifiées dont erm(B) et tet(M) étant les plus prévalents. Des extractions plasmidiques et des analyses par hybridation ont permis de déterminer, pour la première fois, la colocalisation des gènes erm(B) et tet(M) sur un plasmide d’environ 9 kb chez des isolats E. faecalis porcins, et des gènes erm(B) et tet(O) sur un plasmide de faible poids moléculaire d’environ 11 kb chez des isolats E. faecalis aviaires. De plus, nous avons démontré, grâce à des essais conjugatifs, que ces plasmides pouvaient être transférés. Les résultats ont révélé que les entérocoques intestinaux aviaires et porcins, lesquels peuvent contaminer la viande à l’abattoir, pouvaient représenter un réservoir de gènes de résistance envers la quinupristine-dalfopristine, la bacitracine, la tétracycline et les macrolides. Afin d’évaluer l’utilisation d’un antisérum polyclonal SA dans l’interférence de la résistance à de fortes concentrations de bacitracine (gènes bcrRAB), lors d’un transfert conjugatif répondant aux phéromones, un isolat multirésistant E. faecalis aviaire a été sélectionné. Après induction avec des phéromones produites par la souche réceptrice E. faecalis JH2-2, l’agrégation de la souche donatrice E. faecalis 543 a été observée ainsi que des fréquences de transfert élevées en bouillon lors d’une courte période de conjugaison. Le transfert conjugatif des gènes asa1, traB et bcrRAB ainsi que leur colocalisation a été démontré chez le donneur et un transconjugant T543-1 sur un plasmide de 115 kb par électrophorèse à champs pulsé (PFGE) et hybridation. Une CMI de > 2 048 µg/ml envers la bacitracine a été obtenue tant chez le donneur que le transconjuguant tandis que la souche réceptrice JH2-2 démontrait une CMI de 32 µg/ml. Le séquençage des gènes asa1, codant pour la substance agrégative, et traB, une protéine régulant négativement la réponse aux phéromones, a révélé une association de cet élément génétique avec le plasmide pJM01. De plus, cette étude présente qu’un antisérum polyclonal SA peut interférer significativement dans le transfert horizontal d’un plasmide répondant aux phéromones codant pour de la résistance à de fortes doses de bacitracine d’une souche E. faecalis aviaire multirésistante. Des isolats cliniques E. faecium d’origine humaine et canine ont été analysés et comparés. Cette étude rapporte, pour la première fois, la caractérisation d’isolats cliniques E. faecium résistants à l’ampicilline (EFRA) d’origine canine associés à CC17 (ST17) au Canada. Ces isolats étaient résistants à la ciprofloxacine et à la lincomycine. Leur résistance envers la ciprofloxacine a été confirmée par la présence de substitutions dans la séquence en acides aminés des gènes de l’ADN gyrase (gyrA/gyrB) et de la topoisomérase IV (parC/parE). Des résistances élevées envers la gentamicine, la kanamycine et la streptomycine, et de la résistance envers les macrolides et les lincosamides a également été observées. La fréquence de résistance envers la tétracycline était élevée tandis que celle envers la vancomycine n’a pas été détectée. De plus, aucune résistance n’a été observée envers le linézolide et la quinupristine-dalfopristine. Les données ont démontré une absence complète des gènes esp (protéine de surface des entérocoques) et hyl (hyaluronidase) chez les isolats canins EFRA testés tandis qu’ils possédaient tous le gène acm (adhésine de liaison au collagène d’E. faecium). Aucune activité reliée à la formation de biofilm ou la présence d’éléments CRISPR (loci de courtes répétitions palindromiques à interespaces réguliers) n’a été identifiée chez les isolats canins EFRA. Les familles de plasmide rep6 and rep11 ont significativement été associées aux isolats d’origine canine. Les profils PFGE des isolats d’origine humaine et canine n'ont révélé aucune relation (≤ 80%). Ces résultats illustrent l'importance d'une utilisation judicieuse des antibiotiques en médecine vétérinaire afin d’éviter la dissémination zoonotique des isolats EFRA canins. Nous pensons que ces résultats contribueront à une meilleure compréhension des mécanismes de résistance aux antibiotiques et de leurs éléments mobiles ainsi qu’à de nouvelles stratégies afin de réduire le transfert horizontal de la résistance aux antibiotiques et des facteurs de virulence.

Evolution of immune systems: specificity and autoreactivity

Multicellularity evolved well before 600 million years ago, and all multicellular animals have evolved since then with the need to protect against pathogens. There is no reason to expect their immune systems to be any less sophisticated than ours. The vertebrate system, based on rearranging immunoglobulin-superfamily domains, appears to have evolved partly as a result of chance insertion of RAG genes by horizontal transfer. Remarkably sophisticated systems for expansion of immunological repertoire have evolved in parallel in many groups of organisms. Vaccination of invertebrates against commercially important pathogens has been empirically successful, and suggests that the definition of an adaptive and innate immune system should no longer depend on the presence of memory and specificity, since these terms are hard to define in themselves. The evolution of randomly-created immunological repertoire also carries with it the potential for generating autoreactive specificities and consequent autoimmune damage.While invertebrates may use systems analogous to ours to control autoreactive specificities, they may have evolved alternative mechanisms which operate either at the level of individuals-within-populations rather than cells-within-individuals, by linking self-reactive specificities to regulatory pathways and non-self-reactive to effector pathways.

Chaos of Wolbachia Sequences Inside the Compact Fig Syconia of Ficus benjamina (Ficus: Moraceae)

Figs and fig wasps form a peculiar closed community in which the Ficus tree provides a compact syconium (inflorescence) habitat for the lives of a complex assemblage of Chalcidoid insects. These diverse fig wasp species have intimate ecological relationships within the closed world of the fig syconia. Previous surveys of Wolbachia, maternally inherited endosymbiotic bacteria that infect vast numbers of arthropod hosts, showed that fig wasps have some of the highest known incidences of Wolbachia amongst all insects. We ask whether the evolutionary patterns of Wolbachia sequences in this closed syconium community are different from those in the outside world. In the present study, we sampled all 17 fig wasp species living on Ficus benjamina, covering 4 families, 6 subfamilies, and 8 genera of wasps. We made a thorough survey of Wolbachia infection patterns and studied evolutionary patterns in wsp (Wolbachia Surface Protein) sequences. We find evidence for high infection incidences, frequent recombination between Wolbachia strains, and considerable horizontal transfer, suggesting rapid evolution of Wolbachia sequences within the syconium community. Though the fig wasps have relatively limited contact with outside world, Wolbachia may be introduced to the syconium community via horizontal transmission by fig wasps species that have winged males and visit the syconia earlier.

Proteômica diferencial da Chromobacterium violaceum em resposta ao estresse oxidativo induzido por peróxido de hidrogênio

The β-proteobacterium Chromobacterium violaceum is a Gram-negative, free-living, saprophytic and opportunistic pathogen that inhabits tropical and subtropical ecosystems among them, in soil and water of the Amazon. It has great biotechnological potential, and because of this potential, its genome was completely sequenced in 2003. Genome analysis showed that this bacterium has several genes with functions related to the ability to survive under different kinds of environmental stresses. In order to understand the physiological response of C. violaceum under oxidative stress, we applied the tool of shotgun proteomics. Thus, colonies of C. violaceum ATCC 12472 were grown in the presence and absence of 8 mM H2O2 for two hours, total proteins were extracted from bacteria, subjected to SDS-PAGE, stained and hydrolysed. The tryptic peptides generated were subjected to a linear-liquid chromatography (LC) followed by mass spectrometer (LTQ-XL-Orbitrap) to obtain quantitative and qualitative data. A shotgun proteomics allows to compare directly in complex samples, differential expression of proteins and found that in C. Violaceum, 131 proteins are expressed exclusively in the control condition, 177 proteins began to be expressed under oxidative stress and 1175 proteins have expression in both conditions. The results showed that, under the condition of oxidative stress, this bacterium changes its metabolism by increasing the expression of proteins capable of combating oxidative stress and decreasing the expression of proteins related processes bacterial growth and catabolism (transcription, translation, carbon metabolism and fatty acids). A tool with of proteomics as an approach of integrative biology provided an overview of the metabolic pathways involved in the response of C. violaceum to oxidative stress, as well as significantly amplified understanding physiological response to environmental stress. Biochemical and "in silico" assays with the hypothetical ORF CV_0868 found that this is part of an operon. Phylogenetic analysis of superoxide dismutase, protein belonging to the operon also showed that the gene is duplicated in genome of C. violaceum and the second copy was acquired through a horizontal transfer event. Possibly, not only the SOD gene but also all genes comprising this operon were obtained in the same manner. It was concluded that C. violaceum has complex, efficient and versatile mechanisms in oxidative stress response

Evidence for Reductive Genome Evolution and Lateral Acquisition of Virulence Functions in Two Corynebacterium pseudotuberculosis Strains

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Evolução do reparo por excisão de nucleotídeo

The phylogeny is one of the main activities of the modern taxonomists and a way to reconstruct the history of the life through comparative analysis of these sequences stored in their genomes aimed find any justification for the origin or evolution of them. Among the sequences with a high level of conservation are the genes of repair because it is important for the conservation and maintenance of genetic stability. Hence, variations in repair genes, as the genes of the nucleotide excision repair (NER), may indicate a possible gene transfer between species. This study aimed to examine the evolutionary history of the components of the NER. For this, sequences of UVRA, UVRB, UVRC and XPB were obtained from GenBank by Blast-p, considering 10-15 as cutoff to create a database. Phylogenetic studies were done using algorithms in PAUP programs, BAYES and PHYLIP package. Phylogenetic trees were build with protein sequences and with sequences of 16S ribosomal RNA for comparative analysis by the methods of parsimony, likelihood and Bayesian. The XPB tree shows that archaeal´s XPB helicases are similar to eukaryotic helicases. According to this data, we infer that the eukaryote nucleotide excision repair system had appeared in Archaea. At UVRA, UVRB and UVRC trees was found a monophyletic group formed by three species of epsilonproteobacterias class, three species of mollicutes class and archaeabacterias of Methanobacteria and Methanococci classes. This information is supported by a tree obtained with the proteins, UVRA, UVRB and UVRC concatenated. Thus, although there are arguments in the literature defending the horizontal transfer of the system uvrABC of bacteria to archaeabacterias, the analysis made in this study suggests that occurred a vertical transfer, from archaeabacteria, of both the NER genes: uvrABC and XPs. According the parsimony, this is the best way because of the occurrence of monophyletic groups, the time of divergence of classes and number of archaeabacterias species with uvrABC system

Is the evolutionary history of the O-type P element in the saltans and willistoni groups of Drosophila similar to that of the canonical P element?

We studied the occurrence of O-type P elements in at least one species of each subgroup of the saltans group, in order to better understand the phylogenetic relationships among the elements within the saltans group and with those of species belonging to the willistoni group. We found that the O-type subfamily has a patchy distribution within the saltans group (it does not occur in D. neocordata and D. emarginata), low sequence divergence among species of the saltans group as well as in relation to species of the willistoni group, a lower rate of synonymous substitution for coding sequences compared to Adh, and phylogenetic incongruities. These findings suggest that the evolutionary history of the O-type subfamily within the saltans and willistoni groups follows the same model proposed for the canonical subfamily of P elements, i.e., events of horizontal transfer between species of the saltans and willistoni groups.

Multiple invasions of Gypsy and Micropia retroelements in genus Zaprionus and melanogaster subgroup of the genus Drosophila

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Sequence heterogeneity and phylogenetic relationships between the copia retrotransposon in Drosophila species of the repleta and melanogaster groups

Although the retrotransposon copia has been studied in the melanogaster group of Drosophila species, very little is known about copia dynamism and evolution in other groups. We analyzed the occurrence and heterogeneity of the copia 5' LTR-ULR partial sequence and their phylogenetic relationships in 24 species of the repleta group of Drosophila. PCR showed that copia occurs in 18 out of the 24 species evaluated. Sequencing was possible in only eight species. The sequences showed a low nucleotide diversity, which suggests selective constraints maintaining this regulatory region over evolutionary time. on the contrary, the low nucleotide divergence and the phylogenetic relationships between the D. willistoni/Zaprionus tuberculatus/melanogaster species subgroup suggest horizontal transfer. Sixteen transcription factor binding sites were identified in the LTR-ULR repleta and melanogaster consensus sequences. However, these motifs are not homologous, neither according to their position in the LTR-ULR sequences, nor according to their sequences. Taken together, the low motif homologies, the phylogenetic relationship and the great nucleotide divergence between the melanogaster and repleta copia sequences reinforce the hypothesis that there are two copia families.

Ancestral polymorphism and recent invasion of transposable elements in Drosophila species

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Canonical P elements are transcriptionally active in the saltans group of Drosophila

Up to now, investigations of expression and regulation of P transposable element have been almost exclusively carried out with the Drosophila melanogaster canonical P element. Analyzing eight species of the saltans group, we detected transposase mRNA in germline tissues of D. saltans and D. prosaltans and repressor mRNA in somatic tissues of D. saltans and D. sturtevanti. Sequencing analysis suggested that these transcripts might belong to the canonical subfamily and that they can be transpositionally active only in D. saltans. dN and dS values of Adh and the P element suggested that the sequences found in D. saltans and D. prosaltans might have been present in the ancestor of the saltans subgroup and that the sequence found in D. sturtevanti might have been horizontally transferred from D. saltans.

Filogenia molecular de cianobactérias baseada em sequências do 16S-23S-ITS rDNA e PC-IGS: investigação de transferência lateral do PC

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Elementos de transposição no gênero Zaprionus (Diptera, Drosophilidae): estudos genômicos e evolutivos em ênfase nos retrotensposons copia, gypsy e micropia

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Pesquisa docluster de imuno evasão e tipagem molecular em Staphylococcus aureus meticilina-sensíveis (MSSA), osolados de maipladores de alimentos

Pós-graduação em Biologia Geral e Aplicada - IBB