Typical and atypical enteropathogenic Escherichia coli bacterial translocation associated with tissue hypoperfusion in rats

Although enteropathogenic Escherichia coli (EPEC) are well-recognized diarrheal agents, their ability to translocate and cause extraintestinal alterations is not known. We investigated whether a typical EPEC (tEPEC) and an atypical EPEC (aEPEC) strain translocate and cause microcirculation injury under conditions of intestinal bacterial overgrowth. Bacterial translocation (BT) was induced in female Wistar-EPM rats (200-250 g) by oroduodenal catheterization and inoculation of 10 mL 10(10) colony forming unit (CFU)/mL, with the bacteria being confined between the duodenum and ileum with ligatures. After 2 h, mesenteric lymph nodes (MLN), liver and spleen were cultured for translocated bacteria and BT-related microcirculation changes were monitored in mesenteric and abdominal organs by intravital microscopy and laser Doppler flow, respectively. tEPEC (N = 11) and aEPEC (N = 11) were recovered from MLN (100%), spleen (36.4 and 45.5%), and liver (45.5 and 72.7%) of the animals, respectively. Recovery of the positive control E. coli R-6 (N = 6) was 100% for all compartments. Bacteria were not recovered from extraintestinal sites of controls inoculated with non-pathogenic E. coli strains HB101 (N = 6) and HS (N = 10), or saline. Mesenteric microcirculation injuries were detected with both EPEC strains, but only aEPEC was similar to E. coli R-6 with regard to systemic tissue hypoperfusion. In conclusion, overgrowth of certain aEPEC strains may lead to BT and impairment of the microcirculation in systemic organs.

Dexamethasone and sodium carboxymethyl cellulose prevent postoperative intraperitoneal adhesions in rats

We aimed to evaluate the effects of the barrier agent sodium carboxymethyl cellulose (SCMC) with and without dexamethasone for the prevention of postoperative adhesion formation in a rat model of postoperative peritoneal adhesion. A total of 160 three-month old male and female Wistar rats underwent a laparotomy, and adhesions were induced by ileocecal abrasion. Rats were randomly assigned to 4 groups (n=40 each): group A, untreated; group B, treated with SCMC only; group C1, treated with SCMC + 3 mg dexamethasone, and group C2, treated with SCMC + 8 mg dexamethasone. After 12 days, adhesion formation and histopathological changes were compared. In groups A, B, C1, and C2, the mortality rates were 10, 5, 5, and 5%, respectively. In groups C1 and C2, the adhesions were filmy and easy to dissect and were milder compared with those in groups A and B. The total adhesion score in group C1 (3.38±0.49) was significantly lower than that of group B (6.01±0.57; P<0.01) or group A (8.01±0.67; P<0.05). There was no significant difference in adhesion formation between groups C1 and C2. Compared with groups A and B, groups C1 and C2 exhibited milder histopathological changes. SCMC in combination with dexamethasone can prevent adhesion formation and is a better barrier agent than SCMC alone. The safety and feasibility of SCMC in combination with dexamethasone to prevent adhesion formation after abdominal surgery warrants further clinical study.

Bacterial ecology of tilapia fresh fillets and some factors that can influence their microbial quality

The purpose of research was to investigate the bacterial ecology of tilapia (Oreochromis niloticus) fresh fillets and some factors that can influence its microbial quality. Samples of fish cultivation water (n = 20), tilapia tegument and gut (n = 20) and fresh fillets (n = 20) were collected in an experimental tilapia aquaculture located in the city of Lavras, Minas Gerais, Brazil. Staphylococcus spp., Aeromonas spp., Enterococcus spp. and Enterobacteriaceae were quantified using selective plating. For the enumeration of Pseudomonas spp., the most probable number technique (MPN) was utilized. Bacterial colonies (n = 198) were identified by Gram strain and biochemical tests. Aeromonas spp., Pseudomonas spp., Enterococcus spp. and Enterobacteriaceae were found in the cultivation water (water from a fishpond cultivation), tegument, gut, and fresh fillets. Staphylococcus spp. was not isolated in the cultivation water. Salmonella spp. was not detected. The count variable of 10 to 10³ CFU or MPN.(g or mL)-1. Associated to freshwater tilapia fillet processing, there is a large variety of microorganisms related to foodborne illnesses and fish products deterioration.

Isolation and characterization of bacterial strains with a hydrolytic profile with potential use in bioconversion of agroindustial by-products and waste

There is a trend towards the use of novel technologies nowadays, mainly focused on biological processes, for recycling and the efficient utilization of organic residues that can be metabolized by different microorganisms as a source of energy. In the present study the isolation of bacterial strains from six different agro-industrial by-products and waste was performed with the objective of evaluating their hydrolytic capacities and suitability for use in bioconversion of specific substrates. The 34 isolated strains were screened in specific culture media for the production of various hydrolytic enzymes (lipase, protease, cellulase, and amylase). It was found that 28 strains exhibited proteolytic activity, 18 had lipolytic activity, 13 had caseinolytic activity, 15 had amylolytic activity, and 11 strains exhibited cellulolytic activity. The strains that showed the highest hydrolytic capacities with biotechnological potential were selected, characterized genotipically, and identified as Bacillus, Serratia, Enterococcus, Klebsiella, Stenotrophomonas, Lactococcus, and Escherichia genera. It was concluded that the strain isolates have a high potential for use in the bioconversion of agro-industrial waste, both as a pure culture and as a microbial consortium.

Ultrafiltration performance of PVDF, PES, and cellulose membranes for the treatment of coconut water (Cocos nucifera L.)

Ultrafiltration (UF) inhibits the enzymatic activity which is responsible for color changes of coconut water without the need for heat treatment. In the present study, UF performance in terms of the permeate flux and enzymatic retention of the coconut water was evaluated at laboratory unit (LU) and pilot unit (PU). The membranes studied were polyethersulfone 150 kDa (UP150), polyvinylidene fluoride 150 kDa (UV150) and cellulose 30 kDa (UC030). The UP150 membrane showed the best permeate flux. The UC030 membrane showed the lowest flux, but it resulted in 100% enzymatic retention, while the other membranes showed enzymatic retentions between 71 and 85%. The application of the UC030 in the pilot unit (PU) resulted in a flux value higher than that obtained in the LU due to the tangential velocity effect. The UC030 membrane has proved adequate for industrial applications.

Green and brown propolis: efficient natural biocides for the control of bacterial contamination of alcoholic fermentation of distilled beverage

This study aimed to evaluate the efficiency of natural biocides, brown and green propolis, for the control of bacterial contamination in the production of sugarcane spirit. The treatments consisted of brown and green propolis extracts, ampicillin, and a control and were assessed at the beginning and end of harvest season in ten fermentation cycles. In the microbiological analyses, the lactic acid bacteria were quantified in the inoculum before and after the treatment with biocides, and the viability of yeast cells during fermentation was evaluated. The levels of acids, glycerol, total residual reducing sugars, and ethanol were analyzed for the wine resulting from each fermentation cycle. A reduction in the number of bacterial contaminants in the inoculum in the treatments with the natural biocides was observed, but it did not affect the viability of yeast cells. The control of the contaminants led to the production of higher levels of ethanol and reduced acidity in the wine produced. The results of the use of brown and green propolis to control the growth microorganisms in the fermentation of sugarcane spirit can be of great importance for using alternative strategies to synthetic antibacterials in fermentation processes including other distilled beverage or spirits.

Adsorption capacity of phenolic compounds onto cellulose and xylan

The interaction between three phenolic compounds (catechin, caffeic acid and ferulic acid) onto two dietary fibres (cellulose and xylan) has been evaluated to inquire possible interferences on the biodisponibility of phenolic compounds. The adsorption kinetics were performed using solutions containing 100 mg/L of phenolic compounds during a contact time ranging between 10 and 120 minutes at pH 2.0, 4.5, and 7.0. After the kinetics, isotherms were obtained using phenolic compounds concentration ranging between 10 and 80 mg/L during 60 minutes, at pH 2.0 and 7.0 and temperature of 36 °C. Results indicate that adsorbed quantities mainly changed in function of pH, however the maximum adsorption was only of 0.978 mg of caffeic acid/g of xylan at pH 2 and after 60 min. Redlich-Peterson model were able to predict the adsorption isotherms of all phenolic compounds onto cellulose, except for caffeic acid at pH 7.0. The low adsorption capacities observed suggest that both dietary fibres are unable to compromise the biodisponibility of phenolic compounds, especially in the small intestine, where they are partially absorbed.

Bacterial adhesion and biofilm formation on monolithic zirconia

Tutkimuksen tavoitteena oli selvittää bakteerien kiinnittymistä ja bakteeribiofilmin muodostumista implanttimateriaalien pinnalla. Monoliittisen zirkonian ja lasikeramien käyttö implanttikruunujen materiaaleina kasvaa jatkuvasti. Zirkoniaa käytetään myös abutmenttien materiaalina esteettisillä alueilla. Tällä hetkellä on vain vähän tutkimustietoa näiden implanttikruunumateriaalien sekä implanttikruunujen sementoimiseen käytetyn sementin pinnalla tapahtuvasta bakteeriadheesiosta ja biofilmin muodostumisesta. Bakteerien adheesiota ja biofilmin muodistumista tutkittiin neljän eri materiaalin pinnalla. Tutkimuksessa käytetyt materiaalit olivat: (1) Litiumdisilikaatti (LDS; IPS e.max CAD, Ivoclar Vivadent,kontrolli), (2) Kokonaan stabiloitu zirkonia (FSZ; Prettau Anterior, Zirkonzahn), (3) Osittain stabiloitu zirkonia (PSZ; Katana, Noritake), ja (4) Kaksoiskovetteinen sementti (DCC; Multilink hybrid abutment cement, Ivoclar Vivadent). Kaikki tutkimuksessa käytetyt materiaalit valmisteltiin ja kiillotettiin valmistajien ohjeiden mukaisesti Tutkittavat pinnat inkuboitiin Streptococcus mutans-suspensiossa +37°C:ssä asteessa. Bakteeriadheesiotestissä inkubointiaika oli 30 minuuttia ja biofilmitestissä vastaava aika oli 24 tuntia. Materiaalien pintoja tarkasteltiin myös elektronimikroskooppia käyttäen. Tutkimuksessa todettiin, että bakteeriadheesiossa oli eroja eri materiaalien välillä. Biofilmin. muodostumisessa ei todettu tilastollisesti merkittäviä eroja tutkittavien materiaalien välillä.

Analytical modelling of bacterial migration and accumulation with rate-limited sorption in discrete fractures

An analytical model for bacterial accumulation in a discrete fractllre has been developed. The transport and accumlllation processes incorporate into the model include advection, dispersion, rate-limited adsorption, rate-limited desorption, irreversible adsorption, attachment, detachment, growth and first order decay botl1 in sorbed and aqueous phases. An analytical solution in Laplace space is derived and nlln1erically inverted. The model is implemented in the code BIOFRAC vvhich is written in Fortran 99. The model is derived for two phases, Phase I, where adsorption-desorption are dominant, and Phase II, where attachment-detachment are dominant. Phase I ends yvhen enollgh bacteria to fully cover the substratllm have accllillulated. The model for Phase I vvas verified by comparing to the Ogata-Banks solution and the model for Phase II was verified by comparing to a nonHomogenous version of the Ogata-Banks solution. After verification, a sensitiv"ity analysis on the inpllt parameters was performed. The sensitivity analysis was condllcted by varying one inpllt parameter vvhile all others were fixed and observing the impact on the shape of the clirve describing bacterial concentration verSllS time. Increasing fracture apertllre allovvs more transport and thus more accllffilliation, "Vvhich diminishes the dllration of Phase I. The larger the bacteria size, the faster the sllbstratum will be covered. Increasing adsorption rate, was observed to increase the dllration of Phase I. Contrary to the aSSllmption ofllniform biofilm thickness, the accllffilliation starts frOll1 the inlet, and the bacterial concentration in aqlleous phase moving towards the olitiet declines, sloyving the accumulation at the outlet. Increasing the desorption rate, redllces the dliration of Phase I, speeding IIp the accllmlilation. It was also observed that Phase II is of longer duration than Phase I. Increasing the attachment rate lengthens the accliffililation period. High rates of detachment speeds up the transport. The grovvth and decay rates have no significant effect on transport, althollgh increases the concentrations in both aqueous and sorbed phases are observed. Irreversible adsorption can stop accllillulation completely if the vallIes are high.

X-ray diffraction of a gram-negative bacterial membrane mimetic

This thesis applies x-ray diffraction to measure he membrane structure of lipopolysaccharides and to develop a better model of a LPS bacterial melilbrane that can be used for biophysical research on antibiotics that attack cell membranes. \iVe ha'e Inodified the Physics department x-ray machine for use 3.'3 a thin film diffractometer, and have lesigned a new temperature and relative humidity controlled sample cell.\Ve tested the sample eel: by measuring the one-dimensional electron density profiles of bilayers of pope with 0%, 1%, 1G :VcJ, and 100% by weight lipo-polysaccharide from Pse'udo'lTwna aeTuginosa. Background VVe now know that traditional p,ntibiotics ,I,re losing their effectiveness against ever-evolving bacteria. This is because traditional antibiotic: work against specific targets within the bacterial cell, and with genetic mutations over time, themtibiotic no longer works. One possible solution are antimicrobial peptides. These are short proteins that are part of the immune systems of many animals, and some of them attack bacteria directly at the membrane of the cell, causing the bacterium to rupture and die. Since the membranes of most bacteria share common structural features, and these featuret, are unlikely to evolve very much, these peptides should effectively kill many types of bacteria wi Lhout much evolved resistance. But why do these peptides kill bacterial cel: '3 , but not the cells of the host animal? For gramnegative bacteria, the most likely reason is that t Ileir outer membrane is made of lipopolysaccharides (LPS), which is very different from an animal :;ell membrane. Up to now, what we knovv about how these peptides work was likely done with r !10spholipid models of animal cell membranes, and not with the more complex lipopolysa,echaricies, If we want to make better pepticies, ones that we can use to fight all types of infection, we need a more accurate molecular picture of how they \vork. This will hopefully be one step forward to the ( esign of better treatments for bacterial infections.

Surface display of proteins by Gram-negative bacterial autotransporters

Affiliation: Faculté de Médecine Vétérinaire, Université de Montréal

Développement de méthodes analytiques de séparation des produits de digestion enzymatique des dérivés de cellulose

La cellulose et ses dérivés sont utilisés dans un vaste nombre d’applications incluant le domaine pharmaceutique pour la fabrication de médicaments en tant qu’excipient. Différents dérivés cellulosiques tels que le carboxyméthylcellulose (CMC) et l’hydroxyéthylcellulose (HEC) sont disponibles sur le commerce. Le degré de polymérisation et de modification diffèrent énormément d’un fournisseur à l’autre tout dépendamment de l’origine de la cellulose et de leur procédé de dérivation, leur conférant ainsi différentes propriétés physico-chimiques qui leurs sont propres, telles que la viscosité et la solubilité. Notre intérêt est de développer une méthode analytique permettant de distinguer la différence entre deux sources d’un produit CMC ou HEC. L’objectif spécifique de cette étude de maitrise était l’obtention d’un profil cartographique de ces biopolymères complexes et ce, par le développement d’une méthode de digestion enzymatique donnant les oligosaccharides de plus petites tailles et par la séparation de ces oligosaccharides par les méthodes chromatographiques simples. La digestion fut étudiée avec différents paramètres, tel que le milieu de l’hydrolyse, le pH, la température, le temps de digestion et le ratio substrat/enzyme. Une cellulase de Trichoderma reesei ATCC 26921 fut utilisée pour la digestion partielle de nos échantillons de cellulose. Les oligosaccharides ne possédant pas de groupements chromophores ou fluorophores, ils ne peuvent donc être détectés ni par absorbance UV-Vis, ni par fluorescence. Il a donc été question d’élaborer une méthode de marquage des oligosaccharides avec différents agents, tels que l’acide 8-aminopyrène-1,3,6-trisulfonique (APTS), le 3-acétylamino-6-aminoacridine (AA-Ac) et la phénylhydrazine (PHN). Enfin, l’utilisation de l’électrophorèse capillaire et la chromatographie liquide à haute performance a permis la séparation des produits de digestion enzymatique des dérivés de cellulose. Pour chacune de ces méthodes analytiques, plusieurs paramètres de séparation ont été étudiés.

Semisynthetic aminoglycoside antibiotics : toward biomimetic synthesis, evasion of bacterial resistance and reduced toxicity

Les antibiotiques aminoglycosidiques sont des agents bactéricides de grande valeur et d’efficacité à large spectre contre les pathogènes Gram-positifs et Gram-négatifs, dont plusieurs membres naturels et semisynthétiques sont importants dans l’histoire clinique depuis 1950. Des travaux crystallographiques sur le ribosome, récompensés par le prix Nobel, ont démontré comment leurs diverses structures polyaminées sont adaptées pour cibler une hélice d’ARN dans le centre de codage de la sous-unité 30S du ribosome bactérien. Leur interférence avec l’affinité et la cinétique des étapes de sélection et vérification des tARN induit la synthèse de protéines à basse fidélité, et l’inhibition de la translocation, établissant un cercle vicieux d’accumulation d’antibiotique et de stress sur la membrane. En réponse à ces pressions, les pathogènes bactériens ont évolué et disséminé une panoplie de mécanismes de résistance enzymatiques et d’expulsion : tels que les N acétyltransférases, les O phosphotransférases et les O nucleotidyltransférases qui ciblent les groupements hydroxyle et amino sur le coeur des aminoglycosides; des méthyl-transférases, qui ciblent le site de liaison ribosomale; et des pompes d’expulsion actives pour l’élimination sélective des aminoglycosides, qui sont utilisés par les souches Gram-négatives. Les pathogènes les plus problématiques, qui présentent aujourd’hui une forte résilience envers la majorité des classes d’antibiotiques sur le bord de la pan-résistance ont été nommés des bactéries ESKAPE, une mnémonique pour Enterococcus faecium, Staphylococcus aureus, Klebsiella pneumoniae, Acinetobacter baumannii, Pseudomonas aeruginosa et Enterobacteriaceae. La distribution globale des souches avec des mécanismes de résistance envers les standards cliniques aminoglycosides, tels que la tobramycine, l’amikacine et la gentamicine, est comprise entre 20 et 60% des isolées cliniques. Ainsi, les aminoglycosides du type 4,6-disubstitués-2-deoxystreptamine sont inadéquats comme thérapies anti-infectieuses à large spectre. Cependant, la famille des aminoglycosides 4,5-disubstitués, incluant la butirosine, la neomycine et la paromomycine, dont la structure plus complexe, pourrait constituter une alternative. Des collègues dans le groupe Hanessian et collaborateurs d’Achaogen Inc. ont démontré que certains analogues de la paraomomycine et neomycine, modifiés par désoxygénation sur les positions 3’ et 4’, et par substitution avec la chaîne N1-α-hydroxy-γ-aminobutyramide (HABA) provenant de la butirosine, pourrait produire des antibiotiques très prometteurs. Le Chapitre 4 de cette dissertation présente la conception et le développement d’une stratégie semi-synthétique pour produire des nouveaux aminoglycosides améliorés du type 4,5 disubstitués, inspiré par des modifications biosynthétiques de la sisomicine, qui frustrent les mécanismes de résistance bactérienne distribuées globalement. Cette voie de synthèse dépend d’une réaction d’hydrogénolyse de type Tsuji catalysée par palladium, d’abord développée sur des modèles monosaccharides puis subséquemment appliquée pour générer un ensemble d’aminoglycosides hybrides entre la neomycine et la sisomicine. Les études structure-activité des divers analogues de cette nouvelle classe ont été évaluées sur une gamme de 26 souches bactériennes exprimant des mécanismes de résistance enzymatique et d’expulsion qui englobe l’ensemble des pathogènes ESKAPE. Deux des antibiotiques hybrides ont une couverture antibacterienne excellente, et cette étude a mis en évidence des candidats prometteurs pour le développement préclinique. La thérapie avec les antibiotiques aminoglycosidiques est toujours associée à une probabilité de complications néphrotoxiques. Le potentiel de toxicité de chaque aminoglycoside peut être largement corrélé avec le nombre de groupements amino et de désoxygénations. Une hypothèse de longue date dans le domaine indique que les interactions principales sont effectuées par des sels des groupements ammonium, donc l’ajustement des paramètres de pKa pourrait provoquer une dissociation plus rapide avec leurs cibles, une clairance plus efficace et globalement des analogues moins néphrotoxiques. Le Chapitre 5 de cette dissertation présente la conception et la synthèse asymétrique de chaînes N1 HABA β substitutées par mono- et bis-fluoration. Des chaînes qui possèdent des γ-N pKa dans l’intervalle entre 10 et 7.5 ont été appliquées sur une neomycine tétra-désoxygénée pour produire des antibiotiques avancés. Malgré la réduction considérable du γ N pKa, le large spectre bactéricide n’a pas été significativement affecté pour les analogues fluorés isosteriques. De plus, des études structure-toxicité évaluées avec une analyse d’apoptose propriétaire d’Achaogen ont démontré que la nouvelle chaîne β,β difluoro-N1-HABA est moins nocive sur un modèle de cellules de rein humain HK2 et elle est prometteuse pour le développement d’antibiotiques du type neomycine avec des propriétés thérapeutiques améliorées. Le chapitre final de cette dissertation présente la proposition et validation d’une synthèse biomimétique par assemblage spontané du aminoglycoside 66-40C, un dimère C2 symétrique bis-imine macrocyclique à 16 membres. La structure proposée du macrocycle a été affinée par spectroscopie nucléaire à un système trans,trans-bis-azadiène anti-parallèle. Des calculs indiquent que l’effet anomérique de la liaison α glycosidique entre les anneaux A et B fournit la pré-organisation pour le monomère 6’ aldéhydo sisomicine et favorise le produit macrocyclique observé. L’assemblage spontané dans l’eau a été étudié par la dimérisation de trois divers analogues et par des expériences d’entre croisement qui ont démontré la généralité et la stabilité du motif macrocyclique de l'aminoglycoside 66-40C.

Les propriétés mécaniques du réseau cellulose/xyloglucanes dans la croissance apicale du tube pollinique

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Persistence of porcine reproductive and respiratory syndrome virus and porcine circovirus type 2 in bacterial biofilms.

The aim of this pilot project was to investigate association of viruses with bacterial biofilms. Our preliminary data indicate that important viral pathogens of swine, namely, porcine reproductive and respiratory syndrome virus and porcine circovirus type 2, can associate with and persist within bacterial biofilms for several days.