Use of the Agilent 2100 bioanalyzer for rapid and reproducible molecular typing of Streptococcus pneumoniae

Restriction fragment length polymorphism (RFLP) analysis is an economic and fast technique for molecular typing but has the drawback of difficulties in accurately sizing DNA fragments and comparing banding patterns on agarose gels. We aimed to improve RFLP for typing of the important human pathogen Streptococcus pneumoniae and to compare the results with the commonly used typing techniques of pulsed-field gel electrophoresis and multilocus sequence typing. We designed primers to amplify a noncoding region adjacent to the pneumolysin gene. The PCR product was digested separately with six restriction endonucleases, and the DNA fragments were analyzed using an Agilent 2100 bioanalyzer for accurate sizing. The combined RFLP results for all enzymes allowed us to assign each of the 47 clinical isolates of S. pneumoniae tested to one of 33 RFLP types. RFLP analyzed using the bioanalyzer allowed discrimination between strains similar to that obtained by the more commonly used techniques of pulsed-field gel electrophoresis, which discriminated between 34 types, and multilocus sequence typing, which discriminated between 35 types, but more quickly and with less expense. RFLP of a noncoding region using the Agilent 2100 bioanalyzer could be a useful addition to the molecular typing techniques in current use for S. pneumoniae, especially as a first screen of a local population.

Molecular Typing, Virulence Traits and Antimicrobial Resistance of Diabetic Foot Staphylococci

Diabetes mellitus is a major chronic disease that continues to increase significantly. One of the most important and costly complications of diabetes are foot infections that may be colonized by pathogenic and antimicrobial resistant bacteria, harboring several virulence factors, that could impair its successful treatment. Staphylococcus aureus is one of the most prevalent isolate in diabetic foot infections, together with aerobes and anaerobes.

Disparity between Multilocus Enzyme Electrophoresis, Microsatellite Markers and Pulsed-Field Gel Electrophoresis in epidemiological tracking of Candida albicans

Various molecular systems are available for epidemiological, genetic, evolutionary, taxonomic and systematic studies of innumerable fungal infections, especially those caused by the opportunistic pathogen C. albicans. A total of 75 independent oral isolates were selected in order to compare Multilocus Enzyme Electrophoresis (MLEE), Electrophoretic Karyotyping (EK) and Microsatellite Markers (Simple Sequence Repeats - SSRs), in their abilities to differentiate and group C. albicans isolates (discriminatory power), and also, to evaluate the concordance and similarity of the groups of strains determined by cluster analysis for each fingerprinting method. Isoenzyme typing was performed using eleven enzyme systems: Adh, Sdh, M1p, Mdh, Idh, Gdh, G6pdh, Asd, Cat, Po, and Lap (data previously published). The EK method consisted of chromosomal DNA separation by pulsed-field gel electrophoresis using a CHEF system. The microsatellite markers were investigated by PCR using three polymorphic loci: EF3, CDC3, and HIS3. Dendrograms were generated by the SAHN method and UPGMA algorithm based on similarity matrices (S(SM)). The discriminatory power of the three methods was over 95%, however a paired analysis among them showed a parity of 19.7-22.4% in the identification of strains. Weak correlation was also observed among the genetic similarity matrices (S(SM)(MLEE) x S(SM)(EK) x S(SM)(SSRs)). Clustering analyses showed a mean of 9 +/- 12.4 isolates per cluster (3.8 +/- 8 isolates/taxon) for MLEE, 6.2 +/- 4.9 isolates per cluster (4 +/- 4.5 isolates/taxon) for SSRs, and 4.1 +/- 2.3 isolates per cluster (2.6 +/- 2.3 isolates/taxon) for EK. A total of 45 (13%), 39(11.2%), 5 (1.4%) and 3 (0.9%) clusters pairs from 347 showed similarity (Si) of 0.1-10%, 10.1-20%, 20.1-30% and 30.1-40%, respectively. Clinical and molecular epidemiological correlation involving the opportunistic pathogen C. albicans may be attributed dependently of each method of genotyping (i.e., MLEE, EK, and SSRs) supplemented with similarity and grouping analysis. Therefore, the use of genotyping systems that give results which offer minimum disparity, or the combination of the results of these systems, can provide greater security and consistency in the determination of strains and their genetic relationships. (C) 2010 Elsevier B.V. All rights reserved.

Value of morphotyping for the characterization of Candida albicans clinical isolates

Until recently, morphotyping, a method evaluating fringe and surface characteristics of streak colonies grown on malt agar, has been recommended as a simple and unexpensive typing method for Candida albicans isolates. The discriminatory power and reproducibility of Hunter's modified scheme of Phongpaichit's morphotyping has been evaluated on 28 C. albicans isolates recovered from the oral cavity of asymptomatic human immunodeficiency virus-positive subjects, and compared to two molecular typing methods: randomly amplified polymorphic DNA (RAPD) fingerprinting, and contour clamped homogeneous electric field (CHEF) electrophoretic karyotyping. Morphological features of streak colonies allowed to distinguish 11 different morphotypes while RAPD fingerprinting yielded 25 different patterns and CHEF electrophoresis recognized 9 karyotypes. The discriminatory power calculated with the formula of Hunter and Gaston was 0.780 for morphotyping, 0.984 for RAPD fingerprinting, and 0.630 for karyotyping. Reproducibility was tested using 43 serial isolates from 15 subjects (2 to 6 isolates per subject) and by repeating the test after one year storage of the isolates. While genetic methods generally recognized a single type for all serial isolates from each of the subjects studied, morphotyping detected strain variations in five subjects in the absence of genetic confirmation. Poor reproducibility was demonstrated repeating morphotyping after one year storage of the isolates since differences in at least one character were detected in 92.9% of the strains.

Characterization and Pathogenicity of Vibrio cholerae and Vibrio vulnificus from Marine environments

The genus Vibrioof the family Vibrionaceae are Gram negative, oxidasepositive, rod- or curved- rodshaped facultative anaerobes, widespread in marine and estuarine environments. Vibrio species are opportunistic human pathogens responsible for diarrhoeal disease, gastroenteritis, septicaemia and wound infections and are also pathogens of aquatic organisms, causing infections to crustaceans, bivalves and fishes. In the present study, marine environmental samples like seafood and water and sediment samples from aquafarms and mangroves were screened for the presence of Vibrio species. Of the134 isolates obtained from the various samples, 45 were segregated to the genus Vibrio on the basis of phenotypic characterization.like Gram staining, oxidase test, MoF test and salinity tolerance. Partial 16S rDNA sequence analysis was utilized for species level identification of the isolates and the strains were identified as V. cholerae(N=21), V. vulnificus(N=18), V. parahaemolyticus(N=3), V. alginolyticus (N=2) and V. azureus (N=1). The genetic relatedness and variations among the 45 Vibrio isolates were elucidated based on 16S rDNA sequences. Phenotypic characterization of the isolates was based on their response to 12 biochemical tests namely Voges-Proskauers’s (VP test), arginine dihydrolase , tolerance to 3% NaCl test, ONPG test that detects β-galactosidase activity, and tests for utilization of citrate, ornithine, mannitol, arabinose, sucrose, glucose, salicin and cellobiose. The isolates exhibited diverse biochemical patterns, some specific for the species and others indicative of their environmental source.Antibiogram for the isolates was determined subsequent to testing their susceptibility to 12 antibiotics by the disc diffusion method. Varying degrees of resistance to gentamycin (2.22%), ampicillin(62.22%), nalidixic acid (4.44%), vancomycin (86.66), cefixime (17.77%), rifampicin (20%), tetracycline (42.22%) and chloramphenicol (2.22%) was exhibited. All the isolates were susceptible to streptomycin, co-trimoxazole, trimethoprim and azithromycin. Isolates from all the three marine environments exhibited multiple antibiotic resistance, with high MAR index value. The molecular typing methods such as ERIC PCR and BOX PCR revealed intraspecies relatedness and genetic heterogeneity within the environmental isolatesof V. cholerae and V. vulnificus. The 21 strains of V. choleraewere serogroupedas non O1/ non O139 by screening for the presence O1rfb and O139 rfb marker genes by PCR. The virulence/virulence associated genes namely ctxA, ctxB, ace, VPI, hlyA, ompU, rtxA, toxR, zot, nagst, tcpA, nin and nanwere screened in V. cholerae and V. vulnificusstrains.The V. vulnificusstrains were also screened for three species specific genes viz., cps, vvhand viu. In V. cholerae strains, the virulence associated genes like VPI, hlyA, rtxA, ompU and toxR were confirmed by PCR. All the isolates, except for strain BTOS6, harbored at least one or a combination of the tested genes and V. choleraestrain BTPR5 isolated from prawn hosted the highest number of virulence associated genes. Among the V. vulnificusstrains, only 3 virulence genes, VPI, toxR and cps, were confirmed out of the 16 tested and only 7 of the isolates had these genes in one or more combinations. Strain BTPS6 from aquafarm and strain BTVE4 from mangrove samples yielded positive amplification for the three genes. The toxRgene from 9 strains of V. choleraeand 3 strains of V. vulnificus were cloned and sequenced for phylogenetic analysis based on nucleotide and the amino acid sequences. Multiple sequence alignment of the nucleotide sequences and amino acid sequences of the environmental strains of V. choleraerevealed that the toxRgene in the environmental strains are 100% homologous to themselves and to the V. choleraetoxR gene sequence available in the Genbank database. The 3 strains of V. vulnificus displayed high nucleotide and amino acid sequence similarity among themselves and to the sequences of V. cholerae and V. harveyi obtained from the GenBank database, but exhibited only 72% homology to the sequences of its close relative V. vulnificus. Structure prediction of the ToxR protein of Vibrio cholerae strain BTMA5 was by PHYRE2 software. The deduced amino acid sequence showed maximum resemblance with the structure of DNA-binding domain of response regulator2 from Escherichia coli k-12 Template based homology modelling in PHYRE2 successfully modelled the predicted protein and its secondary structure based on protein data bank (PDB) template c3zq7A. The pathogenicity studies were performed using the nematode Caenorhabditiselegansas a model system. The assessment of pathogenicity of environmental strain of V. choleraewas conducted with E. coli strain OP50 as the food source in control plates, environmental V. cholerae strain BTOS6, negative for all tested virulence genes, to check for the suitability of Vibrio sp. as a food source for the nematode;V. cholerae Co 366 ElTor, a clinical pathogenic strain and V. cholerae strain BTPR5 from seafood (Prawn) and positive for the tested virulence genes like VPI, hlyA, ompU,rtxA and toxR. It was found that V. cholerae strain BTOS6 could serve as a food source in place of E. coli strain OP50 but behavioral aberrations like sluggish movement and lawn avoidance and morphological abnormalities like pharyngeal and intestinal distensions and bagging were exhibited by the worms fed on V. cholerae Co 366 ElTor strain and environmental BTPR5 indicating their pathogenicity to the nematode. Assessment of pathogenicity of the environmental strains of V. vulnificus was performed with V. vulnificus strain BTPS6 which tested positive for 3 virulence genes, namely, cps, toxRand VPI, and V. vulnificus strain BTMM7 that did not possess any of the tested virulence genes. A reduction was observed in the life span of worms fed on environmental strain of V. vulnificusBTMM7 rather than on the ordinary laboratory food source, E. coli OP50. Behavioral abnormalities like sluggish movement, lawn avoidance and bagging were also observed in the worms fed with strain BTPS6, but the pharynx and the intestine were intact. The presence of multi drug resistant environmental Vibrio strainsthat constitute a major reservoir of diverse virulence genes are to be dealt with caution as they play a decisive role in pathogenicity and horizontal gene transfer in the marine environments.

Evaluation of environmental contamination of Clostridium difficile associated diarrhea in hospital rooms at St. Luke's Episcopal Hospital (SLEH) and review of literature on environmental sampling

The study was carried out at St. Luke's Episcopal Hospital to evaluate environmental contamination of Clostridium difficile in the infected patient rooms. Samples were collected from the high risk areas and were immediately cultured for the presence of Clostridium difficile . Lack of microbial typing prevented the study of molecular characterization of the Clostridium difficile isolates obtained led to a change in the study hypothesis. The study found a positivity of 10% among 50 Hospital rooms sampled for the presence of Clostridium difficile. The study provided data that led to recommendations that routine environmental sampling be carried in the hospital rooms in which patients with CDAD are housed and that effective environmental disinfection methods are used. The study also recommended molecular typing methods to allow characterization of the CD strains isolated from patients and environmental sampling to determine their type, similarity and origin.^

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.

Development and evaluation of double locus sequence typing for molecular epidemiological investigations of Clostridium difficile.

Despite the development of novel typing methods based on whole genome sequencing, most laboratories still rely on classical molecular methods for outbreak investigation or surveillance. Reference methods for Clostridium difficile include ribotyping and pulsed-field gel electrophoresis, which are band-comparing methods often difficult to establish and which require reference strain collections. Here, we present the double locus sequence typing (DLST) scheme as a tool to analyse C. difficile isolates. Using a collection of clinical C. difficile isolates recovered during a 1-year period, we evaluated the performance of DLST and compared the results to multilocus sequence typing (MLST), a sequence-based method that has been used to study the structure of bacterial populations and highlight major clones. DLST had a higher discriminatory power compared to MLST (Simpson's index of diversity of 0.979 versus 0.965) and successfully identified all isolates of the study (100 % typeability). Previous studies showed that the discriminatory power of ribotyping was comparable to that of MLST; thus, DLST might be more discriminatory than ribotyping. DLST is easy to establish and provides several advantages, including absence of DNA extraction [polymerase chain reaction (PCR) is performed on colonies], no specific instrumentation, low cost and unambiguous definition of types. Moreover, the implementation of a DLST typing scheme on an Internet database, such as that previously done for Staphylococcus aureus and Pseudomonas aeruginosa ( http://www.dlst.org ), will allow users to easily obtain the DLST type by submitting directly sequencing files and will avoid problems associated with multiple databases.

Biotype stability of Candida albicans isolates after culture storage determined by randomly amplified polymorphic DNA and phenotypical methods

P>Typing methods to evaluate isolates in relation to their phenotypical and molecular characteristics are essential in epidemiological studies. In this study, Candida albicans biotypes were determined before and after storage in order to verify their stability. Twenty C. albicans isolates were typed by Randomly Amplified Polymorphic DNA (RAPD), production of phospholipase and proteinase exoenzymes (enzymotyping) and morphotyping before and after 180 days of storage in Sabouraud dextrose agar (SDA) and sterilised distilled water. Before the storage, 19 RAPD patterns, two enzymotypes and eight morphotypes were identified. The fragment patterns obtained by RAPD, on the one hand, were not significantly altered after storage. On the other hand, the majority of the isolates changed their enzymotype and morphotype after storage. RAPD typing provided the better discriminatory index (DI) among isolates (DI = 0.995) and maintained the profile identified, thereby confirming its utility in epidemiological surveys. Based on the low reproducibility observed after storage in SDA and distilled water by morphotyping (DI = 0.853) and enzymotyping (DI = 0.521), the use of these techniques is not recommended on stored isolates.

Molecular characterization of clinical multiresistant isolates of Acinetobacter sp. from hospitals in Porto Alegre, State of Rio Grande do Sul, Brazil

INTRODUCTION: Hospitals around the world have presented multiresistant Acinetobacter sp. outbreaks. The spread of these isolates that harbor an increasing variety of resistance genes makes the treatment of these infections and their control within the hospital environment more difficult. This study aimed to evaluate the occurrence and dissemination of Acinetobacter sp. multiresistant isolates and to identify acquired resistance genes. METHODS: We analyzed 274 clinical isolates of Acinetobacter sp. from five hospitals in Porto Alegre, RS, Brazil. We evaluated the susceptibility to antimicrobial, acquired resistance genes from Ambler's classes B and D, and performed molecular typing of the isolates using enterobacterial repetitive intergenic consensus-polymerase chain reaction (ERIC-PCR) technique. RESULTS: A high (68%) percentage of multiresistant isolates of Acinetobacter sp. was observed, and 69% were resistant to carbapenems. We identified 84% of isolates belonging to species A. baumannii because they presented the gene blaOXA-51. The gene blaOXA-23 was detected in 62% of the isolates, and among these, 98% were resistant to carbapenems. Using the ERIC-PCR technique, we identified clones of Acinetobacter sp. spread among the four hospitals analyzed during the sampling period. CONCLUSIONS: The data indicate the dissemination of Acinetobacter sp. isolates among hospitals and their permanence in the hospital after one year.

Phenotypic and molecular characterization of antimicrobial resistance and virulence factors in Pseudomonas aeruginosa clinical isolates from Recife, State of Pernambuco, Brazil

INTRODUCTION: The emergence of carbapenem resistance mechanisms in Pseudomonas aeruginosa has been outstanding due to the wide spectrum of antimicrobial degradation of these bacteria, reducing of therapeutic options. METHODS: Sixty-one clinical strains of P. aeruginosa isolated from five public hospitals in Recife, Pernambuco, Brazil, were examined between 2006 and 2010, aiming of evaluating the profiles of virulence, resistance to antimicrobials, presence of metallo-β-lactamase (MBL) genes, and clonal relationship among isolates. RESULTS: A high percentage of virulence factors (34.4% mucoid colonies; 70.5% pyocyanin; 93.4% gelatinase positives; and 72.1% hemolysin positive) and a high percentage of antimicrobial resistance rates (4.9% pan-resistant and 54.1% multi-drug resistant isolates) were observed. Among the 29 isolates resistant to imipenem and/or ceftazidime, 44.8% (13/29) were MBL producers by phenotypic evaluation, and of these, 46.2% (6/13) were positive for the blaSPM-1 gene. The blaIMP and blaVIM genes were not detected. The molecular typing revealed 21 molecular profiles of which seven were detected in distinct hospitals and periods. Among the six positive blaSPM-1 isolates, three presented the same clonal profile and were from the same hospital, whereas the other three presented different clonal profiles. CONCLUSIONS: These results revealed that P. aeruginosa is able to accumulate different resistance and virulence factors, making the treatment of infections difficult. The identification of blaSPM-1 genes and the dissemination of clones in different hospitals, indicate the need for stricter application of infection control measures in hospitals in Recife, Brazil, aiming at reducing costs and damages caused by P. aeruginosa infections.

Molecular tools in the diagnostic and epidemiology of infections caused by members of Mycobacterium avium Complex

Mycobacterium avium Complex (MAC) comprises microorganisms that affect a wide range of animals including humans. The most relevant are Mycobacterium avium subspecies hominissuis (Mah) with a high impact on public health affecting mainly immunocompromised individuals and Mycobacterium avium subspecies paratuberculosis (Map) causing paratuberculosis in animals with a high economic impact worldwide. In this work, we characterized 28 human and 67 porcine Mah isolates and evaluated the relationship among them by Multiple-Locus Variable number tandem repeat Analysis (MLVA). We concluded that Mah population presented a high genetic diversity and no correlations were inferred based on geographical origin, host or biological sample. For the first time in Portugal Map strains, from asymptomatic bovine faecal samples were isolated highlighting the need of more reliable and rapid diagnostic methods for Map direct detection. Therefore, we developed an IS900 nested real time PCR with high sensitivity and specificity associated with optimized DNA extraction methodologies for faecal and milk samples. We detected 83% of 155 faecal samples from goats, cattle and sheep, and 26% of 98 milk samples from cattle, positive for Map IS900 nested real time PCR. A novel SNPs (single nucleotide polymorphisms) assay to Map characterization based on a Whole Genome Sequencing analysis was developed to elucidate the genetic relationship between strains. Based on sequential detection of 14 SNPs and on a decision tree we were able to differentiate 14 phylogenetic groups with a higher discriminatory power compared to other typing methods. A pigmented Map strain was isolated and characterized evidencing for the first time to our knowledge the existence of pigmented Type C strains. With this work, we intended to improve the ante mortem direct molecular detection of Map, to conscientiously aware for the existence of Map animal infections widespread in Portugal and to contribute to the improvement of Map and Mah epidemiological studies.