From antimicrobial agents to health promotion

A emergência de multiresistência apresentada por microrganismos é um dos grandes desafios que enfrentam actualmente os profissionais de Saúde e a população em geral. Os factores que contribuem para o desenvolvimento de resistência a antibióticos na comunidade podem ser categorizados como comportamentais ou ambientais/políticas. O objectivo deste trabalho foi caracterizar a situação actual na visão dos Pais de alunos do pré-escolar e 1º ciclo. De modo a avaliar as necessidades de intervenção e as actividades a serem desenvolvidas, um instrumento para estudar os hábitos e comportamentos adoptados na utilização de antibióticos, foi adaptado, validado e aplicado numa amostra piloto.

Antimicrobial and cytotoxic assessment of marine cyanobacteria - synechocystis and synechococcus

Aqueous extracts and organic solvent extracts of isolated marine cyanobacteria strains were tested for antimicrobial activity against a fungus, Gram-positive and Gram-negative bacteria and for cytotoxic activity against primary rat hepatocytes and HL-60 cells. Antimicrobial activity was based on the agar diffusion assay. Cytotoxic activity was measured by apoptotic cell death scored by cell surface evaluation and nuclear morphology. A high percentage of apoptotic cells were observed for HL-60 cells when treated with cyanobacterial organic extracts. Slight apoptotic effects were observed in primary rat hepatocytes when exposed to aqueous cyanobacterial extracts. Nine cyanobacteria strains were found to have antibiotic activity against two Gram-positive bacteria, Clavibacter michiganensis subsp. insidiosum and Cellulomonas uda. No inhibitory effects were found against the fungus Candida albicans and Gram-negative bacteria. Marine Synechocystis and Synechococcus extracts induce apoptosis in eukaryotic cells and cause inhibition of Gram-positive bacteria. The different activity in different extracts suggests different compounds with different polarities.

Terpinen-4-ol: estudo do efeito sinérgico/aditivo, adesão em co-cultura e alteração dos fatores de virulência sobre Candida spp

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

Caracterização molecular da resistência a antimicrobianos em Escherichia coli produtoras de β-lactamases de espectro alargado isoladas em cães e estudo da partilha de clones bacterianos entre animais de companhia e coabitantes humanos

A pressão seletiva originada pelo uso excessivo de antimicrobianos na medicina humana e veterinária tem contribuído para a emergência de estirpes bacterianas multirresistentes, sendo os estudos mais escassos relativamente à sua presença nos animais de companhia. Porque os animais e os seus proprietários partilham o mesmo espaço habitacional, apresentando comportamentos de contacto próximo, existe uma hipótese elevada de transferência microbiana inter-espécie. Ante esta possibilidade é importante escrutinar o papel dos animais de companhia enquanto reservatórios de estirpes e de genes de resistência, bem como a sua envolvência na disseminação de estirpes bacterianas multirresistentes. Importa também, investigar o papel das superfícies e objetos domésticos partilhados por ambos, como potenciadores deste fenómeno. O objetivo deste trabalho foi, identificar o filogrupo e fazer a caracterização molecular dos genes que conferem resistência aos β-lactâmicos e às quinolonas, em quarenta isolados de Escherichia coli produtoras de β-lactamases de espectro alargado (ESBL), obtidas em zaragatoas fecais de cães consultados no Hospital Veterinário do ICBAS-UP. Complementarmente pretendeu-se inferir sobre a partilha de clones de Escherichia coli e Enterococcus spp. com elevadas resistências, em cinco agregados familiares (humanos e seus animais de companhia) assim como avaliar a potencial disseminação de estirpes multirresistentes no ambiente doméstico. Previamente foram recolhidas zaragatoas de fezes, pelo e mucosa oral dos animais e em alguns casos, dos seus proprietários, e ainda do ambiente doméstico. As zaragatoas foram processadas e as estirpes isoladas com base em meios seletivos. Foram realizados testes de suscetibilidade antimicrobiana de modo a estabelecer o fenótipo de resistência de cada isolado. O DNA foi extraído por varias metodologias e técnicas de PCR foram utilizadas para caracterização de filogrupos (Escherichia coli) e identificação da espécie (Enterococcus spp.). A avaliação da proximidade filogenética entre isolados foi efetuada por ERIC PCR e PFGE. No conjunto de quarenta isolados produtores de ESBL e/ou resistentes a quinolonas verificou-se que 47,5% pertenciam ao filogrupo A, havendo uma menor prevalência do filogrupo D (25,0%), B1 (17,5%), e B2 (10,0%).A frequência de resistência nestes isolados é factualmente elevada, sendo reveladora de uma elevada pressão seletiva. Com exceção de dois isolados, os fenótipos foram justificados pela presença de β-lactamases. A frequência da presença de genes foi: 47% blaTEM, 34% blaSHV, 24% blaOXA , 18% blaCTX-M-15, 8% blaCTX-M-2, 3% blaCTX-M-9. Nos isolados resistentes às quinolonas verificou-se maioritariamente a presença de mutações nos genes cromossomais gyrA e parC, e em alguns casos a presença de um determinante de resistência mediado por plasmídeo – qnrS. Nos cinco “agregados familiares” (humanos e animais) estudados foi observada uma partilha frequente de clones de E. coli e Enterococcus faecalis com múltiplas resistências, isolados em fezes e mucosa oral de cães e gatos e fezes e mãos dos respetivos proprietários, evidenciando-se assim uma possível transferência direta entre coabitantes (agregados A, C, D, E). Ficou também comprovado com percentagens de similaridade genotípica superiores a 94% que essa disseminação também ocorre para o ambiente doméstico, envolvendo objetos dos animais e de uso comum (agregados A, E). Os resultados obtidos reforçam a necessidade de um uso prudente dos antimicrobianos, pois elevados padrões de resistências terão um impacto não só na qualidade de vida dos animais mas também na saúde humana. Adicionalmente importa sensibilizar os proprietários para a necessidade de uma maior vigilância relativamente às formas de interação com os animais, bem como para a adoção de medidas higiénicas cautelares após essa mesma interação.

Avaliação do efeito de um probiótico na performance zootécnica e microbiota entérica em coelhos (Oryctolagus cuniculus) de produção

A cunicultura é uma atividade pecuária em crescente desenvolvimento e isso traduz-se em novos desafios. Durante muitos anos a criação de coelhos recorreu em demasia ao uso de antimicrobianos com o objetivo de tratar e prevenir o aparecimento de diversas doenças. Paralelamente, estes compostos foram também usados como “promotores de crescimento”, visando essencialmente uma melhoria da eficiência digestiva. Porém, o uso indiscriminado destas substâncias levantou questões de saúde pública, como a emergência de estirpes bacterianas multirresistentes e a inerente disseminação de genes de resistência, possivelmente transferíveis ao Homem através da cadeia alimentar. No presente, existe uma enorme pressão para a adoção de estratégias que possibilitem uma redução massiva na quantidade de antimicrobianos administrados a espécies pecuárias. Este trabalho visou contribuir para o estudo de uma alternativa ao uso de antimicrobianos - os probióticos – enquanto suplementos alimentares constituídos por microrganismos vivos capazes de equilibrar a microbiota intestinal do hospedeiro. Para tal, foram constituídos dois grupos de coelhos com base na alimentação: i) grupo antibiótico, com acesso a um alimento composto suplementado com antibióticos e ii) o grupo probiótico alimentado com a mesma dieta, mas sem antibióticos e inoculado com um probiótico constituído por Escherichia coli e Enterococcus spp.. Ao longo de 22 dias de estudo foram monitorizados alguns indicadores produtivos e efetuadas recolhas periódicas de fezes para estudo microbiológico. A análise dos resultados zootécnicos permitiram verificar que o uso de probióticos em detrimento de antibióticos parece promover o crescimento de coelhos, tornando-se um método mais rentável na produção cunícula. Através de genotipagem por ERIC-PCR e PFGE, pretendeu-se verificar se as estirpes estranhas ao trato gastrointestinal dos coelhos seriam capazes de coloniza-lo, permanecendo ao longo do tempo de estudo. O facto de as estirpes inoculadas no probiótico terem sido encontradas ao longo dos dias de estudo nos coelhos aos quais foram administradas, sugere que os efeitos observados na performance zootécnica estejam relacionados com as estirpes administradas no probiótico, pelo que este poderá ser um sistema viável na substituição de antibióticos na alimentação de coelhos de produção.

Studies on the genetics of artemisinin resistance in malaria

A existência de estirpes de Plasmodium falciparum resistentes a multiplos fármacos é um dos problemas mais graves no controlo da malária. Novos fármacos, como a artemisinina (ART) e seus derivados são cada vez mais utilizados no tratamento da malaria e muito embora até ao momento não haja registos de fármaco-resistência estável à ART o seu surgimento seria desastroso devido á falta de alternativas. A investigação apresentada nesta tese descreve a selecção de resistência estável à ART e ao artesunato (ATN) utilizando um modelo roedor de malária, o parasita Plasmodium chabaudi chabaudi (Plasmodium chabaudi). Dois clones de Plasmodium chabaudi diferentes, AS-15CQ e AS-30CQ, foram inoculados em murganhos que por sua vez foram tratados na presença de concentrações sucessivamente crescentes de ATN e ART, sendo que no final do processo de seleção de resistência, os parasitas obtidos apresentavam uma resistência de 6 e 15 vezes superior ao ATN e à ART, respectivamente, em relação aos parasitas iniciais. Os clones obtidos foram nomeados respectivamente AS-ATN (obtido a partir de AS-15CQ por seleção com pressão de ATN) e AS-ART (obtido a partir de AS-30CQ por seleção com pressão de ART). A resistência obtida durante o processo de seleção é estável após clonagem, congelamento/descongelamento, passagem sanguínea na ausência de pressão de fármaco e transmissão natural através do mosquito vector. A sequência nucleotídica e o número de cópias dos genes previamente descritos na literatura como moduladores putativos de resistência à ART e seus derivados: mdr1, cg10, tctp e atp6; foi comparada entre parasitas resistentes e sensíveis, não tendo sido encontradas nenhumas alterações, quer na sequência quer no número de cópias destes genes. Posteriormente, numa tentativa de identificar os genes envolvidos na resistância à ART e ao ATN a técnica de Linkage Group Selection (LGS) foi utilizada. Para tal dois cruzamentos genéticos foram realizados. Estes cruzamentos foram realizados entre os clones fármaco-resistentes; AS-ART e AS-ATN e um clone geneticamente distinto dos anteriores e sensível aos fármacos em estudos, AJ. Após realização do LGS quatro loci genéticos; nos cromossomas de P. chabaudi 1, 2, 6 e 8 foram encontrados associados à resistência. Atendendo a que, a selecção no cromossoma 2 era a mais forte, este locus foi submetido a subsequentes análises genéticas, tendo sido encontradas duas mutações diferentes (V739F e V770F) num gene que codifica para um enzima de desubiquitinação (gene ubp-1).

Studies on the genetics of artemisinin resistance in malaria

A existência de estirpes de Plasmodium falciparum resistentes a multiplos fármacos é um dos problemas mais graves no controlo da malária. Novos fármacos, como a artemisinina (ART) e seus derivados são cada vez mais utilizados no tratamento da malaria e muito embora até ao momento não haja registos de fármaco-resistência estável à ART o seu surgimento seria desastroso devido á falta de alternativas. A investigação apresentada nesta tese descreve a selecção de resistência estável à ART e ao artesunato (ATN) utilizando um modelo roedor de malária, o parasita Plasmodium chabaudi chabaudi (Plasmodium chabaudi). Dois clones de Plasmodium chabaudi diferentes, AS-15CQ e AS-30CQ, foram inoculados em murganhos que por sua vez foram tratados na presença de concentrações sucessivamente crescentes de ATN e ART, sendo que no final do processo de seleção de resistência, os parasitas obtidos apresentavam uma resistência de 6 e 15 vezes superior ao ATN e à ART, respectivamente, em relação aos parasitas iniciais. Os clones obtidos foram nomeados respectivamente AS-ATN (obtido a partir de AS-15CQ por seleção com pressão de ATN) e AS-ART (obtido a partir de AS-30CQ por seleção com pressão de ART). A resistência obtida durante o processo de seleção é estável após clonagem, congelamento/descongelamento, passagem sanguínea na ausência de pressão de fármaco e transmissão natural através do mosquito vector. A sequência nucleotídica e o número de cópias dos genes previamente descritos na literatura como moduladores putativos de resistência à ART e seus derivados: mdr1, cg10, tctp e atp6; foi comparada entre parasitas resistentes e sensíveis, não tendo sido encontradas nenhumas alterações, quer na sequência quer no número de cópias destes genes. Posteriormente, numa tentativa de identificar os genes envolvidos na resistância à ART e ao ATN a técnica de Linkage Group Selection (LGS) foi utilizada. Para tal dois cruzamentos genéticos foram realizados. Estes cruzamentos foram realizados entre os clones fármaco-resistentes; AS-ART e AS-ATN e um clone geneticamente distinto dos anteriores e sensível aos fármacos em estudos, AJ. Após realização do LGS quatro loci genéticos; nos cromossomas de P. chabaudi 1, 2, 6 e 8 foram encontrados associados à resistência. Atendendo a que, a selecção no cromossoma 2 era a mais forte, este locus foi submetido a subsequentes análises genéticas, tendo sido encontradas duas mutações diferentes (V739F e V770F) num gene que codifica para um enzima de desubiquitinação (gene ubp-1).

Evaluation of the resistance to Schistosoma mansoni infection in Nectomys squamipes (Rodentia: Cricetidae), a natural host of infection in Brazil

The development of resistance in three stages throughout an active infection (pre-ovular, acute and initial chronic stages) was studied, comparing the total number of adult worms recovered from the reinfected group and the control groups. It was shown that Nectomys squamipes was unable to develop resistance in the tested conditions and, on the other hand, reinfection in the pre-ovular period of the parasite led the rodent to present the phenomenonacilitation, with reduction of natural resistance and an increase in the parasite load. These results suggest the existence of other forms of immunity diverse from the concomitant immunity in the host-parasite relationship, according to the employed model.

Resistance of Streptococcus pneumoniae to antimicrobials in São Paulo, Brazil: clinical features and serotypes

To study resistance to antimicrobials, serotypes and clinical features of S. pneumoniae in S. Paulo, Brazil, 50 patients with a positive culture were evaluated: 7 were considered carriers and 43 had pneumococcal infections. Pneumonia and meningitis were the most commom infections. Mortality was 34% and underlying diseases were present in 70%. Relative resistance to penicillin occurred in 24% and complete resistance was not detected. Resistance to tetracycline was 32% and to sulfamethoxazole/trimethoprim 32%; one strain had intermediate susceptibility to erythromycin; no resistance was present for chloramphenicol, rifampin or vancomycin. Resistance to at least one of the drugs tested occurred in 62%. Results by the E-test for penicillin were similar to those by the agar dilution method. There were 24 different serotypes and 74% of the strains belonged to the 23-valent vaccine including all the penicillin-resistant strains. In this study S. pneumoniae caused severe infections and presented a high resistance rate to commonly used antimicrobials. Routine surveillance of resistance and the use of vaccination, as well as the restriction of inappropriate use of antimicrobials, are recommended in São Paulo, Brazil.

Evolution of Drug Resistance: Insight on TEM β-Lactamases Structure and Activity and β-Lactam Antibiotics

Since the discovery of the first penicillin bacterial resistance to β-lactam antibiotics has spread and evolved promoting new resistances to pathogens. The most common mechanism of resistance is the production of β-lactamases that have spread thorough nature and evolve to complex phenotypes like CMT type enzymes. New antibiotics have been introduced in clinical practice, and therefore it becomes necessary a concise summary about their molecular targets, specific use and other properties. β-lactamases are still a major medical concern and they have been extensively studied and described in the scientific literature. Several authors agree that Glu166 should be the general base and Ser70 should perform the nucleophilic attack to the carbon of the carbonyl group of the β-lactam ring. Nevertheless there still is controversy on their catalytic mechanism. TEMs evolve at incredible pace presenting more complex phenotypes due to their tolerance to mutations. These mutations lead to an increasing need of novel, stronger and more specific and stable antibiotics. The present review summarizes key structural, molecular and functional aspects of ESBL, IRT and CMT TEM β-lactamases properties and up to date diagrams of the TEM variants with defined phenotype. The activity and structural characteristics of several available TEMs in the NCBI-PDB are presented, as well as the relation of the various mutated residues and their specific properties and some previously proposed catalytic mechanisms.

Immunoglobulin Fc receptors in clinical strains of Staphylococcus aureus do not confer resistance to Phagocytosis in an in vitro assay

Staphylococcus aureus binds Immunoglobulin G (IgG) on its external surface due to the presence of specific receptors for the Fc domain of this immunoglobulin. This mechanism represents a kind of camouflage against phagocytic cells. In order to confirm that possibility an in vitro evaluation of the phagocytic activity of leukocytes polymorpho-nuclear (PMN) against strains of Staphylococcus aureus was done, comparing 18 strains isolated from clinical samples and 16 from healthy individuals. The presence of Fc receptors was evaluated by haemagglutination (HA) with erythrocytes group A after incubation of the strains with IgG anti blood group A. Phagocytosis of S. aureus was carried out by mixing live bacteria with a suspension of human PMN and incubating at 37 °C for 1 h; survivors were counted as colony forming units by plating. The strains from clinical specimens showed higher HA than those from healthy individuals (p = 0.01); but the former were killed more efficiently than the latter (80-90% and 40%, respectively). It is may be possible that S. aureus showed different behavior in vivo, where could express other virulence factors to prevent the action of phagocytes.

Evaluation of the in vitro activity of six antimicrobial agents against Neisseria gonorrhoeae

Use of antimicrobials for the treatment of gonorrhea started in 1930 with the utilization of sulfonamides. With the years other drugs were used for its treatment such as penicillin, tetracycline, spectinomycin, and others. Although highly specific in the beginning, these drugs, with time did not show anymore the expected therapeutic results because of aspects of chromosomal and plasmid-mediated resistance. The purpose of this study was to evaluate the susceptibility of Neisseria gonorrhoeae strains to six drugs used for its treatment (penicillin, tetracycline, cefoxitin, thiamphenicol, spectinomycin and ofloxacin) by the determination of minimal inhibitory concentrations of these drugs. We concluded that drugs, such as cefoxitin, thiamphenicol and spectinomycin still are excellent pharmacological agents for the treatment of gonorrhea. Penicillin, although still efficient, needs more attention regarding its use, as well as ofloxacin, because of the emergence of resistant strains. Tetracycline and its derivatives should be strongly contraindicated for the treatment of gonorrhea.

Cell surface hydrophobicity and adherence of a strain of group B streptococci during the post-antibiotic effect of penicillin

The minimum inhibitory concentration and post-antibiotic effects of an antimicrobial agent are parameters to be taken into consideration when determining its dosage schedules. The in vitro post-antibiotic effects on cell surface hydrophobicity and bacterial adherence were examined in one strain of group B streptococci. Exposure of the microorganism for 2 h at 37 °C to 1 x MIC of penicillin induced a PAE of 1.1 h. The cell surface charge of the Streptococcus was altered significantly during the post-antibiotic phase as shown by its ability to bind to xylene: hydrophobicity was decreased. Bacterial adherence to human buccal epithelial cells was also reduced. The results of the present investigation indicate that studies designed to determine therapeutic regimens should evaluate the clinical significance of aspects of bacterial physiology during the post-antibiotic period.

Indications of carbapenem resistance evolution through heteroresistance as an intermediate stage in Acinetobacter baumannii after carbapenem administration

We describe an in vivo evolution of an antimicrobial profile from susceptibility to full-resistance to carbapenems, with heteroresistance as an intermediate stage, in an Acinetobacter baumannii strain. Heteroresistance was characterized by the growth of sub-populations within the susceptibility halo in both disk-diffusion and Etest. PCRs for the main A. baumannii carbapenemases were negative. The exact resistance mechanism, diagnostic methods and clinical relevance of heteroresistance in A. baumannii warrant further investigations. This is the first description of such phenomenon in vivo and the second report of heteroresistance to carbapenems in A. baumannii.