ISCR and their association with antibiotic resistance genes

A prevalência de bactérias resistentes a antibióticos em ambiente hospitalar tem vindo a tornar-se dramática e preocupante a nível mundial. Contudo, com a utilização inadequada de antibióticos em áreas tão diversas como a veterinária, a aquacultura e a agricultura, esta deixou de estar confinada ao ambiente hospitalar, sendo o ambiente um reservatório natural de microganismos resistentes a estes compostos. O conhecimento detalhado dos determinantes de resistência a antibióticos presentes nestes ambientes, sejam estes genes de resistência ou estruturas envolvidas na sua mobilização, é fundamental, não só do ponto de vista do conhecimento como para a eventual implementação de medidas de contenção da sua disseminação. Neste contexto, são necessários estudos que permitam conhecer o panorama mais realista da distribuição destes determinantes de resistência a antibióticos, quer no meio ambiente quer no ambiente clínico. Assim, constituiu objectivo principal deste trabalho contribuir para o conhecimento do panorama actual da prevalência e distribuição dos elementos ISCR, bem como de outros determinantes de resistência a antibióticos em espécies de Gram-negativo clinicamente relevantes (Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae, Acinetobacter baumannii e Citrobacter freundii) recolhidas a partir de amostras de pacientes do Hospital Infante D. Pedro, EPE, Aveiro, Portugal, entre 2006 e 2008. Adicionalmente, foram também recolhidas bactérias de Gram-negativo do meio ambiente, a partir de amostras de águas e de vísceras de peixes, nas quais foram igualmente pesquisados os elementos acima referidos. À excepção dos isolados de E. coli e de Gramnegativo ambientais, todas as estirpes estudadas foram seleccionadas com base no seu perfil de multirresistência a antibióticos. Os resultados mostraram que em todas as espécies recolhidas no ambiente hospitalar foi detectada a presença de elementos ISCR, do tipo ISCR1 ou ISCR2. O elemento ISCR1, foi encontrado em isolados de E. coli, K. pneumoniae e C. freundii e o elemento ISCR2 em isolados de A. baumannii. Não foi detectada a presença de ISCRs nos isolados de Gram-negativo ambientais, o que sugere que a ocorrência dos mesmos é fortemente influenciada pela pressão selectiva exercida pelo ambiente em que os microrganismos se encontram. Genes qnr e integrões de classe 1 foram os determinantes de resistência mais frequentemente encontrados associados aos elementos ISCR1. Os vários determinantes de resistência foram encontrados em diferentes contextos genéticos e localizados em estruturas móveis, nomeadamente em plasmídeos. O elemento ISCR2 presente em isolados de A. baumannii encontra-se associado ao gene sul2 em todos os isolados, dentro de um mesmo contexto genético e com uma localização cromossomal. Contudo, o contexto genético encontrado nestes isolados é novo não tendo sido descrito até à data em outros microrganismos. O presente estudo constitui a primeira descrição de elementos ISCR intrinsecamente ligados a genes de resistência a antibióticos, em Portugal. Uma vez que estes elementos parecem ser responsáveis pela mobilização de um grande número de genes de resistência a antibióticos, a sua elevada incidência entre estirpes resistentes e multirresistentes, bem como a sua associação com genes de resistência é preocupante e requer vigilância.

Topical bacteriophage therapy of the infected diabetic foot

Tese de doutoramento, Medicina (Medicina Interna), Universidade de Lisboa, Faculdade de Medicina, 2014

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.

Tipificación y perfiles de resistencia antibiótica en unidades neonatales de Bogotá durante los años 2008-2012

La sepsis neonatal ha sido un problema en las unidades de cuidado intensivo al rededor del mundo. Su incidencia aumenta diez veces cuando el recién nacido es de muy bajo peso. El aislamiento de gérmenes resistentes en los cultivos tomados a los recién nacidos ha permitido identificar el comportamiento de los antibióticos de uso común. El presente estudio analítico de corte transversal realizado durante los años 2008 al 2012 en diez unidades de cuidados intensivos neonatales de la ciudad de Bogotá analizó la base de datos de los laboratorios de microbiología, obteniendo un total de 22.153 muestras de las cuales 7.132 ( 32.9%) fueron elegibles. Utilizando el software Whonet 5.6 y tomando solo el primer aislamiento por año y por paciente se realizaron análisis descriptivos y de resistencia bacteriana. Los resultados obtenidos fueron similares a los reportados en la literatura donde los gérmenes gran positivos son los más comúnmente aislados con un 53.2%, seguidos en importancia por los gérmenes gran negativos. Klebsiella pneumoniae y Escherichia coli en conjunto aportan 27.22%, presentando un aumento en el porcentaje de BLEE (Betalactamasa de Espectro Extendido) y aparición de carbapenemasas durante los años de estudio. El Acinetobacter baumannii ha duplicado la resistencia a ampicilina sulbactam llegando al 66.7%. Las candidas fueron aisladas en un porcentaje muy bajo sin documentarse resistencias. El Estafilococo aureus no presenta resistencias que sugiera la aparición de nuevos clones.

The Challenges of Antimicrobial Resistance in Brazil

Brazil is a country with continental proportions with high geographic and economic diversity. Despite its medical centers of excellence, antimicrobial resistance poses a major therapeutic challenge. Rates of methicillin-resistant Staphylococcus aureus are up to 60% and are related to an endemic Brazilian clone. Local resistance to vancomycin in Enterococci was first related to Enterococcus faecalis, which differs from European and American epidemiology. Also, local Klebsiella pneumoniae and Escherichia coli isolates producing extended-spectrum beta-lactamases have a much higher prevalence (40%-50% and 10%-18%, respectively). Carbapenem resistance among the enterobacteriaceae group is becoming a major problem, and K. pneumoniae carbapenemase isolates have been reported in different states. Among nonfermenters, carbapenem resistance is strongly related to SPM-1 (Pseudomonasaeruginosa) and OXA-23 (Acinetobacter baumannii complex) enzymes, and a colistin-only susceptible phenotype has also emerged in these isolates, which is worrisome. Local actions without loosing the global resistance perspective will demand multidisciplinary actions, new policies, and political engagement.

Detection of mixed microbial biofilms on central venous catheters removed from Intensive care Unit Patients

Cateteres venosos centrais inseridos em pacientes internados em unidade de terapia intensiva foram avaliados por métodos microbiológicos (cultura semi-quantitativa) e microscopia eletrônica de varredura a fim de detectar adesão microbiana e correlacionar com a cultura de sangue. Durante o período de estudo, foram avaliados 59 pacientes com cateter venoso central. A idade dos pacientes, sexo, sítio de inserção e tempo de permanência do cateter foram anotados. O cateter era de poliuretano não tunelizado e de único lúmen. O sangue para cultura foi coletado no momento da remoção do cateter. de 63 pontas de cateteres, 30 (47,6%) foram colonizadas e a infecção encontrada em 5 (23,8%) cateteres. A infecção foi mais prevalente em 26 pacientes (41,3%) com cateteres inseridos em veia subclávia do que nos 3 (3,2%) inseridos em veia jugular. A infecção foi observada com mais freqüência em cateteres com tempo de permanência maior do que sete dias. Os microrganismos isolados incluíram 32 estafilococos coagulase-negativa (29,7%), 61 bactérias Gram-negativas (52,9%), 9 estafilcocos coagulase-positiva (8,3%) e 3 leveduras (2,7%). Como agentes causais de infecções em unidade de terapia intensiva foram isolados E. aerogenes, P. aeruginosa, A. baumannii. Os antimicrobianos com maior atividade in vitro contra as bactérias Gram-negativas foram o imipenem e contra as Gram-positivas vancomicina, cefepime, penicilina, rifampicina e tetraciclina. As análises por microscopia eletrônica de varredura revelaram biofilmes sobre a superfície de todos os cateteres examinados.

Isolamento e caracterização de bactérias degradadoras do herbicida diuron

Solos provenientes de áreas cultivadas com cana-de-açúcar, e histórico de utilização do herbicida diuron, foram utilizados para isolamento e caracterização de linhagens bacterianas com potencial de degradar este herbicida. As linhagens foram isoladas de solos da rizosfera de cana-de-açúcar e de solos das entre linhas. Noventa e oito linhagens foram isoladas, das quais 27 foram selecionadas para avaliação do crescimento em meio mineral sólido suplementado com diuron nas concentrações de 5, 10 e 20 mig mL-1. Neste experimento, 5 linhagens apresentaram um crescimento exponencial entre 0-48 horas (Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (EMBRAPA)-CNPMA D12-12, D12-14 e D16-12) e entre 0-110 horas (Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (EMBRAPA)-CNPMA D11-9 e D12-18), similar ao controle. A linhagem Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (EMBRAPA)-CNPMA D12-12 identificada como Acinetobacter baumannii, foi selecionada para estudo de cinética de crescimento em meio mineral, com e sem fonte de nitrogênio, com e sem glicose (0,5%) e suplementado com diuron nas concentrações 20, 50 e 100 mig mL-1, apresentando variação em função da fonte de N, da presença da glicose e da concentração do diuron.

Atividade comparada da cefepima, cefpiroma e amicacina em amostras bacterianas hospitalares

The objective of this study was to evaluate the in vitro activity of cefepime, cefpirome and amikacin against the most prevalent nosocomial bacteria. Initially a prospective study was designed to compare the bacterial susceptibility to the three drugs using 1,022 pathogenic strains. The strains were isolated from hospitalized patients of the Hospital das Clinicas - Faculdade de Medicina de Botucatu, SP, from March to December of 1996, by using the Bauer-Kirby susceptibility diffusion controlled method. The activity of cefepime by the Kirby-Bauer method was significantly higher (χ2, p ≤ 0.05) than cefpirome and amikacin for the following bacteria: P. aeruginosa (72% x 56% x 64%, respectively), Enterobacter cloacae (98% x 88% x 80%) and total strains (79.5% x 74.3% x 76.8%). Cefpirome exhibited higher activity than cefepime only to Enterococcus faecalis (42% x 23%). In the 12 other bacterial groups studied the sensibility of the three drugs was similar (χ2, p ≥ 0.05). The minimal inhibitory concentration (MIC) for 127 bacterial strains - Enterobacter cloacae (12), Citrobacter sp (15), Pseudomonas aeruginosa (50), Acinetobacter baumannii (12), BGNF others (22) and Enterococcus faecalis (16)-from the same origin previously described and isolated during 1997, was determined by E-test. Ranges of MIC intervals, MIC(50%), MIC(90%) and the proportion of the sensitive bacterial strains were determined and permitted the following analysis: the activity of cefepime against Gram-negative bacteria was 2 or more times higher than that of cefpirome and amikacin, specially when CIM(90%) was considered; the activity of cefpirome was higher only against E. faecalis. This information must be considered in the rational use of antibiotic, specially in patients with nosocomial infections.

Comparação entre o sistema Autoścan-4 e métodos convencionais na identificação de bacilos Gram-negativos não fermentadores, isolados de materiais clínicos de pacientes em Presidente Prudente - SP

Ninety eight strains of glucose-nonfermenting Gram-negative bacilli were analyzed and isolated from several clinical materials of 95 patients admitted at the Dr. Domingos Leonardo Cerávolo University Hospital and three from outpatients. All of them were assisted in the Laboratory of Clinical Analysis of Unoeste University, Presidente Prudente, SP, from the period of October of 1999 to April of 2001. In this work, the level of agreement between the semi-automated commercial system AutoScan-4 and the conventional system for the identification of those bacteria were studied comparatively. There was agreement in 81 (82.7%), showing that both methodologies are useful for identification; partial agreement in six strains (6.1%) and disagreement in 11 (11.2%). The comercial system did not identify nine (9.2%) of the strains and reported them as very rare biotypes.

Padrão de sensibilidade aos antimicrobianos de bacilos gram-negativos não fermentadores isolados de materiais clínicos de pacientes em Presidente Prudente - SP

The aim of this study was the assessment of isolation frequency and antimicrobial susceptibility pattern of nonfermenting Gram-negative bacilli. Ninety eight strains of nonfermenting Gram-negative bacilli, isolated from several clinical materials of patients admited at the Dr. Domingos Leonardo Cerávolo University Hospital and at Dr. Odilo Antunes Siqueira State Hospital, as well as from every outpatient; assisted at Laboratory of Clinical Analysis of Unoeste University, Presidente Prudente, São Paulo, in the period of October 1999 to April 2001 were analyzed. The most frequent species were Pseudomonas aeruginosa (65.3%) and Acinetobacter baumannii (23.5%). The frequency of the other isolated species was smaller than 2.5%. In the antimicrobial susceptibility tests, the two species more prevalent showed high resistance. The antibiotic most active in vitro was the imipenem, with 79.6% in microdiluition method, and 76.6% in diffusion method, for Pseudomonas aeruginosa strains and 100.0% in both microdiluition and diffusion methods, for Acinetobacter baumannii. The cephalosporins of third generation, the ciprofloxacin and the aminoglycosides, presented percentage of susceptibility varying from 22.4 to 69.7%. These results bring implications to the emergency use of the antimicrobial agents in the treatment of patients with severe infection.

Avaliação microbiológica da superfície dos implantes ortopédicos metálicos usados para fixar fraturas ósseas

In the majority of cases of bone fracture requiring surgery, orthopedic implants (screw-plate and screw) are used for osteosynthesis and the infections associated with such implants are due to the growth of microorganisms in biofilms. The objective of this study was to identify microorganisms recovered from osteosynthesis implants used to fix bone fractures, to assess the viability of the cells and the ability of staphylococci to adhere to a substrate and to determine their sensitivity/resistance to antimicrobials. After surgical removal, the metal parts of austenitic stainless steel (ASTM F138/F139 or ISO NBR 5832-1/9) were transported to the Laboratory of Clinical Microbiology, washed in buffer and subjected to ultrasonic bath at 40±2 kHz for 5 minutes. The sonicated fluid was used to seed solid culture media and cell viability was assessed under the microscope by with the aid of a fluorescent marker. The production of extracellular polysaccharide by Staphylococcus spp. was investigated by means of adhesion to a polystyrene plate. The profile of susceptibility to antimicrobials was determined by the disk diffusion assay. The most frequently isolated bacteria included coagulase-negative Staphylococcus resistant to erythromycin, clindamycin and oxacillin. Less frequent were Pseudomonas aeruginosa resistant to trimethoprim/sulfamethoxazole and ampicillin, Acinetobacter baumannii resistant to ceftazidime, Enterobacter cloacae resistant to cephalothin, cefoxitin, cefazolin, levofloxacin and ciprofloxacin, Bacillus spp. and Candida tropicalis. The observation of slides by fluorescence microscope showed clusters of living cells embedded in a transparent matrix. The test for adherence of coagulase-negative Staphylococcus to a polystyrene plate showed that these microorganisms produce extracellular polysaccharide. In conclusion, the metal parts were colonized by bacteria related to orthopedic implant infection, which were resistant to multiple antibiotics.

Impacto das condições climáticas sobre a etiologia das bacteremias nosocomiais no Hospital das Clínicas da Faculdade de Medicina de Botucatu-UNESP

Pós-graduação em Doenças Tropicais - FMB

Colonização de cateteres venosos centrais por biofilme microbiano

Pós-graduação em Biociências e Biotecnologia Aplicadas à Farmácia - FCFAR

Bases moleculares da resistência ao mercúrio em bactérias Gram-negativas da Amazônia brasileira

Mercúrio é um dos elementos mais tóxicos tanto para seres humanos como os demais animais. Em ambientes naturais seus compostos podem ter origem em fontes naturais ou em decorrência da ação do homem. A atividade microbiana tem papel crítico na biorremediação. A resistência ao mercúrio nas bactérias está associada a um conjunto de genes organizados no operon mer. Considerando este cenário realizamos um estudo com bactérias Gram-negativas isoladas de sedimento de rios de duas áreas com distintos graus de atividade antropogênica, Barreiras e Caxiuanã. A resistência ao mercúrio foi avaliada em ensaios de crescimento in vitro da bactéria em meio contendo Hg. A presença do operon mer foi determinada por PCR para os genes RTPCABD, componentes do operon. O ensaio in vitro, determinou que apenas 2 isolados dos 107 avaliados, Acinetobacter baumannii de Caxiuanã e Pseudomonas stutzeri de Barreiras, apresentavam resistência ao Hg. Um operon mer foi identificado e caracterizado apenas do isolado Acinetobacter baumannii. Este apresenta os genes RTPCAD e sua organização e seqüência nucleotídica possui identidade total com o operon mer de um isolado de Acinetobacter calcoaceticus da Rússia.

Tropical Healthcare Epidemiology: Weather Determinants of the Etiology of Bloodstream Infections in a Brazilian Hospital

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)