Clinical relevance of the ESKAPE pathogens.

In recent years, the Infectious Diseases Society of America has highlighted a faction of antibiotic-resistant bacteria (Enterococcus faecium, Staphylococcus aureus, Klebsiella pneumoniae, Acinetobacter baumannii, Pseudomonas aeruginosa and Enterobacter spp.) - acronymically dubbed 'the ESKAPE pathogens' - capable of 'escaping' the biocidal action of antibiotics and mutually representing new paradigms in pathogenesis, transmission and resistance. This review aims to consolidate clinically relevant background information on the ESKAPE pathogens and provide a contemporary summary of bacterial resistance, alongside pertinent microbiological considerations necessary to face the mounting threat of antimicrobial resistance.

Desenvolvimento de pastilha potencialmente probiótica

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Non-clinical isolates bring new findings on enterococcal virulence

Dissertation presented to obtain the PhD degree in Biology

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.

Estudio de las comunidades microbianas de embutidos fermentados ligeramente acidificados mediante técnicas moleculares. Estandarización, seguridad y mejora tecnológica.

Los embutidos fermentados ligeramente acidificados son un grupo de productos tradicionales mediterráneos, caracterizados por un pH superior a 5,3. Para un control eficiente de la seguridad microbiológica de los embutidos se necesitan técnicas rápidas para la identificación y recuento de los microorganismos patógenos a estudiar. En el presente trabajo, se desarrolló una técnica para la enumeración de L. monocytogenes que combinó el método del número más probable y la identificación mediante PCR específica. Para la detección de Salmonella spp. y L. monocytogenes se desarrolló un sistema de PCR-multiplex que permitió la identificación de ambos patógenos de forma simultánea en una sola reacción. El estudio de la calidad microbiológica de los embutidos fermentados ligeramente acidificados se completó con la caracterización de las comunidades microbianas más importantes en estos productos. Se identificaron a nivel de especie los aislados de bacterias del ácido láctico (BAL), de enterococos y de cocos gram-positivos catalasa-positivos (CGC+). Posteriormente se realizó una tipificación molecular de los mismos mediante RAPD y análisis del perfil plasmídico y se estudiaron las principales características de interés higiénico-sanitario y tecnológico de las cepas. Mediante PCR se identificó Lactobacillus sakei como la especie predominante (74%), seguida por Lactobacillus curvatus (21,2%). La actividad aminoácido-descarboxilasa se asoció a la especie L. curvatus (el 66% de los aislados presentaron esta actividad). La identificación de los enterococos se realizó mediante PCR-multiplex y por secuenciación del gen sodA. Enterococcus faecium fue la especie de enterococos predominante (51,9%) seguida por Enterococcus faecalis (14,2%). Todas las cepas de E. faecalis presentaron genes asociados a factores de virulencia. E. faecalis presentó mayor resistencia a antibióticos que el resto de las especies de enterococos estudiadas. Tan sólo una cepa de E. faecium presentó el genotipo vanA (que confiere resistencia de alto nivel a la vancomicina). La identificación de los aislados de CGC+ (mediante PCR específica y amplificación de la región intergénica 16S-23S ARNr) demostró que Staphylococcus xylosus es la especie predominante en los embutidos fermentados ligeramente acidificados (80,8%). La amina biógena más común en los CGC+ fue la feniletilamina, producida por un 10,8% de aislados. Un pequeño porcentaje de aislados fueron mecA+ (4,6%), presentando además resistencia a múltiples antibióticos. El potencial enterotoxigénico de las cepas de CGC+ fue muy reducido (3,3% de los aislados), detectándose únicamente el gen entC. El estudio pormenorizado de las comunidades bacterianas de interés permitió la selección de 2 cepas de L. sakei y 2 cepas de S. xylosus con características tecnológicas e higiénico-sanitarias óptimas. Para evaluar su efectividad como cultivos iniciadores se elaboraron dos tipos de embutidos ligeramente ácidos, chorizo y fuet, inoculados con microorganismos patógenos (Salmonella spp., L. monocytogenes y S. aureus). El uso de cultivos iniciadores permitió el control de L. monocytogenes, Enterobacteriaceae y Enterococcus así como del contenido en aminas biógenas. Los recuentos de Salmonella spp. disminuyeron de forma significante durante la maduración de los embutidos, independientemente del uso de cultivos iniciadores. El uso del tratamiento de alta presión (400 MPa) en los embutidos madurados consiguió la ausencia de Salmonella spp. en los lotes tratados.

A Study on the Efficiency of Synbiotics for Prevention and Control of Diarrhoea in 21 Dogs Submitted to Radiotherapy

A synbiotic is a formulation containing both probiotics and prebiotics. This study aims to evaluate the effect of supplementation with a synbiotic containing Enterococcus faecium strain E1707 (NCIMB 10415) in preventing or controlling diarrhoea and other gastrointestinal signs in boarded canine radiotherapy patients. A double-blind, randomized, placebocontrolled clinical trial was carried out in 21 adult dogs undergoing radiotherapy and boarded for a duration period of 2 to 3 weeks to treat their cancers. Dogs were randomly divided between two groups: A and B, the synbiotic and placebo group, respectively. The content of the sachets was added to the food once daily. Faecal score was assessed daily, and dogs were also monitored for the development of diarrhoea and other gastrointestinal signs such as weight loss, reduced appetite and vomiting. The results from descriptive statistics seem to favour group B, however these findings were not validated with inferential statistics due to insufficient statistical sample power. Because of this, it is not possible to make conclusions about the benefits of synbiotic as supportive treatment for dogs undergoing radiotherapy. All results should be considered to be preliminary, until they are elucidated by further animal inclusion.

Predicting the thermal inactivation of bacteria in a solid matrix: simulation studies on the relative effects of microbial thermal resistance parameters and process conditions

A combined mathematical model for predicting heat penetration and microbial inactivation in a solid body heated by conduction was tested experimentally by inoculating agar cylinders with Salmonella typhimurium or Enterococcus faecium and heating in a water bath. Regions of growth where bacteria had survived after heating were measured by image analysis and compared with model predictions. Visualisation of the regions of growth was improved by incorporating chromogenic metabolic indicators into the agar. Preliminary tests established that the model performed satisfactorily with both test organisms and with cylinders of different diameter. The model was then used in simulation studies in which the parameters D, z, inoculum size, cylinder diameter and heating temperature were systematically varied. These simulations showed that the biological variables D, z and inoculum size had a relatively small effect on the time needed to eliminate bacteria at the cylinder axis in comparison with the physical variables heating temperature and cylinder diameter, which had a much greater relative effect. (c) 2005 Elsevier B.V All rights reserved.

Antigenotoxicity of probiotics and prebiotics on faecal water-induced DNA damage in human colon adenocarcinoma cells

Six strains of lactic acid producing bacteria (LAB) were incubated (1 x 10(8)cfu/ml) with genotoxic faecal water from a human subject. HT29 human adenocarcinoma cells were then challenged with the resultant samples and DNA damage measured using the single cell gel electrophoresis (comet) assay. The LAB strains investigated were Bifidobacterium sp. 420, Bifidobacterium Bb12, Lactobacillus plantarum, Streptococcus thermophilus, Lactobacillus bulgaricus and Enterococcus faecium. DNA damage was significantly decreased by all bacteria used with the exception of Strep. thermophilus. Bif. Bb12 and Lact. plantarum showed the greatest protective effect against DNA damage. Incubation of faecal water with different concentrations of Bif. Bb12 and Lact. plantarum revealed that the decrease in genotoxicity was related to cell density. Non-viable (heat treated) probiotic cells had no effect on faecal water genotoxicity. In a second study, HT29 cells were cultured in the presence of supernatants of incubations of probiotics with various carbohydrates including known prebiotics; the HT29 cells were then exposed to faecal water. Overall, incubations involving Lact. plantarum with the fructooligosaccharide (FOS)-based prebiotics Inulin, Raftiline, Raftilose and Actilight were the most effective in increasing the cellular resistance to faecal water genotoxicity, whereas fermentations with Elixor (a galactooligosaccharide) and Fibersol (a maltodextrin) were less effective. Substantial reductions in faecal water-induced DNA damage were also seen with supernatants from incubation of prebiotics with Bif. Bb12. The supernatant of fermentations involving Ent. faecium and Bif. sp. 420 generally had less potent effects on genotoxicity although some reductions with Raftiline and Elixor fermentations were apparent.

Haematologic and immunologic parameters of bullfrogs, Lithobates catesbeianus, fed probiotics

The effects of two probiotics (P(1) - Lactobacillus acidophilus, Bifidobacterium bifidum and Enterococcus faecium and P(2) - Bacillus subtilis) supplemented to commercial feed (40% crude protein) on the haematological and immunological parameters of the bullfrog Lithobates catesbeianus were studied. Two doses of each probiotic (5 and 10 g kg-1 of food) were added to the diets and fed to frogs, totalling five treatments over 112 days. Haematological analyses consisted of total and differential leucocyte counts, erythrocyte and thrombocyte counts, haematocrit, haemoglobin levels and RBC indices (mean corpuscular volume, mean corpuscular haemoglobin - and mean corpuscular haemoglobin concentration) and the immunological parameters included phagocytic capacity and phagocytic index of peritoneal phagocytes. The results showed that the probiotics did not significantly influence any of the haematological parameters measured. However, immunological assays showed that the probiotics had an immunostimulating effect. The greatest effects were seen with probiotic P(1) fed at a dose of 10 g kg-1 of diet and probiotic P(2) fed at 5 g kg-1 of diet.

Effects of a novel fermented soy product on the serum lipids of hypercholesterolemic rabbits

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

Effects of a ferment soy product on the adipocyte area reduction and dyslipidemia control in hypercholesterolemic adult male rats

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Fermented soy product supplemented with isoflavones affects adipose tissue in a regional-specific manner and improves HDL-cholesterol in rats fed on a cholesterol-enriched diet

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

Effect of ingestion of soy yogurt on intestinal parameters of rats fed on a beef-based animal diet

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

Influence of a probiotic soy product on fecal microbiota and its association with cardiovascular risk factors in an animal model

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

Aspectos sensoriais e físico-químicos de “iogurtes” de soja com espessantes/estabilizantes a base de fécula de inhame (Dioscorea alata), amido modificado e gelatina

This study had as objective to evaluate the effect of yam starch, modified starch from Cargill-Brasil (Amidomax 4800 (R)) and gelatin from Gelita-Brasil (GEL-LAC) as stabilizers/thickeners in different ratios and combinations in the soy yoghurt fermented with Enterococcus faecium and Lactobacillus helveticus ssp jugurti. Ten soy yoghurt formulations containing these different stabilizers/thickeners, always totalizing 0.5% in relation to the final formulation, were analyzed in sensorial and physical-chemical terms. Based on the observed results, it was concluded in relation to the sensorial point of view that the more appropriate product was processed only with gelatin at 0.5% concentration. This product also presented the best physical-chemical results related to consistency, syneresis and water holding capacity. However, the isolated use of gelatin increased fermentation time of the soy yoghurt.