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.

Tributyltin (TBT) resistance in Aeromonas molluscorum Av27

O tributilestanho (TBT) é considerado um dos xenobióticos mais tóxicos, produzidos e deliberadamente introduzidos no meio ambiente pelo Homem. Tem sido usado numa variedade de processos industriais e subsequentemente descarregado no meio ambiente. O tempo de meia-vida do TBT em águas marinhas é de várias semanas, mas em condições de anóxia nos sedimentos, pode ser de vários anos, devido à sua degradação mais lenta. Embora o TBT tenha sido descrito como sendo tóxico para eucariotas e procariotas, muitas bactérias podem ser resistentes a este composto. O presente trabalho teve como objetivo principal elucidar o mecanismo de resistência ao TBT em bactérias. Para além disso, pretendeu-se desenvolver um biorepórter para detectar TBT no ambiente. Para atingir estes objetivos foram delineadas várias tarefas cujos principais resultados obtidos se apresentam a seguir. Várias bactérias resistentes ao TBT foram isoladas de sedimento e água do Porto de Pesca Longínqua (PPL) na Ria de Aveiro, Portugal. Entre estas, Aeromonas molluscorum Av27 foi selecionada devido à sua elevada resistência a este composto (concentrações até 3 mM), à sua capacidade de degradar o TBT em compostos menos tóxicos (dibutilestanho, DBT e monobutilestanho, MBT) e também por usar o TBT como fonte de carbono. A. molluscorum Av27 foi caracterizada genotipica e fenotipicamente. Os fatores de virulência estudados mostraram que esta estirpe i) possui atividade lipolítica; ii) não é citotóxica para células de mamíferos, nomeadamente para células Vero; iii) não possui integrões de classe I e II e iv) possui cinco plasmídeos com aproximadamente 4 kb, 7 kb, 10 kb, 100 kb e mais de 100 kb. Estes resultados mostraram que a estirpe Av27 não é tóxica, aumentando assim o interesse nesta bactéria para futuras aplicações, nomeadamente na bioremediação. Os testes de toxicidade ao TBT mostraram que este composto tem um impacto negativo no crescimento desta estirpe, bem como, na densidade, no tamanho e na atividade metabólica das células e é responsável pela formação de agregados celulares. Assim, o TBT mostrou ser bastante tóxico para as bactérias interferindo com a atividade celular geral. O gene Av27-sugE, que codifica a proteína SugE pertencente à família das “small multidrug resistance proteins” (SMR), foi identificado como estando envolvido na resistência ao TBT nesta estirpe. Este gene mostrou ser sobreexpresso quando as células crescem na presença de TBT. O promotor do gene Av27-sugE foi utilizado para construir um bioreporter para detetar TBT, contendo o gene da luciferase do pirilampo como gene repórter. O biorepórter obtido reúne as características mais importantes de um bom biorepórter: sensibilidade (intervalo de limite de detecção de 1-1000 nM), rapidez (3 h são suficientes para a deteção de sinal) e, possivelmente, não é invasivo (pois foi construído numa bactéria ambiental). Usando sedimento recolhido no Porto de Pesca Longínqua da Ria de Aveiro, foi preparada uma experiência de microcosmos com o intuito de avaliar a capacidade de Av27 para bioremediar o TBT, isoladamente ou em associação com a comunidade bacteriana indígena. A análise das amostras de microcosmos por PCR-DGGE e de bibliotecas de 16S rDNA revelaram que a comunidade bacteriana é relativamente estável ao longo do tempo, mesmo quando Av27 é inoculada no sedimento. Para além disso, o sedimento estuarino demonstrou ser dominado por bactérias pertencentes ao filo Proteobacteria (sendo mais abundante as Delta e Gammaproteobacteria) e Bacteroidetes. Ainda, cerca de 13% dos clones bacterianos não revelaram nenhuma semelhança com qualquer dos filos já definidos e quase 100% afiliou com bactérias não cultiváveis do sedimento. No momento da conclusão desta tese, os resultados da análise química de compostos organoestânicos não estavam disponíveis, e por essa razão não foi possível tirar quaisquer conclusões sobre a capacidade desta bactéria remediar o TBT em sedimentos. Esses resultados irão ajudar a esclarecer o papel de A. molluscorum Av27 na remediação de TBT. Recentemente, a capacidade da estirpe Av27 remediar solo contaminado com TBT foi confirmada em bioensaios realizados com plantas, Brassica rapa e Triticum aestivum (Silva 2011a), e também com invertebrados Porcellionides pruinosus (Silva 2011B). Assim, poder-se-á esperar que a bioremediação do sedimento na experiência de microcosmos também tenha ocorrido. No entanto, só a análise química dos compostos organostânicos deverá ser conclusiva. Devido à dificuldade em realizar a análise analítica de organoestânicos, um método de bioensaio fácil, rápido e barato foi adaptado para avaliar a toxicidade do TBT em laboratório, antes de se proceder à análise química das amostras. O método provou a sua utilidade, embora tenha mostrado pouca sensibilidade quando se usam concentrações de TBT baixas. Em geral, os resultados obtidos contribuíram para um melhor entendimento do mecanismo de resistência ao TBT em bactérias e mostraram o potencial biotecnológico de A. molluscorum Av27, nomeadamente, no que refere à sua possível aplicação na descontaminação de TBT no ambiente e também no desenvolvimento de biorepórteres.

Antibiotic resistance in enterobacteriaceae isolated from Portuguese deli meats

This study aimed to identify the presence of β-lactam-resistant bacteria in different types of Portuguese deli meats. The numbers of ampicillin resistant bacteria varied from negative in 25 g to 1.0 × 108colony-forming units/g. Within 78 randomly selected β-lactam-resistant bacteria, 24 different resistant phenotypes were found and 35.9% were multidrug resistant (MDR). The majority (87.2%) of the isolates identified belonged to the Enterobacteriaceae family. The presence of the blaTEM gene was detected in 23 out of 67 isolates (34.3%) and 16 of them presented MDR phenotypes. Four Klebsiella oxytoca isolates (6%) harbored a gene for the CTX-M/OXY-type enzyme. The direct sequencing of their purified amplicons confirmed the presence of three types of blaOXYgenes (blaOXY-1, blaOXY-2 and blaOXY-5). These results suggest that without good hygienic practices, deli meats may act as a vehicle of transfer of β-lactam-resistant bacteria to the gastrointestinal tract of consumers.

Prevalence, distribution and drug resistance of motile aeromonads in freshwater ornamental fishes

The objective of the present study was to assess the prevalence of various motile aeromonads in freshwater ornamental fishes and to elucidate the antibiogram and beta hemolytic activity among the isolates. A total of 120 ornamental fish samples were screened and analyzed for Aeromonas spp. Motile aeromonads were isolated from 37.5% of the ornamental fish samples. Various species of motile aeromonads such as Aeromonas caviae, Aeromonas hydrophila, Aeromonas jandaei, Aeromonas schubertii, Aeromonas sobria, Aeromonas trota and Aeromonas veronii were detected. All the isolates were sensitive to ceftazidime, chloramphenicol, ciprofloxacin and gentamicin. Multiple antibiotic resistance was observed in 58% of the isolates.

Antibiotic resistance pattern of motile aeromonads from farm raised fresh water fish

Motile aeromonads isolated from the intestines of farm-raised freshwater fish such as Catla catla, Labeo rohita and Ctenopharyngodon idella have been characterized to species level. Morphological and physiological grouping revealed 61% Aeromonas hydrophila, 30% Aeromonas caviae, 7% Aeromonas sobria and 2% which remained unidentified. Hemolytic activity was detected mostly in A. hydrophila, while only half of the A. sobria and A. caviae showed this activity. Antibiotic resistance patterns of the strains revealed that they had acquired a relatively higher resistance to oxytetracycline, amoxycillin, ampicillin, novobiocin and polymixin-B, implicating possible use of these antibiotics in the aquaculture systems.

Prevalence and Antibiotic sensitivity of Escherichia coli in Extensive Brackish water Aquaculture Ponds

Prevalence and antibiotic resistance of Escherichia coli in the water and sediment samples of brackish water aquaculture ponds adjacent to Cochin backwaters was analysed. More than 50% of the water samples and more than 80% of sediment samples from all the sampling stations were tested positive for £. coli. Risk assessment of the E. coli strains was carried out using multiple antibiotic resistance (MAR) indexing. Majority of the strains were found to be multiple antibiotic resistant suggesting their origin from high risk sources of contamination such as human where antibiotics are frequently used. While none of the £. coli strains were resistant against amikacin, chloramphenicol, streptomycin and trimethoprim, considerable levels of resistance was encountered against ampicillin, erythromycin, penicillin G and vancomycin. High prevalence of £. coli in the water and sediment samples of this extensive brackish water ponds indicates high degree of faecal pollution of this environment. The high risk nature of the strains warrants efficient post harvest and processing measures to avoid health risk to consumers

Prevalence of mutations within the quinolone resistance-determining region of gyrA, gyrB, parC, and parE and association with antibiotic resistance in quinolone-resistant Salmonella enterica

Salmonella enterica isolates (n = 182) were examined for mutations in the quinolone resistance-determining region of gyrA, gyrB, parC, and parE. The frequency, location, and type of GyrA substitution varied with the serovar. Mutations were found in parC that encoded Thr57-Ser, Thr66-Ile, and Ser80-Arg substitutions. Mutations in the gyrB quinolone resistance-determining region were located at codon Tyr420-Cys or Arg437-Len. Novel mutations were also found in parE encoding Glu453-Gly, His461-Tyr, Ala498-Thr, Val512-Gly, and Ser518-Cys. Although it is counterintuitive, isolates with a mutation in both gyrA and parC were more susceptible to ciprofloxacin than were isolates with a mutation in gyrA alone.

Messages about antibiotic resistance in different newspaper genres

Poorer people are more likely to use antibiotics; inappropriate antibiotic use causes resistance, and health campaigns attempt to change behaviour through education. However, fuelled by the media, the public think antibiotic resistance is outside their control. Differences in the attribution of blame for antibiotic resistance in two genres of UK newspapers, targeting distinct socioeconomic groups, were examined using a mixed methods approach. Firstly, depiction of blame was categorised as either external to the lay public (outside their control) or internal (lay person accountable) and subjected to a chi-square test. Secondly, using critical discourse analysis, we examined the portrayal of the main agents through newspaper language. Data from 597 articles (307 broadsheets) analysed revealed a significant association between newspaper genre and attribution of blame for antibiotic resistance. While both newspaper types blamed antibiotic resistance predominantly on factors external to the lay public, broadsheets were more likely to acknowledge internal factors than tabloids. Tabloids provided a more skewed representation, exposing readers to inaccurate explanations about antibiotic resistance. They highlighted ineptitude in health professionals, victimising patients and blaming others, while broadsheets used less emotive language. Pharmacists should take special care to communicate the importance of appropriate antibiotic use against this backdrop of distortion.

Array based detection of antibiotic resistance genes in Gram negative bacteria isolated from retail poultry meat in the UK and Ireland

The use of antibiotics in birds and animals intended for human consumption within the European Union (EU) and elsewhere has been subject to regulation prohibiting the use of antimicrobials as growth promoters and the use of last resort antibiotics in an attempt to reduce the spread of multi-resistant Gram negative bacteria. Given the inexorable spread of antibiotic resistance there is an increasing need for improved monitoring of our food. Using selective media, Gram negative bacteria were isolated from retail chicken of UK-Intensively reared (n = 27), Irish-Intensively reared (n = 19) and UK-Free range (n = 30) origin and subjected to an oligonucleotide based array system for the detection of 47 clinically relevant antibiotic resistance genes (ARGs) and two integrase genes. High incidences of β-lactamase genes were noted in all sample types, acc (67%), cmy (80%), fox (55%) and tem (40%) while chloramphenicol resistant determinants were detected in bacteria from the UK poultry portions and were absent in bacteria from the Irish samples. Denaturing Gradient Gel Electrophoresis (DGGE) was used to qualitatively analyse the Gram negative population in the samples and showed the expected diversity based on band stabbing and DNA sequencing. The array system proved to be a quick method for the detection of antibiotic resistance gene (ARG) burden within a mixed Gram negative bacterial population.

The Isolation and Characterization of Multiply Antibiotic Resistant Strains of Fish Pathogenic Flavobacterium Species

Since the development of the first antibiotics in the 1940’s, there has been widespread overuse in both clinical and agricultural applications. Antibiotic resistance has become a significant problem as a result of subsequent dissemination of antibiotics into the environment, and multiply-resistant strains of bacteria are now a major pathogenic threat. In this study eight separate strains of Flavobacterium responsible for recent disease outbreaks in fish hatcheries throughout Maine were collected and analyzed. All eight strains were found to be resistant to high levels of a number of different antibiotics, including those used for aquaculture as well as human chemotherapeutic applications. Flavobacterium isolates were also shown phenotypically to transfer antibiotic resistance determinants using a conjugation mating system in which Flavobacterium was the donor and Escherichia coli DH5- alpha was the recipient. This experiment suggests that it may be possible for Flavobacterium strains to transfer their multiple antibiotic resistance determinants to human pathogenic bacterial strains. Importantly, none of the hatcheries from which the Flavobacterium isolates were obtained had ever used antibiotics to treat their fish stock. It is possible that there is another selective agent responsible for the development of antibiotic resistance in the absence of antibiotic pressure. Mercury is one possible candidate, as all of the strains tested were resistant to mercuric chloride and it is known that genes encoding antibiotic resistance can be carried on the same mobile genetic elements that encode for mercury resistance. Preliminary data also suggest that the majority of the Flavobacterium isolates contain genes for mercuric ion reduction, which would confirm the mercury resistance genotype.

Salmoninae Commensal Bacteria Show a Positive Correlation Between Antibiotic Resistance and Mercury Resistance Profiles

Bacterial isolates from natural sites with high toxic and heavy metal contamination more frequently contain determinants for resistance to antimicrobials. Natural strains were isolated from the ingesta and external slime of Salmo salar (Linnaeus, 1758) and Salvelinusjontinalis (Mitchell, 1814). Fish specimens were acquired from Casco Bay hatcheries, Casco, ME where there is no history of antibiotic use. Seventy-nine bacterial strains, including many well-documented salmonid commensals (an association from which the fish derives no benefit), were identified using 165 rRNA gene sequencing. Mercury resistant isolates were selected for initially on 25μM HgCI2. Strains were then grown at 20-24°C on Trypticase Soy Agar (TSA) plates containing 0-1000μM HgCl2 or 0-130μM Phenyl Mercuric Acetate (PMA). Mercury in the hatchery feed water due to ubiquitous non-point source deposition has selected for the mercury resistance observed in bacterial strains. Antibiotic resistance determinations, as measured by Minimum Inhibitory Concentration MIC) assays were performed on the 79 bacterial isolates using Sensititrel antimicrobial susceptibility panels. A positive linear correlation between the mercury (pMA and HgCl2) MIC's and antibiotic resistance for all observed strains was demonstrated. Conjugation experiments with Pseudomonas, Aeromonas, and Azomonas donors confirmed phenotypic transfer of penicillin and cephem resistances to Escherichia coli DH5a recipients. Conjugation experiments with Pseudomonas donors showed minimal transfer of tetracycline and minoglycoside resistances to Escherichia coli DH5a recipients. Our study suggests that the accumulation of antimicrobial resistances observed in these natural bacterial populations may be due to the indirect selective pressure exerted by environmental mercury.