Caracterização fenotípica e molecular de amostras de Enterococcus isoladas em hospitais da cidade do Natal/ RN

O gênero Enterococcus tem emergindo como um dos mais importantes patógenos em infecções relacionadas à assistência à saúde no mundo. Estes microrganismos apresentam habilidade de adquirir genes de resistência a vários antimicrobianos, incluíndo à vancomicina, além de possuir diversos fatores associados à virulência, que contribuem sobremaneira para a sua permanência no hospedeiro, facilitando sua disseminação, particularmente, no ambiente hospitalar. Os objetivos deste estudo foram caracterizar, por testes fenotípicos e genotípicos, amostras de Enterococcus isoladas de quadros infecciosos em pacientes atendidos em quatro instituições de saúde localizadas na cidade do Natal, RN, no período de setembro de 2010 a junho de 2011. As espécies de Enterococcus foram caracterizadas por testes fisiológicos convencionais e por reação em cadeia da polimerase (PCR) multiplex, utilizando oligonucleotídeos específicos para caracterização do gênero e espécies. O perfil de susceptibilidade aos antimicrobianos foi avaliado por testes de difusão em ágar. Os valores de concentração inibitória mínima (CIM) para vancomicina, teicoplanina e linezolida foram determinados pelo emprego do teste E; e o genótipo de resistência à vancomicina foi analisado por PCR. Genes associados à virulência (asa1, cylA, esp, gelE e hyl) foram detectados por ensaios de PCR multiplex. O polimorfismo genético das amostras bacterianas foi avaliado por metodologia de eletroforese em campo pulsado (PFGE), com a utilização da enzima SmaI. Foram obtidas 117 amostras, a partir de quadros infecciosos em 116 pacientes. Os resultados revelaram que a espécie E. faecalis foi a prevalente (91,4%). Os testes de susceptibilidade revelaram que as taxas de resistência mais elevadas estiveram associadas à tetraciclina (58,2%) e a níveis elevados de estreptomicina (36,7%). A resistência à vancomicina foi detectada em uma amostra de E. faecium, portadora do genótipo vanA, correspondendo ao primeiro isolamento de amostra com essa característica de resistência no RN. Esta amostra foi isolada em um caso de co-infecção com E. faecalis sensível à vancomicina. Adicionalmente, susceptibilidade intermediária a linezolida foi identificada em três amostras de E. faecalis. Dentre os determinantes de virulência identificados, gelE foi o prevalente (83,8%). De acordo com as espécies E. faecalis o perfil mais detectado foi gelE + esp (31,6%), na espécie E. faecium foi o perfil esp (28,6%) e a única amostra de E. gallinarum apresentou dois determinantes de virulência (asa1 + cylA). O gene hyl não foi identificado em nenhuma das amostras. A análise do polimorfismo genético das amostras por PFGE evidenciou uma elevada policlonalidade. Diante das características de resistência e de virulência observadas e da sinalização da emergência de mecanismos de resistência importantes no Estado do RN, este estudo chama atenção para a necessidade de rastreamento, particularmente entre portadores sadios, e estabelecimento de políticas de controle da disseminação dessas amostras nas instituições de saúde, mesmo em regiões onde tais características ainda sejam pouco frequentes.

Estudo de atributos de virulência e resistência a antimicrobianos em amostras de P. aeruginosa

P. aeruginosa é um importante agente de infecções relacionadas à assistência em saúde. Habitualmente, o estabelecimento de infecções agudas é precedido pela colonização das mucosas dos pacientes. Não se sabe, porém, se os processos infecciosos são causados pelas próprias cepas bacterianas colonizadoras ou por outras com que os pacientes entrem em contato, dotadas ou não de maior potencial de virulência ou de resistência a antimicrobianos que as tornem mais eficientes como agentes infecciosos. Assim, este estudo teve como objetivos i) investigar a existência de potenciais diferenças entre amostras de P. aeruginosa que causaram apenas colonização e aquelas responsáveis por infecção, isoladas de um mesmo paciente, quanto a seus fenótipos de virulência e de não susceptibilidade a antimicrobiamos; ii) pesquisar a existência de associação entre características dos paciente, incluindo o tipo de evolução clínica, com as demais variáveis estudadas. No estudo foram incluídos 21 pacientes que desenvolveram infecção por P. aeruginosa durante sua internação no Centro de Terapia Intensiva do Hospital Universitário Clementino Fraga Filho, entre abril de 2007 e abril de 2008. De cada paciente foram selecionadas duas amostras bacterianas: a primeira isolada durante o episódio de infecção e a amostra colonizadora obtida imediatamente antes da ocorrência da infecção. As amostras selecionadas foram estudadas quanto a i) expressão de três mecanismos de virulência (citotoxicidade, aderência a células epiteliais respiratórias humanas e capacidade de formação de biofilme); ii) presença de genes codificadores das proteínas efetoras do sistema de secreção do tipo 3 (SST3 - exoS, exoT, exoU e exoY); iii) perfil de susceptibilidade a antimicrobianos, iv) perfil de fragmentação do DNA cromossômico por eletroforese em gel de campo pulsado (PFGE). As amostras bacterianas obtidas de infecções agudas foram significativamente mais citotóxicas que aquelas obtidas de colonização. Embora sem diferença estatística, a citotoxicidade das amostras que causaram infecção em pacientes que evoluíram para óbito foi superior à citotoxicidade das amostras de pacientes que sobreviveram. O gene que codifica a toxina ExoU foi detectado em 16 amostras (38%), sendo nove de colonização e sete de infecção. Não houve diferença significativa entre as amostras de colonização e infecção quanto à aderência, produção de biofilme, expressão dos genes do SST3 e não-susceptibilidade às diferentes classes de antimicrobianos. Também não foi encontrada associação entre a não-susceptibilidade à quinolona, ou a outras classes de antimicrobianos, e a presença do gene exoU. As 42 amostras de P. aeruginosa estudadas foram incluídas em 20 genótipos. Em 10 deles foi detectado o gene exoU. Amostras de um mesmo genótipo foram uniformes quanto à expressão dos genes do SST3 e a não-susceptibilidade aos antimicrobianos, mas não quanto às outras variáveis estudadas. Em apenas sete pacientes (33,3%), as amostras de colonização e de infecção pertenciam ao mesmo genótipo. Assim, nesse estudo, o estabelecimento do processo infeccioso resultou não da perda do equilíbrio estabelecido entre os mecanismos de agressão das amostras colonizadoras e os de defesa do hospedeiro e sim da introdução de nova cepa bacteriana no organismo hospedeiro, cepa esta dotada de maior potencial citotóxico.

Determinação do perfil fenotípico e genotípico de amostras de Staphylococus aureus resistentes à meticilina (MRSA) e sensíveis a antibióticos não ß-lactâmicos em cinco hospitais no município do Rio de Janeiro

Staphylococcus aureus resistente à meticilina (MRSA) é um dos principais microrganismos envolvidos nas Infecções relacionadas à Assistência à Saúde (IrAS). Porém, um clone de MRSA, o CA-MRSA, emergiu na comunidade e atualmente vem sendo agente de IrAS. O objetivo desta dissertação é avaliar fenotípica e genotipicamente 111 amostras de Staphylococcus aureus resistentes à meticilina e sensíveis a antibióticos não ß-lactâmicos de pacientes atendidos em cinco hospitais no município do Rio de Janeiro. Utilizando os critérios padronizados pelo CLSI 2012, foram determinadas as susceptibilidades a 11 antimicrobianos pelo método de disco difusão em ágar e concentração inibitória mínima para vancomicina e oxacilina pelo método da microdiluição em caldo. A multirresistência (resistência a 3 ou mais antimicrobianos não ß-lactâmicos) foi observada em 31,5% das amostras, sendo que 53,2% apresentaram resistência ao antimicrobiano clindamicina, uma das opções para o tratamento empírico das infecções de pele/tecidos moles. 86,4% apresentaram concentração inibitória mínima (CIM) para vancomicina ≥ 1,0 g/mL ou seja, elevado percentual de amostras associadas ao fenômeno MIC creep, o qual está associado ao insucesso na terapia antimicrobiana anti-MRSA. Não foi observado até o momento nenhuma amostra com CIM ≥ 4cg/mL para vancomicina, entretanto, já há resistência à linezolida em quatro hospitais do estudo. A tipificação do SCCmec nos permitiu classificar 4,5% das amostras em HA-MRSA e 86,5% em CA-MRSA, nas quais a resistência heterogênea típica à oxacilina foi observada em 57,2%. A toxina de Panton-Valentine (PVL) foi identificada pela metodologia de PCR em 28% das amostras com genótipo CA-MRSA. Os fatores de riscos clássicos, da literatura, relacionados à infecção por HA-MRSA foram também observados nos pacientes com infecção por CA-MRSA portadoras de SCCmec IV e V. No intuito de verificar a existência de similaridades genéticas ou a presença de clone predominante entre as amostras dos cinco hospitais, foi realizada a técnica de eletroforese em gel sob campo pulsado (PFGE) e observou-se diversidade genética assim como a presença de amostras com padrões similares aos clones OSPC (18,5%) e USA400. Não foram encontradas amostras com padrões de eletroforese similares aos clones USA300, USA800 e CEB. É essencial a vigilância da resistência aos antimicrobianos não ß-lactâmicos no CA-MRSA, em especial à vancomicina. A mudança na epidemiologia deste microrganismo vem impactando os padrões característicos dos genótipos limitando os critérios de diferenciação entre eles. Neste contexto, as técnicas moleculares atuam como excelentes ferramentas de caracterização. O conhecimento do patógeno auxilia na elaboração e implementação de medidas preventivas, contribuindo para o controle da doença tanto no ambiente hospitalar quanto na comunidade.

Caracterização molecular de bastonetes Gram positivos irregulares e actinomicetos aeróbios obtidos de espécimes clínicos, de ensaios de esterilidade e de áreas limpas

Os bastonetes Gram positivos irregulares (BGPIs) compõem um grupo de espécies bacterianas com ampla diversidade fenotípica e que podem estar presente no meio ambiente, na microbiota humana e de animais. A identificação acurada de BGPIs em nível de gênero e espécie empregando métodos bioquímicos convencionais é bastante limitada, sendo recomendado, portanto, o uso de técnicas moleculares. No presente estudo, foram identificadas amostras de BGPIs oriundas de espécimes clínicos de humanos, de produtos farmacêuticos e de áreas limpas através da análise de sequencias do gene 16S rRNA e de outros genes conservados (housekeeping genes). Os resultados obtidos pelo sequenciamento dos genes 16S rRNA e rpoB demonstraram C. striatum multi-resistente (MDR) como responsável por surto epidêmico em ambiente hospitalar da cidade do Rio de Janeiro. Quinze cepas de C. striatum foram isoladas em cultura pura a partir de secreção traqueal de pacientes adultos submetidos a procedimentos de entubação endotraqueal. A análise por eletroforese em gel de campo pulsado (PFGE) indicou a presença de quatro perfis moleculares, incluindo dois clones relacionados com cepas MDR (PFGE I e II). Os dados demonstram a predominância de PFGE I entre cepas MDR isoladas de unidades de terapia intensiva e enfermarias cirúrgicas. Uma potencial ligação causal entre a morte e a infecção por C. striatum MDR (PFGE tipos I e II) foi observada em cinco casos. Adicionalmente, acreditamos que este seja o primeiro estudo de identificação de espécies de Nocardia relacionadas com infecções humanas pela análise da sequencia multilocus (MLSA) no Brasil. Diferente dos dados observados na literatura (1970 a 2013) e obtidos pelos testes fenotípicos convencionais, a caracterização molecular de quatro lócus (gyrB-16S-secA1-hsp65) permitiu a identificação das espécies N. nova, N. cyriacigeorgica, N. asiatica e N. exalbida/gamkensis relacionadas com quadros de nocardiose em humanos. Cepas de N. nova isoladas de diferentes materiais clínicos de um único paciente apresentaram padrões de susceptibilidade antimicrobianos idênticos e dois perfis PFGE, indicando a possibilidade de quadros de co-infecção por N. nova em humanos. Em outra etapa da investigação, amostras de BGPIs obtidos de ambientes de salas limpas que não puderam ser identificadas por critérios convencionais foram submetidas a análise da sequência do gene 16S rRNA e caracterizadas 95,83% em nível de gênero e 35,42% em espécies. Para gêneros mais encontrados no estudo, foram analisados os genes rpoB e recA de dezessete cepas de Microbacterium e utilizado o MLSA para a identificação de sete cepas identificadas como Streptomyces. Os ensaios permitiram a identificação de três cepas de Microbacterium e de uma única amostra de Streptomyces ao nível de espécie. A análise da sequencia do gene rpoB também se mostrou eficaz na identificação de espécies de cepas de Corynebacterium. Finalmente, para as cepas ambientais pertencentes à classe Actinobacteria os dados morfológicos, bioquímicos e genotípicos permitiram documentar a cepa 3117BRRJ como representante de uma nova espécie do gênero Nocardioides, para o qual o nome Nocardioides brasiliensis sp. nov. e as cepas 3712BRRJ e 3371BRRJ como representante de um novo gênero e espécie para o qual o nome Guaraldella brasiliensis nov. foi proposto.

Caracterização de Bacilos Gram-Negativos Não Fermentadores não usuais em bacteremias pelas técnicas de Matrix-Assisted Laser Desorption IonizationTime of Flight Mass Spectrometry, sequenciamento de DNA e método fenotípico convencional

Alguns Bastonetes Gram-negativos não fermentadores (BGNNF) costumam ser considerados clinicamente pouco significantes e a sua implicação em infecções é subestimada. Devido à similaridade fenotípica, mudanças taxonômicas, baixa reatividade bioquímica e limitações nos bancos de dados em sistemas comerciais, a identificação de BGNNF é frequentemente equivocada, culminando com a denominação de diferentes micro-organismos apenas como BGNNF, por falta de melhor diferenciação. O objetivo desse estudo foi avaliar, por métodos fenotípico convencional, proteômico e molecular, a identificação de BGNNF incomuns isolados em hemoculturas de pacientes atendidos em um hospital universitário no Rio de Janeiro. Foram selecionadas 78 amostras isoladas de hemoculturas caracterizadas no laboratório clinico como BGNNF para a identificação por sequenciamento dos genes 16S RNA e recA, por um conjunto amplo de testes fenotípicos manuais e por MALDI-TOF MS. Os micro-organismos predominantes na amostragem foram genotipados pela técnica de eletroforese em gel de campo pulsado (PFGE). Pelo sequenciamento do gene 16S rRNA, a maioria das amostras (n=31; 40%) foi incluída no gênero Burkholderia, seguido de Pseudomonas stutzeri (10%) e Delftia acidovorans (4%). Os demais isolados foram agrupados em 27 diferentes espécies. O sequencimento do gene recA identificou a maioria das espécies de Burkholderia como Burkholderia contaminans (n=19; 24%). Os testes fenotípicos incluíram as 31 amostras apenas no CBc e para as outras 47 amostras, a concordância com o sequenciamento do gene 16S rRNA em nível de espécie foi de 64% (n=30) e apenas em gênero a concordância foi de 17% (n=8). A análise comparativa geral da identificação por MALDI-TOF MS com o sequenciamento do gene16S rRNA mostrou que 42% (n=33) das 78 amostras foram concordantes em nível de espécie e 45% (n=35) apenas em gênero. Excluindo as amostras do CBc, houve um aumento da concordância em nível de espécie para 60%. As discordâncias parecem ser devido às diferenças nos perfis proteicos das amostras em relação às amostras-referência do banco de dados do equipamento e podem ser aprimorados com a atualização de perfis no sistema. A análise do polimorfismo genético de B. contaminans mostrou a ausência de um clone disseminado causando surto, além da provável origem ambiental das infecções. Os setores de nefrologia e hemodiálise contribuíram com maior número de pacientes com amostras positivas (5 pacientes e 9 amostras). Os grupos clonais BcoD e BcoE foram encontrados em pacientes assistidos no mesmo setor com diferença de quatro meses (BcoD, nefrologia) e 1,5 ano (BcoE, hemodilálise), entre as culturas, respectivamente. As discordâncias entre as técnicas ocorreram principalmente devido a dificuldade de identificação das espécies do CBc. Os BGNNF incomuns são de difícil caracterização independente da metodologia usada e nenhum método por si só foi capaz de identificar todas as amostras.

Enterococcus faecium: caracterização molecular de amostras isoladas no período anterior e posterior a emergência da resistência à vancomicina no Estado do Rio de Janeiro

Nas últimas décadas, Enterococcus resistentes à vancomicina tem se destacado no cenário hospitalar em todo mundo. A emergência da resistência à vancomicina no Estado do Rio de Janeiro foi registrada em 2000, na espécie Enterococcus faecalis. Em seguida, Enterococcus faecium passou a ser prevalente. O objetivo deste estudo foi avaliar a diversidade genética das amostras de E. faecium sensíveis (VSEfm) e resistentes (VREfm) à vancomicina, isoladas em diferentes instituições de saúde do Estado do Rio de Janeiro no período de 1993 a 2008. As amostras bacterianas foram avaliadas por metodologia de eletroforese em campo pulsado (PFGE), após restrição com Smal, análise do polimorfismo numérico de segmentos repetitivos (MLVA) e tipagem por sequenciamento de múltiplos loci (MLST); além da detecção de marcadores fenotípicos, como a resistência à ampicilina e à ciprofloxacina, e genotípicos, como determinantes genéticos de virulência, que estão vinculados a um complexo clonal globalmente disperso (CC17). A diversidade de Tn1546 (que alberga o conjunto gênico vanA) foi determinada por amplificação e restrição com ClaI. Um grupo clonal prevalente foi observado pela metodologia de PFGE e agrupou amostras isoladas, principalmente, no período de 2004 a 2006, estando disseminado por diversas instituições de saúde do Estado, indicando transmissão inter- e intra-hospitalar. A avaliação por MLVA identificou dois MTs prevalentes dentre as amostras VREfm: MT12 relacionado à maioria das amostras dos principais grupos clonais identificados por PFGE e, o MT159 que apresentou frequência aumentada no ano de 2008. A análise por MLST destacou o ST78 associado aos principais grupos clonais definidos por PFGE, bem como, ao MT12. Também foi observada correlação entre o ST412 associado ao grupo clonal formado por apenas amostras de 2008 e o MT159. Foi notório por MLST que as amostras VREfm do Estado do Rio de Janeiro, no período do estudo, estiveram relacionadas CC17, juntamente com algumas amostras VSEfm. Entretanto, os principais marcadores de resistência e de virulência, característicos de CC17, estiveram mais relacionados as amostras VREfm do que as VSEfm, como resistência à ampicilina e à ciprofloxacina; e a presença do gene esp e do alelo purK1. A identificação de VSEfm pertencentes ao CC17 sugerem que amostras já adaptadas ao ambiente hospitalar, podem ter adquirdo o determinante de resistência vanA, facilitando a emergência de amostras de VREfm. Adicionalmente, nossos dados sugerem uma modificação no cenário de amostras VREfm no Rio de Janeiro. Pois a dominância de um grupo clonal prevalente (PFGE- X; MT12; ST78) pode estar sendo substituída pela possível emergência de um novo grupo clonal, que foi característico de amostras mais recentes (PFGE-XV; MT159; ST412), apontando assim, para um novo curso na epidemiologia dos E. faecium no Estado. Um perfil de restrição prevalente de Tn1546 idêntico ao protótipo foi observado, apontando que a disseminação da resistência à vancomicina ocorreu por também por transferência horizontal. Entretanto, alterações do tipo deleção e presença de elementos de inserção com aproximadamente 2 kb foram observadas em um número reduzido das amostras. A incongruência no genótipo vanA, em relação ao fenótipo, foi observado para uma amostra. Considera-se fundamental o acompanhamento da disseminação de VREfm, particularmente diante da elevada frequência de amostras pertencentes a um complexo clonal que conjuga multirresistência com virulência, com elevado potencial de adaptabilidade e disseminação.

Construction of a BAC library for Chinese amphioxus Branchiostoma belcheri and identification of clones containing Amphi-pax genes

Amphioxus is a crucial organism for the study of vertebrate evolution. Although a genomic BAC library of Branchiostoma floridae has been constructed, we report here another BAC library construction of its distant relative species Branchiostoma belcheri. The amphioxus BAC library established in present study consists of 45,312 clones arrayed in one hundred and eighteen 384-well plates. The average insert fragment size was 120 kb estimated by Pulsed Field Gel Electrophoresis (PFGE) analysis of 318 randomly selected clones. The representation of the library is about 12 equivalent to the genome, allowing a 99.9995% probability of recovering any specific sequence of interest. We further screened the library with 4 single copied Amphi-Pax genes and identified total of 26 positive clones with average of 6.5 clones for each gene. The result indicates this library is well suited for many applications and should also serve as a useful complemental resource for the scientific community.

Programmed cell death in Laminaria japonica (Phaeophyta) tissues infected with alginic acid decomposing bacterium

TdT-mediated dUTP-biotin nick end labeling (TUNEL) is a sensitive and valid method for detecting DNA cleavage in programmed cell death (PCD). Using this method, DNA cleavage was observed in Laminaria japonica sporophytic tissues, which were infected with alginic acid decomposing bacterium. It was found that DNA cleavage occurred 5 min after the infection, the fragments with 3'-OH groups of cleaved nuclear DNA increased with time of infection and spread from the infection site. Although no typical DNA ladder (200 bp/ 180 bp) was detected by routine agarose gel electrophoresis, the cleavage of nuclear DNA fragments of 97 similar to 48.5 kb could be detected by pulsed field gel electrophoresis (PFGE). By using CaspGLOW(TM) fluorescein active caspase-3 staining method, caspase-3 activity has been detected in response to the infection of alginic acid decomposing bacterium. Our results are similar to the observations in hypersensitive response (HR) of higher plant, suggesting that the rapid cell death of L. japonica infected by alginic acid decomposing bacterium might be involved in PCD, and indicating that the occurrence of PCD is an active defense process against the pathogen's infection.

Chromosomal organization of adrenergic receptor genes.

The adrenergic receptors (ARs) (subtypes alpha 1, alpha 2, beta 1, and beta 2) are a prototypic family of guanine nucleotide binding regulatory protein-coupled receptors that mediate the physiological effects of the hormone epinephrine and the neurotransmitter norepinephrine. We have previously assigned the genes for beta 2- and alpha 2-AR to human chromosomes 5 and 10, respectively. By Southern analysis of somatic cell hybrids and in situ chromosomal hybridization, we have now mapped the alpha 1-AR gene to chromosome 5q32----q34, the same position as beta 2-AR, and the beta 1-AR gene to chromosome 10q24----q26, the region where alpha 2-AR is located. In mouse, both alpha 2- and beta 1-AR genes were assigned to chromosome 19, and the alpha 1-AR locus was localized to chromosome 11. Pulsed field gel electrophoresis has shown that the alpha 1- and beta 2-AR genes in humans are within 300 kilobases (kb) and the distance between the alpha 2- and beta 1-AR genes is less than 225 kb. The proximity of these two pairs of AR genes and the sequence similarity that exists among all the ARs strongly suggest that they are evolutionarily related. Moreover, they likely arose from a common ancestral receptor gene and subsequently diverged through gene duplication and chromosomal duplication to perform their distinctive roles in mediating the physiological effects of catecholamines. The AR genes thus provide a paradigm for understanding the evolution of such structurally conserved yet functionally divergent families of receptor molecules.

Emergence of CTX-M Group 1-ESBL producing Klebsiella pneumonia from a tertiary care centre in Karachi, Pakistan.

http://www.jidc.org/index.php/journal/article/view/20818098/422 Background: Extended-spectrum beta-lactamase (ESBL)-producing Klebsiella pneumoniae have been reported previously from Pakistan but the genotypic characteristics of these enzymes is not known. Hence the aim of the study was first to characterise the genotypic content of these beta-lactamases and secondly to assess the clonal relationship of these isolates. Methodology: We analysed 65 non-duplicate ESBL positive, K. pneumoniae isolates prospectively collected based on phenotype as detected using the two-disc method. Isolates were collected from different sources: blood cultures (46.15%; n = 30); tracheal aspirates (24.6%; n = 16); urine (10.7%; n = 7); wound swabs, pus and tissue (18.4%; n = 12). ESBL production was confirmed by the ESBL E-test method and the presence of the blaCTX-M encoding genes was confirmed by polymerase chain reaction. The clonal relationship of clinical isolates was studied by Pulsed Field Gel Electrophoresis. Results: The results showed that 93.84% (n = 61) isolates of K. pneumoniae were positive for the blaCTX-M-1 group. One isolate showed PCR signals for blaCTX-M-25 group. None of our isolates were positive for CTX-M groups 2, 8 and 9. The majority of blaCTX-M positive isolates were genetically unrelated and no epidemic clones were identified. Conclusion: This study reports the emergence of CTX-M groups 1 and 25 producing isolates of K. pneumoniae with genetic diversity in Karachi, Pakistan.

DNA double-strand break distributions in X-ray and alpha-particle irradiated V79 cells: Evidence for non-random breakage

Many studies have shown that with increasing LET of ionizing radiation the RBE (relative biological effectiveness) for dsb (double strand breaks) induction remains around 1.0 despite the increase in the RBE for cell killing. This has been attributed to an increase in the complexity of lesions, classified as dsb with current techniques, at multiply damaged sites. This study determines the molecular weight distributions of DNA from Chinese hamster V79 cells irradiated with X-rays or 110 keV/mu m alpha-particles. Two running conditions for pulsed-field gel-electrophoresis were chosen to give optimal separation of fragments either in the 225 kbp-5.7 Mbp range or the 0.3 kbp to 225 kbp range. Taking the total fraction of DNA migrating into the gel as a measure of fragmentation, the RBE for dsb induction was less than 1.0 for both molecular weight regions studied. The total yields of dsb were 8.2 x 10(-9) dsb/Gy/bp for X-rays and 7.8 x 10(-9) dsb/Gy/bp for a-particles, measured using a random breakage model. Analysis of the RBE of alpha-particles versus molecular weight gave a different response. In the 0.4 Mbp-57 Mbp region the RBE was less than 1.0; however, below 0.4 Mbp the RBE increased above 1.0. The frequency distributions of fragment sizes were found to differ from those predicted by a model assuming random breakage along the length of the DNA and the differences were greater for alpha-particles than for X-rays. An excess of fragments induced by a single-hit mechanism was found in the 8-300 kbp region and for X-rays and alpha-particles these corresponded to an extra 0.8 x 10(-9) and 3.4 x 10(-9) dsb/bp/Gy, respectively. Thus for every alpha-particle track that induces a dsb there is a 44% probability of inducing a second break within 300 kbp and for electron tracks the probability is 10%. This study shows that the distribution of damage from a high LET alpha-particle track is significantly different from that observed with low LET X-rays. In particular, it suggests that the fragmentation patterns of irradiated DNA may be related to the higher-order chromatin repealing structures found in intact cells.

Quantification of DNA damage by PFGE: development of an analytical approach to correct for the background distribution

Purpose: To analyse the currently existing methods to infer the extent of cellular DNA damage induced by ionizing radiation when the pulsed field gel electrophoresis (PFGE) technique is used.

A review of studies of ionizing radiation-induced double-strand break clustering

Underpinning current models of the mechanisms of the action of radiation is a central role for DNA damage and in particular double-strand breaks (DSBs). For radiations of different LET, there is a need to know the exact yields and distributions of DSBs in human cells. Most measurements of DSB yields within cells now rely on pulsed-field gel electrophoresis as the technique of choice. Previous measurements of DSB yields have suggested that the yields are remarkably similar for different types of radiation with RBE values less than or equal to1.0. More recent studies in mammalian cells, however, have suggested that both the yield and the spatial distribution of DSBs are influenced by radiation quality. RBE values for DSBs induced by high-LET radiations are greater than 1.0, and the distributions are nonrandom. Underlying this is the interaction of particle tracks with the higher-order chromosomal structures within cell nuclei. Further studies are needed to relate nonrandom distributions of DSBs to their rejoining kinetics. At the molecular level, we need to determine the involvement of clustering of damaged bases with strand breakage, and the relationship between higher-order clustering over sizes of kilobase pairs and above to localized clustering at the DNA level. Overall, these studies will allow us to elucidate whether the nonrandom distributions of breaks produced by high-LET particle tracks have any consequences for their repair and biological effectiveness. (C) 2001 by Radiation Research Society.

Evidence for complexity at the nanometer scale of radiation-induced DNA DSBs as a determinant of rejoining kinetics

The rejoining kinetics of double-stranded DNA fragments, along with measurements of residual damage after postirradiation incubation, are often used as indicators of the biological relevance of the damage induced by ionizing radiation of different qualities. Although it is widely accepted that high-LET radiation-induced double-strand breaks (DSBs) tend to rejoin with kinetics slower than low-LET radiation-induced DSBs, possibly due to the complexity of the DSB itself, the nature of a slowly rejoining DSB-containing DNA lesion remains unknown. Using an approach that combines pulsed-field gel electrophoresis (PFGE) of fragmented DNA from human skin fibroblasts and a recently developed Monte Carlo simulation of radiation-induced DNA breakage and rejoining kinetics, we have tested the role of DSB-containing DNA lesions in the 8-kbp-5.7-Mbp fragment size range in determining the DSB rejoining kinetics. It is found that with low-LET X rays or high LET alpha particles, DSB rejoining kinetics data obtained with PFGE can be computer-simulated assuming that DSB rejoining kinetics does not depend on spacing of breaks along the chromosomes. After analysis of DNA fragmentation profiles, the rejoining kinetics of X-ray-induced DSBs could be fitted by two components: a fast component with a half-life of 0.9 +/- 0.5 h and a slow component with a half-life of 16 +/- 9 h. For a particles, a fast component with a half-life of 0.7 +/- 0.4 h and a slow component with a half-life of 12 5 h along with a residual fraction of unrepaired breaks accounting for 8% of the initial damage were observed. In summary, it is shown that genomic proximity of breaks along a chromosome does not determine the rejoining kinetics, so the slowly rejoining breaks induced with higher frequencies after exposure to high-LET radiation (0.37 +/- 0.12) relative to low-LET radiation (0.22 +/- 0.07) can be explained on the basis of lesion complexity at the nanometer scale, known as locally multiply damaged sites. (c) 2005 by Radiation Research Society.

Development and Validation of a PulseNet Standardized Protocol for Subtyping Isolates of Cronobacter Species

Cronobacter (formerly known as Enterobacter sakazakii) is a genus comprising seven species regarded as opportunistic pathogens that can be found in a wide variety of environments and foods, including powdered infant formula (PIF). Cronobacter sakazakii, the major species of this genus, has been epidemiologically linked to cases of bacteremia, meningitis in neonates, and necrotizing enterocolitis, and contaminated PIF has been identified as an important source of infection. Robust and reproducible subtyping methods are required to aid in the detection and investigation, of foodborne outbreaks. In this study, a pulsed-field gel electrophoresis (PFGE) protocol was developed and validated for subtyping Cronobacter species. It was derived from an existing modified PulseNet protocol, wherein XbaI and SpeI were the primary and secondary restriction enzymes used, generating an average of 14.7 and 20.3 bands, respectively. The PFGE method developed was both reproducible and discriminatory for subtyping Cronobacter species.