In vitro activity of antimicrobial combinations against multidrug-resistant Pseudomonas aeruginosa

Introduction Pseudomonas aeruginosa isolates related to nosocomial infections are often resistant to multiple antibacterial agents. In this study, antimicrobial combinations were evaluated to detect in vitro synergy against clinical isolates of P. aeruginosa. Methods Four clinical P. aeruginosa isolates were selected at random among other isolates from inpatients treated at the public University hospital in Ribeirão Preto, SP, Brazil. Two isolates were susceptible to imipenem (IPM-S) and several other antimicrobials, while the other two isolates were imipenem and multidrug resistant (IPM-R). The checkerboard method was used to assess the interactions between antimicrobials. Results Combinations of imipenem or other anti-Pseudomonas drugs with complementary antibiotics, such as aminoglycosides, fosfomycin and rifampin, reached synergy rates of 20.8%, 50%, 62.5% and 50% for the two IPM-S and two IPM-R Pseudomonas isolates, respectively. Imipenem, piperacillin-tazobactam and ceftazidime yielded a greater synergy rate than cefepime or ciprofloxacin. Synergist combinations were more commonly observed when the complementary drug was tobramycin (65%) or fosfomycin (57%). Conclusions Some antibacterial combinations led to significant reductions of the minimum inhibitory concentrations of both drugs, suggesting that they could be clinically applied to control infections caused by multidrug-resistant P. aeruginosa.

Phenotypic detection of metallo-β-lactamases in Pseudomonas aeruginosa and Acinetobacter baumannii isolated from hospitalized patients in São Luis, State of Maranhão, Brazil

Introduction Acquired metallo-β-lactamases (MβL) are emerging determinants of resistance in Pseudomonas aeruginosa and Acinetobacter baumannii. The objectives of this study were to phenotypically detect MβL in imipenem-resistant P. aeruginosa and A. baumannii, to investigate the association between MβL-positive strains and hospitals, and to compare the resistance profiles of MβL-producing and non-MβL-producing strains. Methods The approximation disk and combined disk assay methods were used in this study. Results A total of 18 (38.3%) P. aeruginosa isolates and 1 (5.6%) A. baumannii isolate tested positive for the presence of MβL. Conclusions These results demonstrate the need for strict surveillance and for the adoption of preventive measures to reduce the spread of infection and potential outbreaks of disease caused by MβL-producing microorganisms.

Production of metallo-β-lactamase among Pseudomonas aeruginosa strains isolated in the State of Sergipe, Brazil

INTRODUCTION: Acquired production of metallo-β-lactamases is an important mechanism of resistance in Pseudomonas aeruginosa. The objective of this study was to investigate the production of metallo-β-lactamase and the genetic diversity among ceftazidime-resistant P. aeruginosa isolates from State of Sergipe, Brazil. METHODS: Metallo-β-lactamase was investigated using the disk approximation test and polymerase chain reaction (PCR). Genetic diversity was evaluated by pulsed-field gel electrophoresis (PFGE). RESULTS: A total of 48 (51.6%) isolates were resistant to ceftazidime. Six (12.2%) of these were positive for metallo-β-lactamase production. Only two (4.1%) of the ceftazidime-resistant isolates carried the bla SPM-1 gene. CONCLUSIONS: Production of metallo-β-lactamases was not the main mechanism of resistance to ceftazidime and carbapenems among P. aeruginosa strains in Sergipe, Brazil.

Antibacterial, anti-swarming and anti-biofilm formation activities of Chamaemelum nobile against Pseudomonas aeruginosa

AbstractINTRODUCTION:Chamomile ( Chamaemelum nobile ) is widely used throughout the world, and has anti-inflammatory, deodorant, bacteriostatic, antimicrobial, carminative, sedative, antiseptic, anti-catarrhal, and spasmolytic properties. Because of the increasing incidence of drug-resistant bacteria, the development of natural antibacterial sources such as medical herbs for the treatment of infectious diseases is necessary. Extracts from different plant parts such as the leaves, flowers, fruit, and bark of Combretum albiflorum, Laurus nobilis , and Sonchus oleraceus were found to possess anti-quorum sensing (QS) activities. In this study, we evaluated the effect of C. nobile against Pseudomonas aeruginosa biofilm formationMETHODS:The P. aeruginosa samples were isolated from patients with different types of infection, including wound infection, septicemia, and urinary tract infection. The flowers of C. nobile were dried and the extract was removed using a rotary device and then dissolved in dimethyl sulfoxide at pH 7.4. The microdilution method was used to evaluate the minimum inhibitory concentration (MIC) of this extract on P. aeruginosa , and biofilm inhibition was assayed.RESULTS:Eighty percent of the isolated samples (16/20) could form a biofilm, and most of these were isolated from wound infections. The biofilm inhibitory concentration of the C. nobile extract was 6.25-25mg/ml, whereas the MIC was 12.5-50mg/ml.CONCLUSIONS:The anti-QS property of C. nobile may play an important role in its antibacterial activity, thus offering an additional strategy in the fight against bacterial infections. However, molecular investigation is required to explore the exact mechanisms of the antibacterial action and functions of this phytocompound.

Monoterpene isolated from the essential oil of Trachyspermum ammi is cytotoxic to multidrug-resistant Pseudomonas aeruginosa and Staphylococcus aureus strains

Abstract INTRODUCTION: The aim of this study was to determine whether an herbal extract containing monoterpene exhibited activity against multidrug-resistant Staphylococcus aureus and Pseudomonas aeruginosa isolated from clinical infection samples. METHODS: The essential oil of Trachyspermum ammi (L.) Sprague ex Turrill (Apiaceae) fruit was extracted by hydrodistillation. Fruit residues were treated with hydrochloric acid and re-hydrodistilled to obtain volatile compounds. Compounds in the distilled oil were identified using gas-chromatography (GC) and GC-mass spectrometry (MS). The antibiotic susceptibility of all bacterial isolates was analyzed using both the disc diffusion method and determination of the minimum inhibitory concentration (MIC). The sensitivity of antibiotic-resistant isolates to essential oil was also determined by using the disc diffusion method and MIC determination. RESULTS: Of 26 clinical isolates, 92% were multidrug-resistant (MDR). Aromatic monoterpenes (thymol, paracymene, and gamma-terpinene) were the major (90%) components of the oil. Growth of S. aureus strains was successfully inhibited by the oil, with an inhibitory zone diameter (IZD) between 30-60mm and MIC <0.02μL/mL. The oil had no antimicrobial activity against clinical isolates of P. aeruginosa; rather, it prevented pigment production in these isolates. CONCLUSIONS: This study revealed that the essential oil of Trachyspermum ammi, which contains monoterpene, has good antibacterial potency. Monoterpenes could thus be incorporated into antimicrobial ointment formulas in order to treat highly drug-resistant S. aureus infections. Our findings also underscore the utility of research on natural products in order to combat bacterial multidrug resistance.

Phage therapy: a step forward in the treatment of Pseudomonas aeruginosa infections

Antimicrobial resistance constitutes one of the major worldwide public health concerns. Bacteria are becoming resistant to the vast majority of antibiotics and nowadays, a common infection can be fatal. To revert this situation, the use of phages for the treatment of bacterial infections has been extensively studied as an alternative therapeutic strategy. Since P. aeruginosa is one of the most common causes of healthcare-associated infections, many studies have reported the in vitro and in vivo antibacterial efficacy of phage therapy against this bacterium. This review collects data of all the P. aeruginosa phages sequenced to date, providing a better understanding about their biodiversity. This review will further address the in vitro and in vivo results obtained by using phages to treat or prevent P. aeruginosa infections as well as the major hurdles associated with this therapy.

Polymicrobial interactions in infections: the case Pseudomonas aeruginosa and Candida albicans in ventilator-associated pneumonia

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Biomédica (área de especialização em Engenharia Clinica)

Pseudomonas aeruginosa diversification during infection development in cystic fibrosis lungs

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Biomédica (área de especialização em Engenharia Clínica)

Prevalência e susceptibilidade de isolados clínicos de Pseudomonas aeruginosa numa unidade hospitalar de Portugal

Dissertação de mestrado em Bioquímica Aplicada (área de especialização em Biomedicina)

Synthetic biology approaches to shape bacteriophages towards Pseudomonas aeruginosa biofilm control

Dissertation for Ph.D. degree in Biomedical Engineering.

Surface phenomena and hydrodynamic effects on the deposition of Pseudomonas fluorescens

Biofilm adhesion to metals (copper, aluminium and brass) was studied at two different velocities and pH values of 7 and 9. Both bacteria and metals showed negative surface charges at those values of pH, which tends to slow down adhesion. Film densities increased with the fluid velocity and were also affected by the pH and by the growth rate of the bacteria. Long duration tests based on heat transfer measurements were run at five different fluid velocities and at pH = 7, showing in general an asymptotic behaviour and a control of deposition by adhesion and growth phenomena.

Characterization of microbial populations in a wastewater treatment plant focusing on Staphylococcus aureus and Pseudomonas aeruginosa

Dissertação de mestrado em Bioengenharia

Consecuencias del metabolismo de colina en Pseudomonas aeruginosa : Respuestas adaptativas en microorganismos

Objetivos Generales: Mediante el abordaje experimental desde el punto de vista fisiológico, bioquímico y molecular se pretende conocer la respuesta adaptativa de P. aeruginosa frente a diferentes estímulos ambientales tales como osmolaridad, pH y distintos tipos de ayuno nutricional. Objetivos Específicos: Aspectos Bioquímicos a) Se continuarán los estudios de las propiedades cinéticas y fisicoquímicas de la fosforilcolina fosfatasa de P. aeruginosa. b) Se caracterizarán los sistemas de transporte en P. aeruginosa para: compuestos de amonio cuaternario (colina, betaína, carnitina, N-trimetillisina); aminoácidos básicos (lisina, arginina) y ácidos (glutámico); poliaminas y Pi. Se tratará de establecer la presencia o ausencia de proteínas unidoras periplásmicas para estos compuestos. c) Se tratará de establecer la relación entre el metabolismo de colina y otros compuestos de amonio cuaternario con el metabolismo del ácido glutámico y trealosa en P. aeruginosa crecidas en medios iso e hiperosmolares obtenidos con soluciones salinas y solutos no ionizables. d) Se tratará de establecer en P. aeruginosa el recambio o destino metabólico del Pi y colina que se produce cuando la bacteria se enfrenta a diferentes situaciones nutricionales y otros tipos de estímulos tales como pHs extremos y distinta osmolaridad, tanto a nivel de proteínas periplásmicas, citosólicas, de membranas interna y citosólica, fosfolípidos, glucofosfolípidos, glucolípidos y lipopolisacáridos (LPS) y compuestos fosforilados de bajo peso molecular, ej. acetilfosfato, alarmonas, etc. Aspectos Genéticos y Moleculares a) Se obtendrán mutantes de P. aeruginosa con fenotipos característicos relacionados con los puntos anteriores. (...) b) Se construirá la librería genómica de P. aeruginosa en cósmido, plásmido y cDNA. Posteriormente se pretende la identificación, clonado y secuenciación de los genes relacionados con: 1) La síntesis de la fosfatasa ácida, colinesterasa y PLC. 2) El transporte de compuestos de amonio cuaternario, teniendo en cuanta que, al menos para colina, existen dos componententes, uno de alta y otro de baja afinidad. 3) La síntesis de las enzimas responsables de la oxidación de colina hasta betaína, vía la formación de aldehído de betaína. (...) 4) La síntesis de las enzimas responsables de la degradación de betaína hasta glicina. (...) 5) La síntesis de las enzimas responsables del metabolismo de carnitina en condiciones de alta y baja osmolaridad. (...) 6) La adaptabilidad de la bacteria al pH en condiciones de baja osmolaridad. (...)

Regulación transcripcional y relación entre estructura y función de proteínas relacionadas con el metabolismo de colina en Pseudomonas aeruginosa. Transcriptional regulation and relationship between structure and function of proteins related with the choline metabolism in Pseudomonas aeruginosa.

El objetivo general de este proyecto es dilucidar los mecanismos de acción a nivel molecular de enzimas y proteínas involucradas en el metabolismo de colina en Pseudomonas aeruginosa, con énfasis en la identificación de residuos aminoacídicos críticos y regulación de la expresión de los genes en estudio. Los objetivos específicos que se palntean involucran abordajes bioquímicos y moleculares y serán llevados a cabo mediante técnicas de biología molecular y bioquímica (mutación sitio-dirigida, deleción génica, expresión y purificación de proteínas, fusión transcripcional a genes reporteros, etc). Planteo de hipótesis: las proteínas que se inducen por colina (fosforilcolina fosfatasa (PchP), fosfolipasa C (PlcH), acetilcolinestera (AchE), proteínas periplásmicas unidoras de colina (PUch) podrían compartir: a) una organización génica y responder a la regulación por proteínas regulatorias o a factores ambientales de manera similar; b) residuos aminoacídicos conservados que intervengan en la unión o interacción con diferentes ligandos, principalmente, colina. Para ello, se plantean los siguientes Objetivos Específicos: 1) identificar las zonas promotoras de los genes que codifican para PchP, PlcH, AchE y PUch, a fin de localizar posibles sitios de unión a proteínas reguladoras y los factores ambientales que afectan la actividad promotora. 2) determinar en las proteínas mencionadas los residuos aminoacídicos de importancia involucrados en la catálisis y en la interacción con ligandos, principalmente en la unión a compuestos de alquilamonio; 3) Se iniciarán estudios que demuestren la relación entre la inducción por colina de varios factores de patogenicidad la virulencia del microorganismo, empleando mutantes simples o múltiples en estos factores y como modelo de patogenicidad el nematodo C. elegans. A partir de los resultados obtenidos se pretende tener un conocimiento profundo sobre la regulación molecular y bioquímica de varias enzimas comprometidas en la patología que produce P. aeruginosa. Esto más el conocimiento de la fisiología de este microorganismo abre el camino para la búsqueda de posibles blancos de acción de drogas. Por otro lado, se espera tener un conocimiento integral sobre la regulación de la expresión de las actividades enzimáticas relacionadas con el metabolismo de colina y la respuesta de P. aeruginosa ante la presencia de compuestos de alquilamonio utilizados como nutrientes. Se espera conocer el papel que desempeña cada uno de los sitios de unión a los diferentes ligandos para el funcionamiento y control de las enzimas mencionadas y explicar el comportamiento diferencial de las enzimas frente a distintos sustratos y otros ligandos. El conocimiento de los sitios de unión a compuestos de alquilamonio permitirá encontrar esos dominios en diferentes proteínas del género Pseudomonas y otras bacterias Gram negativas. Desde el punto de vista evolutivo, se podrá comparar la similitud de los sitios de unión a colina entre proteínas de organismos eucariotas con procariotas (ej. PUch de bacterias Gram positivas, transportadores de colina, proteína C reactiva, AchE de eucariotas contra las encontradas en bacterias del género Pseudomonas, fosfolipasas A, C o D, etc.). Este proyecto permitirá concretar al menos dos tesis doctorales (Sanchez, Otero) más varios trabajos finales de grado (tesinas) que son y serán realizados por alumnos de la carrera de Microbiología en la UNRC. Les permitirá a los doctorandos y a los alumnos de grado adquirir una formación bastante integral ya que utilizarán herramientas de la fisiología general bacteriana, de la bioquímica clásica, de la biología molecular y de la bioinformática.

Respuesta adaptativa y degradación de compuestos de amonio cuaternarios sintéticos por Pseudomonas putida. Adaptative answer and degradation of quaternary ammonium compounds by Pseudomonas putida.

El objetivo de este trabajo es caracterizar la respuesta de P. putida frente a condiciones ambientales adversas dadas por la presencia del detergente catiónico tetradeciltrimetilamonio (TDTMA). El objetivo final que se persigue es el de utilizar este microorganismo como vehículo en procesos de biorremediación. El proyecto comprende aspectos relacionados con la degradación y con la respuesta adaptativa que le permiten a P. putida tolerar altas concentraciones del biocida. La degradación de TDTMA por P. putida involucra una actividad monooxigenasa, que produce trimetilamina (TMA) y tetradecilalcanal. Parte de la TMA producida es demetilada, por una TMAdehidrogenasa (TMADH), e utilizada por la bacteria como fuente de nitrógeno y parte es acumulada intracelularmente, inhibiendo el crecimiento bacteriano. Considerando la importancia de las oxigenasas y dehidrogenasas en la transformación química de compuestos recalcitrantes, se identificarán los genes responsables de la actividad monooxigenasa y de la TMADH, se caracterizarán las enzimas, lo que permitirá conocer, además, datos evolutivos de las mismas. Teniendo en cuenta que la acumulación intracelular TMA conduce a la degradación parcial del detergente, efecto contrarrestado por la adición de aluminio (Al), se investigarán si otros factores nutricionales participan en el control de la degradación de TDMA por P. putida. Se investigará si el regulador global NtrC, que se activa en respuesta a limitación de nitrógeno, participa en el metabolismo de TDTMA. Se prevé construir mutantes en los genes que codifican para monoxigenasa y TMADH y analizar la respuesta de estas cepas frente al estrés ocasionado por TDTMA y Al. En este proyecto se postula además que los cambios a nivel de fosfolípidos (PL) de membrana son una estrategia de P. putida para sobrevivir en presencia del TDTMA. Para concluir si fosfatidilglicerol es el principal responsable de la adaptación de P. putida frente al estrés ocasionado por TDTMA, se pretenden obtener mutantes afectadas en la biosíntesis de novo de PL, particularmente en cardiolipina sintasa. Paralelamente se estudiará si fosfolipasa D participa en la respuesta, lo que permitirá asignar un rol a esta enzima en procesos de señalización análogos a los que ocurren en organismos eucariotas. En presencia de TDTMA y Al, P. putida responde aumentando el contenido de fosfatidilcolina y posiblemente este PL actúe como un reservorio temporario del ión. Identificar en P. putida los genes que codifican para las enzimas responsables de su biosíntesis, particularmente fosfatidilcolina sintasa y/o fosfolípido N-metiltranferasa, conducirá a conocer el mecanismo por el cual fosfatidilcolina estaría involucrada en la respuesta a Al.