Novel Rearrangements in the Staphylococcal Cassette Chromosome Mec Type V Elements of Indian ST772 and ST672 Methicillin Resistant Staphylococcus aureus Strains

Staphylococcus aureus is a commensal gram positive bacteria which causes severe and non severe infections in humans and livestock. In India, ST772 is a dominant and ST672 is an emerging clone of Staphylococcus aureus. Both cause serious human diseases, and carry type V SCCmec elements. The objective of this study was to characterize SCCmec type V elements of ST772 and ST672 because the usual PCR methods did not amplify all primers specific to the type. Whole genome sequencing analysis of seven ST772 and one ST672 S. aureus isolates revealed that the SCCmec elements of six of the ST772 isolates were the smallest of the extant type V elements and in addition have several other novel features. Only one ST772 isolate and the ST672 isolate carried bigger SCCmec cassettes which were composites carrying multiple ccrC genes. These cassettes had some similarities to type V SCCmec element from M013 isolate (ST59) from Taiwan in certain aspects. SCCmec elements of all Indian isolates had an inversion of the mec complex, similar to the bovine SCCmec type X. This study reveals that six out of seven ST772 S. aureus isolates have a novel type V (5C2) SCCmec element while one each of ST772 and ST672 isolates have a composite SCCmec type V element (5C2&5) formed by the integration of type V SCCmec into a MSSA carrying a SCC element, in addition to the mec gene complex inversions and extensive recombinations.

Influence of the AgrC-AgrA Complex on the Response Time of Staphylococcus aureus Quorum Sensing

The Staphylococcus aureus agr quorum-sensing system plays a major role in the transition from the persistent to the virulent phenotype. S. aureus agr type I to IV strains are characterized by mutations in the sensor domain of the histidine kinase AgrC and differences in the sequences of the secreted autoinducing peptides (AIP). Here we demonstrate that interactions between the cytosolic domain of AgrC (AgrC(Cyto)) and the response regulator domain of AgrA (AgrA(RR)) dictate the spontaneity of the cellular response to AIP stimuli. The crystal structure of AgrC(Cyto) provided a basis for a mechanistic model of AgrC-AgrA interactions. This model enabled an analysis of the biochemical and biophysical parameters of AgrC-AgrA interactions in the context of the conformational features of the AgrC-AgrA complex. This analysis revealed distinct sequence and conformational features that determine the affinity, specificity, and kinetics of the phosphotransfer reaction. This step, which governs the response time for transcriptional reengineering triggered by an AIP stimulus, is independent of the agr type and similar for agonist and antagonist stimuli. These experimental data could serve as a basis on which to validate simulations of the quorum-sensing response and for strategies that employ the agr quorum-sensing system to combat biofilm formation in S. aureus infections.

Levels of Alpha-Toxin Correlate with Distinct Phenotypic Response Profiles of Blood Mononuclear Cells and with agr Background of Community-Associated Staphylococcus aureus Isolates

Epidemiological studies of Staphylococcus aureus have shown a relation between certain clones and the presence of specific virulence genes, but how this translates into virulence-associated functional responses is not fully elucidated. Here we addressed this issue by analyses of community-acquired S. aureus strains characterized with respect to antibiotic resistance, ST types, agr types, and virulence gene profiles. Supernatants containing exotoxins were prepared from overnight bacterial cultures, and tested in proliferation assays using human peripheral blood mononuclear cells (PBMC). The strains displayed stable phenotypic response profiles, defined by either a proliferative or cytotoxic response. Although, virtually all strains elicited superantigen-mediated proliferative responses, the strains with a cytotoxic profile induced proliferation only in cultures with the most diluted supernatants. This indicated that the superantigen-response was masked by a cytotoxic effect which was also confirmed by flow cytometry analysis. The cytotoxic supernatants contained significantly higher levels of alpha-toxin than did the proliferative supernatants. Addition of alpha-toxin to supernatants characterized as proliferative switched the response into cytotoxic profiles. In contrast, no effect of Panton Valentine Leukocidin, delta-toxin or phenol soluble modulin alpha-3 was noted in the proliferative assay. Furthermore, a significant association between agr type and phenotypic profile was found, where agrII and agrIII strains had predominantly a proliferative profile whereas agrI and IV strains had a predominantly cytotoxic profile. The differential response profiles associated with specific S. aureus strains with varying toxin production could possibly have an impact on disease manifestations, and as such may reflect specific pathotypes.

Structure of an amidohydrolase, SACOL0085, from methicillin-resistant Staphylococcus aureus COL

Staphylococcus aureus is an opportunistic pathogen that rapidly acquires resistance to frontline antibiotics. The characterization of novel protein targets from this bacterium is thus an important step towards future therapeutic strategies. Here, the crystal structure of an amidohydrolase, SACOL0085, from S. aureus COL is described. SACOL0085 is a member of the M20D family of peptidases. Unlike other M20D peptidases, which are either monomers or dimers, SACOL0085 adopts a butterfly-shaped homotetrameric arrangement with extensive intersubunit interactions. Each subunit of SACOL0085 contains two Mn2+ ions at the active site. A conserved cysteine residue at the active site distinguishes M20D peptidases from other M20 family members. This cysteine, Cys103, serves as bidentate ligand coordinating both Mn2+ ions in SACOL0085.

Structural Basis for Feed-Forward Transcriptional Regulation of Membrane Lipid Homeostasis in Staphylococcus aureus

11 p.

Avaliação da resposta imune a Staphylococcus aureus, Escherichia coli e Candida albicans em pacientes com neuromielite óptica e sua correlação com o grau de incapacidade neurológica

A Neuromielite Óptica (NMO), anteriormente considerada como um subtipo de Esclerose Múltipla, é uma doença autoimune, inflamatória do sistema nervoso central, na qual o sistema imune ataca a mielina dos neurônios localizados nos nervos ópticos e medula espinhal, produzindo, então, mielite e neurite óptica simultânea ou sequenciais. A patogênese da neuromielite óptica é influenciada pela combinação de fatores genéticos e ambientais, incluindo agentes infecciosos. Diferentes doenças infecciosas podem tanto desencadear como exacerbar a autoimunidade. Portanto, o objetivo do presente estudo foi de analisar a responsividade imune in vitro a Escherichia coli, Staphylococcus aureus e Candida albicans em pacientes com NMO recorrente-remitente, e a correlacionar ao nível de incapacidade neurológica. Nesse contexto, a extensão da linfoproliferação e perfil de citocinas em resposta a S. aureus e C. albicans, em culturas de células mononucleares do sangue periférico (CMSP) foram similares entre pacientes com NMO e indivíduos saudáveis. Entretanto, maior proliferação de células T associada à elevada liberação de IL-1β, IL-6 e IL-17 foi observada em culturas de células derivadas de pacientes com NMO quando estimuladas com E. coli. Ademais, nessas culturas, a produção de IL-10 foi significativamente menor quando comparada ao grupo controle. Ensaios conduzidos em culturas de CMSP depletadas de diferentes subtipos de linfócitos demonstraram que, enquanto células T CD4+ e T CD8+ produzem IL-6 em resposta a E. coli, a produção de IL-17 foi praticamente restrita às células T CD4+. Os níveis de IL-6 e IL-17 in vitro induzidos por E. coli foram correlacionados positivamente às incapacidades neurológicas. Essa maior tendência a produzir citocinas relacionadas ao perfil Th17 foi diretamente associada aos níveis de IL-23 produzidos por monócitos ativados com LPS. De modo interessante, níveis elevados de LPS foram quantificados no plasma de pacientes com NMO e estes foram correlacionados aos níveis plasmáticos de IL-6. Em conclusão, nossos resultados sugerem que uma maior responsividade a E. coli poderia estar envolvida na patogênese da NMO. Esse tipo de investigação é muito importante pois inibidores da ligação ou sinalização do TLR poderiam ser considerados terapias com grande potencial como adjuvantes no tratamento de pacientes com NMO.

Epidemiologia das infecções causadas por Staphylococcus aureus resistente a meticilina com perfil comunitário (CA-MRSA) em pacientes atendidos em um hospital terciário no Rio de Janeiro

O Staphylococcus aureus resistente a meticilina (MRSA) foi inicialmente descrito como um patógeno associado a infecções relacionadas à assistência em saúde; porém, um clone de MRSA, o CA-MRSA emergiu na comunidade e está atualmente incrementando nos hospitais. O objetivo desta tese foi descrever aspectos relacionados com a epidemiologia das infecções por cepas CA-MRSA no Hospital Universitário Pedro Ernesto da Universidade do Estado do Rio de Janeiro (HUPE/UERJ), avaliando especificamente fatores de risco relacionado com as infecções por CA-MRSA. Usando informações das bases de dados do laboratório de microbiologia, da farmácia e da Comissão para Controle da Infecção Hospitalar do HUPE/UERJ foi realizado um estudo retrospectivo de infecções/colonizações por cepas de S. aureus (fevereiro 2005 a Julho 2011). Foi realizado um estudo caso e controle, utilizando como casos os pacientes com infecções por cepas CA-MRSA. Na avaliação da susceptibilidade aos antimicrobianos usados em infecções graves por MRSA (vancomicina, teicoplanina, daptomicina e linezolida), foram determinadas as concentrações inibitórias mínimas (CIM) das amostras por diferentes metodologias (testes de difusão em agar, microdiluição em caldo e E-test). Nas analises das tendências temporais da apresentação dos subtipos de MRSA, usando um critério fenotípico para classificação das cepas MRSA, foi observada uma diminuição do número de cepas de MRSA multirresistente (HA-MRSA) (p<0.05). Também foi observada uma tendência ao aumento de cepas não-multirresistentes (CA-MRSA), mas sem alcançar a significância estatística (p = 0.06) igual que os S. aureus sensíveis a meticilina (MSSA) (p = 0.48). Não houve associação entre o subtipo de MRSA e a mortalidade devida à infecção por cepas MRSA. Uma idade acima de 70 anos (OR: 2.46, IC95%: 0.99 - 6.11), a presença de pneumonia adquirida no hospital (OR: 4.94, IC95%: 1.65 -14.8), a doença pulmonar obstrutiva crônica (OR: 6.09, IC95% 1.16 31.98) e a leucemia (OR: 8.2, IC95%: 1.25 54.7) foram fatores de risco associadas à mortalidade nas infecções por cepas de S. aureus. Usando curvas de Kaplan-Meier, foi observada uma tendência ao aumento da mortalidade em infecções causadas por MSSA na primeira semana, porém sem alcançar significância estatística (p = 0.07). Não foram observadas amostras MRSA com susceptibilidade intermediaria a vancomicina, linezolida, daptomicina ou teicoplanina. A dinâmica das infecções por S. aureus no HUPE/UERJ mudou durante o período de estudo, com menor número de episódios infecciosos causados por cepas de MRSA multirresistentes. Existe uma tendência ao aumento das cepas não-multirresistentes de MRSA entanto que a taxa de infecções por MSSA permaneceu estável no período do estudo. O perfil de resistência dos estafilococos não teve associação com a mortalidade

Staphylococcus aureus resistente à meticilina (MRSA): tipificação do cassete cromossômico SCCmec e resistência a antimicrobianos em pacientes com fibrose cística assistidos em dois centros no Rio de Janeiro

A infecção pulmonar de etiologia bacteriana é um dos principais problemas que levam a morbi-mortalidade na fibrose cística (FC). Staphylococcus aureus se destaca como um dos micro-organismos mais frequentes e com um agravante para a terapêutica quando se apresentam resistentes à oxacilina (MRSA). Amostras MRSA podem ser classificadas tanto genotipicamente quanto fenotipicamente em MRSA adquiridas na comunidade (CA-MRSA) ou adquiridas no hospital (HA-MRSA). Fenotipicamente, essa classificação é muito controversa, podendo se basear em critérios epidemiológicos ou ainda pelo perfil de susceptibilidade aos antimicrobianos. Por outro lado, a classificação genotípica consiste na determinação dos cassetes cromossômicos (SCCmec), local de inserção do gene mecA (que confere resistência a meticilina). Atualmente são reconhecidos 11 tipos de SCCmec, sendo os de tipo I ao III e VIII relacionados ao genótipo HA-MRSA e IV ao XI ao genótipo CA-MRSA. Classicamente CA-MRSA é capaz de produzir a toxina Panton-Valentine leukocidin (PVL), codificada pelos genes luk-S e luk-F que está associada à pneumonia necrotizante e infecções de tecidos moles em pacientes com FC com quadros de exacerbação pulmonar. No Brasil, raros são os trabalhos envolvendo caracterização de SCCmec em amostras de pacientes com FC. Diante disso, este estudo teve como objetivo principal a caracterização dos tipos de SCCmec e ainda a determinação do perfil de susceptibilidade a antimicrobianos em uma população de MRSA recuperada de pacientes com FC assistidos em dois centros de tratamento no Rio de Janeiro, Hospital Universitário Pedro Ernesto (HUPE) e Instituto Fernandes Figueira (IFF). Foram estudadas 108 amostras de MRSA isoladas do período de 2008 a 2010, sendo 94 oriundas de 28 pacientes adultos atendidos no IFF e 14 de 2 pacientes adultos atendidos no HUPE. Foram encontradas altas taxas de resistência para os antimicrobianos oxacilina, cefoxitina e eritromicina. Todas as amostras foram sensíveis à vancomicina e a linezolida quando determinada as Concentrações Inibitórias Mínimas (CIM). Através da técnica de PCR foi possível a tipificação dos SCCmec em 82,4% das amostras, sendo 64% destas compatíveis ao genótipo CA-MRSA. Não houve diferença estatística nas taxas de susceptibilidade aos antimicrobianos entre as amostras CA-MRSA e HA-MRSA. Foram encontrados os SCCmec dos tipos I, III, IV e V, sendo os tipos I e IV os mais frequentes. O gene que codifica a toxina PVL foi encontrado em 34,2% das amostras e foi observado em amostras CA-MRSA e HA-MRSA. Nosso estudo se destaca por apresentar um alto percentual de amostras CA-MRSA e ainda por ser o primeiro do país a detectar a presença do gene que codifica a toxina PVL em pacientes com FC. Além disso, de forma inédita na literatura, encontramos o gene luk-S, em amostras classificadas como HA-MRSA em pacientes com FC. Os poucos estudos nacionais, bem como as diferenças encontradas entre trabalhos, refletem a necessidade de conhecimento mais aprimorado do MRSA envolvido nas infecções pulmonares dos pacientes com FC.

Epidemiologia molecular de Staphylococcus aureus resistentes à meticilina (MRSA) isolados de pacientes com Fibrose Cística

Staphylococcus aureus resistente à meticilina (MRSA) é um importante patógeno pulmonar em pacientes com fibrose cística (FC). Caracteriza-se pela resistência a todos os β-lactâmicos, devido a presença do elemento genético móvel SCCmec o qual abriga o gene mecA. Além disso, é reconhecido por vários fatores de virulência o qual destacamos a toxina Panton-Valentine Leukocidin (PVL), uma citolisina formadora de poros na célula hospedeira, e por apresentar diversos clones epidêmicos envolvidos em surtos hospitalares. O objetivo desse estudo foi caracterizar a epidemiologia de MRSA, isolados de pacientes com FC referente a dois centros de referência no Rio de Janeiro a partir da aplicação de técnicas fenotípicas e genotípicas. Um total de 57 amostras de MRSA foi submetido ao teste de difusão em ágar para 11 antimicrobianos a fim de avaliar perfil de resistência, com aplicação da técnica da PCR foi tipificado o SCCmec e investigado a presença do gene LukS-PV responsável pela codificação da toxina PVL com intuito de estabelecer uma melhor caracterização epidemiológica dos clones identificados pela técnica do MLST (Multilocus Sequence Typing). Os antimicrobianos não β-lactâmicos apresentaram um percentual de resistência abaixo de 50%, em que destacamos a eritromicina com o maior percentual 45,6% e quanto ao perfil de resistência 24,6% foram multirresistentes. Com exceção do SCCmec II, os outros tipos foram encontrados (I, III, IV e V) com os respectivos percentuais de 22,8% (n=13), 7,1% (n=4), 61,4% (n=35) e 3,5% (n=2) e apenas 5,3% (n=3) das amostras não foram caracterizadas, não há dados da prevalência do SCCmec IV. Vinte (35,1%) amostras apresentaram produtos de amplificação compatível com a presença do gene lukS, aproximadamente metade dessas amostras (55%) estava correlacionada ao SCCmec IV. Com a análise do MLST, obtivemos os STs 1 (n=1, 1,7%), 5 (n=28, 49,1%), 30 (n=11, 19,3%), 72 (n=1, 1,7%), 398 (n=1, 1,7%), 1635 (n=7, 12,3%), 1661 (n=2, 3,5%), 239 (n=5, 8,8%), e ainda identificamos um novo ST (2732) presente em 1 amostra. A partir de uma análise associativa entre o MLST e o SCCmec foi possível observar a presença de linhagens características de clones epidêmicos, como o UK-EMRSA-3 (ST5, SCCmec I), USA 800/pediátrico (ST5, SCCmec IV), Oceania Southwest Pacific Clone - OSPC (ST30, SCCmec IV) e Brazilian Epidemic Clone - BEC (ST239, SCCmec III). Em conclusão este estudo é o primeiro a caracterizar linhagens epidêmicas de MRSA nos centros de atendimento a pacientes com FC no Rio de Janeiro, sendo necessário um monitoramento constante a fim de evitar a disseminação desses clones.

Marcadores fenotípicos e genotípicos de resistência aos antimicrobianos em enterobactérias e Staphylococcus spp. e detecção de genes para a produção de enterotoxina estafilocócica em cepas isoladas de equipamentos da cozinha de um hospital universitário no município do Rio de Janeiro

A resistência aos antimicrobianos pela produção de β-lactamases em enterobactérias é um problema adicional neste cenário. Staphylococcus spp é considerado um patógeno humano freqüentemente associado a infecções adquiridas no ambiente hospitalar. O objetivo desse trabalho foi estudar a resistência aos antimicrobianos em cepas de Enterobactérias e Staphylococcus spp. isoladas de equipamentos utilizados no preparo de dietas destinadas à pacientes internados em um hospital universitário no município do Rio de Janeiro, além de verificar a presença de genes codificadores de enterotoxinas nas cepas de Staphylococcus spp. As enterobactérias e os Staphylococcus spp. foram isolados e identificados por metodologia convencional. Para o teste de susceptibilidade aos antimicrobianos foram utilizados discos contendo antimicrobianos clinicamente relevantes. Foi determinada a concentração inibitória mínima (CIM) pela técnica de microdiluição em caldo para os antimicrobianos clinicamente relevantes. A pesquisa de genes que codificam β-lactamases em enterobactérias foi realizada pela técnica de reação em cadeia da polimerase (PCR) e sequenciamento para os genes blaTEM, blaSHV, blaCTX-M, blaOXA-1 e blaCMY-2. Para Staphylococcus spp. foram pesquisados, através da PCR e sequenciamento, os genes de resistência a meticilina, gentamicina e eritromicina e os genes codificadores de enterotoxinas (sea-see, seg-sej, sen-ser e seu). Foram isoladas 97 cepas de enterobactérias, 40 de liquidificador e 57 de batedeira e 40 cepas de Staphylococcus spp., 20 de cada equipamento. Dentre as enterobactérias, o gênero Enterobacter foi isolado com maior frequencia (n=37, 38%). Foram ainda isoladas seis cepas de Salmonella spp. Das enterobactérias, 80% (n=79) foram resistentes a pelo menos um antimicrobiano e 38% (n=37) a três ou mais. A expressão fenotípica presuntiva de b-lactamases do tipo AmpC foi detectada em 32 cepas. O gene blaCMY-2 não foi encontrado. Doze cepas apresentaram halos de inibição com screaning positivo para a pesquisa de ESBL. Foi detectada a presença do gene blaSHV em K. pneumoniae subsp. pneumoniae. O sequenciamento desse gene permitiu identificá-lo como sendo blaSHV-36. Dentre os Staphylococcus spp., oito foram identificados como coagulase-positivas (SCP) e 32 como coagulase-negativas (SCN). As oito cepas de SCP foram identificadas como S. aureus subsp. aureus. Dentre os SCN, as espécies identificadas com maior frequência foram: S. caprae (n=7, 17,5%), S. simulans (n=5, 12,5%) e S. epidermidis (n=4, 10%). Destas, 83% (n=33) foram resistentes a pelo menos um antimicrobiano e 30% (n=12) foram resistentes a mais do que três. Duas cepas (5%) de S. epidermidis apresentaram perfil de resistência a até seis antimicrobianos e genes de resistência a meticilina, a eritromicina e a gentamicina. Todas as sete cepas que foram resistentes no TSA e na CIM a gentamicina, apresentaram o gene aac(2)/aph(6). O gene ermB foi observado ainda em uma S hominis subsp hominis que apresentou resistência na CIM e no TSA. Foi detectada a presença de pelo menos um gene codificador de enteroxotxina em 83% (n=33) das cepas. O gene seg foi detectado em 11 cepas, o gene sei em 17 cepas e o gene sen em 31 cepas. Os resultados encontrados implicam as dietas preparadas com esses equipamentos como veículo de disseminação de enteropatógenos e Staphylococcus spp. com marcadores de resistência e genes codificadores de enterotoxinas relevantes no ambiente hospitalar.

Antibiotic sensitivity of Staphylococcus aureus strains isolated from fishery products

During the course of an investigation on the incidence of Staphylococcus aureus contamination in frozen crab meat, frozen prawns and dried fishes from Cochin, 116 strains of S. aureus were isolated. The sensitivity of the isolated strains towards nine antibiotics showed that all the S. aureus strains were sensitive to kanamycin and streptomycin (100%). Sensitivity to other antibiotics like chloramphenicol, polymyxin-B, erythromycin, tetracycline, neomycin, penicillin and ampicillin were shown by 98.28, 93.10, 87.93, 68.10, 67.24, 56.90 and 55.17 percent of the isolates respectively.

Effect of liquid nitrogen freezing and subsequent storage on survival of Staphylococcus aureus and Streptococcus pyogenes in treated prawn meat

Prawn meat treated with Streptococcus pyogenes B-49-2 culture and Staphylococcus aureus ATCC-12598 culture were frozen in conventional plate freezer at -40°C and by spray type liquid nitrogen freezer. The frozen products were stored at -18°C. Streptococcus pyogenes B-49-2 showed low sensitivity to cold injury during freezing and frozen storage. Staphylococcus aureus ATCC-12598 survived during the entire storage period of 240 days. Total bacterial count of untreated prawn meat was found to be always lesser in liquid nitrogen frozen products than that in plate frozen products.

Antibiotic resistance of Staphylococcus aureus strains isolated from fish processing factory workers

One hundred and twenty two strains of Staphylococcus aureus isolated from throats and palms of 39 workers from 6 fish processing factories situated in and around Cochin were tested for their sensitivity to nine commonly used antibiotics-ampicillin, chloramphenicol, erythromycin, kanamycin, neomycin, penicillin, polymyxin-B, streptomycin and tetracycline. Highest percentage of resistance was observed towards ampicillin followed by penicillin i.e. 64.75% and 59.84%. Resistance towards other antibiotics like tetracycline, polymyxin-B, erythromycin, kanamycin, neomycin, chloramphenicol and streptomycin were shown by 22.95, 16.39, 7.38, 5.74, 3.28 and 1.64% of the isolates respectively.