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)

Discrimination of bacteriophage infected cells using locked nucleic acid fluorescent in situ hybridization (LNA-FISH)

Bacteriophage-host interaction studies in biofilm structures are still challenging due to the technical limitations of traditional methods. The aim of this study was to provide a direct fluorescence in situ hybridization (FISH) method based on locked nucleic acid (LNA) probes, which targets the phage replication phase, allowing the study of population dynamics during infection. Bacteriophages specific for two biofilm-forming bacteria, Pseudomonas aeruginosa and Acinetobacter, were selected. Four LNA probes were designed and optimized for phage-specific detection and for bacterial counterstaining. To validate the method, LNA-FISH counts were compared with the traditional plaque forming unit (PFU) technique. To visualize the progression of phage infection within a biofilm, colony-biofilms were formed and infected with bacteriophages. A good correlation (r=0.707) was observed between LNA-FISH and PFU techniques. In biofilm structures, LNA-FISH provided a good discrimination of the infected cells and also allowed the assessment of the spatial distribution of infected and non-infected populations.

Structural and enzymatic characterization of ABgp46, a novel phage endolysin with broad anti-Gram-negative bacterial activity

The present study demonstrates the antibacterial potential of a phage endolysin against Gram-negative pathogens, particularly against multidrug resistant strains of Acinetobacter baumannii. We have cloned, heterologously expressed and characterized a novel endolysin (ABgp46) from Acinetobacter phage vb_AbaP_CEB1 and tested its antibacterial activity against several multidrug-resistant A. baumannii strains. LC-MS revealed that ABgp46 is an N-acetylmuramidase, that is also active over a broad pH range (4.0-10.0) and temperatures up to 50°C. Interestingly, ABgp46 has intrinsic and specific anti-A. baumannii activity, reducing multidrug resistant strains by up to 2 logs within 2 hours. By combining ABgp46 with several organic acids that act as outer membrane permeabilizing agents, it is possible to increase and broaden antibacterial activity to include other Gram-negative bacterial pathogens. In the presence of citric and malic acid, ABgp46 reduces A. baumannii below the detection limit (> 5 log) and more than 4 logs P. aeruginosa and Salmonella Typhimurium strains. Overall, this globular endolysin exhibits a broad and high activity against Gram-negative pathogens, that can be enhanced in presence of citric and malic acid, and be used in human and veterinary medicine.

Construction of an innocuous Salmonella phage

Dissertação de mestrado em Bioengenharia

Novel strategies to combat gram-negative bacterial pathogens using bacteriophage proteins

Dissertação de mestrado em Bioengenharia

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 <i> Pseudomonas aeruginosa </i>: 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 <i> P. aeruginosa </i> 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 <i> P. aeruginosa.</i> b) Se caracterizarán los sistemas de transporte en <i> P. aeruginosa</i> 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 <i> P. aeruginosa</i> crecidas en medios iso e hiperosmolares obtenidos con soluciones salinas y solutos no ionizables. d) Se tratará de establecer en <i> P. aeruginosa</i> 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 <i> P. aeruginosa</i> con fenotipos característicos relacionados con los puntos anteriores. (...) b) Se construirá la librería genómica de <i> P. aeruginosa</i> 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 <i>Pseudomonas aeruginosa</i>. Transcriptional regulation and relationship between structure and function of proteins related with the choline metabolism in <i>Pseudomonas aeruginosa</i>.

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 <i>Pseudomonas aeruginosa</i>, 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 <i>C. elegans</i>. 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 <i>P. aeruginosa</i>. 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 <i>P. aeruginosa</i> 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 <i>Pseudomonas putida</i>. Adaptative answer and degradation of quaternary ammonium compounds by <i>Pseudomonas putida</i>.

El objetivo de este trabajo es caracterizar la respuesta de <i>P. putida</i> 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 <i>P. putida</i> tolerar altas concentraciones del biocida. La degradación de TDTMA por <i>P. putida</i> 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 <i>P. putida</i>. 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 <i>P. putida</i> para sobrevivir en presencia del TDTMA. Para concluir si fosfatidilglicerol es el principal responsable de la adaptación de <i>P. putida</i> 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 <i>P. putida</i> 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.

Producción de compuestos antimicrobianos por <i>Pseudomonas</i> nativas de la region de Córdoba. Production of antimicrobial compounds by native <i>Pseudomonas</i> from region of Cordoba.

La agricultura moderna se basa en el empleo de fertilizantes y pesticidas químicos para aumentar la productividad y para el control de enfermedades de los cultivos; sin embargo, existe una tendencia a disminuir su uso en la agricultura debido a los efectos negativos sobre la salud humana y el medio ambiente. Una estrategia alternativa al uso de agroquímicos es el empleo de microorganismos capaces de promover el crecimiento vegetal y/o actuar como agentes de biocontrol. A la hora de formular un inoculante se debe tener en cuenta que la cepa sea competitiva. A pesar de que se conoce poco sobre el rol de las bacteriocinas en el medio ambiente; se ha observado que bacterias productoras de bacteriocinas son más competitivas. Además estos metabolitos pueden ser utilizados también para el control biológico de bacterias patógenas. En el laboratorio se cuenta con cepas de Pseudomonas aislados de la rizósfera de cereales de la provincia de Córdoba. <i>Pseudomonas sp. SF4c (cepa nativa de trigo), secreta una bacteriocina de alto peso molecular, aun no caracterizada. HIPOTESIS: El empleo de formulaciones en base a cepas nativas competitivas, altamente eficientes para la promoción del crecimiento vegetal y el control biológico permitirá disminuir el uso de agroquímicos incrementando la producción y/o calidad de los cultivos. Objetivos específicos: 1. Evaluar la capacidad de Pseudomonas nativas de inhibir el crecimiento de hongos fitopatógeno. 2. Analizar la producción de bacteriocinas en <i>Pseudomonas spp.</i> 3. Purificar parcialmente la bacteriocina secretada por <i>Pseudomonas sp.</i> SF4c. Para llevar a cabo este proyecto, - Se probará la capacidad de Pseudomonas de inhibir el crecimiento de hongos fitopatógenos en medio agar dextrosa papa. En las cepas biocontroladoras, se buscarán los genes implicados en la síntesis de metabolitos secundarios, mediante PCR usando primer específicos. - Se analizará la producción de bacteriocinas en <i>Pseudomonas</i> nativas. En las cepas bacteriocinogénicas se realizarán estudios adicionales para conocer la estabilidad de estos compuestos (sensibilidad a enzimas proteolíticas, calor, UV). -Se purificará la bacteriocina secretada por Pseudomonas sp. SF4C, mediante cromatografía de exclusión molecular, las fracciones recogidas serán analizados en geles de poliacrilamida. La identificación de la proteína será realizada por espectrometría de masa MALDI-TOF. Se espera encontrar dentro de la colección, cepas capaces de controlar el desarrollo de hongos fitopatógenos, dilucidar los mecanismos mediante el cual ejerce su efecto de biocontrol y avanzar en el conocimiento de nuevas bacteriocinas. A nivel industrial, existe en el futuro la posibilidad de que estas bacterias puedan ser utilizadas en la formulación de inoculantes para ser usados en la fertilización de cultivos de cereales que son de gran importancia económica para la región, y/o como agentes de control biológico.

Algumas exigências metabólicas de Pseudomonas denitrificans

Para estudos da bioquímica da desnitrificação os desnitrificadores são cultivados em meio parcialmente sintético, com extrato de levedura ou de carne ou ainda peptona. Procurou-se então um meio de cultura completamente sintético no qual P. denitrificans pudesse desenvolver-se e fazer desnitrificação. Para tanto, células de um "strain" dessa bactéria foram crescidas durantes, 24 e 48 horas em tubos de ensaio contendo 10 ml de meio de cultura consistindo de succinato de sódio, nitrato de potássio, extrato de levedura o tampão de fosfato 1M, valôr pH 6,8. Dêsse meio (controle) 0,1 ml foi inoculado em 10 ml do meio de cultura em estudo, mantido então em condições parcialmente anaeróbicas. Após 24 horas uma alíquota foi retirada e suspensa em água destilada e a turbidês lida em espectrofotômetro Beckman, a 420 my. Os dados obtidos após longa série de ensaios permitiram concluir que a fim de se obter em 48 horas um crescimento da mesma ordem que o obtido com o meio controle, o meio de cultura sintético deve conter micronutrientes (Zn, Fe, Mn, Cu, Co, B e Mo, em EDTA), sulfato de sódio, sulfato de magnésio e ácido glutâmico, além de KNO3, succinato e tampão de fosfato.

Isolamento e caracterização de Pseudomonas maltophilia (Hugh &amp; Ryschenkow, 1960) de material clínico humano, na cidade do Rio de Janeiro

Os autores estudaram as propriedades morfo-bioquímicas e a sensibilidade às substâncias antimicrobianas, de uma nova e rara espécie de Pseudomonas, a Pseudomonas maltophilia (Hugh &amp; Ryschenkow, 1960), isolada de secração vaginal. Como características marcantes, dentre mais de 65 testadas, as amostras estudadas mostraram ser: oxidase negativa e lisina descarboxilase positiva; produziram desoxiribonuclease e um pigmento escuro que se difunde no meio; atacaram oxidativamente a maltose tanto em meio complexo nitrogenado como em meio de Hugh &amp; Leifson e hidrolisaram a esculina. As amostras foram sensíveis ao cloranfenicol, gentamicina, kanamicina, colistin e gabromicina.

Pharmacokinetics and safety of panobacumab: specific adjunctive immunotherapy in critical patients with nosocomial Pseudomonas aeruginosa O11 pneumonia.

Objectives Nosocomial Pseudomonas aeruginosa pneumonia remains a major concern in critically ill patients. We explored the potential impact of microorganism-targeted adjunctive immunotherapy in such patients. Patients and methods This multicentre, open pilot Phase 2a clinical trial (NCT00851435) prospectively evaluated the safety, pharmacokinetics and potential efficacy of three doses of 1.2 mg/kg panobacumab, a fully human monoclonal anti-lipopolysaccharide IgM, given every 72 h in 18 patients developing nosocomial P. aeruginosa (serotype O11) pneumonia. Results Seventeen out of 18 patients were included in the pharmacokinetic analysis. In 13 patients receiving three doses, the maximal concentration after the third infusion was 33.9&#8202;±&#8202;8.0 &#956;g/mL, total area under the serum concentration-time curve was 5397&#8202;±&#8202;1993 &#956;g h/mL and elimination half-life was 102.3&#8202;±&#8202;47.8 h. Panobacumab was well tolerated, induced no immunogenicity and was detected in respiratory samples. In contrast to Acute Physiology and Chronic Health Evaluation II (APACHE II) prediction, all 13 patients receiving three doses survived, with a mean clinical resolution in 9.0&#8202;±&#8202;2.7 days. Two patients suffered a recurrence at days 17 and 20. Conclusions These data suggest that panobacumab is safe, with a pharmacokinetic profile similar to that in healthy volunteers. It was associated with high clinical cure and survival rates in patients developing nosocomial P. aeruginosa O11 pneumonia. We concluded that these promising results warrant further trials.