Validação de técnicas moleculares para o diagnóstico de bactérias em peixes, visando redução de tempo e custo

Pós-graduação em Microbiologia Agropecuária - FCAV

Dextran sulfate/Triton X two-phase micellar systems as an alternative first purification step for clavulanic acid

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

The chemical composition and pharmacological activities of geopropolis produced by Melipona fasciculata Smith in northeast Brazil

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Cranberries and lower urinary tract infection prevention

Lower urinary tract infections are very common diseases. Recurrent urinary tract infections remain challenging to treat because the main treatment option is long-term antibiotic prophylaxis; however, this poses a risk for the emergence of bacterial resistance. Some options to avoid this risk are available, including the use of cranberry products. This article reviews the key methods in using cranberries as a preventive measure for lower urinary tract infections, including in vitro studies and clinical trials.

L'uso dei farmaci antibatterici negli ospedali dell'Emilia-Romagna

Obiettivo Analisi di consumi e costi degli antibiotici sistemici negli ospedali dell’Emilia-Romagna dal 2004 al 2011, con attenzione alla variabilità interaziendale e al significato, in termini di resistenza batterica, dell’aumento di alcuni gruppi terapeutici; Sottoanalisi nei reparti pediatrici, individuando i gruppi terapeutici critici, e valutazione delle reazioni avverse pediatriche da antibiotici segnalate, per il periodo in esame. Metodi I dati di consumo e spesa degli antibiotici sistemici per il periodo 2004-2011 sono stati ottenuti dal database regionale AFO e le giornate di degenza per ogni reparto dal database regionale di dimissione ospedaliera SDO. Le segnalazioni di sospette reazioni avverse da antibiotici tra gennaio 2004 e dicembre 2011 sono state estratte dal database nazionale VigiSegn. Risultati Negli otto anni, il consumo di antibiotici negli ospedali dell’Emilia-Romagna è aumentato del 27% e la spesa del 3%. Il consumo è apparso nettamente superiore nei reparti chirurgici che medici. La prima classe per consumo e spesa sono le penicilline/inibitori delle beta lattamasi. Nei reparti pediatrici, sono stati utilizzati 65 principi attivi diversi e amoxicillina/acido clavulanico è stato il più usato (26% del totale del 2011). Tra gli antibiotici critici, le cefalosporine di terza generazione sono state le più consumate in tutti i reparti pediatrici nel 2011. Tra le molecole il cui uso ospedaliero è vincolato, spiccano il linezolid e la teicoplanina che, comunque, hanno inciso più di tutte nella spesa del 2011 (18% e 15%, rispettivamente). Per la farmacovigilanza, i bambini (3-13 anni) sono stati coinvolti in 23 casi, mentre gli infanti (≤2 anni) solo in 4. L’associazione amoxicillina/acido clavulanico è stata più frequentemente segnalata (n=7), e soltanto 2 casi erano gravi. Conclusioni I risultati mostrano un quadro critico sul massiccio uso delle cefalosporine di terza generazione e sull’incremento del linezolid, da approfondire se per inappropriatezza d’uso oppure per aumento delle resistenze batteriche.

Rifaximin-mediated changes to the epithelial cell proteome: 2-D gel analysis

Diarrhea remains a significant cause of worldwide morbidity and mortality. Over 4 million children die of diarrhea annually. Although antibiotics can be used as prophylaxis or for treatment of diarrhea, concern remains over antibiotic resistance. Rifaximin is a semi-synthetic rifamycin derivative that can be used to treat symptoms of infectious diarrhea, inflammatory bowel syndrome, bacterial overgrowth of the small bowel, pouchitis, and fulminant ulcerative colitis. Rifaximin is of particular interest because it is poorly adsorbed in the intestines, shows no indication of inducing bacterial resistance, and has minimal effect on intestinal flora. In order to better understand how rifaximin functions, we sought to compare the protein expression profile of cells pretreated with rifaximin, as compared to cells treated with acetone, rifamycin (control antibiotic), or media (untreated). 2-D gel electrophoresis identified 38 protein spots that were up- or down-regulated by over 2-fold in rifaximin treated cells compared to controls. 16 of these spots were down-regulated, including keratin, annexin A5, intestinal-type alkaline phosphatase, histone h4, and histone-binding protein RbbP4. 22 spots were up-regulated, including heat shock protein HSP 90 alpha, alkaline phosphatase, and fascin. Many of the identified proteins are associated with cell structure and cytoskeleton, transcription and translation, and cellular metabolism. A better understanding of the functionality of rifaximin will identify additional potential uses for rifaximin and determine for whom the drug is best suited. ^

Genome-Wide Analysis of the Response of Dickeya dadantii 3937 to Plant Antimicrobial Peptides

Antimicrobial peptides constitute an important factor in the defense of plants against pathogens, and bacterial resistance to these peptides have previously been shown to be an important virulence factor in Dickeya dadantii, the causal agent of soft-rot disease of vegetables. In order to understand the bacterial response to antimicrobial pep- tides, a transcriptional microarray analysis was performed upon treatment with sub-lethal concentration of thionins, a widespread plant peptide. In all, 36 genes were found to be overexpressed, and were classified according to their deduced function as i) transcriptional regulators, ii) transport, and iii) modification of the bacterial membrane. One gene encoding a uricase was found to be repressed. The majority of these genes are known to be under the control of the PhoP/PhoQ system. Five genes representing the different functions induced were selected for further analysis. The results obtained indicate that the presence of antimicrobial peptides induces a complex response which includes peptide-specific elements and general stress-response elements contributing differentially to the virulence in different hosts.

Nitrosative stress: Metabolic pathway involving the flavohemoglobin

Nitric oxide (NO) biology has focused on the tightly regulated enzymatic mechanism that transforms l-arginine into a family of molecules, which serve both signaling and defense functions. However, very little is known of the pathways that metabolize these molecules or turn off the signals. The paradigm is well exemplified in bacteria where S-nitrosothiols (SNO)—compounds identified with antimicrobial activities of NO synthase—elicit responses that mediate bacterial resistance by unknown mechanisms. Here we show that Escherichia coli possess both constitutive and inducible elements for SNO metabolism. Constitutive enzyme(s) cleave SNO to NO whereas bacterial hemoglobin, a widely distributed flavohemoglobin of poorly understood function, is central to the inducible response. Remarkably, the protein has evolved a novel heme-detoxification mechanism for NO. Specifically, the heme serves a dioxygenase function that produces mainly nitrate. These studies thus provide new insights into SNO and NO metabolism and identify enzymes with reactions that were thought to occur only by chemical means. Our results also emphasize that the reactions of SNO and NO with hemoglobins are evolutionary conserved, but have been adapted for cell-specific function.

Synergy in a medicinal plant: Antimicrobial action of berberine potentiated by 5′-methoxyhydnocarpin, a multidrug pump inhibitor

Multidrug resistance pumps (MDRs) protect microbial cells from both synthetic and natural antimicrobials. Amphipathic cations are preferred substrates of MDRs. Berberine alkaloids, which are cationic antimicrobials produced by a variety of plants, are readily extruded by MDRs. Several Berberis medicinal plants producing berberine were found also to synthesize an inhibitor of the NorA MDR pump of a human pathogen Staphylococcus aureus. The inhibitor was identified as 5′-methoxyhydnocarpin (5′-MHC), previously reported as a minor component of chaulmoogra oil, a traditional therapy for leprosy. 5′-MHC is an amphipathic weak acid and is distinctly different from the cationic substrates of NorA. 5′-MHC had no antimicrobial activity alone but strongly potentiated the action of berberine and other NorA substrates against S. aureus. MDR-dependent efflux of ethidium bromide and berberine from S. aureus cells was completely inhibited by 5′-MHC. The level of accumulation of berberine in the cells was increased strongly in the presence of 5′-MHC, indicating that this plant compound effectively disabled the bacterial resistance mechanism against the berberine antimicrobial.

Applicazione della spettrometria di massa MALDI-TOF in microbiologia clinica

Riassunto La spettrometria di massa (MS) nata negli anni ’70 trova oggi, grazie alla tecnologia Matrix-Assisted Laser Desorption Ionization-Time of Flight (MALDI-TOF), importanti applicazioni in diversi settori: biotecnologico (per la caratterizzazione ed il controllo di qualità di proteine ricombinanti ed altre macromolecole), medico–clinico (per la diagnosi di laboratorio di malattie e per lo sviluppo di nuovi trattamenti terapeutici mirati), alimentare ed ambientale. Negli ultimi anni, questa tecnologia è diventata un potente strumento anche per la diagnosi di laboratorio in microbiologia clinica, rivoluzionando il flusso di lavoro per una rapida identificazione di batteri e funghi, sostituendo l’identificazione fenotipica convenzionale basata su saggi biochimici. Attualmente mediante MALDI-TOF MS sono possibili due diversi approcci per la caratterizzazione dei microrganismi: (1) confronto degli spettri (“mass spectra”) con banche dati contenenti profili di riferimento (“database fingerprints”) e (2) “matching” di bio-marcatori con banche dati proteomiche (“proteome database”). Recentemente, la tecnologia MALDI-TOF, oltre alla sua applicazione classica nell’identificazione di microrganismi, è stata utilizzata per individuare, indirettamente, meccanismi di resistenza agli antibiotici. Primo scopo di questo studio è stato verificare e dimostrare l’efficacia identificativa della metodica MALDI-TOF MS mediante approccio di comparazione degli spettri di differenti microrganismi di interesse medico per i quali l’identificazione risultava impossibile a causa della completa assenza o presenza limitata, di spettri di riferimento all’interno della banca dati commerciale associata allo strumento. In particolare, tale scopo è stato raggiunto per i batteri appartenenti a spirochete del genere Borrelia e Leptospira, a miceti filamentosi (dermatofiti) e protozoi (Trichomonas vaginalis). Secondo scopo di questo studio è stato valutare il secondo approccio identificativo basato sulla ricerca di specifici marcatori per differenziare parassiti intestinali di interesse medico per i quali non è disponibile una banca dati commerciale di riferimento e la sua creazione risulterebbe particolarmente difficile e complessa, a causa della complessità del materiale biologico di partenza analizzato e del terreno di coltura nei quali questi protozoi sono isolati. Terzo ed ultimo scopo di questo studio è stata la valutazione dell’applicabilità della spettrometria di massa con tecnologia MALDI-TOF per lo studio delle resistenze batteriche ai carbapenemi. In particolare, è stato messo a punto un saggio di idrolisi dei carbapenemi rilevata mediante MALDI-TOF MS in grado di determinare indirettamente la produzione di carbapenemasi in Enterobacteriaceae. L’efficacia identificativa della metodica MALDI-TOF mediante l’approccio di comparazione degli spettri è stata dimostrata in primo luogo per batteri appartenenti al genere Borrelia. La banca dati commerciale dello strumento MALDI-TOF MS in uso presso il nostro laboratorio includeva solo 3 spettri di riferimento appartenenti alle specie B. burgdorferi ss, B. spielmani e B. garinii. L’implementazione del “database” con specie diverse da quelle già presenti ha permesso di colmare le lacune identificative dovute alla mancanza di spettri di riferimento di alcune tra le specie di Borrelia più diffuse in Europa (B. afzelii) e nel mondo (come ad esempio B. hermsii, e B. japonica). Inoltre l’implementazione con spettri derivanti da ceppi di riferimento di specie già presenti nel “database” ha ulteriormente migliorato l’efficacia identificativa del sistema. Come atteso, il ceppo di isolamento clinico di B. lusitaniae (specie non presente nel “database”) è stato identificato solo a livello di genere corroborando, grazie all’assenza di mis-identificazione, la robustezza della “nuova” banca dati. I risultati ottenuti analizzando i profili proteici di ceppi di Borrelia spp. di isolamento clinico, dopo integrazione del “database” commerciale, indicano che la tecnologia MALDI-TOF potrebbe essere utilizzata come rapida, economica ed affidabile alternativa ai metodi attualmente utilizzati per identificare ceppi appartenenti a questo genere. Analogamente, per il genere Leptospira dopo la creazione ex-novo della banca dati “home-made”, costruita con i 20 spettri derivati dai 20 ceppi di riferimento utilizzati, è stata ottenuta una corretta identificazione a livello di specie degli stessi ceppi ri-analizzati in un esperimento indipendente condotto in doppio cieco. Il dendrogramma costruito con i 20 MSP-Spectra implementati nella banca dati è formato da due rami principali: il primo formato dalla specie non patogena L. biflexa e dalla specie a patogenicità intermedia L. fainei ed il secondo che raggruppa insieme le specie patogene L. interrogans, L. kirschneri, L. noguchii e L. borgpetersenii. Il secondo gruppo è ulteriormente suddiviso in due rami, contenenti rispettivamente L. borgpetersenii in uno e L. interrogans, L. kirschneri e L. noguchii nell’altro. Quest’ultimo, a sua volta, è suddiviso in due rami ulteriori: il primo comprendente la sola specie L. noguchii, il secondo le specie L. interrogans e L. kirshneri non separabili tra loro. Inoltre, il dendrogramma costruito con gli MSP-Spectra dei ceppi appartenenti ai generi Borrelia e Leptospira acquisiti in questo studio, e appartenenti al genere Brachyspira (implementati in un lavoro precedentemente condotto) mostra tre gruppi principali separati tra loro, uno per ogni genere, escludendo possibili mis-identificazioni tra i 3 differenti generi di spirochete. Un’analisi più approfondita dei profili proteici ottenuti dall’analisi ha mostrato piccole differenze per ceppi della stessa specie probabilmente dovute ai diversi pattern proteici dei distinti sierotipi, come confermato dalla successiva analisi statistica, che ha evidenziato picchi sierotipo-specifici. È stato, infatti, possibile mediante la creazione di un modello statistico dedicato ottenere un “pattern” di picchi discriminanti in grado di differenziare a livello di sierotipo sia i ceppi di L. interrogans sia i ceppi di L. borgpetersenii saggiati, rispettivamente. Tuttavia, non possiamo concludere che i picchi discriminanti da noi riportati siano universalmente in grado di identificare il sierotipo dei ceppi di L. interrogans ed L. borgpetersenii; i picchi trovati, infatti, sono il risultato di un’analisi condotta su uno specifico pannello di sierotipi. È stato quindi dimostrato che attuando piccoli cambiamenti nei parametri standardizzati come l’utilizzo di un modello statistico e di un programma dedicato applicato nella routine diagnostica è possibile utilizzare la spettrometria di massa MALDI-TOF per una rapida ed economica identificazione anche a livello di sierotipo. Questo può significativamente migliorare gli approcci correntemente utilizzati per monitorare l’insorgenza di focolai epidemici e per la sorveglianza degli agenti patogeni. Analogamente a quanto dimostrato per Borrelia e Leptospira, l’implementazione della banca dati dello spettrometro di massa con spettri di riferimento di miceti filamentosi (dermatofiti) si è rilevata di particolare importanza non solo per l’identificazione di tutte le specie circolanti nella nostra area ma anche per l’identificazione di specie la cui frequenza nel nostro Paese è in aumento a causa dei flussi migratori dalla zone endemiche (M. audouinii, T. violaceum e T. sudanense). Inoltre, l’aggiornamento del “database” ha consentito di superare la mis-identificazione dei ceppi appartenenti al complesso T. mentagrophytes (T. interdigitale e T. mentagrophytes) con T. tonsurans, riscontrata prima dell’implementazione della banca dati commerciale. Il dendrogramma ottenuto dai 24 spettri implementati appartenenti a 13 specie di dermatofiti ha rivelato raggruppamenti che riflettono quelli costruiti su base filogenetica. Sulla base dei risultati ottenuti mediante sequenziamento della porzione della regione ITS del genoma fungino non è stato possibile distinguere T. interdigitale e T. mentagrophytes, conseguentemente anche gli spettri di queste due specie presentavano picchi dello stesso peso molecoalre. Da sottolineare che il dendrogramma costruito con i 12 profili proteici già inclusi nel database commerciale e con i 24 inseriti nel nuovo database non riproduce l’albero filogenetico per alcune specie del genere Tricophyton: gli spettri MSP già presenti nel database e quelli aggiunti delle specie T. interdigitale e T. mentagrophytes raggruppano separatamente. Questo potrebbe spiegare le mis-identificazioni di T. interdigitale e T. mentagrophytes con T. tonsurans ottenute prima dell’implementazione del database. L’efficacia del sistema identificativo MALDI-TOF è stata anche dimostrata per microrganismi diversi da batteri e funghi per i quali la metodica originale è stata sviluppata. Sebbene tale sistema identificativo sia stato applicato con successo a Trichomonas vaginalis è stato necessario apportare modifiche nei parametri standard previsti per l’identificazione di batteri e funghi. Le interferenze riscontrate tra i profili proteici ottenuti per i due terreni utilizzati per la coltura di questo protozoo e per i ceppi di T. vaginalis hanno, infatti, reso necessario l’utilizzo di nuovi parametri per la creazione degli spettri di riferimento (MSP-Spectra). L’importanza dello sviluppo del nuovo metodo risiede nel fatto che è possibile identificare sulla base del profilo proteico (e non sulla base di singoli marcatori) microorganismi cresciuti su terreni complessi che potrebbero presentare picchi nell'intervallo di peso molecolare utilizzato a scopo identificativo: metaboliti, pigmenti e nutrienti presenti nel terreno possono interferire con il processo di cristallizzazione e portare ad un basso punteggio identificativo. Per T. vaginalis, in particolare, la “sottrazione” di picchi dovuti a molecole riconducibili al terreno di crescita utilizzato, è stata ottenuta escludendo dall'identificazione l'intervallo di peso molecolare compreso tra 3-6 kDa, permettendo la corretta identificazione di ceppi di isolamento clinico sulla base del profilo proteico. Tuttavia, l’elevata concentrazione di parassita richiesta (105 trofozoiti/ml) per una corretta identificazione, difficilmente ottenibile in vivo, ha impedito l’identificazione di ceppi di T. vaginalis direttamente in campioni clinici. L’approccio identificativo mediante individuazione di specifici marcatori proteici (secondo approccio identificativo) è stato provato ed adottato in questo studio per l’identificazione e la differenziazione di ceppi di Entamoeba histolytica (ameba patogena) ed Entamoeba dispar (ameba non patogena), specie morfologiacamente identiche e distinguibili solo mediante saggi molecolari (PCR) aventi come bersaglio il DNA-18S, che codifica per l’RNA della subunità ribosomiale minore. Lo sviluppo di tale applicazione ha consentito di superare l’impossibilità della creazione di una banca dati dedicata, a causa della complessità del materiale fecale di partenza e del terreno di coltura impiagato per l’isolamento, e di identificare 5 picchi proteici in grado di differenziare E. histolytica da E. dispar. In particolare, l’analisi statistica ha mostrato 2 picchi specifici per E. histolytica e 3 picchi specifici per E. dispar. L’assenza dei 5 picchi discriminanti trovati per E. histolytica e E. dispar nei profili dei 3 differenti terreni di coltura utilizzati in questo studio (terreno axenico LYI-S-2 e terreno di Robinson con e senza E. coli) permettono di considerare questi picchi buoni marcatori in grado di differenziare le due specie. La corrispondenza dei picchi con il PM di due specifiche proteine di E. histolytica depositate in letteratura (Amoebapore A e un “unknown putative protein” di E. histolytica ceppo di riferimento HM-1:IMSS-A) conferma la specificità dei picchi di E. histolytica identificati mediante analisi MALDI-TOF MS. Lo stesso riscontro non è stato possibile per i picchi di E. dispar in quanto nessuna proteina del PM di interesse è presente in GenBank. Tuttavia, va ricordato che non tutte le proteine E. dispar sono state ad oggi caratterizzate e depositate in letteratura. I 5 marcatori hanno permesso di differenziare 12 dei 13 ceppi isolati da campioni di feci e cresciuti in terreno di Robinson confermando i risultati ottenuti mediante saggio di Real-Time PCR. Per un solo ceppo di isolamento clinico di E. histolytica l’identificazione, confermata mediante sequenziamento della porzione 18S-rDNA, non è stata ottenuta mediante sistema MALDI-TOF MS in quanto non sono stati trovati né i picchi corrispondenti a E. histolytica né i picchi corrispondenti a E. dispar. Per questo ceppo è possibile ipotizzare la presenza di mutazioni geno/fenotipiche a livello delle proteine individuate come marcatori specifici per E. histolytica. Per confermare questa ipotesi sarebbe necessario analizzare un numero maggiore di ceppi di isolamento clinico con analogo profilo proteico. L’analisi condotta a diversi tempi di incubazione del campione di feci positivo per E. histolytica ed E. dipar ha mostrato il ritrovamento dei 5 picchi discriminanti solo dopo 12 ore dall’inoculo del campione nel terreno iniziale di Robinson. Questo risultato suggerisce la possibile applicazione del sistema MALDI-TOF MS per identificare ceppi di isolamento clinico di E. histolytica ed E. dipar nonostante la presenza di materiale fecale che materialmente può disturbare e rendere difficile l’interpretazione dello spettro ottenuto mediante analisi MALDI-TOF MS. Infine in questo studio è stata valutata l’applicabilità della tecnologia MALDI-TOF MS come saggio fenotipico rapido per la determinazione di ceppi produttori di carbapenemasi, verificando l'avvenuta idrolisi del meropenem (carbapeneme di riferimento utilizzato in questo studio) a contatto con i ceppi di riferimento e ceppi di isolamento clinico potenzialmente produttori di carbapenemasi dopo la messa a punto di un protocollo analitico dedicato. Il saggio di idrolisi del meropenem mediante MALDI-TOF MS ha dimostrato la presenza o l’assenza indiretta di carbapenemasi nei 3 ceppi di riferimento e nei 1219 (1185 Enterobacteriaceae e 34 non-Enterobacteriaceae) ceppi di isolamento clinico inclusi nello studio. Nessuna interferenza è stata riscontrata per i ceppi di Enterobacteriaceae variamente resistenti ai tre carbapenemi ma risultati non produttori di carbapenemasi mediante i saggi fenotipici comunemente impiegati nella diagnostica routinaria di laboratorio: nessuna idrolisi del farmaco è stata infatti osservata al saggio di idrolisi mediante MALDI-TOF MS. In un solo caso (ceppo di K. pneumoniae N°1135) è stato ottenuto un profilo anomalo in quanto presenti sia i picchi del farmaco intatto che quelli del farmaco idrolizzato. Per questo ceppo resistente ai tre carbapenemi saggiati, negativo ai saggi fenotipici per la presenza di carbapenemasi, è stata dimostrata la presenza del gene blaKPC mediante Real-Time PCR. Per questo ceppo si può ipotizzare la presenza di mutazioni a carico del gene blaKPC che sebbene non interferiscano con il suo rilevamento mediante PCR (Real-Time PCR positiva), potrebbero condizionare l’attività della proteina prodotta (Saggio di Hodge modificato e Test di Sinergia negativi) riducendone la funzionalità come dimostrato, mediante analisi MALDI-TOF MS, dalla presenza dei picchi relativi sia all’idrolisi del farmaco sia dei picchi relativi al farmaco intatto. Questa ipotesi dovrebbe essere confermata mediante sequenziamento del gene blaKPC e successiva analisi strutturale della sequenza amminoacidica deducibile. L’utilizzo della tecnologia MALDI-TOF MS per la verifica dell’avvenuta idrolisi del maropenem è risultato un saggio fenotipico indiretto in grado di distinguere, al pari del test di Hodge modificato impiegato comunemente nella routine diagnostica in microbiologia, un ceppo produttore di carbapenemasi da un ceppo non produttore sia per scopi diagnostici che per la sorveglianza epidemiologica. L’impiego del MALDI-TOF MS ha mostrato, infatti, diversi vantaggi rispetto ai metodi convenzionali (Saggio di Hodge modificato e Test di Sinergia) impiegati nella routine diagnostica di laboratorio i quali richiedono personale esperto per l’interpretazione del risultato e lunghi tempi di esecuzione e di conseguenza di refertazione. La semplicità e la facilità richieste per la preparazione dei campioni e l’immediata acquisizione dei dati rendono questa tecnica un metodo accurato e rapido. Inoltre, il metodo risulta conveniente dal punto di vista economico, con un costo totale stimato di 1,00 euro per ceppo analizzato. Tutte queste considerazioni pongono questa metodologia in posizione centrale in ambito microbiologico anche nel caso del rilevamento di ceppi produttori di carbapenemasi. Indipendentemente dall’approccio identificativo utilizzato, comparato con i metodi convenzionali il MALDI-TOF MS conferisce in molti casi un guadagno in termini di tempo di lavoro tecnico (procedura pre-analititca per la preparazione dei campioni) e di tempo di ottenimento dei risultati (procedura analitica automatizzata). Questo risparmio di tempo si accentua quando sono analizzati in contemporanea un maggior numero di isolati. Inoltre, la semplicità e la facilità richieste per la preparazione dei campioni e l’immediata acquisizione dei dati rendono questo un metodo di identificazione accurato e rapido risultando più conveniente anche dal punto di vista economico, con un costo totale di 0,50 euro (materiale consumabile) per ceppo analizzato. I risultati ottenuti dimostrano che la spettrometria di massa MALDI-TOF sta diventando uno strumento importante in microbiologia clinica e sperimentale, data l’elevata efficacia identificativa, grazie alla disponibilità sia di nuove banche dati commerciali sia di aggiornamenti delle stesse da parte di diversi utenti, e la possibilità di rilevare con successo anche se in modo indiretto le antibiotico-resistenze.

Highly accurate RNA and DNA sequencing: Application to longstanding questions in aging and cancer

Thesis (Ph.D.)--University of Washington, 2016-06

Drug delivery strategies for the treatment of Helicobacter pylori infections

Helicobacter pylori is one of the most common pathogenic bacterial infections, colonising an estimated half of all humans. It is associated with the development of serious gastroduodenal disease - including peptic ulcers, gastric lymphoma and acute chronic gastritis. Current recommended regimes are not wholly effective and patient compliance, side-effects and bacterial resistance can be problematic. Drug delivery to the site of residence in the gastric mucosa may improve efficacy of the current and emerging treatments. Gastric retentive delivery systems potentially allow increased penetration of the mucus layer and therefore increased drug concentration at the site of action. Proposed gastric retentive systems for the enhancement of local drug delivery include floating systems, expandable or swellable systems and bioadhesive systems. Generally, problems with these formulations are lack of specificity, limited to mucus turnover or failure to persist in the stomach. Gastric mucoadhesive systems are hailed as a promising technology to address this issue, penetrating the mucus layer and prolonging activity at the mucus-epithelial interface. This review appraises gastroretentive delivery strategies specifically with regard to their application as a delivery system to target Helicobacter. As drug-resistant strains emerge, the development of a vaccine to eradicate and prevent reinfection is an attractive proposition. Proposed prophylactic and therapeutic vaccines have been delivered using a number of mucosal routes using viral and non-viral vectors. The delivery form, inclusion of adjuvants, and delivery regime will influence the immune response generated. © 2005 Bentham Science Publishers Ltd.

The suitability of biodegradable poly(dl-lactide-co-glycolide)75:25 microspheres for the sustained release of antibiotics

Post-operative infections resulting from total hip arthroplasty are caused by bacteria such as Staphylococcus aureus and Pseudomonas aeruginosa entering the wound perioperatively or by haemetogenous spread from distant loci of infection. They can endanger patient health and require expensive surgical revision procedures. Gentamicin impregnated poly (methyl methacrylate) bone cement is traditionally used for treatment but is often removed due to harbouring bacterial growth, while bacterial resistance to gentamicin is increasing. The aim of this work was to encapsulate the antibiotics vancomycin, ciprofloxacin and rifampicin within sustained release microspheres composed of the biodegradable polymer poly (dl-lactide-co-glycolide) [PLCG] 75:25. Topical administration to the wound in hydroxypropylmethylcellulose gel should achieve high local antibiotic concentrations while the two week in vivo half life of PLCG 75:25 removes the need for expensive surgical retrieval operations. Unloaded and 20% w/w antibiotic loaded PLCG 75:25 microspheres were fabricated using a Water in Oil emulsification with solvent evaporation technique. Microspheres were spherical in shape with a honeycomb-like internal matrix and showed reproducible physical properties. The kinetics of in vitro antibiotic release into newborn calf serum (NCS) and Hank's balanced salt solution (HBSS) at 37°C were measured using a radial diffusion assay. Generally, the day to day concentration of each antibiotic released into NCS over a 30 day period was in excess of that required to kill St. aureus and Ps. auruginosa. Only limited microsphere biodegradation had occurred after 30 days of in vitro incubation in NCS and HBSS at 37°C. The moderate in vitro cytotoxicity of 20% w/w antibiotic loaded microspheres to cultured 3T3-L1 cells was antibiotic induced. In conclusion, generated data indicate the potential for 20% w/w antibiotic loaded microspheres to improve the present treatment regimens for infections occurring after total hip arthroplasty such that future work should focus on gaining industrial collaboration for commercial exploitation.

Diversity of Vancomycin Genes in Sub-tropical Soils

With the increased antibiotic exposure from anthropogenic sources, soil microbes are an ever-increasing ecological pool of resistant bacteria. This is the case with bacterial resistance to vancomycin through transfer of van-resistance genes by transposons. Studies show that bacterial species other than enteroccoci harbor genetic-like elements such as the Tn1546 transposon containing vancomycin-resistant genes. Overuse and misuse of antibiotics in hospital settings and agricultural practices have led to an increase in transferability of vancomycin-resistant genes among microbes. The objective of this project is to analyze the diversity of these genes found in the soil microbes from Miami-Dade County. Bacterial isolates were Gram-stained and the Kirby-Bauer antibiotic disk diffusion test was performed to determine the degree of resistance. Results showed that all bacterial isolates were resistant to penicillin at the 10 µg concentration and most were susceptible to varying vancomycin concentrations (10 µg, 20 µg, and 30 µg). A 1465 bp fragment was amplified from the 16S rDNA gene using 27F and 1492R universal primers from the multi-antibiotic resistant bacteria and sequenced to identify the isolates. Three Gram-negative bacteria genera were identified with the closest phylogenetic match to: Pseudomonas sp., Stenotrophomonas sp., Xanthomonas sp., as well as two Gram-positive bacteria genera: Bacillus sp. and Brevibacillus sp. The isolates’ vanA and vanB genes were amplified using the respective primers. Ongoing work is underway to sequence and compare these known van resistant genes, with the goal of revealing intrinsic vancomycin resistance present in soil bacteria.

Novas estratégias para entender o sistema de influxo de antibióticos e a resistência antimicrobiana a nível molecular

As fluoroquinolonas são antibióticos que têm um largo espectro de ação contra bactérias, especialmente Gram-negativas. O seu mecanismo de ação assenta na inibição de enzimas responsáveis pela replicação do DNA. Porém, devido ao seu uso indevido, o surgimento de resistência bacteriana a estes antibióticos tem-se tornado um grave problema de saúde pública. Uma vez que os seus alvos de ação se situam no meio intracelular, a redução da permeabilidade da membrana externa de bactérias Gram-negativas constitui um dos mecanismos de resistência mais conhecidos. Esta redução é associada à baixa expressão ou mutações em porinas necessárias para permitir o seu transporte, mais concretamente, da OmpF. Estudos prévios demonstraram que a coordenação de fluoroquinolonas com iões metálicos divalentes e 1,10-fenantrolina (genericamente designados metaloantibióticos) são potenciais candidatos como alternativa às fluoroquinolonas convencionais. Estes metaloantibióticos exibem um efeito antimicrobiano comparável ou superior à fluoroquinolona na forma livre, mas parecem ter uma via de translocação diferente, independente de porinas. Estas diferenças no mecanismo de captura podem ser fundamentais para contornar a resistência bacteriana. De forma a compreender o papel dos lípidos no mecanismo de entrada dos metaloantibióticos, estudou-se a interação e localização dos metaloantibióticos da Ciprofloxacina (2ª geração), da Levofloxacina (3ª geração) e Moxifloxacina (4ª geração) com um modelo de membranas de Escherichia coli desprovido de porinas. Estes estudos foram realizados através de técnicas de espectroscopia de fluorescência, por medições em modo estacionário e resolvida no tempo. Os coeficientes de partição determinados demonstraram uma interação mais elevada dos metaloantibióticos relativamente às respetivas fluoroquinolonas na forma livre, um facto que está diretamente relacionado com as espécies existentes em solução a pH fisiológico. Os estudos de localização mostraram que estes metaloantibióticos devem estar inseridos na membrana bacteriana, confirmando a sua entrada independente de porinas. Este mecanismo de entrada, pela via hidrofóbica, é potenciado por interações eletrostáticas entre as espécies catiónicas de metaloantibiótico que existem a pH 7,4 e os grupos carregados negativamente dos fosfolípidos da membrana. Desta forma, os resultados obtidos neste estudo sugerem que a via de entrada dos metaloantibióticos e das respetivas fluoroquinolonas deve ser diferente. Os metaloantibióticos são candidatos adequados para a realização de mais testes laboratoriais e uma alternativa promissora para substituir as fluoroquinolonas convencionais, uma vez que parecem ultrapassar um dos principais mecanismos de resistência bacteriana a esta classe de antibióticos.