Antimicrobial activity of quinoxaline 1,4-dioxide and three derivatives

O presente trabalho descreve o estudo da actividad e antimicrobiana de quarto derivados da quinoxalina N,N-dióxido: quinoxalina 1,4-dióxido, 2-metilquinoxalina 1,4- dióxido, 6-cloro-2,3-dimetilquinoxalina 1,4-dióxido e 3-benzoil-2-metilquinoxalina 1,4- dióxido contra as estirpes bacterianas Geobacillus stearothermophilus ATCC 10149, Escherichia coli ATCC 25922, Escherichia coli HB101, Escherichia coli (blaTEM, blaCTX-M) e Salmonella (blaCTX-M), assim como contra a estirpe de levedura Saccharomyces cerevisiae PYCC 4072. A determinação da concentração mínima inibitória (MIC) foi realizada pelo método de diluição. Os valores de MIC’s foram estimados para cada composto e estirpe. Os resultados obtidos sugerem potenciais novas drogas para quimioterapia.

Desenvolvimento de pastilha potencialmente probiótica

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Avaliação da cinetica bacteriana na biolixiviação de calcopirita

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Biocomplementation of SVE to achieve clean-up goals in soils contaminated with toluene and xylene

Soil vapor extraction (SVE) and bioremediation (BR) are two of the most common soil remediation technologies. Their application is widespread; however, both present limitations, namely related to the efficiencies of SVE on organic soils and to the remediation times of some BR processes. This work aimed to study the combination of these two technologies in order to verify the achievement of the legal clean-up goals in soil remediation projects involving seven different simulated soils separately contaminated with toluene and xylene. The remediations consisted of the application of SVE followed by biostimulation. The results show that the combination of these two technologies is effective and manages to achieve the clean-up goals imposed by the Spanish Legislation. Under the experimental conditions used in this work, SVE is sufficient for the remediation of soils, contaminated separately with toluene and xylene, with organic matter contents (OMC) below 4 %. In soils with higher OMC, the use of BR, as a complementary technology, and when the concentration of contaminant in the gas phase of the soil reaches values near 1 mg/L, allows the achievement of the clean-up goals. The OMC was a key parameter because it hindered SVE due to adsorption phenomena but enhanced the BR process because it acted as a microorganism and nutrient source.

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 ± 8.0 μg/mL, total area under the serum concentration-time curve was 5397 ± 1993 μg h/mL and elimination half-life was 102.3 ± 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 ± 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.

Molecular epidemiology of Pseudomonas aeruginosa in intensive care units over a 10-year period (1998-2007).

Pseudomonas aeruginosa is one of the leading nosocomial pathogens in intensive care units (ICUs). The source of this microorganism can be either endogenous or exogenous. The proportion of cases as a result of transmission is still debated, and its elucidation is important for implementing appropriate control measures. To understand the relative importance of exogenous vs. endogenous sources of P. aeruginosa, molecular typing was performed on all available P. aeruginosa isolated from ICU clinical and environmental specimens in 1998, 2000, 2003, 2004 and 2007. Patient samples were classified according to their P. aeruginosa genotypes into three categories: (A) identical to isolate from faucet; (B) identical to at least one other patient sample and not found in faucet; and (C) unique genotype. Cases in categories A and B were considered as possibly exogenous, and cases in category C as possibly endogenous. A mean of 34 cases per 1000 admissions per year were found to be colonized or infected by P. aeruginosa. Higher levels of faucet contamination were correlated with a higher number of cases in category A. The number of cases in category B varied from 1.9 to 20 cases per 1000 admissions. This number exceeded 10/1000 admissions on three occasions and was correlated with an outbreak on one occasion. The number of cases considered as endogenous (category C) was stable and independent of the number of cases in categories A and B. The present study shows that repeated molecular typing can help identify variations in the epidemiology of P. aeruginosa in ICU patients and guide infection control measures.

Étude de la diversité génétique d’isolats québécois de Mycoplasma hyopneumoniae provenant d’infections simples ou mixtes et caractérisation de leur sensibilité aux antimicrobiens

Mycoplasma hyopneumoniae est l’agent causal de la pneumonie enzootique. On le retrouve dans plusieurs élevages de porcs à travers le monde. Même si ce micro-organisme est présent dans plusieurs troupeaux canadiens, peu d’informations sont présentement disponibles sur les isolats québécois. Un total de 160 poumons de porcs possédant des lésions de pneumonie ont été récupérés à l’abattoir, mis en culture et testés par PCR pour M. hyopneumoniae et Mycoplasma hyorhinis. D’autres pathogènes bactériens communs du porc et les virus du syndrome reproducteur et respiratoire porcin (VSRRP), de l’influenza et le circovirus porcin de type 2 (CVP2) ont été également testés. Quatre-vingt-dix pourcent des échantillons étaient positifs pour M. hyopneumoniae et 5.6% l’étaient seulement pour M. hyorhinis. Dans ces échantillons positifs pour M. hyopneumoniae, la concentration de ce mycoplasme variait de 1.17 x 105 à 3.37 x 109 génomes/mL. Vingt-cinq poumons positifs en culture ou par PCR en temps réel pour M. hyopneumoniae ont été sélectionnés, parmi ceux-ci 10 étaient en coinfection avec Pasteurella multocida, 12 avec Streptococcus suis, 9 avec CVP2 et 2 avec le VSRRP. Les analyses des nombres variables de répétitions en tandem à de multiples loci (MLVA) et PCR-polymorphisme de longueur de fragments de restriction (PCR-RFLP) de M. hyopneumoniae ont démontré une forte diversité des isolats de terrain. Par contre, il semble y avoir plus d’homogénéité à l’intérieur d’un même élevage. L’analyse MLVA a également démontré que près de la moitié des isolats possédaient moins de 55% d’homologie avec les souches vaccinales et de référence utilisées dans la présente étude. L’absence d’amplification du locus 1 de M. hyopneumoniae en MLVA a été significativement associée à une baisse de la concentration de bactérie et de la sévérité des lésions. Pour tous les isolats de M. hyopneumoniae, des concentrations minimales inhibitrices (CMI) de faibles à intermédiaires ont été obtenues envers tous les antimicrobiens testés. Les isolats possédant des CMI intermédiaires envers les tétracyclines, les macrolides et les lincosamides ont été testés pour la présence des gènes de résistance tetM, ermB et pour des mutations ponctuelles dans les gènes des protéines L4, L22 et de l’ARNr 23S. Aucun de ces gènes n’a été détecté mais la mutation ponctuelle G2057A a été identifiée. Cette mutation est responsable de la résistance intrinsèque de M. hyopneumoniae face aux macrolides à 14 carbones. Ces résultats indiquent qu’il ne semble pas y avoir de résistance acquise aux antimicrobiens parmi ces isolats. En conclusion, cette recherche a permis d’obtenir de nouvelles données scientifiques sur les isolats québécois de M. hyopneumoniae.

Étude des mécanismes d’inactivation des microorganismes suite à un traitement à l’ozone

Une partie du travail a mené a un dépôt de brevet.

Détection et caractérisation génétique de Listeria monocytogenes dans une usine d’abattage/découpe de porcs au Québec

Listeria monocytogenes (L. monocytogenes) est un pathogène majeur en santé publique comme les épisodes de 2008 dans les fromages et les charcuteries l’ont démontré. Au Canada, il n’y a pas de surveillance règlementaire de ce microorganisme dans les étapes précédant la transformation de produits prêts-à-manger. Ainsi, la présence et la circulation de ce microorganisme dans ces environnements est peu documentée. Pour décrire ces phénomènes, nous avons effectué un échantillonnage dans une usine d’abattage et de découpe de porcs au Québec, principalement dans les parcs d’attente, et dans l’environnement de l’abattage et de découpe : les échantillonages ont été effectués après lavage et désinfection sur une période de 2 ans. Un nombre de 874 échantillons a été récoltés. Le protocole de détection utilisé était inspiré de la méthode MFHPB-30 de Santé Canada. Les sérotypes ont été obtenus par PCR et les isolats caractérisés par un génotypage RFLP-PFGE en utilisant les enzymes de restriction Apa1 et Asc1. Nous avons détecté la présence de Listeria monocytogemes dans toutes ces étapes de la production. De ces échantillons positifs, 4 sérotypes (principalement 1/2b) ont émergé. Les patrons PFGE ont démontré la présence d’une variété de génotypes dans les zones d’attente et d’abattage de l’usine et la présence d’un type majeur dans l’environnement de la zone de découpe (le type 1 représentant 96.1% des souches à cette étape). De plus, nous avons démontré des liens entre les souches retrouvés au début de la production, en attente, et les souches retrouvées dans la zone de découpe. Ces résultats suggèrent que Listeria monocytogenes entre dans l’usine avec les animaux, contamine les étapes suivantes de la production et que certaines souches peuvent être sélectionnées et leur croissance favorisé dans l’environnement, devenant majoritaires, persistantes et préoccupantes en regars de la santé publique.

Patrons saisonniers de transformation du carbone et efficacité métabolique des communautés bactériennes du golfe d’Amundsen, Arctique canadien

Les réchauffements climatiques associés aux activités anthropiques ont soumis les écosystèmes arctiques à des changements rapides qui menacent leur stabilité à court terme. La diminution dramatique de la banquise arctique est une des conséquences les plus concrètes de ce réchauffement. Dans ce contexte, comprendre et prédire comment les systèmes arctiques évolueront est crucial, surtout en considérant comment les flux de carbone (C) de ces écosystèmes - soit des puits nets, soit des sources nettes de CO2 pour l'atmosphère - pourraient avoir des répercussions importantes sur le climat. Le but de cette thèse est de dresser un portrait saisonnier de l’activité bactérienne afin de déterminer l’importance de sa contribution aux flux de carbone en Arctique. Plus spécifiquement, nous caractérisons pour la première fois la respiration et le recours à la photohétérotrophie chez les microorganismes du golfe d’Amundsen. Ces deux composantes du cycle du carbone demeurent peu décrites et souvent omises des modèles actuels, malgré leur rôle déterminant dans les flux de C non seulement de l’Arctique, mais des milieux marins en général. Dans un premier temps, nous caractérisons la respiration des communautés microbiennes (RC) des glaces de mer. La connaissance des taux de respiration est essentielle à l’estimation des flux de C, mais encore limitée pour les milieux polaires. En effet, les études précédentes dans le golfe d’Amundsen n’ont pas mesuré la RC. Par la mesure de la respiration dans les glaces, nos résultats montrent des taux élevés de respiration dans la glace, de 2 à 3 fois supérieurs à la colonne d'eau, et une production bactérienne jusqu’à 25 fois plus importante. Ces résultats démontrent que la respiration microbienne peut consommer une proportion significative de la production primaire (PP) des glaces et pourrait jouer un rôle important dans les flux biogéniques de CO2 entre les glaces de mer et l’atmosphère (Nguyen et Maranger, 2011). Dans un second temps, nous mesurons la respiration des communautés microbiennes pélagiques du golfe d’Amundsen pendant une période de 8 mois consécutif, incluant le couvert de glace hivernal. En mesurant directement la consommation d'O2, nous montrons une RC importante, mesurable tout au long de l’année et dépassant largement les apports en C de la production primaire. Globalement, la forte consommation de C par les communautés microbiennes suggère une forte dépendance sur recyclage interne de la PP locale. Ces observations ont des conséquences importantes sur notre compréhension du potentiel de séquestration de CO2 par les eaux de l’Océan Arctique (Nguyen et al. 2012). Dans un dernier temps, nous déterminons la dynamique saisonnière de présence (ADN) et d’expression (ARN) du gène de la protéorhodopsine (PR), impliqué dans la photohétérotrophie chez les communautés bactérienne. Le gène de la PR, en conjonction avec le chromophore rétinal, permet à certaines bactéries de capturer l’énergie lumineuse à des fins énergétiques ou sensorielles. Cet apport supplémentaire d’énergie pourrait contribuer à la survie et prolifération des communautés qui possèdent la protéorhodopsine. Bien que détectée dans plusieurs océans, notre étude est une des rares à dresser un portrait saisonnier de la distribution et de l’expression du gène en milieu marin. Nous montrons que le gène de la PR est présent toute l’année et distribué dans des communautés diversifiées. Étonnamment, l’expression du gène se poursuit en hiver, en absence de lumière, suggérant soit qu’elle ne dépend pas de la lumière, ou que des sources de photons très localisées justifie l’expression du gène à des fins sensorielles et de détection (Nguyen et al., soumis au journal ISME). Cette thèse contribue à la compréhension du cycle du C en Arctique et innove par la caractérisation de la respiration et de l’efficacité de croissance des communautés microbiennes pélagiques et des glaces de mer. De plus, nous montrons pour la première fois une expression soutenue de la protéorhodopsine en Arctique, qui pourrait moduler la consommation de C par la respiration et justifier son inclusion éventuelle dans les modélisations du cycle du C. Dans le contexte des changements climatiques, il est clair que l'importance de l’activité bactérienne a été sous-estimée et aura un impact important dans le bilan de C de l'Arctique.

Étude sur le biofilm et les mécanismes de résistance à la bacitracine chez Clostridium perfringens

Clostridium perfringens est ubiquitaire dans l’environnement. Ce microorganisme peut être retrouvé dans la flore normale du tractus gastro-intestinal des mammifères et peut également causer une variété d’infections intestinales. Le phénotype de résistance à la bacitracine a déjà été rapporté chez C. perfringens mais les gènes associés n’ont pas été caractérisés. Dans cette étude, 24 des 99 isolats de C. perfringens aviaires testés ont démontré une résistance à la bacitracine. Les analyses ont révélé la présence d’un transporteur ABC ainsi que d’une undécaprénol kinase surproduite. Ces deux mécanismes semblent être codés par l’opéron bcrABDR. En amont et en aval des gènes bcr, un élément IS1216-like a été identifié, celui-ci pouvant jouer un rôle dans la dissémination de la résistance à la bacitracine. Des analyses d’hybridation sur ADN ont révélé que les gènes bcrABDR étaient localisés sur le chromosome. De plus, il a été démontré que les gènes bcr étaient exprimés en présence de bacitracine. Plusieurs études ont associé la tolérance aux antibiotiques et aux désinfectants à la formation de biofilm. Dans la littérature, peu d’informations sont disponibles sur le biofilm de C. perfringens. La majorité des isolats testés dans cette étude ont démontré la formation d’un biofilm. L’analyse de la matrice a démontré que celle-ci contenait des protéines, de l’ADN extracellulaire ainsi que des polysaccharides liés en bêta-1,4. Une meilleure survie des cellules en biofilm a été observée suite à une exposition à de fortes concentrations d’antibiotiques. Une exposition à de faibles doses de certains antibiotiques semblait diminuer le biofilm formé alors que pour d’autres, le biofilm semblait augmenter. Dans la présente étude, la susceptibilité des biofilms de C. perfringens à la désinfection a été également analysée. Les résultats ont démontré que la formation de biofilm protégeait les cellules de l’action du monopersulfate de potassium, des ammoniums quaternaires, du peroxyde d’hydrogène et du glutéraldéhyde. Toutefois, l’hypochlorite de sodium a été démontré comme étant efficace contre le biofilm de C. perfringens. Il a été démontré que les biofilms mixtes de C. perfringens cultivés en présence de Staphylococcus aureus ou d’Escherichia coli étaient plus résistants à la désinfection en comparaison aux biofilms simples de S. aureus ou d’E. coli. Toutefois, le biofilm simple de C. perfringens était plus résistant à la désinfection que les biofilms mixtes. Finalement, les profils de transcription entre les populations planctoniques et en biofilm ont été analysés par séquençage d’ARN. L’analyse transcriptomique du biofilm a identifié 238 gènes différentiellement exprimés entre les deux conditions. Les gènes négativement régulés sont impliqués dans la virulence, la production d’énergie, le métabolisme des sucres ainsi que dans la biosynthèse des acides gras et des acides aminés alors que les gènes induits sont impliqués dans la réponse au stress et au stress oxydatif, dans la biosynthèse d’acides gras et de phospholipides ainsi que dans la virulence. Cette étude décrit pour la première fois la découverte des gènes associés à la résistance à la bacitracine chez C. perfringens. Elle rapporte également de nouvelles données sur la matrice du biofilm, la tolérance aux antibiotiques et aux désinfectants ainsi que sur le transcriptome du biofilm de C. perfringens.

Marine Actinomycetes as Source of Antimicrobial Compounds and as Probiotics and Single Cell Protein for Application in Penaeid Prawn Culture Systems

This thesis Entitled Marine actinomycetes as source of antimicrobial compounds and as probiotics and single cell protein for application in penaeid peawn culture systems. Ocean harbours more than 80% of all life on earth and remains our greatest untapped natural resource. The study revealed the potential of marine actinomycetes as a source of antimicrobial compounds. The selected streptomycetes were found to be capable of inhibiting most of the pathogenic vibrios, whichis a major problem both in hatcheries and grow out systems. The bioactive principle can be incorporated with commercial feeds and applied as medicated diet for the control of vibrios in culture systems.The hydrolytic potential inhibitory property against pathogens and non—pathogenicity to penaeid prawns make the selected Streptomycesspp.an effective probioic in aquaculture. Since there is considerably less inhibition to the natural in pond ecosystem the microbial diversityis being maintained and thereby the water quality. Actinomycetes was found to be a good source of single cell protein as an ingredient inaquaculture feed formulations. Large amount of mycelial waste (actinomycete biomassO is produced from antibiotic industries and this nutrient rich waste can be effectively used as a protein source in aquaculture feeds.This study reveals the importance of marine actinomycetes as a source of antimicrobial compounds and as a probiotic and single cell protein for aquaculture applications.

Studies on L-glutamic acid Production using Brevibacterium sp.

The thesis comprises a set of experiments mainly focused on the improvement of L-glutamic acid fennentation. Much attention has been given to use of locally available raw materials, culturing the organism on inert solid substrates and also immobilization of the bacterial cells from the view point of long term utilization of biocatalyst and continuous operation of the stabilized system. Studies were also carried out for the down stream processing for the extraction and purification of L-glutamic acid. An attempt was made to study the morphological features of the microorganism including the cell premeability. In relation with the accumulation of glutamic acid within the cells an approach was made to study the behaviour of the Brevibacterium cells when they are exposed to hyper osmotic environment. Attempts were also made to study the requirement of iron and production of siderophores by this microbial strain. The search for a suitable nitrogen source for glutamate fermentation ended with a promising result that they got a potent urease activity and it can be utilized for many biotransfonnation studies. The entire thesis is presented in three sections, viz. introductory section, experimental section and the concluding section

Bioremediation of Hydrocarbons by Lysinibacillus fusiformis BTTS10

There exists a need for potential microorganism that could facilitate effective bioremediation of crude oil pollutants in the environment. Hence it was desired to isolate a potential bacterium from marine sediment, which often experiences oil pollution and develop a bioprocess for crude oil biodegradation. In the present study the sediment deposits in the beach of Munakkal, Trichur dist, Kerala, collected immediately after the major event Tsunami in 2004 was collected and analyzed by enrichment culture technique towards isolation of potential strains that could degrade crude oil and its fractions. From the results obtained it was found that the sediment deposits harbor several bacteria with potential for degrading hydrocarbons. However, among the strains obtained, isolate no. BTTS 10 showed capabilities for utilizing both alkanes and aromatic hydrocarbons and hence the same was selected for further studies.

Bioremediation of Zinc Using Bacillus sp. Isolated from Metal- Contaminated Industrial Zone

The production of heavy metals has increased quickly since the industrial revolution. Heavy metals frequently form compounds that can be toxic, carcinogenic, or mutagenic, even in very small concentrations. The usual techniques of removing metals from wastewaters are in general expensive and have many restrictions. Alternative methods of metal removal and recovery based on biological materials have been measured. Among various agents, the use of microbes for the removal of metals from industrial and municipal wastewater has been proposed as a promising alternative to conventional heavy metal management strategies in past decades. Thus, the present study aims to isolate and characterize bacteria from soil, sediment, and waters of metal-contaminated industrial area to study the zinc resistance patterns and the zinc bioaccumulation potential of the selected microorganism. Zinc analysis of the samples revealed that concentrations varying from 39.832 m g/L to 310.24 m g/L in water, 12.81 m g/g to 407.53 m g/g in soil, and 81.06 m g/g to 829.54 m g/g in sediment are present. Bacterial zinc resistance study showed that tolerance to Zn was relatively low (<500 m g/ml). Ten bacterial genera were represented in soil and 11 from water, while only 5 bacterial genera were recorded from sediment samples. Bacillus, Pseudomonas , and Enterobacter were found in soil, sediment, and water samples. Highly zincresistant Bacillus sp. was selected for zinc removal experiment. Zinc removal studies revealed that at pH 5 about 40% reduction occurs; at pH 7, 25% occurs; and at pH 9, 50% occurs. Relatively an increased removal of Zinc was observed in the fi rst day of the experiment by Bacillus sp. The metal bioaccumulative potential of the selected isolates may have possible applications in the removal and recovery of zinc from industrial ef fluents.