Expression Analysis of Host-Induced Genes and Proteins of Potato Pathogen Pectobacterium atrosepticum

Pectobacterium atrosepticum on Gram-negatiivinen bakteeri, joka aiheuttaa perunan tyvi- ja märkämätää. P. atrosepticum bakteerin optimilämpötila on melko alhainen ja se on yleinen lauhkeilla alueilla. Tyvimätä leviää pääasiassa siemenperunan välityksellä ja siksi se on ongelma erityisesti siemenperunan tuotannossa. P. atrosepticum kannan SCRI1043 genomi on julkaistu ja sitä tutkitaan malliorganismina märkä- ja tyvimädän taudinaiheuttamisen ymmärtämiseksi. Tämä opportunistinen taudinaiheuttaja voi elää isäntäkasvissa kuukausia piilevänä, aiheuttamatta näkyviä oireita. Suotuisissa olosuhteissa bakteerit alkavat jakautua ja tuottaa kasvin kudoksia hajottavia entsyymejä. Mädäntyvä kasvimassa tarjoaa ravinteita bakteerien kasvuun ja mahdollistaa isäntäkasvin asuttamisen. Soluseiniä hajottavien entsyymien merkitys taudinaiheuttamisessa on hyvin tunnettu, mutta oireettomasta jaksosta ja taudin alkuvaiheista tiedätään vain vähän. Bakteerin genomi sisältää monia toksiineja, adhesiineja, hemolysiineja ja muita proteiineja, joilla saattaa olla merkitys taudinaiheuttamisessa. Tässä työssä käytettiin proteomiikkaa ja mikrosiruanalysiä P. atrosepticum bakteerin erittyvien proteiinien ja geeniekspression tutkimiseen. Proteiinit, jotka eritetään ulos bakteerista, toimivat todennäköisesti taudinaiheuttamisessa, koska ne ovat suorassa kontaktissa isäntäkasvin kanssa. Analyysit suoritettiin olosuhteissa, jotka muistuttavat kasvin soluvälitilaa: matala pH, vähän ravinteita ja matala lämpötila. Isäntäkasvin läsnäolon vaikutusta proteiinien tuottoon ja geeniekspressioon tutkittiin lisäämällä perunauutetta kasvatusalustaan. Tutkimuksessa tunnistettiin P. atrosepticum bakteerin monia jo tunnettuja ja mahdollisesti taudinaiheuttamiseen liittyviä proteiineja. Perunauute lisäsi hiljattain tunnistetun, proteiinien eritysreittiä (tyyppi VI sekreetio, T6SS) koodaavien geenien ilmentymistä. Lisäksi bakteerin havaittiin erittävän useita T6SS:n liittyviä proteiineja kasvualustaan, johon oli lisätty perunauutetta. T6SS:n merkitys bakteereille on vielä epäselvä ja sen vaikutuksesta taudinaiheuttamiseen on julkaistu ristiriitaisia tuloksia. Märkä- ja tyvimädän ymmärtäminen molekulaarisella tasolla luo pohjan tautien kontrollointiin tähtäävään soveltavaan tutkimukseen. Tämä tutkimus lisää tietoa kasvi-patogeeni- interaktiosta ja sitä voidaan tulevaisuudessa käyttää hyväksi esimerkiksi diagnostiikassa, resistenttien perunalajikkeiden jalostuksessa tai viljely- ja varastointiolosuhteiden parantamisessa.

Pathogen-Induced Defense Signaling and Signal Crosstalk in Arabidopsis

Erwinia carotovora subsp. carotovora is a bacterial phytopathogen that causes soft rot in various agronomically important crop plants. A genetically specified resistance to E. carotovora has not been defined, and plant resistance to this pathogen is established through nonspecific activation of basal defense responses. This, together with the broad host range, makes this pathogen a good model for studying the activation of plant defenses. Production and secretion of plant cell wall-degrading enzymes (PCWDE) are central to the virulence of E. carotovora. It also possesses the type III secretion system (TTSS) utilized by many Gram-negative bacteria to secrete virulence- promoting effector proteins to plant cells. This study elucidated the role of E. carotovora HrpN (HrpNEcc), an effector protein secreted through TTSS, and the contribution of this protein in the virulence of E. carotovora. Treatment of plants with HrpNEcc was demonstrated to induce a hypersensitive response (HR) as well as resistance to E. carotovora. Resistance induced by HrpNEcc required both salicylic acid (SA)- and jasmonate/ethylene (JA/ET)-dependent defense signaling in Arabidopsis. Simultaneous treatment of Arabidopsis with HrpNEcc and PCWDE polygalacturonase PehA elicited accelerated and enhanced induction of defense genes but also increased production of superoxide and lesion formation. This demonstrates mutual amplification of defense signaling by these two virulence factors of E. carotovora. Identification of genes that are rapidly induced in response to a pathogen can provide novel information about the early events occurring in the plant defense response. CHLOROPHYLLASE 1 (AtCLH1) and EARLY RESPONSIVE TO DEHYDRATION 15 (ERD15) are both rapidly triggered by E. carotovora in Arabidopsis. Characterization of AtCLH1 encoding chlorophyll-degrading enzyme chlorophyllase indicated that it might have a role in chlorophyll degradation during plant tissue damage. Silencing of this gene resulted in increased accumulation of reactive oxygen species (ROS) in response to pathogen infection in a light-dependent manner. This led to enhanced SA-dependent defenses and resistance to E. carotovora. Moreover, crosstalk between different defense signaling pathways was observed; JA-dependent defenses and resistance to fungal pathogen Alternaria brassicicola were impaired, indicating antagonism between SA- and JA-dependent signaling. Characterization of ERD15 suggested that it is a novel, negative regulator of abscisic acid (ABA) signaling in Arabidopsis. Overexpression of ERD15 resulted in insensitivity to ABA and reduced tolerance of the plants to dehydration stress. However, simultaneously, the resistance of the plants to E. carotovora was enhanced. Silencing of ERD15 improved freezing and drought tolerance of transgenic plants. This, together with the reducing effect of ABA on seed germination, indicated hypersensitivity to this phytohormone. ERD15 was hypothesized to act as a capacitor that controls the appropriate activation of ABA responses in Arabidopsis.

Characterization of genomic diversity in extraintestinal pathogenic Escherichia coli (ExPEC) and development of a diagnostic DNA microarray for the differentiation of ExPEC isolates causing urinary tract infections

Extraintestinal pathogenic Escherichia coli (ExPEC) represent a diverse group of strains of E. coli, which infect extraintestinal sites, such as the urinary tract, the bloodstream, the meninges, the peritoneal cavity, and the lungs. Urinary tract infections (UTIs) caused by uropathogenic E. coli (UPEC), the major subgroup of ExPEC, are among the most prevalent microbial diseases world wide and a substantial burden for public health care systems. UTIs are responsible for serious morbidity and mortality in the elderly, in young children, and in immune-compromised and hospitalized patients. ExPEC strains are different, both from genetic and clinical perspectives, from commensal E. coli strains belonging to the normal intestinal flora and from intestinal pathogenic E. coli strains causing diarrhea. ExPEC strains are characterized by a broad range of alternate virulence factors, such as adhesins, toxins, and iron accumulation systems. Unlike diarrheagenic E. coli, whose distinctive virulence determinants evoke characteristic diarrheagenic symptoms and signs, ExPEC strains are exceedingly heterogeneous and are known to possess no specific virulence factors or a set of factors, which are obligatory for the infection of a certain extraintestinal site (e. g. the urinary tract). The ExPEC genomes are highly diverse mosaic structures in permanent flux. These strains have obtained a significant amount of DNA (predictably up to 25% of the genomes) through acquisition of foreign DNA from diverse related or non-related donor species by lateral transfer of mobile genetic elements, including pathogenicity islands (PAIs), plasmids, phages, transposons, and insertion elements. The ability of ExPEC strains to cause disease is mainly derived from this horizontally acquired gene pool; the extragenous DNA facilitates rapid adaptation of the pathogen to changing conditions and hence the extent of the spectrum of sites that can be infected. However, neither the amount of unique DNA in different ExPEC strains (or UPEC strains) nor the mechanisms lying behind the observed genomic mobility are known. Due to this extreme heterogeneity of the UPEC and ExPEC populations in general, the routine surveillance of ExPEC is exceedingly difficult. In this project, we presented a novel virulence gene algorithm (VGA) for the estimation of the extraintestinal virulence potential (VP, pathogenicity risk) of clinically relevant ExPECs and fecal E. coli isolates. The VGA was based on a DNA microarray specific for the ExPEC phenotype (ExPEC pathoarray). This array contained 77 DNA probes homologous with known (e.g. adhesion factors, iron accumulation systems, and toxins) and putative (e.g. genes predictably involved in adhesion, iron uptake, or in metabolic functions) ExPEC virulence determinants. In total, 25 of DNA probes homologous with known virulence factors and 36 of DNA probes representing putative extraintestinal virulence determinants were found at significantly higher frequency in virulent ExPEC isolates than in commensal E. coli strains. We showed that the ExPEC pathoarray and the VGA could be readily used for the differentiation of highly virulent ExPECs both from less virulent ExPEC clones and from commensal E. coli strains as well. Implementing the VGA in a group of unknown ExPECs (n=53) and fecal E. coli isolates (n=37), 83% of strains were correctly identified as extraintestinal virulent or commensal E. coli. Conversely, 15% of clinical ExPECs and 19% of fecal E. coli strains failed to raster into their respective pathogenic and non-pathogenic groups. Clinical data and virulence gene profiles of these strains warranted the estimated VPs; UPEC strains with atypically low risk-ratios were largely isolated from patients with certain medical history, including diabetes mellitus or catheterization, or from elderly patients. In addition, fecal E. coli strains with VPs characteristic for ExPEC were shown to represent the diagnostically important fraction of resident strains of the gut flora with a high potential of causing extraintestinal infections. Interestingly, a large fraction of DNA probes associated with the ExPEC phenotype corresponded to novel DNA sequences without any known function in UTIs and thus represented new genetic markers for the extraintestinal virulence. These DNA probes included unknown DNA sequences originating from the genomic subtractions of four clinical ExPEC isolates as well as from five novel cosmid sequences identified in the UPEC strains HE300 and JS299. The characterized cosmid sequences (pJS332, pJS448, pJS666, pJS700, and pJS706) revealed complex modular DNA structures with known and unknown DNA fragments arranged in a puzzle-like manner and integrated into the common E. coli genomic backbone. Furthermore, cosmid pJS332 of the UPEC strain HE300, which carried a chromosomal virulence gene cluster (iroBCDEN) encoding the salmochelin siderophore system, was shown to be part of a transmissible plasmid of Salmonella enterica. Taken together, the results of this project pointed towards the assumptions that first, (i) homologous recombination, even within coding genes, contributes to the observed mosaicism of ExPEC genomes and secondly, (ii) besides en block transfer of large DNA regions (e.g. chromosomal PAIs) also rearrangements of small DNA modules provide a means of genomic plasticity. The data presented in this project supplemented previous whole genome sequencing projects of E. coli and indicated that each E. coli genome displays a unique assemblage of individual mosaic structures, which enable these strains to successfully colonize and infect different anatomical sites.

Epidemiology, treatment and outcome of Staphylococcus aureus bacteremia and endocarditis

Staphylococcus aureus is the second most common bloodstream isolate both in community- and hospital-acquired bacteremias. The clinical course of S. aureus bacteremia (SAB) is determined by its complications, particularly by the development of deep infections and thromboembolic events. Despite the progress of antimicrobial therapy, SAB is still associated with high mortality. However, injection drug users (IDUs) tend to have fewer complications and better prognosis than nonaddicts, especially in endocarditis. The present study was undertaken to investigate epidemiology, treatment and outcome of S. aureus bacteremia and endocarditis in Finland. In particular, differences in bacterial strains and their virulence factors, and host immune responses were compared between IDUs and nonaddicts. In Finland, 5045 SAB cases during 1995-2001 were included using the National Infectious Disease Register maintained by National Public Health Institute. The annual incidence of SAB increased, especially in elderly. While the increase in incidence may partly be explained by better reporting, it most likely reflects a growing population at risk, affected by such factors as age and/or severe comorbidity. Nosocomial infections accounted for 51% of cases, with no change in their proportion during the study period. The 28-day mortality was 17% and remained unchanged over time. A total of 381 patients with SAB were randomized to receive either standard antibiotic treatment or levofloxacin added to standard treatment. Levofloxacin combination therapy did not decrease the mortality, lower the incidence of deep infections, nor did it speed up the recovery during 3 months follow-up. However, patients with a deep infection appeared to benefit from combination therapy with rifampicin, as suggested also by experimental data. Deep infections were found in 84% of SAB patients within one week after randomization, and they appeared to be more common than previously reported. Endocarditis was observed in 74 of 430 patients (17%) with SAB, of whom 20 were IDUs and 54 nonaddicts. Right-sided involvement was diagnosed in 60% of addicts whereas 93% of nonaddicts had left-sided endocarditis. Unexpectedly, IDUs showed extracardiac deep infections, thromboembolic events and severe sepsis with the same frequency as nonaddicts. The prognosis of endocarditis was better among addicts due to their younger age and lack of underlying diseases in agreement with earlier reports. In total, all 44 IDUs with SAB were included and 20 of them had endocarditis. An equal number of nonaddicts with SAB were chosen as group matched controls. Serological tests were not helpful in identifying patients with a deep infection. No individual S. aureus strain dominated in endocarditis among addicts. Characterization of the virulence factors of bacterial strains did not reveal any significant differences in IDUs and nonaddicts.

Heat Shock Protein 90 Inhibitors as Broad Spectrum Anti-Infectives

Combating stress is one of the prime requirements for any organism. For parasitic microbes, stress levels are highest during the growth inside the host. Their survival depends on their ability to acclimatize and adapt to new environmental conditions. Robust cellular machinery for stress response is, therefore, both critical and essential especially for pathogenic microorganisms. Microbes have cleverly exploited stress proteins as virulence factors for pathogenesis in their hosts. Owing to its ability to sense and respond to the stress conditions, Heat shock protein 90 (Hsp90) is one of the key stress proteins utilized by parasitic microbes. There are growing evidences for the critical role played by Hsp90 in the growth of pathogenic organisms like Candida, Giardia, Plasmodium, Trypanosoma, and others. This review, therefore, explores potential of exploiting Hsp90 as a target for the treatment of infectious diseases. This molecular chaperone has already gained attention as an effective anti-cancer drug target. As a result, a lot of research has been done at laboratory, preclinical and clinical levels for several Hsp90 inhibitors as potential anti-cancer drugs. In addition, lot of data pertaining to toxicity studies, pharmacokinetics and pharmacodynamics studies, dosage regime, drug related toxicities, dose limiting toxicities as well as adverse drug reactions are available for Hsp90 inhibitors. Therefore, repurposing/repositioning strategies are also being explored for these compounds which have gone through advanced stage clinical trials. This review presents a comprehensive summary of current status of development of Hsp90 as a drug target and its inhibitors as candidate anti-infectives. A particular emphasis is laid on the possibility of repositioning strategies coupled with pharmaceutical solutions required for fulfilling needs for ever growing pharmaceutical infectious disease market.

Quorum sensing and pathogenesis: role of small signalling molecules in bacterial persistence

The pathogenesis of Mycobacterium tuberculosis is associated with its ability to survive inside the human host and the bacteria use a variety of mechanism to evade the host's defence. A clearer understanding of the host pathogen interaction is needed to follow the pathogenicity and virulence. Recent advances in the study of inter and intra-cellular communication in bacteria had prompted us to study the role of quorum sensing in bacterial survival and pathogenicity. The cell cell communication in bacteria (quorum sensing) is mediated through the exchange of small molecules called as autoinducers that allow bacteria to modulate their gene expression in response to change in cell-population density. It is a coordinated response that confers multicellularity to a bacterial population in response to stress from external environment. Quorum sensing molecules are the global regulators and regulate a wide range of physiological processes including biofilm formation, motility, cell differentiation, long-term survival and many others. Many bacterial pathogens require quorum sensing to produce the virulence factors in response to host pathogen interaction. Here, we summarize our current understanding on small molecule signalling and their role in the bacterial persistence. New discoveries in these areas have enriched our knowledge on intracellular signalling and their role in the long-term survival of mycobacteria under nutrient starvation.

Enriching the annotation of Mycobacterium tuberculosis H37Rv proteome using remote homology detection approaches: Insights into structure and function

The availability of the genome sequence of Mycobacterium tuberculosis H37Rv has encouraged determination of large numbers of protein structures and detailed definition of the biological information encoded therein; yet, the functions of many proteins in M. tuberculosis remain unknown. The emergence of multidrug resistant strains makes it a priority to exploit recent advances in homology recognition and structure prediction to re-analyse its gene products. Here we report the structural and functional characterization of gene products encoded in the M. tuberculosis genome, with the help of sensitive profile-based remote homology search and fold recognition algorithms resulting in an enhanced annotation of the proteome where 95% of the M. tuberculosis proteins were identified wholly or partly with information on structure or function. New information includes association of 244 proteins with 205 domain families and a separate set of new association of folds to 64 proteins. Extending structural information across uncharacterized protein families represented in the M. tuberculosis proteome, by determining superfamily relationships between families of known and unknown structures, has contributed to an enhancement in the knowledge of structural content. In retrospect, such superfamily relationships have facilitated recognition of probable structure and/or function for several uncharacterized protein families, eventually aiding recognition of probable functions for homologous proteins corresponding to such families. Gene products unique to mycobacteria for which no functions could be identified are 183. Of these 18 were determined to be M. tuberculosis specific. Such pathogen-specific proteins are speculated to harbour virulence factors required for pathogenesis. A re-annotated proteome of M. tuberculosis, with greater completeness of annotated proteins and domain assigned regions, provides a valuable basis for experimental endeavours designed to obtain a better understanding of pathogenesis and to accelerate the process of drug target discovery. (C) 2014 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Specificity of the ModA11, ModA12 and ModD1 epigenetic regulator N-6-adenine DNA methyltransferases of Neisseria meningitidis

Phase variation (random ON/OFF switching) of gene expression is a common feature of host-adapted pathogenic bacteria. Phase variably expressed N-6-adenine DNA methyltransferases (Mod) alter global methylation patterns resulting in changes in gene expression. These systems constitute phase variable regulons called phasevarions. Neisseria meningitidis phasevarions regulate genes including virulence factors and vaccine candidates, and alter phenotypes including antibiotic resistance. The target site recognized by these Type III N-6-adenine DNA methyltransferases is not known. Single molecule, real-time (SMRT) methylome analysis was used to identify the recognition site for three key N. meningitidis methyltransferases: ModA11 (exemplified by M.NmeMC58I) (5'-CGY(m6)AG-3'), ModA12 (exemplified by M.Nme77I, M.Nme18I and M.Nme579II) (5'-AC(m6)ACC-3') and ModD1 (exemplified by M.Nme579I) (5'-CC(m6)AGC-3'). Restriction inhibition assays and mutagenesis confirmed the SMRT methylome analysis. The ModA11 site is complex and atypical and is dependent on the type of pyrimidine at the central position, in combination with the bases flanking the core recognition sequence 5'-CGY(m6)AG-3'. The observed efficiency of methylation in the modA11 strain (MC58) genome ranged from 4.6% at 5'-GCGC(m6)AGG-3' sites, to 100% at 5'-ACGT(m6)AGG-3' sites. Analysis of the distribution of modified sites in the respective genomes shows many cases of association with intergenic regions of genes with altered expression due to phasevarion switching.

Calpain-Mediated Processing of Adenylate Cyclase Toxin Generates a Cytosolic Soluble Catalytically Active N-Terminal Domain

Bordetella pertussis, the whooping cough pathogen, secretes several virulence factors among which adenylate cyclase toxin (ACT) is essential for establishment of the disease in the respiratory tract. ACT weakens host defenses by suppressing important bactericidal activities of the phagocytic cells. Up to now, it was believed that cell intoxication by ACT was a consequence of the accumulation of abnormally high levels of cAMP, generated exclusively beneath the host plasma membrane by the toxin N-terminal catalytic adenylate cyclase (AC) domain, upon its direct translocation across the lipid bilayer. Here we show that host calpain, a calcium-dependent Cys-protease, is activated into the phagocytes by a toxin-triggered calcium rise, resulting in the proteolytic cleavage of the toxin N-terminal domain that releases a catalytically active "soluble AC''. The calpain-mediated ACT processing allows trafficking of the "soluble AC'' domain into subcellular organella. At least two strategic advantages arise from this singular toxin cleavage, enhancing the specificity of action, and simultaneously preventing an indiscriminate activation of cAMP effectors throughout the cell. The present study provides novel insights into the toxin mechanism of action, as the calpain-mediated toxin processing would confer ACT the capacity for a space- and time-coordinated production of different cAMP "pools'', which would play different roles in the cell pathophysiology.

Correlação entre o perfil fenotípico, genotípico e a virulência de isolados geofílicos, antropofílicos e zoofílicos de Sporothrix schenckii

Sporothrix schenckii é um fungo dimórfico e agente etiológico da esporotricose, uma micose profunda que apresenta diferentes manifestações clínicas. As diversas manifestações clínicas desta e de outras doenças infecciosas podem ser relacionadas ao status imune do hospedeiro, a fatores de virulência do patógeno ou a diferentes genótipos. Dados anteriores do nosso grupo demonstram que diferenças na expressão de adesinas do S. schenckii para fibronectina estão diretamente relacionadas à virulência de diferentes cepas. Neste trabalho visamos avaliar caracteres morfológicos bioquímicos e genotípicos de doze isolados de geofílicos, zoofílicos e antropofílicos de S. schenckii, de diferentes origens geográficas, que apresentam diferentes graus de virulência. Foi analisada a morfologia das formas de micélio e levedura de cada isolado. Foi observado que a fase de micélio dos isolados estudados apresentaram morfologia típica com hifas finas e septadas, com conídios obovóides ou ovóides alongados. As leveduras apresentaram pleomorfismo típico da espécie, com células variando do formato ovóide ao alongado. Verificamos ainda a expressão de adesinas para fibronectina e laminina, do antígeno gp70 e, o padrão de bandas antigênicas reconhecidas por anticorpos IgG presentes em soro de pacientes com esporotricose ou de camundongos infectados. Para isso, foram extraídas proteínas de superfície da forma de levedura de cada isolada, sendo os extratos ensaiados por Western blot. Nestes ensaios observamos que os isolados mais virulentos de S. schenckii expressavam mais adesinas para fibronectina e laminina. A presença da gp70 foi detectada em dez dos doze isolados, sendo que apenas os isolados zoofílicos não expressam esta glicoproteína. O padrão antigênico foi variável entre os isolados, não havendo clara relação com a origem e/ou distribuição geográfica. Os dados fenotípicos foram confrontados com dados genotípicos. Para isso, sequenciamos os loci da calmodulina (CAL) e do Internal Transcribed Spacer 1/2 (ITS 1/2) a fim de averiguar se haviam diferenças genotípicas entre os isolados estudados. As análises do sequenciamento do loci CAL e ITS, contudo, apontam a divisão dos isolados em duas espécies filogenéticas, S. schenckii e S. brasiliensis não correlacionada com a distribuição geográfica dos mesmos. Nosso estudo reforça a hipótese de haver uma correlação entre virulência e expressão de adesinas, porém, sem qualquer relação entre a distribuição geográfica dos isolados zoofilicos, antropofílicos ou geofílicos, bem como dos genótipos encontrados.

Expressão de fatores de virulência, mecanismos de resistência aos agentes antimicrobianos e análise molecular da resistência aos beta-lactâmicos de enterobactérias isoladas de bolsas periodontais

Em estudo anterior, as espécies de enterobactérias apresentando perfis variados de resistência aos antimicrobianos foram detectadas em 20% dos sítios com lesões periodontais de pacientes sadios do ponto de vista sistêmico. Tais cepas microbianas foram submetidas a investigações com o intuito de determinar à expressão de enzimas hidrolíticas para substratos diversos, a multirresistência aos agentes antimicrobianos e os mecanismos de resistência aos antimicrobianos da classe dos β lactâmicos. A maioria das amostras expressou atividade de gelatinase (65%), caseinase (30%) e elastase (10%). Lipase, lecitinase e DNase foram observadas apenas para Serratia marcescens. A multirresistência (considerado como a resistência a pelo menos dois agentes antimicrobianos de famílias diferentes) foi observada em 56% das amostras isoladas. A maioria das cepas foi resistentes à ampicilina (93,75%) e amoxicilina/ácido clavulânico (81,25%). Investigações sobre a resistência aos antibióticos β-lactâmicos mostraram que três amostras resistentes à cefalosporinas de 2 geração, apresentaram perfis plasmidiais de diferentes pesos moleculares. A expressão fenotípica de β-lacatamases, foi detectada nas cepas de Enterobacter cloacae (PcOM46 e PcOM5) e S. marcescens (PcOM63). No entanto, na análise molecular, não foi possível confirmar a expressão fenotípica de diferentes β-lactamases, com exceção do E. cloacae PcOM46, que apresentou amplificação para AmpC e blaTEM. Embora sensível à maioria dos antibióticos β-lactâmicos (exceção feita à ampicilina e amoxicilina / ácido clavulânico), amostra de S. marcescens PcOM68 apresentou amplificação para o gene blaSHV. Os experimentos de conjugação não detectaram a transferência de plasmídios para uma cepa de Escherichia coli K12 sensívei aos β-lactâmicos, o mesmo ocorreu nos procedimentos de transformação por eletroporação e por CaCl2, sugerindo uma resistência dependente de genes cromossomiais. A expressão de diferentes atividades enzimáticas, juntamente com a resistência aos antimicrobianos, aponta estes grupos de bactérias como agentes patogênicos potenciais capazes de contribuir para a patogênese e resposta à quimioterapia antimicrobiana nas doenças periodontais, além da disseminação sistêmica para outros locais do corpo, especialmente em indivíduos imunocomprometidos. A colonização prévia de lesões periodontais por espécies resistentes aos β-lactâmicos, pode contribuir para a disseminação destes genes relacionados à resistência aos antimicrobianos em ambientes hospitalares.

Avaliação de sistema de cultivo integrado, a partir da reciclagem de águas residuais submetidas a tratamento primário: pesquisa de espécies dos gêneros Salmonella, Shigella, Vibrio e Aeromonas

Para avaliar um sistema integrado de aquicultura foram realizadas análises microbiológicas da água utilizada neste sistema e determinada a incidência e resistência antimicrobiana dos enteropatógenos no ecossistema relacionado. As amostras de água testadas apresentaram 32,9% de taxas de coliformes fecais (≤1.600/100mL), de acordo com a OMS para piscicultura em águas residuais. Salmonella spp. foram detectadas em 14,5% das amostras. De um total de 33 cepas, 15,1% eram resistentes a um ou dois antimicrobianos testados e resistência a múltiplas drogas não foi observada. Aeromonas spp. foram identificadas em 91,6% das amostras. De um total de 416 cepas, resistência a uma classe de antimicrobianos foi observada em 66,3% e a multirresistência às drogas em 37,7%. Na avaliação da virulência dos isolados de Aeromonas hydrophila, 85,3% das cepas apresentaram Beta-hemólise nos três diferentes tipos de eritrócitos empregados e 99,1% nos eritrócitos de coelho e cavalo, sendo possível a caracterização através da PCR do gene aerA e lip, em 100% das amostras. Os resultados obtidos apontam para a relevância quanto às vantagens da implementação de um sistema integrado, disponibilizando alimentos com custo reduzido, porém este sistema necessita de um controle rígido e efetivo para que estes produtos não constituam veículos para a disseminação de doenças.

Influência de pré-tratamentos de células epiteliais com penicilina e eritromicina na aderência e na viabilidade intracelular de Corynebacterium diphtheriae

A difteria é uma síndrome toxêmica causada pelo Corynebacterium diphtheriae. Embora programas de imunização mantenham a doença sob controle em países desenvolvidos, a difteria ainda permanece endêmica em diversas partes do mundo, especialmente em indivíduos parcialmente imunizados para toxina diftérica. Junto a isso, nos últimos 20 anos, tem-se observado a ocorrência crescente de quadros de infecções sistêmicas causados por cepas atoxinogênicas. A penicilina e eritromicina são as principais drogas de escolha no tratamento destas infecções, entretanto, a escassez de trabalhos reavaliando a terapia de escolha e a influência dos antibióticos no processo de interação bacteriana com células epiteliais humanas são escassos, logo compreendem aspectos que justificam o presente estudo. O objetivo principal deste projeto consiste na análise da influência do pré-tratamento de células epiteliais Hep-2 com os antimicrobianos penicilina e eritromicina na colonização e viabilidade intracelular de amostras de C. diphtheriae. As monocamadas foram submetidas ao tratamento prévio com doses séricas terapêuticas de penicilina (5g mL1) e eritromicina (1,92 g mL1) por 24 horas e os antibióticos foram removidos por lavagens com PBS antes da interação com a suspensão bacteriana (MOI de 107). Três horas após a infecção, o padrão de aderência foi investigado como também, realizada a análise das bactérias viáveis associadas e internalizadas nas monocamadas. O pré-tratamento com penicilina induziu a formação de perfil de aderência difuso (AD) pelas amostras estudadas. Microorganismos que normalmente apresentam padrão de aderência localizado (AL) passaram a expressar perfil (AD) após pré-tratamento das camadas com ambos antimicrobianos. A expressão do tipo agregativo (AA) não foi influenciada pela presença de eritromicina. A penicilina e a eritromicina reduziram o número de bactérias viáveis associadas às células HEp-2 na maioria das oportunidades. Entretanto, a penicilina interferiu em maior magnitude nesse processo. As três amostras invasoras de C. diphtheriae (HC01, HC04 e BR5015), apresentaram maior capacidade de sobrevivência no compartimento intracelular, independente do pré-tratamento. A expressão dos perfis de aderência assim como a capacidade de sobrevivência no compartimento intracelular frente aos antimicrobianos testados mostraram-se independentes da produção de toxina e dos percentuais de associação com as células HEp-2. Foi observada uma maior eficiência da eritromicina na eliminação de bactérias viáveis internalizadas reforçando a utilização clínica da eritromicina tanto no tratamento de pacientes quanto na erradicação do estado de portador. Novos estudos serão desenvolvidos para investigar alterações na expressão de fatores de virulência por amostras de C. diphtheriae na interação com células HEp-2 pré-tratadas com antimicrobianos e a influência sobre a evolução clínica das infecções por corinebactérias

Resposta adaptativa e efeitos das substâncias oxidantes - K2TeO3, H2O2 e paraquate - na produção de biofilme de amostras de Corynebacterium diphtheriae isolados de origens diversas

A difteria é uma doença imunoprevinível que permanece endêmica em diversas regiões do mundo. Além dos casos de difteria clássica, doenças invasivas como endocardite, osteomielite, pneumonia e infecções relacionadas à cateter, tem acometido indivíduos adultos parcialmente imunizados. A natureza multifatorial dos fatores de virulência que favorecem a formação de biofilme e sobrevivência em macrófagos tem sido evidenciada para o Corynebacterium diphtheriae. Entretanto, escassos são os trabalhos que investigaram a influência de condições ambientais na virulência do patógeno. Uma vez que agentes oxidantes são capazes de gerar radicais livres e levar ao estresse oxidativo que, consequentemente, podem resultar em resposta adaptativa e influenciar na formação do biofilme e na virulência bacteriana, o presente trabalho teve como objetivo geral avaliar os efeitos do peróxido de hidrogênio (H2O2), paraquate e telurito de potássio (K2TeO3) em propriedades biológicas de cepas de C. diphtheriae de origens diversas. Os resultados demonstraram que as amostras de C. diphtheriae apresentaram níveis de resistência ao K2TeO3, H2O2 e paraquate, porém em intensidades variadas e independentes da capacidade de produção da toxina diftérica. Algumas amostras, toxinogênicas ou não, isoladas do trato respiratório superior demonstraram resposta adaptativa para H2O2 passando, portanto, a expressar resistência aumentada após uma prévia exposição ao referido agente oxidante. C. diphtheriae não exibiu respostas adaptativas para o K2TeO3 e paraquate. C. diphtheriae foi capaz de produzir biofilme na superfície de substratos abióticos de natureza hidrofílica (vidro) e hidrofóbica (poliestireno) na presença de agentes oxidantes K2TeO3, H2O2 e paraquate. A presença dos agentes oxidantes influenciou na formação de biofilme de algumas amostras. O paraquate inibiu a produção de biofilme de todas amostras. A amostra TR241 teve a produçao de biofilme inibida na presença dos três agentes oxidantes analisados. Por outro lado, a presença de H2O2 e do K2TeO3 estimulou a produção de biofilme de algumas amostras. Para todas as amostras de C. diphtheriae testadas, independentes das origens, biotipos e da capacidade de produção de toxina diftérica, os ensaios moleculares indicaram a presença de sequências gênicas cromossômicas homólogas, codificadores da proteína DIP 0906 (TeR) e da proteína DIP 1421 (OxyR), envolvidos na resistência ao telurito e na proteção contra o estresse oxidativo, respectivamente. Não foi observada correlação da suscetibilidade e a resposta adaptativa aos agentes oxidantes com as diferentes características bacterianas: origem, sítio de isolamento, produção de toxina diftérica, metabolização de sacarose e produção de biofilme. Em conclusão, o estresse oxidativo foi capaz de influenciar fatores de virulência do C. diphtheriae, como a capacidade de produçao de biofilme, que podem estar contribuindo para a patogenia da difteria clássica assim como de doenças invasivas causadas por cepas atoxinogênicas.

Análise do perfil de genes relacionados ao SST5 e SST6, formação de biofilme e invasão em cepas de Escherichia coli enteroagregativa

A Escherichia coli enteroagregativa (EAEC) é um patotipo emergente e heterogêneo que causa a diarréia aguda ou persistente em indivíduos de diferentes faixas etárias e em pacientes imunocomprometidos. Além disso, EAEC é um dos principais agentes etiológicos da diarréia dos viajantes. O padrão de aderência agregativa de EAEC está associado ao plasmídeo de aderência agregativa (pAA). Genes presentes no plasmídeo e no cromossomo codificam proteínas envolvidas na secreção extracelular de fatores de virulência na superfície ou diretamente na célula hospedeira. A capacidade de produção de muco e biofilme, elaboração de toxinas, aderência e indução de inflamação intensa na mucosa intestinal são importantes características da patogenicidade de EAEC. Nesse estudo, determinamos o perfil genotípico de genes do sistema de secreção Tipo V (SST5) e sistema de secreção Tipo VI (SST6) em cepas de EAEC. Os genes do SST5 ocorreram com mais frequência que os genes do SST6. A presença de pelo menos um gene do SST5 foi detectada em 79% das cepas, enquanto que os genes relacionados ao SST6 foram detectados em apenas 42% das cepas analisadas. A produção de biofilme foi observada em teste quantitativo e verificamos que 67% das cepas produziram biofilme. No teste qualitativo, o tipo de biofilme que predomina é o biofilme moderado (11 cepas), seguido do biofilme forte (9 cepas) e do biofilme discreto (4 cepas). A presença ou ausência de genes do SST5 e SST6 não parece interferir com a capacidade de produção de biofilme, nem com o tipo de biofilme formado. Em ensaios de citotoxicidade, apenas 25% das cepas EAEC (sobrenadante) causaram redução significativa na viabilidade de células T84 avaliada pelo teste de redução com MTT. Nossos resultados mostram que as cepas EAEC isoladas de crianças com diarréia aguda ou de grupo controle são invasoras para células T84. Ao compararmos a capacidade invasora das cepas clinicas e controle, observamos que a média do índice de internalização obtido nas 15 cepas do grupo clinico foi de 5,7% 1,7 e para as 9 cepas do grupo controle foi de 2.4 % 0,7; entretanto essa diferença observada não foi estatisticamente significativa. Não foi possível correlacionar o perfil genotípico dos genes do SST5 e SST6 com o perfil fenotípico analisado (formação de biofilme, citotoxicidade e invasão).O que pode ser atribuído a heterogeneidade genotípica e fenotípica, uma característica relevante de cepas EAEC.