Emergence of carbapenem-resistant Escherichia coli producing CMY-2-type AmpC 'beta'-lactamase in Brazil

FAPESP and CNPq

Widespread distribution of CTX-M and plasmid-mediated AmpC β-lactamases in Escherichia coli from Brazilian chicken meat

The dissemination of plasmid-mediated antimicrobial resistance genes may pose a substantial public health risk. In the present work, the occurrences ofblaCTX-M and plasmid-mediated ampCand qnrgenes were investigated in Escherichia colifrom 16 chicken carcasses produced by four commercial brands in Brazil. Of the brands tested, three were exporters, including one of organic chicken. Our study assessed 136 E. coli isolates that were grouped into 77 distinct biotypes defined by their origin, resistance profiling, the presence of β-lactamase and plasmid-mediated quinolone resistance genes and enterobacterial repetitive intergenic consensus-polimerase chain reaction typing. TheblaCTX-M-15, blaCTX-M-2 andblaCTX-M-8 genes were detected in one, 17 and eight different biotypes, respectively (45 isolates). Twenty-one biotypes (46 isolates) harboured blaCMY-2.Additionally, blaCMY-2 was identified in isolates that also carried either blaCTX-M-2 orblaCTX-M-8. The qnrB and/orqnrS genes occurred in isolates carrying each of the four types of β-lactamase determinants detected and also in oxyimino-cephalosporin-susceptible strains. Plasmid-mediated extended-spectrum β-lactamase (ESBL) and AmpC determinants were identified in carcasses from the four brands tested. Notably, this is the first description ofblaCTX-M-15 genes in meat or food-producing animals from South America. The blaCTX-M-8, blaCTX-M-15 andblaCMY-2 genes were transferable in conjugation experiments. The findings of the present study indicate that plasmid-mediated ESBL and AmpC-encoding genes are widely distributed in Brazilian chicken meat.

AMPc - Sinalização intracelular: um software educacional

Chemicals binding to membrane receptors may induce events within the cell changing its behavior. Since these events are simultaneous and hard to be understood by students, we developed a computational model to dynamically and visually explore the cAMP signaling system to facilitate its understanding. The animation is shown in parts, from the hormone-receptor binding to the cellular response. There are some questions to be answered after using the model. The software was field-tested and an evaluation questionnaire (concerning usability, animations, models, and the software as an educational tool) was answered by the students, showing the software to be a valuable aid for content comprehension.

L'inhibition de la production d'AMPc est modulée différemment à court et long terme par l'internalisation du récepteur opioïde delta

Les opioïdes sont les analgésiques les plus puissants mais leur utilisation prolongée peut entraîner le développement d’une tolérance analgésique. La tolérance serait en partie associée à l’inhibition prolongée de l’adénosine monophosphate cyclique (AMPc) entraînant des changements compensatoires dans la voie de l’adénylate cyclase. Pour cette étude, nous avons eu recours à un biosenseur basée sur la technologie de Bioluminescence Resonnance Energy Transfer (BRET) et qui fournit des mesures de l’AMPc en fonction du temps réel. Durant les 15 premières minutes de stimulation, la réponse de l’AMPc est bi-phasique. Cette progression de la réponse à l’AMPc n’est pas la même pour tous les ligands. Par exemple, la deltorphine II qui induit l’internalisation du récepteur opioïde delta (DOR) affiche une baisse de l’inhibition de l’AMPc. À l’inverse la morphine qui n’induit pas l’internalisation du DOR affiche une réponse stable à l’inhibition de l’AMPc. Ainsi le profil d’internalisation permet de prédire la progression de l’inhibition de l’AMPc à court terme (15 minutes). Nous avons aussi mesuré la réponse à l’AMPc durant 30, 60 et 120 min, étant donné qu’un traitement chronique aux opioïdes induit une tolérance analgésique. Selon les résultats obtenus, le profil d’internalisation du DOR induits par les ligands ne permet pas d’expliquer l’inhibition persistante de l’AMPc.

Factores de riesgo para infección de vías urinarias por enterobacterias productoras de betalactamasas de espectro extendido o AmpC adquiridas en la comunidad

Las infecciones de vías urinarias (IVU) son frecuentes en la comunidad, existe un incremento progresivo en los mecanismos de resistencia de las enterobacterias, conocer los factores de riesgo representa un interés en la investigación actual. Objetivo: identificar los factores de riesgo para IVU adquirida en la comunidad por enterobacterias productoras de β-lactamasas de espectro extendido (BLEE) o AmpC positivas. Diseño: estudio observacional analítico tipo casos y controles, 50 casos y 100 controles Medición: análisis de las variables de interés para la determinación de las asociaciones en los respectivos Odd ratios (OR). Resultados: se obtuvo un total de 25 casos y 50 controles, en el análisis univariado el uso previo de antibióticos (OR, 6.68; CI 95%, 2-22.32; P 0.001) y los procedimientos previos de la vía urinaria (OR, 3.45; CI 95%, 1.102-10.83; P 0.028) son factores de riesgo para IVU por BLEE o AmpC, en el análisis multivariado el uso previo de antibiótico represento el principal factor de riesgo (OR, 7.36; CI 95%, 1.76-30.77; P 0.006), las quinolonas fueron el antibiótico de uso previo más frecuente. Conclusiones: El uso previo de antibióticos es el principal factor de riesgo para adquirir IVU por enterobacterias productoras de BLEE o AmpC, es necesario ampliar el tamaño de la muestra actual para determinar el impacto que puedan tener las otras variables a estudio.

Epidemic multidrug-resistant (MDR-AmpC) Salmonella enterica serovar Newport strains contain three phage regions and a MDR resistance plasmid

Multidrug-resistant (MDR-AmpC) Salmonella enterica serovar Newport has caused serious disease in animals and humans in North America, whereas in the UK S. enterica serovar Newport is not associated with severe disease and usually sensitive to antibiotics; MDR S. Newport (not AmpC) strains have only been isolated from poultry. We found that UK poultry strains belonged to MLST type ST166 and were distinct from cattle isolates for being able to utilize D-tagotose and when compared by pulsed-field gel electrophoresis (PFGE), comparative genomic hybridization (CGH) and diversity arrays technology (DArT). Cattle strains belonged to the ST45 complex differing from ST166 at all seven loci. PFGE showed that 19 out of 27 cattle isolates were more than 85% similar to each other and some UK and US strains were indistinguishable. Both CGH and DArT identified genes (including phage-related ones) that were uniquely present in the US isolates and two such genes identified by DArT showed sequence similarities with the pertussis-like (artAB) toxin. This work demonstrates that MDR-AmpC S. Newport from the USA are genetically closely related to pan-susceptible strains from the UK, but contained three extra phage regions and a MDR plasmid.

Effetto dei modulatori del sistema serotoninergico sulla trasduzione del segnale AMPc-dipendente nel mitilo

Lo sviluppo della medicina ha determinato un utilizzo sempre crescente di sostanze farmacologiche, le quali una volta escrete dagli organismi raggiungono le acque dei fiumi e dei laghi, per arrivare poi all’ambiente marino costiero, che ne risulta sempre maggiormente contaminato. Negli organismi non bersaglio esposti ai residui dei farmaci in ambiente, queste sostanze potrebbero indurre effetti simili a quelli specifici nel caso i bersagli molecolari siano stati conservati durante l’evoluzione, oppure avere effetti inattesi se i bersagli molecolari sono conservati ma hanno una differente funzione. Questo lavoro di tesi è volto a studiare i potenziali effetti indotti dalla fluoxetina (FX, farmaco antidepressivo inibitore dell’uptake della serotonina), e dal propranololo (PROP, farmaco bloccante sia dei recettori β-adrenergici che serotoninergici nell’uomo) nei mitili Mytilus galloprovincialis, esposti a tali sostanze, valutandone l’interazione con i meccanismi di trasduzione del segnale AMPc-dipendente. Sono stati valutati in particolare i livelli di AMPc e l’attività dell’enzima PKA, inoltre si è studiato se i farmaci influiscano con i meccanismi di regolazione del gene ABCB1, che codifica per la P-glicoproteina (Pgp), che ha il compito di estrudere all’esterno della cellula gli xenobiotici che vi sono entrati. Gli studi sono stati condotti dopo esposizione dei mitili in vivo ai due farmaci ed alla loro miscela per 7 giorni in acquario. I risultati hanno indicato che la FX causa una diminuzione statisticamente significativa dei livelli di AMPc, dell’attività della PKA e anche dell’espressione del gene ABCB1 rispetto al controllo, sia nel mantello che nella ghiandola digestiva. Nella ghiandola digestiva il PROP provoca una significativa riduzione dei livelli di AMPc, dell’attività della PKA e dell’espressione del gene ABCB1 rispetto ai valori di controllo. Nel mantello, invece, il PROP aumenta i livelli di AMPc e l’espressione del gene ABCB1, anche se non ha effetti significativi sull’attività della PKA. Per caratterizzare i recettori per la serotonina (5HT), e il possibile ruolo di antagonista giocato dal PROP, abbiamo inoltre trattato in vitro emociti di mitilo con la 5HT l’agonista fisiologico del recettore, usata da sola ed in presenza del PROP. I dati ottenuti dimostrano che negli emociti di mitilo sono espressi recettori 5HT1 accoppiati a proteine G inibitrici, e che il PROP blocca l’effetto della 5HT, agendo come antagonista dei recettori 5HT1. Nell’insieme i dati dimostrano che i farmaci possono avere effetti sugli organismi acquatici anche a concentrazioni molto basse come quelle ambientali. I dati della tesi non dimostrano che PROP e FX hanno effetti deleteri sulle popolazioni o le comunità dei molluschi, ma debbono essere considerati come indicatori della vulnerabilità degli animali a questi composti. Si è dimostrato per la prima volta che gli emociti di mitilo possiedono recettori di tipo 5HT1 correlati alla riduzione dei livelli intracellulari di AMPc, e soprattutto che il sistema AMPc/PKA è deputato alla regolazione dell’espressione dei geni ABCB1 codificanti per proteine del complesso Multi Xenobiotic Resistance.

Alterazioni del sistema di trasduzione AMPc-dipendente nel mitilo mediterraneo Mytilus galloprovincialis esposto a fluoxetina

Negli ultimi decenni le nuove scoperte mediche e il miglioramento dello stile di vita nei paesi occidentali hanno determinato un aumento del consumo di sostanze terapeutiche, nonché della gamma di prodotti farmaceutici e parafarmaceutici comunemente utilizzati. Gli studi di cinetica dei farmaci dimostrano con certezza che essi, seppur metabolizzati, mantengono inalterato il loro potere d’azione, rimanendo biodisponibili anche una volta escreti dall’organismo. A causa della loro eccessiva polarità tali molecole sono inoltre difficilmente trattenute dai convenzionali impianti di depurazione dei reflui urbani, dai quali confluiscono inevitabilmente verso le acque fluviali e/o costiere le quali risultano. In ragione di ciò, la valutazione degli effetti che la loro presenza può provocare sulla qualità dei sistemi di approvigionamento idrico e sulla biologia delle specie tipiche degli ecosistemi acquatici, ha classificato tali composti come una nuova classe di inquinanti emergenti, il cui impatto ambientale non risulta ancora del tutto arginato attraverso adeguate contromisure legislative. I farmaci sono sostanze bioattive progettate per avere effetti specifici a bassissime concentrazioni negli organismi target attraverso specifici meccanismi d’azione. Nel caso in cui i bersagli cellulari su cui agiscono siano evolutivamente conservati negli organismi non target, essi possono esercitare le proprie funzioni attraverso i medesimi meccanismi di regolazione fisiologica attivati nelle specie target, dando origine a effetti specifici, o anche aspecifici, nel caso in cui tali bersagli siano deputati alla regolazioni di funzioni differenti. Pertanto lo scopo del presente lavoro di tesi è stato quello di analizzare le possibili alterazioni di carattere fisiologico in individui di mitilo mediterraneo (Mytilus galloprovincialis) esposti a concentrazioni ambientali di fluoxetina, farmaco antidepressivo appartenente alla classe degli inibitori selettivi del riassorbimento presinaptico della serotonina (SSRI). Più nel dettaglio, a seguito di un’esposizione per 7 giorni a dosaggi compresi tra 0.03 e 300 ng/L di FX, sono stati analizzati i livelli intracellulari di AMPc e l’attività dell’enzima PKA nei diversi trattamenti sperimentali effettuati. Inoltre sono stati valutati i livelli di espressione genica del recettore serotoninergico 5HTmyt1 e della la P-glicoproteina (Pgp, gene ABCB1), trasportatore di membrana responsabile del sistema di detossificazione noto come Multi-xenobiotic resistance (MXR). Nella ghiandola digestiva, la FX causa una diminuzione statisticamente significativa dei livelli di AMPc, dell’attività della PKA e dell’espressione del gene ABCB1 rispetto al controllo. Al contrario nel mantello il farmaco non produce alterazioni dei livelli intracellulari di AMPc e dell’attività della PKA mentre si apprezza una sottoespressione del gene ABCB1 nei trattamenti a dosaggi intermedi. In entrambi i tessuti si nota un aumento dell’espressione genica di 5HTmyt1 alle minori concentrazioni di FX, mentre ai dosaggi più alti non si registrano alterazioni significative rispetto al controllo. Nel loro insieme i risultati indicano che nei mitili, concentrazioni ambientali di FX producono significative alterazioni di diversi parametri fisiologici attraverso una modulazione specifica dei medesimi bersagli molecolari coinvolti nella terapia umana. La riduzione dei livelli di AMPc/PKA apprezzata nella ghiandola digestiva risulta in linea con la funzione inibitoria svolta dal recettore 5HTmyt1 su tale via di trasduzione, mentre l’assenza di variazioni significative registrata nel mantello supporta l’ipotesi di un’interazione tra il sistema serotoninergico e catecolaminergico nella regolazione dei processi legati al ciclo riproduttivo che si verificano in tale tessuto. In conclusione, i dati dimostrano che l’espressione del gene codificante la proteina Pgp è regolata dalla FX attraverso uno specifico meccanismo d'azione AMPc-dipendente modulato dalla serotonina; tuttavia, è ipotizzabile anche un effetto non specifico indotto dalla FX stessa, per esempio attraverso l’induzione di stress ossidativo. Inoltre essi evidenziano la presenza di un meccanismo di regolazione retroattivo sulla espressione dei recettori 5HTmyt1 in funzione delle concentrazioni extracellulari di serotonina modulate dall’azione della FX.

Public health risks of enterobacterial isolates producing extended-spectrum β-lactamases or AmpC β-lactamases in food and food-producing animals: an EU perspective of epidemiology, analytical methods, risk factors, and control options

The blaESBL and blaAmpC genes in Enterobacteriaceae are spread by plasmid-mediated integrons, insertion sequences, and transposons, some of which are homologous in bacteria from food animals, foods, and humans. These genes have been frequently identified in Escherichia coli and Salmonella from food animals, the most common being blaCTX-M-1, blaCTX-M-14, and blaCMY-2. Identification of risk factors for their occurrence in food animals is complex. In addition to generic antimicrobial use, cephalosporin usage is an important risk factor for selection and spread of these genes. Extensive international trade of animals is a further risk factor. There are no data on the effectiveness of individual control options in reducing public health risks. A highly effective option would be to stop or restrict cephalosporin usage in food animals. Decreasing total antimicrobial use is also of high priority. Implementation of measures to limit strain dissemination (increasing farm biosecurity, controls in animal trade, and other general postharvest controls) are also important.

High Prevalence of Extended-Spectrum β-Lactamase, Plasmid-Mediated AmpC and Carbapenemase genes in Food for Pets

We evaluated the pet food contained in thirty packages as potential origin of extended-spectrum cephalosporin-resistant Gram-negative organisms and β-lactamase genes (bla). Alive bacteria were not detected by selective culture. However, PCR investigations on food DNA extracts indicated that samples harbored blaCTX-M-15 (53.3%), blaCMY-4 (20%), and blaVEB-4-like (6.7%). Particularly worrisome was the presence of blaOXA-48-like carbapenemases (13.3%). Original pet food ingredients and/or the production process were highly contaminated with bacteria carrying clinically relevant acquired bla genes.

In vivo Evolution of CMY-2 to CMY-33 β-Lactamase in Escherichia coli ST131: Characterization of an Acquired Extended-Spectrum AmpC (ESAC) Conferring Resistance to Cefepime.

Cefepime is frequently prescribed to treat infections caused by AmpC-producing Gram-negative bacteria. CMY-2 is the most common plasmid-mediated AmpC (pAmpC) β-lactamase. Unfortunately, CMY variants conferring enhanced cefepime resistance are reported. Here, we describe the evolution of CMY-2 to an extended-spectrum AmpC (ESAC) in clonally identical E. coli isolates obtained from a patient. The CMY-2-producing E. coli (CMY-2-Ec) was isolated from a wound. Thirty days later, one CMY-33-producing E. coli (CMY-33-Ec) was detected in bronchoalveolar lavage. Two weeks before the isolation of CMY-33-Ec, the patient received cefepime.CMY-33-Ec and CMY-2-Ec were identical by rep-PCR, being of hyperepidemic ST131, but showed different β-lactam MICs (e.g., cefepime 16 vs. ≤0.5 μg/ml). Identical CMY-2-Ec isolates were also found in a rectal swab. CMY-33 differs from CMY-2 by a Leu293-Ala294 deletion. Expressed in E. coli DH10B, both CMYs conferred resistance to ceftazidime (≥256 μg/ml), but cefepime MICs were higher for CMY-33 than CMY-2 (8 vs. 0.25 μg/ml). The kcat/Km or kinact/KI (μM(-1) s(-1)) indicated that CMY-33 possesses an ESBL-like spectrum compared to CMY-2 (cefoxitin: 0.2 vs. 0.4; ceftazidime: 0.2 vs. not measurable; cefepime: 0.2 vs. not measurable; tazobactam 0.0018 vs. 0.0009). Using molecular modeling, we show that a widened active site (∼4 Å shift) may play a significant role in enhancing cefepime hydrolysis. This is the first in vivo demonstration of a pAmpC that under cephalosporin treatment expands its substrate spectrum resembling an ESBL. The prevalence of CMY-2-Ec isolates is rapidly increasing worldwide, therefore awareness that cefepime treatment may select for resistant isolates is critical.

Exposure assessment of extended-spectrum beta-lactamases/AmpC beta-lactamases-producing Escherichia coli in meat in Denmark

INTRODUCTION Extended-spectrum beta-lactamases (ESBL) and AmpC beta-lactamases (AmpC) are of concern for veterinary and public health because of their ability to cause treatment failure due to antimicrobial resistance in Enterobacteriaceae. The main objective was to assess the relative contribution (RC) of different types of meat to the exposure of consumers to ESBL/AmpC and their potential importance for human infections in Denmark. MATERIAL AND METHODS The prevalence of each genotype of ESBL/AmpC-producing E. coli in imported and nationally produced broiler meat, pork and beef was weighted by the meat consumption patterns. Data originated from the Danish surveillance program for antibiotic use and antibiotic resistance (DANMAP) from 2009 to 2011. DANMAP also provided data about human ESBL/AmpC cases in 2011, which were used to assess a possible genotype overlap. Uncertainty about the occurrence of ESBL/AmpC-producing E. coli in meat was assessed by inspecting beta distributions given the available data of the genotypes in each type of meat. RESULTS AND DISCUSSION Broiler meat represented the largest part (83.8%) of the estimated ESBL/AmpC-contaminated pool of meat compared to pork (12.5%) and beef (3.7%). CMY-2 was the genotype with the highest RC to human exposure (58.3%). However, this genotype is rarely found in human infections in Denmark. CONCLUSION The overlap between ESBL/AmpC genotypes in meat and human E. coli infections was limited. This suggests that meat might constitute a less important source of ESBL/AmpC exposure to humans in Denmark than previously thought - maybe because the use of cephalosporins is restricted in cattle and banned in poultry and pigs. Nonetheless, more detailed surveillance data are required to determine the contribution of meat compared to other sources, such as travelling, pets, water resources, community and hospitals in the pursuit of a full source attribution model.

Prevalence of AmpC β-lactamase among Gram-negative bacteria recovered from clinical specimens in Benin City, Nigeria

Purpose: Infections caused by AmpC-positive bacteria results in high patient morbidity and mortality making their detection clinically important as they cannot be detected in routine susceptibility testing. This study aim to determine the prevalence of AmpC β-lactamase among Gram negative bacteria recovered from clinical specimens in Benin City, Nigeria. Methods: A total of 256 consecutive and non-repetitive Gram negative bacteria were recovered from various clinical specimens. The prevalence of AmpC β-lactamase was determined using a combination of disc antagonism test and cefoxitin-cloxacillin inhibition test. Disc susceptibility test was performed on all isolates using standard techniques. Results: Cefoxitin-cloxacillin inhibition test detected more AmpC β-lactamase than other tests. The prevalence of AmpC β-lactamase did not differ significantly between both genders and between inpatients and out-patients (p>0.05). Isolates recovered from sputum had significantly higher prevalence of AmpC β-lactamase producers compared with isolates from other clinical specimens (p=0.0484). The prevalence of AmpC production was significantly higher among isolates of Pseudomonas aeruginosa than other isolates (p = 0.0085). Isolates that produced AmpC β-lactamase were more susceptible to the test cephalosoprins. Conclusion: An overall prevalence of AmpC β-lactamase (15.23 %) was observed in this study. Pseudomonas aeruginosa was the most prevalent producer of AmpC enzymes. Prudent use of antibiotics is advocated.

Influência do AMP cíclico na regeneração do nervo facial em ratos

Estimular a regeneração do nervo facial é ainda hoje um desafio. OBJETIVO: Estudar a possível influência neurotrófica do nucleotídeo cíclico adenosina monofosfato (AMPc) na regeneração do nervo facial de ratos Wistar. MÉTODO: Trinta e dois animais foram submetidos à transecção completa com sutura imediata do nervo facial direito, sendo divididos em expostos ou não expostos à aplicação tópica de AMPc, com análises comportamentais (movimentação de vibrissas e fechamento da rima palpebral) e histométrica (contagem de fibras mielinizadas) em dois períodos, 14 e 28 dias após a lesão. RESULTADO: Encontramos diferenças estatísticas (p<0,05) nas análises comportamental e histométrica no 14º dia, sugerindo uma precocidade na regeneração do nervo facial exposto ao AMPc. CONCLUSÃO: Nosso estudo constatou uma possível ação neurotrófica do AMPc na regeneração do nervo facial em ratos.