Estudo fenotípico e molecular de resistência aos antimicrobianos em amostras clínicas e ambientais de enterobactérias

Buscamos detectar evidências da presença de genes envolvidos na produção de Enzimas Modificadoras de Aminoglicosídeos (EMAs), Beta-lactamases de espectro estendido (ESBLs) e Mecanismos Plasmidiais de Resistência a Quinolonas (PMQRs) em cepas de K. pneumoniae, K. ozaenae e E. coli isoladas de amostras de água de rios afluentes da Baía de Guanabara e de materiais clínicos de origem hospitalar, além de avaliar o "status sanitário" dos corpos aquáticos abordados no tocante à contaminação fecal recente e indicações de contaminação hospitalar e por outros ambientes de alta seletividade. As cepas de materiais clínicos foram selecionadas entre Maio e Julho de 2010, a partir da semeadura em meio de cultura contendo 8g/mL de gentamicina. As amostras de água foram coletadas em Abril e em Julho de 2009. Realizamos testes de colimetria, empregando para tal, a metodologia convencional e outra, na qual adicionamos 32g/mL de cefalotina e 8g/mL de gentamicina aos caldos Lactosado e Escherichia coli (caldo EC), a fim de detectar e quantificar coliformes resistentes. Para o isolamento das cepas empregamos meios de cultura contendo 32g/mL de cefalotina e 8g/mL de gentamicina. As cepas foram identificadas e submetidas a testes de susceptibilidade aos antimicrobianos (TSA), testes presuntivos para presença de ESBLs, extração de DNA plasmidial e ensaios de Reação em Cadeia de Polimerase (PCR) para a detecção dos genes. A utilização de agentes antimicrobianos nos testes de colimetria nos permitiu detectar a presença e quantificar coliformes totais e fecais resistentes nas amostras de água analisadas nos diferentes pontos. O TSA das cepas isoladas de amostras de água exibiu perfis de multirresistência, compatíveis com o de bactérias de origem hospitalar, semelhante ao encontrado nas cepas isoladas de materiais clínicos. Todas as cepas isoladas de amostras de água e 90% das cepas de materiais clínicos apresentaram pelo menos uma banda plasmidial. Os ensaios de PCR evidenciaram a presença de produtos de amplificação para EMAs, ESBLs e PMQRs, sendo que 7,4% das cepas de amostras de água e 20% das cepas de materiais clínicos apresentaram produtos de amplificação para as três classes de antimicrobianos. A realização de testes de colimetria empregando antimicrobianos, como gentamicina e cefalotina, pode ser uma ferramenta adicional importante ao teste convencional, quando o interesse for, o monitoramento e a prevenção de contaminação ambiental, especialmente associada a microrganismos carreando genes de resistência. O uso criterioso de antimicrobianos em atividades de cunho hospitalar e veterinário e medidas no sentido de prevenção de lançamento de esgoto e/ou tratamento dos efluentes, são fundamentais para o controle da disseminação de elementos genéticos de resistência transferíveis entre os microrganismos. A detecção e identificação de microrganismos apresentando elementos de resistência em ambiente extra-hospitalar como em água e solo, em particular, o emprego de testes de colimetria empregando antimicrobianos, se faz necessária, como forma de prevenção e controle de disseminação destes microrganismos com potencial de causar infecções em humanos e outros animais que eventualmente entram em contato com estes ambientes.

Isolement et caractérisation de bactériophages comme moyen de lutte naturel contre les infections nosocomiales

Les infections nosocomiales sont causées par des germes opportunistes souvent résistants aux antibiotiques et persistants sur les surfaces, représentant une source constante de risque d’infection en milieu hospitalier. Dans ce contexte, l’isolement et la caractérisation de bactériophages s’attaquant spécifiquement aux bactéries nosocomiales telles que Staphylococcus aureus résistant (SARM), Enterococcus résistant (ERV), Pseudomonas aeruginosa et Acinetobacter baumanii, pourraient fournir une alternative bactéricide naturelle contre la transmission de ces infections. Des phages isolés des eaux usées, ont été sélectionnés selon leur capacité d’amplification, leur profil génomique et leur potentiel lytique envers différentes souches bactériennes cliniques. Les meilleurs ont été caractérisés en détail pour s’assurer de leur spécificité, sécurité, stabilité et efficacité préalablement à leur utilisation in vivo. Sept phages contre SARM et trois contre Acinetobacter baumanii ont été caractérisés. Quatre phages SARM s’avèrent être de bons candidats potentiels et pourraient être testés en milieu hospitalier comme agents désinfectants dans le but de lutter contre les infections nosocomiales.

Atividade antimicrobiana in vitro da cefpiroma em comparação com outros beta-lactâmicos de amplo espectro contra 804 amostras clínicas de nove hospitais brasileiros

OBJETIVO: Avaliar a atividade in vitro da cefalosporina de quarta geração, cefpiroma em comparação com ceftazidima, ceftriaxona, cefotaxima e imipenem em um estudo multicêntrico envolvendo nove hospitais de seis cidades em quatro estados. MATERIAL E MÉTODOS: Foram estudadas 804 amostras clínicas isoladas em pacientes internados em unidades de terapia intensiva ou unidades de oncohematologia. As amostras foram coletadas no período de junho a novembro de 1995, isto é, antes da cefpiroma estar disponível comercialmente no Brasil, e testadas através do método de microdiluição em placas conforme descrito pelo National Committee for Clinical Laboratory Standards (NCCLS). Todas as amostras resistentes à cefpiroma foram retestadas utilizando-se o E-test. RESULTADOS: Contra as amostras de enterobactérias (n= 344), a cefpiroma apresentou atividade de 2 a 32 vezes superior àquela apresentada pelas cefalosporinas de terceira geração (CTGs) e semelhante àquela apresentada pelo imipenem. As porcentagens de enterobactérias sensíveis foram: 88% para a cefpiroma, 69% para as CTGs e 96% para o imipenem. O espectro de ação da cefpiroma foi maior ou igual ao do imipenem contra as espécies Citrobacter freundii, E. aerogenes, Morganella morganii e Serratia marcescens. Contra Acinetobacter sp. (n=77), a cefpiroma foi ligeiramente mais ativa que a ceftazidima, porém as porcentagens de resistência foram muito altas para esses compostos (84% e 88% respectivamente). As atividades da cefpiroma, ceftazidima e imipenem foram semelhantes contra Pseudomonas aeruginosa (n=128), com MIC50/porcentagem de sensibilidade de 8/59%, 8/62% e 4/62% respectivamente. Contra bactérias aeróbias gram-positivas, a cefpiroma foi de 4 a 16 vezes mais ativa que as CTGs. Contra S. epidermidis e outras espécies de estafilococos coagulase-negativos a cefpiroma foi ligeiramente superior ao imipenem, porém, contra as outras espécies de bactérias gram-positivas avaliadas, o imipenem apresentou atividade um pouco superior. CONCLUSÃO: Os resultados desse estudo sugerem que, no Brasil, a cefpiroma apresenta espectro de ação superior ao das CTGs contra bactérias gram-negativas (Enterobacteriaceae e não-fermentadares) e gram-positivas e semelhante ao do imipenem contra algumas espécies de enterobactérias e contra P. aeruginosa.

Evaluation of the in vitro activity of cefepime compared to other broad-spectrum cephalosporins against clinical isolates from eighteen Brazilian hospitals by using the Etest

The in vitro activity of cefepime was compared to that of ceftazidime, ceftriaxone, and cefotaxime in a multicenter study involving 10 clinical microbiology laboratories and clinical isolates from 18 Brazilian hospitals from 7 cities (4 states). A total of 982 isolates consecutively collected between December 1995 and March 1996 were susceptibility tested by using Etest and following the NCCLS procedures for agar diffusion tests. The cefepime spectrum was broader than that of the other broad-spectrum cephalosporins against both Gram-negative rods and Gram-positive cocci. Cefepime tons particularly move active against Enterobacter sp. (MIC90, 2 mu g/ml), Serratia sp. (MIC90, 2 mu g/ml) and oxacillin-susceptible Staphylococcus aureus (MIC90, 3 mu g/ml). Against Pseudomonas aeruginosa, cefepime (MIC90 16 mu g/ml) was slightly more active than ceftazidime (MIC90 32 mu g/ml) and 8- to 16-fold more active than ceftriaxone or cefotaxime (MIC90 >256 mu g/ml). Our results show that nosocomial bacteria, especially Gram-negative rods, have a high rate of cephalosporin resistance in Brazil. However, part of these resistant bacteria remains susceptible to cefepime. The Etest was shown to be an excellent method for multicenter studies of the in vitro evaluation of new antimicrobial agents. (C) 1997 Elsevier B.V.

Atividade comparada da cefepima, cefpiroma e amicacina em amostras bacterianas hospitalares

The objective of this study was to evaluate the in vitro activity of cefepime, cefpirome and amikacin against the most prevalent nosocomial bacteria. Initially a prospective study was designed to compare the bacterial susceptibility to the three drugs using 1,022 pathogenic strains. The strains were isolated from hospitalized patients of the Hospital das Clinicas - Faculdade de Medicina de Botucatu, SP, from March to December of 1996, by using the Bauer-Kirby susceptibility diffusion controlled method. The activity of cefepime by the Kirby-Bauer method was significantly higher (χ2, p ≤ 0.05) than cefpirome and amikacin for the following bacteria: P. aeruginosa (72% x 56% x 64%, respectively), Enterobacter cloacae (98% x 88% x 80%) and total strains (79.5% x 74.3% x 76.8%). Cefpirome exhibited higher activity than cefepime only to Enterococcus faecalis (42% x 23%). In the 12 other bacterial groups studied the sensibility of the three drugs was similar (χ2, p ≥ 0.05). The minimal inhibitory concentration (MIC) for 127 bacterial strains - Enterobacter cloacae (12), Citrobacter sp (15), Pseudomonas aeruginosa (50), Acinetobacter baumannii (12), BGNF others (22) and Enterococcus faecalis (16)-from the same origin previously described and isolated during 1997, was determined by E-test. Ranges of MIC intervals, MIC(50%), MIC(90%) and the proportion of the sensitive bacterial strains were determined and permitted the following analysis: the activity of cefepime against Gram-negative bacteria was 2 or more times higher than that of cefpirome and amikacin, specially when CIM(90%) was considered; the activity of cefpirome was higher only against E. faecalis. This information must be considered in the rational use of antibiotic, specially in patients with nosocomial infections.

Effects of Gallium-Desferrioxamine Compounds on Bacteria

Over 70% of nosocomial infections in the United States are resistant to one or more traditional antibiotics, necessitating research for alternative treatment options. This study aims to chelate gallium (Ga) onto a bacterial siderophore, desferrioxamine (DFO), to retard bacterial growth. By exploiting natural bacterial pathways, metal-siderophore treatments are hypothesized to circumvent traditional resistance mechanisms. Additionally, the GaDFO complex will be tested against several bacterial species to determine the specificity of DFO uptake. This research aims to prove the feasibility of siderophore piracy as an alternative to antibiotics. In showing the feasibility of siderophore piracy mechanisms, this research will enable the development of future avenues for protecting against resistant nosocomial infections.

Bacteria microarrays as sensitive tools for exploring pathogen surface epitopes and recognition by host receptors

We describe a protocol for the generation and validation of bacteria microarrays and their application to the study of specific features of the pathogen's surface and interactions with host receptors. Bacteria were directly printed on nitrocellulose-coated glass slides, using either manual or robotic arrayers, and printing quality, immobilization efficiency and stability of the arrays were rigorously controlled by incorporating a fluorescent dye into the bacteria. A panel of wild type and mutant strains of the human pathogen Klebsiella pneumoniae, responsible for nosocomial and community-acquired infections, was selected as model bacteria, and SYTO-13 was used as dye. Fluorescence signals of the printed bacteria were found to exhibit a linear concentration-dependence in the range of 1 x 10(8) to 1 x 10(9) bacteria per ml. Similar results were obtained with Pseudomonas aeruginosa and Acinetobacter baumannii, two other human pathogens. Successful validation of the quality and applicability of the established microarrays was accomplished by testing the capacity of the bacteria array to detect recognition by anti-Klebsiella antibodies and by the complement subcomponent C1q, which binds K. pneumoniae in an antibody-independent manner. The biotin/AlexaFluor-647-streptavidin system was used for monitoring binding, yielding strain-and dose-dependent signals, distinctive for each protein. Furthermore, the potential of the bacteria microarray for investigating specific features, e.g. glycosylation patterns, of the cell surface was confirmed by examining the binding behaviour of a panel of plant lectins with diverse carbohydrate-binding specificities. This and other possible applications of the newly developed arrays, as e.g. screening/evaluation of compounds to identify inhibitors of host-pathogen interactions, make bacteria microarrays a useful and sensitive tool for both basic and applied research in microbiology, biomedicine and biotechnology.

O exame direto do lavado broncoalveolar para o diagnóstico precoce de pneumonia nosocomial : um modelo experimental em ratos

A pneumonia nosocomial é a principal causa de infecção nosocomial em unidades de tratamento intensivo e possui alta morbi/mortalidade. A incidência cumulativa varia, conforme os autores, entre limites amplos desde 8% até 51%, dependendo do tipo de paciente e do uso de instrumentação das vias respiratórias. Nos casos específicos das pneumonias de má resolução e da pneumonia associada à ventilação mecânica, o diagnóstico é problemático devido à ausência de uma padronização definitiva, decorrente não só da grande variabilidade fisiopatológica como também da pouca acurácia dos critérios clínicos, microbiológicos e radiológicos. Estes fatos ensejaram a utilização progressiva de técnicas invasivas sofisticadas para coleta de amostras respiratórias endobrônquicas. Entretanto, a validação dessas técnicas para uso sistemático depende ainda de estudos que avaliem não só o seu custo/benefício em cenários clínicos diversos como também a comparação de seu desempenho para o diagnóstico com um padrão-ouro histopatológico. Além disso, o rendimento das técnicas invasivas é freqüentemente limitado quando são aplicadas em pacientes sob antibioticoterapia, que constituem a maioria dos casos em unidades de cuidados intensivos. A otimização desses testes, discutindo suas indicações e avaliando sua capacidade técnica para a confirmação ou exclusão de pneumonia, é justificada pela necessidade da instituição precoce e correta do tratamento, pois disto resulta menor mortalidade, redução de custos e permanência no hospital. Entre os testes que podem auxiliar no diagnóstico encontra-se o exame direto do lavado broncoalveolar, que proporciona resultados precoces e úteis para a tomada de decisão, mas não suficientemente testados em diferentes situações clínicas ou experimentais. Com o objetivo de avaliar o rendimento diagnóstico do exame direto precoce e das culturas quantitativas obtido por lavado broncoalveolar, estudou-se sua utilização em um modelo experimental de pneumonia provocada através de inoculação bacteriana intrabrônquica em ratos. O estudo comparou a acurácia do exame direto e dos exames culturais em três grupos de animais: Grupo A com pneumonia pneumocócica (37 animais); Grupo P com pneumonia por P. aeruginosa (26 animais) e Grupo B controle (10 animais), utilizando a histopatologia dos pulmões como teste de referência para o diagnóstico. Os Grupos A e P foram ainda randomizados em dois subgrupos cada, para tratamento ou não com antibióticos, usando penicilina no grupo pneumococo e amicacina no grupo Pseudomonas. Como resultado, observou-se que nos animais com pneumonia e ausência de antibióticos a pesquisa de bactéria fagocitada (BIC) no exame direto mostrou um rendimento elevado para o diagnóstico, sendo superior ao das culturas quantitativas. No grupo com pneumonia pneumocócica a BIC mostrou: S:94,4% a 100%, E:100%, VPP:100% e VPN:100%; e as culturas quantitativas mostraram: S:77,8%, E:100%, VPP:100%, VPN:40%. Nos com pneumonia por Pseudomonas a BIC obteve: S: 69%, E:100%; VPP:100% e VPN:71,4%); e as culturas quantitativas mostraram valores muito baixos: S:28,6%, E:100%, VPP:100% e VPN:50%). Nos animais com pneumonia pneumocócica sob tratamento antibiótico havia uma queda acentuada de sensibilidade das culturas quantitativas (S:21%) e, em menor grau da BIC (S:57,9%), mas sem perda da especificidade de ambos os exames. Ao contrário, nos animais com pneumonias por Pseudomonas sob tratamento não havia alteração no rendimento dos dois exames, cujos resultados foram semelhantes aos dos animais sem tratamento. Não havia diferenças de leitura da BIC para o diagnóstico, contando a sua positividade em macrófagos ou em neutrófilos infectados. A avaliação global dos casos estudados, reunindo todos os grupos (tratados e não-tratados) em ambos os modelos de pneumonia, mostrou que a acurácia do exame direto, representado pela pesquisa da BIC, foi superior (66%) ao das culturas quantitativas (53%). As conclusões principais do estudo foram: 1) o exame direto do lavado broncoalveolar (LBA) mostrou-se um teste útil e de alto rendimento para o diagnóstico de pneumonia quando realizado na ausência de antibióticos; 2) o LBA feito na vigência de antibióticos efetivos para a pneumonia perde mais de 50% de sua acurácia, mas não é afetado quando o antibiótico for ineficaz ou houver resistência ao mesmo; 3) a pesquisa de BIC no LBA é um exame de resultado precoce, de alta especificidade e com melhor rendimento do que as culturas quantitativas.

Bottled mineral water as a potential source of antibiotic resistant bacteria

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Cough-generated aerosols of Pseudomonas aeruginosa and other Gram Negative Bacteria from cystic fibrosis patients.

Background: Pseudomonas aeruginosa is the most common bacterial pathogen in cystic fibrosis (CF) patients. Current infection control guidelines aim to prevent transmission via contact and respiratory droplet routes and do not consider the possibility of airborne transmission. We hypothesized that with coughing, CF subjects produce viable, respirable bacterial aerosols. Methods: Cross-sectional study of 15 children and 13 adults with CF, 26 chronically infected with P. aeruginosa. A cough aerosol sampling system enabled fractioning of respiratory particles of different size, and culture of viable Gram negative non-fermentative bacteria. We collected cough aerosols during 5 minutes voluntary coughing and during a sputum induction procedure when tolerated. Standardized quantitative culture and genotyping techniques were used. Results: P. aeruginosa was isolated in cough aerosols of 25 (89%) subjects of whom 22 produced sputum samples. P. aeruginosa from sputum and paired cough aerosols were indistinguishable by molecular typing. In 4 cases the same genotype was isolated from ambient room air. Approximately 70% of viable aerosols collected during voluntary coughing were of particles ≤ 3.3 microns aerodynamic diameter. P. aeruginosa, Burkholderia cenocepacia Stenotrophomonas maltophilia and Achromobacter xylosoxidans were cultivated from respiratory particles in this size range. Positive room air samples were associated with high total counts in cough aerosols (P=0.003). The magnitude of cough aerosols were associated with higher FEV1 (r=0.45, P=0.02) and higher quantitative sputum culture results (r=0.58, P=0.008). Conclusion: During coughing, CF patients produce viable aerosols of P. aeruginosa and other Gram negative bacteria of respirable size range, suggesting the potential for airborne transmission.

Implications of faecal indicator bacteria for the microbiological assessment of roof harvested rainwater quality in Southeast Queensland, Australia

The study aimed to evaluate the suitability of Escherichia coli, enterococci and C. perfringens to assess the microbiological quality of roof harvested rainwater, and to assess whether the concentrations of these faecal indicators can be used to predict the presence or absence of specific zoonotic bacterial or protozoan pathogens. From a total of 100 samples tested, respectively 58%, 83% and 46% of samples were found to be positive for E. coli, enterococci and C. perfringens spores, as determined by traditional culture based methods. Additionally, in the samples tested, 7%, 19%, 1%, 8%, 17%, and 15% were PCR positive for A. hydrophila lip, C. coli ceuE, C. jejuni mapA, L. pneumophila mip, Salmonella invA, and G. lamblia β-giardin genes. However, none of the samples was positive for E. coli O157 LPS, VT1, VT2 and C. parvum COWP genes. The presence or absence of these potential pathogens did not correlate with any of the faecal indicator bacterial concentrations as determined by a binary logistic regression model. The roof-harvested rainwater samples tested in this study appear to be of poor microbiological quality and no significant correlation was found between the concentration of faecal indicators and pathogenic microorganisms. The use of faecal indicator bacteria raises questions regarding their reliability in assessing the microbiological quality of water and particularly their poor correlation with pathogenic microorganisms. The presence of one or more zoonotic pathogens suggests that the microbiological analysis of water should be performed, and appropriate treatment measures should be undertaken especially in tanks where the water is used for drinking.

A functional screen identifies lateral transfer of beta-glucuronidase (gus) from bacteria to fungi

Lateral gene transfer (LGT) from prokaryotes to microbial eukaryotes is usually detected by chance through genome-sequencing projects. Here, we explore a different, hypothesis-driven approach. We show that the fitness advantage associated with the transferred gene, typically invoked only in retrospect, can be used to design a functional screen capable of identifying postulated LGT cases. We hypothesized that beta-glucuronidase (gus) genes may be prone to LGT from bacteria to fungi (thought to lack gus) because this would enable fungi to utilize glucuronides in vertebrate urine as a carbon source. Using an enrichment procedure based on a glucose-releasing glucuronide analog (cellobiouronic acid), we isolated two gus(+) ascomycete fungi from soils (Penicillium canescens and Scopulariopsis sp.). A phylogenetic analysis suggested that their gus genes, as well as the gus genes identified in genomic sequences of the ascomycetes Aspergillus nidulans and Gibberella zeae, had been introgressed laterally from high-GC gram(+) bacteria. Two such bacteria (Arthrobacter spp.), isolated together with the gus(+) fungi, appeared to be the descendants of a bacterial donor organism from which gus had been transferred to fungi. This scenario was independently supported by similar substrate affinities of the encoded beta-glucuronidases, the absence of introns from fungal gus genes, and the similarity between the signal peptide-encoding 5' extensions of some fungal gus genes and the Arthrobacter sequences upstream of gus. Differences in the sequences of the fungal 5' extensions suggested at least two separate introgression events after the divergence of the two main Euascomycete classes. We suggest that deposition of glucuronides on soils as a result of the colonization of land by vertebrates may have favored LGT of gus from bacteria to fungi in soils.