Clostridium difficile ribotypes in humans and animals in Brazil

Clostridium difficile is an emerging enteropathogen responsible for pseudomembranous colitis in humans and diarrhoea in several domestic and wild animal species. Despite its known importance, there are few studies aboutC. difficile polymerase chain reaction (PCR) ribotypes in Brazil and the actual knowledge is restricted to studies on human isolates. The aim of the study was therefore to compare C. difficileribotypes isolated from humans and animals in Brazil. Seventy-six C. difficile strains isolated from humans (n = 25), dogs (n = 23), piglets (n = 12), foals (n = 7), calves (n = 7), one cat, and one manned wolf were distributed into 24 different PCR ribotypes. Among toxigenic strains, PCR ribotypes 014/020 and 106 were the most common, accounting for 14 (18.4%) and eight (10.5%) samples, respectively. Fourteen different PCR ribotypes were detected among human isolates, nine of them have also been identified in at least one animal species. PCR ribotype 027 was not detected, whereas 078 were found only in foals. This data suggests a high diversity of PCR ribotypes in humans and animals in Brazil and support the discussion of C. difficile as a zoonotic pathogen.

Niche-specific association of Aeromonas ribotypes from human and environmental origin

A total of 88 Aeromonas isolates from distinct locations and sources (39 from extraintestinal infections, 31 from diarrhoeic, ten from non-diarrhoeic faeces, all human, and eight from fresh water) were subjected to phenospecies identification, serotyping, ribotyping and detection of some virulence markers. The strains belonged to four different phenospecies marked by 19 O serogroups and 38 ribotypes. No strong correlation between these parameters was found, and no group, as defined by the typing methods, could be characterized with a particular set of virulence markers. There was a clear association of ribotypes with the source of the strains. Cluster analysis allowed the identification of a complex of ribotypes belonging to distinct but related sources, including clinical and environmental isolates. These results suggest that ribotyping may be an epidemiological tool suitable for the study of Aeromonas infections.

Clostridium difficile ribotypes in humans and animals in Brazil

Clostridium difficile is an emerging enteropathogen responsible for pseudomembranous colitis in humans and diarrhoea in several domestic and wild animal species. Despite its known importance, there are few studies about C. difficile polymerase chain reaction (PCR) ribotypes in Brazil and the actual knowledge is restricted to studies on human isolates. The aim of the study was therefore to compare C. difficile ribotypes isolated from humans and animals in Brazil. Seventysix C. difficile strains isolated from humans (n = 25), dogs (n = 23), piglets (n = 12), foals (n = 7), calves (n = 7), one cat, and one manned wolf were distributed into 24 different PCR ribotypes. Among toxigenic strains, PCR ribotypes 014/020 and 106 were the most common, accounting for 14 (18.4%) and eight (10.5%) samples, respectively. Fourteen different PCR ribotypes were detected among human isolates, nine of them have also been identified in at least one animal species. PCR ribotype 027 was not detected, whereas 078 were found only in foals. This data suggests a high diversity of PCR ribotypes in humans and animals in Brazil and support the discussion of C. difficile as a zoonotic pathogen.

Bacterial community in the rhizosphere and rhizoplane of wild type and transgenic eucalyptus

The rhizosphere is a niche exploited by a wide variety of bacteria. The expression of heterologous genes by plants might become a factor affecting the structure of bacterial communities in the rhizosphere. In a greenhouse experiment, the bacterial community associated to transgenic eucalyptus, carrying the Lhcb1-2 genes from pea (responsible for a higher photosynthetic capacity), was evaluated. The culturable bacterial community associated to transgenic and wild type plants were not different in density, and the Amplified Ribosomal DNA Restriction Analysis (ARDRA) typing of 124 strains revealed dominant ribotypes representing the bacterial orders Burkholderiales, Rhizobiales, and Actinomycetales, the families Xanthomonadaceae, and Bacillaceae, and the genus Mycobacterium. Principal Component Analysis based on the fingerprints obtained by culture-independent Denaturing Gradient Gel Electrophoresis analysis revealed that Alphaproteobacteria, Betaproteobacteria and Actinobacteria communities responded differently to plant genotypes. Similar effects for the cultivation of transgenic eucalyptus to those observed when two genotype-distinct wild type plants are compared.

Genetic relationships of Corynebacterium diphtheriae strains isolated from a diphtheria case and carriers by restriction fragment length polymorphism of rRNA genes

In the present study we report the results of an analysis, based on ribotyping of Corynebacterium diphtheriae intermedius strains isolated from a 9 years old child with clinical diphtheria and his 5 contacts. Quantitative analysis of RFLPs of rRNA was used to determine relatedness of these 7 C.diphtheriae strains providing support data in the diphtheria epidemiology. We have also tested those strains for toxigenicity in vitro by using the Elek's gel diffusion method and in vivo by using cell culture method on cultured monkey kidney cell (VERO cells). The hybridization results revealed that the 5 C.diphtheriae strains isolated from contacts and one isolated from the clinical case (nose case strain) had identical RFLP patterns with all 4 restriction endonucleases used, ribotype B. The genetic distance from this ribotype and ribotype A (throat case strain), that we initially assumed to be responsible for the illness of the patient, was of 0.450 showing poor genetic correlation among these two ribotypes. We found no significant differences concerned to the toxin production by using the cell culture method. In conclusion, the use of RFLPs of rRNA gene was successful in detecting minor differences in closely related toxigenic C.diphtheriae intermedius strains and providing information about genetic relationships among them.

Genetic relationships among serogroup B: serotype 4 Neisseria meningitidis strains

We compared the results obtained by serotyping of PorB epitopes using an expanded panel of monoclonal antibodies (mAb) including mAb 7 and mAb 10, with results obtained by RFLP of rRNA genes (ribotyping). The purpose of this study was to assess the correlation between phenotypic- and genotypic- methods for typing N. meningitidis. The ribotypes obtained using ClaI or EcoRV endonucleases grouped the strains in seven and two different patterns, respectively. This additional characterization of PorB epitopes improved the correlation between these two methods of typing N. meningitidis.

Phenotypic and molecular characterization of Salmonella Enteritidis strains isolated in São Paulo, Brazil

In São Paulo State, Brazil, the epidemic increase in isolation of Salmonella Enteritidis has been observed since 1994. A total of 105 S. Enteritidis strains (72 from human and 33 from non-human sources) isolated during the period 1975-1995, previously characterized by phage typing, was analyzed by antimicrobial susceptibility, plasmid profile, and ribotyping. Over 70% of the strains were susceptible to all antimicrobial agents tested, however, multiple resistance to antimicrobials was observed among the studied strains, mainly those from hospitalized patients. Phage type 8 (PT-8) was predominant among the strains isolated during the period of 1975-1992, but in the following years, PT-4 was the most frequent phage type identified. Seven different plasmid profiles were detected and 96% of the isolates harbored a plasmid of approximately 36 MDa. Ribotyping discriminated fourteen ribotypes (R1 to R14) among the strains examined. By analysis of dendrogram the strains were included in three groups with similarity level of 60%. The obtained results indicate that, a single ribotype (R11), determined for PT-4 strains isolated from 1993, characterizes the epidemic clone of S. Enteritidis in our region.

Genetic diversity of oral Fusobacterium nucleatum isolated from patients with different clinical conditions

The genetic diversity of 23 oral Fusobacterium nucleatum isolated from 15 periodontal patients, eight from seven healthy subjects, nine from nine AIDS patients and two from two Cebus apella monkeys were analyzed. EcoRI restricted the bacterial DNA and 28 ribotypes grouped from A to J groups were obtained. Isolates formed 24 ribotypes which were contained into A, B, C, D, E and F groups, and three reference strains and two clinical isolates of A. actinomycetemcomitans, and E. coli CDC formed four different ribotypes into the G, H, I and J groups. Moreover, from nine F. nucleatum from AIDS patients, six were ribotyped as group C and three as group D. By using ribotyping we distinguished F. nucleatum recovered from different sources. It is possible that isolates from AIDS patients may contain some phenotypic or genotypic factor did not observed in this study.

The occurrence and dissemination of methicillin and vancomycin-resistant Staphylococcus in samples from patients and health professionals of a university hospital in Recife, State of Pernambuco, Brazil

Introduction Methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) strains have been responsible for many nosocomial outbreaks. Within hospitals, colonized employees often act as reservoirs for the spread of this organism. This study collected clinical samples of 91 patients admitted to the intensive care unit (ICU), hemodialysis/nephrology service and surgical clinic, and biological samples from the nasal cavities of 120 professionals working in those environments, of a University Hospital in Recife, in the State of Pernambuco, Brazil. The main objective of this study was to determine the occurrence and dissemination of methicillin- and vancomycin-resistant Staphylococcus spp. Methods The isolates obtained were tested for susceptibility to oxacillin and vancomycin and detection of the mecA gene. In addition, the isolates were evaluated for the presence of clones by ribotyping-polymerase chain reaction (PCR). Results MRSA occurrence, as detected by the presence of the mecA gene, was more prevalent among nursing technicians; 48.1% (13/27) and 40.7% (11/27) of the isolates were from health professionals of the surgical clinic. In patients, the most frequent occurrence of mecA-positive isolates was among the samples from catheter tips (33.3%; 3/9), obtained mostly from the hemodialysis/nephrology service. Eight vancomycin-resistant strains were found among the MRSA isolates through vancomycin screening. Based on the amplification patterns, 17 ribotypes were identified, with some distributed between patients and professionals. Conclusions Despite the great diversity of clones, which makes it difficult to trace the source of the infection, knowledge of the molecular and phenotypic profiles of Staphylococcus samples can contribute towards guiding therapeutic approaches in the treatment and control of nosocomial infections.

Production of cytolethal distending toxin and other virulence characteristics of Escherichia coli strains of serogroup O86

Genetic and phenotypic virulence markers of different categories of diarrhoeagenic Escherichia coli were investigated in 106 strains of enteropathogenic E. coli (EPEC) serogroup O86. The most frequent serotype found was O86:H34 (86%). Strains of this serotype and the non motile ones behaved as EPEC i.e., carried eae, bfpA and EAF DNA sequences and presented localised adherence to HeLa cells. Serotypes O86:H2, O86:H6, O86:H10, O86:H18, O86:H27 and O86:H non determined, belonged to other categories. The majority of the strains of serotype O86:H34 and non motile strains produced cytolethal-distending toxin (CDT). The ribotyping analysis showed a correlation among ribotypes, virulence markers and serotypes, thus suggesting that CDT production might be a property associated with a universal clone represented by the O86:H34 serotype.

Ribotyping and virulence markers of Yersinia pseudotuberculosis strains isolated from animals in Brazil

Ribotyping and virulence markers has been used to investigate 68 Yersinia pseudotuberculosis strains of serogroups O:1a and O:3. The strains were isolated from clinical material obtained from healthy and sick animals in the Southern region of Brazil. Ribotypes were identified by double digestion of extracted DNA with the restriction endonucleases SmaI and PstI, separation by electrophoresis and hybridization with a digoxigenin-labeled cDNA probe. The presence of the chromosomal virulence marker genes inv, irp1, irp2, psn, ybtE, ybtP-ybtQ, and ybtX-ybtS, of the IS100 insertion sequence, and of the plasmid gene lcrF was detected by polymerase chain reaction. The strains were grouped into four distinct ribotypes, all of them comprising several strains. Ribotypes 1 and 4 presented distinct profiles, with 57.3% genetic similarity, ribotypes 2 and 3 presented 52.5% genetic similarity, and genetic similarity was 45% between these two groups (1/4 and 2/3). All strains possessed the inv, irp1, and irp2 genes. Additionally, strains of serogroup O:1a carried psn, ybtE, ybtP-ybtQ, ybtX-ybtS, and IS100. As expected lcrF was only detected in strains harboring the virulence plasmid. These data demonstrate the presence of Y. pseudotuberculosis strains harboring genotypic virulence markers in the livestock from Southern Brazil and that the dissemination of these bacteria may occur between herds.

Impacts de la fertilisation phosphatée sur la biodiversité microbienne de sols agricoles

La fertilisation phosphatée est très répandue dans les pratiques agricoles Nord-Américaines. Bien que généralement très efficace pour augmenter la production végétale, son utilisation peut engendrer certaines contaminations environnementales. Afin de diminuer ce problème, plusieurs pratiques de gestion sont envisagées. Parmi celles-ci, on retrouve l’intéressante possibilité de manipuler la flore microbienne car cette dernière est reconnue pour son implication dans bons nombres de processus fondamentaux liés à la fertilité du sol. Cette étude a démontré que lors d’essais en champs, la forme de fertilisant ajouté au sol ainsi que la dose de phosphore (P) appliquée avaient un impact sur la distribution des microorganismes dans les différentes parcelles. Une première expérience menée sur une culture de luzerne en prairie semi-aride a montré que les échantillons provenant de parcelles ayant reçu différentes doses de P présentaient des différences significatives dans leurs communautés bactériennes et fongiques. La communauté de CMA est restée similaire entre les différents traitements. Une deuxième expérience fut menée pendant trois saisons consécutives afin de déterminer l’effet de différentes formes de fertilisation organiques et minérale ajustées selon une dose unique de P sur les populations bactériennes et fongiques d’une culture intensive de maïs en rotation avec du soja. Les résultats des analyses ont montrés que les populations varient selon le type de fertilisation reçu et que les changements sont indépendants du type de végétaux cultivé. Par contre, les populations microbiennes subissent une variation plus marquée au cours de la saison de culture. La technique de DGGE a permis d’observer les changements frappant la diversité microbienne du sol mais n’a permis d’identifier qu’une faible proportion des organismes en cause. Parallèlement à cette deuxième étude, une seconde expérience au même site fut menée sur la communauté de champignons mycorhiziens à arbuscules (CMA) puisqu’il s’agit d’organismes vivant en symbiose mutualiste avec la majorité des plantes et favorisant la nutrition de même que l’augmentation de la résistance aux stress de l’hôte. Ceci permit d’identifier et de comparer les différents CMA présents dans des échantillons de sol et de racines de maïs et soja. Contrairement aux bactéries et aux champignons en général, les CMA présentaient une diversité très stable lors des différents traitements. Par contre, au cours des trois années expérimentales, il a été noté que certains ribotypes étaient significativement plus liés au sol ou aux racines. Finalement, l’ensemble de l’étude a démontré que la fertilisation phosphatée affecte la structure des communautés microbiennes du sol dans les systèmes évalués. Cependant, lors de chaque expérience, la date d’échantillonnage jouait également un rôle prépondérant sur la distribution des organismes. Plusieurs paramètres du sol furent aussi mesurés et ils présentaient aussi une variation au cours de la saison. L’ensemble des interactions possibles entre ces différents paramètres qui, dans certains cas, variaient selon le traitement appliqué, aurait alors probablement plus d’impact sur la biodiversité microbienne que la seule fertilisation.

Molecular biodiversity of microbial communities in polluted soils and their role in soil phytoremediation

Les métaux lourds (ML) s’accumulent de plus en plus dans les sols à l’échelle mondiale, d’une part à cause des engrais minéraux et divers produits chimiques utilisés en agriculture intensive, et d’autre part à cause des activités industrielles. Toutes ces activités génèrent des déchets toxiques qui s’accumulent dans l’environnement. Les ML ne sont pas biodégradables et leur accumulation cause donc des problèmes de toxicité des sols et affecte la biodiversité des microorganismes qui y vivent. La fertilisation en azote (N) est une pratique courante en agriculture à grande échelle qui permet d’augmenter la fertilité des sols et la productivité des cultures. Cependant, son utilisation à long terme cause plusieurs effets néfastes pour l'environnement. Par exemple, elle augmente la quantité des ML dans les sols, les nappes phréatiques et les plantes. En outre, ces effets néfastes réduisent et changent considérablement la biodiversité des écosystèmes terrestres. La structure des communautés des champignons mycorhiziens à arbuscules (CMA) a été étudiée dans des sols contaminés par des ML issus de la fertilisation à long terme en N. Le rôle des différentes espèces de CMA dans l'absorption et la séquestration des ML a été aussi investigué. Dans une première expérience, la structure des communautés de CMA a été analysée à partir d’échantillons de sols de sites contaminés par des ML et de sites témoins non-contaminés. Nous avons constaté que la diversité des CMA indigènes a été plus faible dans les sols et les racines des plantes récoltées à partir de sites contaminés par rapport aux sites noncontaminés. Nous avons également constaté que la structure de la communauté d'AMF a été modifiée par la présence des ML dans les sols. Certains ribotypes des CMA ont été plus souvent associés aux sites contaminés, alors que d’autres ribotypes ont été associés aux sites non-contaminés. Cependant, certains ribotypes ont été observés aussi bien dans les sols pollués que non-pollués. Dans une deuxième expérience, les effets de la fertilisation organique et minérale (N) sur les différentes structures des communautés des CMA ont été étudiés. La variation de la structure de la communauté de CMA colonisant les racines a été analysée en fonction du type de fertilisation. Certains ribotypes de CMA étaient associés à la fertilisation organique et d'autres à la fertilisation minérale. En revanche, la fertilisation minérale a réduit le nombre de ribotypes de CMA alors que la fertilisation organique l’a augmenté. Dans cette expérience, j’ai démontré que le changement de structure des communautés de CMA colonisant des racines a eu un effet significatif sur la productivité des plantes. Dans une troisième expérience, le rôle de deux espèces de CMA (Glomus irregulare et G. mosseae) dans l'absorption du cadmium (Cd) par des plants de tournesol cultivés dans des sols amendés avec trois niveaux différents de Cd a été évalué. J’ai démontré que les deux espèces de CMA affectent différemment l’absorption ou la séquestration de ce ML par les plants de tournesol. Cette expérience a permis de mieux comprendre le rôle potentiel des CMA dans l'absorption des ML selon la concentration de cadmium dans le sol et les espèces de CMA. Mes recherches de doctorat démontrent donc que la fertilisation en N affecte la structure des communautés des CMA dans les racines et le sol. Le changement de structure de la communauté de CMA colonisant les racines affecte de manière significative la productivité des plantes. J’ai aussi démontré que, sous nos conditions expériemntales, l’espèce de CMA G. irregulare a été observée dans tous les sites (pollués et non-pollués), tandis que le G. mosseae n’a été observé en abondance que dans les sites contaminés. Par conséquent, j’ai étudié le rôle de ces deux espèces (G. irregulare et G. mosseae) dans l'absorption du Cd par le tournesol cultivé dans des sols amendés avec trois différents niveaux de Cd en serre. Les résultats indiquent que les espèces de CMA ont un potentiel différent pour atténuer la toxicité des ML dans les plantes hôtes, selon le niveau de concentration en Cd. En conclusion, mes travaux suggèrent que le G. irregulare est une espèce potentiellement importante pour la phytoextration du Cd, alors que le G. mosseae pourrait être une espèce appropriée pour phytostabilisation du Cd et du Zn.

Charakterisierung der mikrobiellen Population und Untersuchungen zum Quorum Sensing in der Rhizosphäre vom Weidelgras (Lolium perenne) auf einer Rückstandshalde der Kaliindustrie

Im Rahmen dieser Dissertation wurden die Dynamik und die Kommunikation innerhalb der mikrobiellen Population der Rhizosphäre von Deutschem Weidelgras (Lolium perenne) untersucht, welches auf einer teilweise rekultivierten Rückstandshalde der Kaliindustrie wuchs. Um die niederschlagsbedingte Auswaschung von Salzen zu reduzieren, wird die Rückstandshalde des Kaliwerks Sigmundshall (in Bokeloh bei Hannover) schrittweise mit dem technogenen Abdecksubstrat REKAL/SAV ummantelt. Dieses weist eine hohe Standfestigkeit und Wasserspeicherkapazität auf und kann zudem begrünt werden, wofür als Pionierpflanze Lolium perenne dient. Durch diese Rekultivierung wird Niederschlag besser gespeichert und über Evapotranspiration wieder in die Luft abgegeben, was letztendlich die Bildung von Salzwasser vermindert. Da das Abdecksubstrat neben alkalischem pH-Wert auch teilweise hohe Schwermetallkonzentrationen aufweist, sollte in der vorliegenden Arbeit erstmals die mikrobielle Rhizosphären-Gemeinschaft in diesem extremen Habitat mittels einer kulturunabhängigen Methode erforscht werden. Zudem wurden erste Untersuchungen angestellt, ob im Substrat die zelldichte-abhängige bakterielle Kommunikation (Quorum Sensing) nachgewiesen werden kann. Mittels extrahierter Gesamt-DNA wurde anhand der 16S rDNA die Analyse des „Terminalen Restriktonsfragmentlängenpolymorphismus“ (TRFLP) verwendet, um die komplexe bakterielle Rhizosphären-Gemeinschaft unter zeitlichen und lokalen Aspekten zu vergleichen. Auftretende Veränderungen bei den bakteriellen Populationen der jeweiligen Proben wurden durch eine Zu- oder Abnahme der auch als Ribotypen bezeichneten terminalen Restriktionsfragmente (TRF) erfasst. Hierbei zeigten sich am Südhang der Halde während der Sommermonate der Jahre 2008 und 2009 zwar Schwankungen in den bakteriellen Gemeinschaftsprofilen, es lagen jedoch keine eindeutigen Dynamiken vor. Im Vergleich zum Südhang der Halde wies der Nordhang eine höhere Ribotyp-Diversität auf, was mit der fortgeschritteneren Rekultivierung dieses Haldenabschnitts zusammenhängen könnte. Zusätzlich wurden Bakterien aus der Rhizosphäre von Lolium perenne isoliert und mithilfe der Biosensoren Agrobacterium tumefaciens A136 pCF218 pCF372 und Chromobacterium violaceum CV026 auf die Produktion von N-Acylhomoserinlactonen (AHLs) überprüft. Diese AHLs werden von Gram-negativen Mikroorganismen als Signalmoleküle verwendet, um ihre Genexpression zelldichteabhängig zu kontrollieren. Von den 47 getesteten Gram-negativen Rhizosphärenisolaten konnten nur bei einem reproduzierbar AHL-Moleküle mithilfe des Reporterstamms A. tumefaciens nachgewiesen werden. Der AHL-Produzent wurde als Pseudomonas fluorescens identifiziert. Mittels dünnschichtchromatographischer Analysen konnten die extrahierten bakteriellen AHL-Moleküle den N-Octanoyl-L-homoserinlactonen zugeordnet werden.

Combined use of two genetic fingerprinting methods, pulsed-field gel electrophoresis and ribotyping, for characterization of Escherichia coli O157 isolates from food animals, retail meats, and cases of human disease

Two genetic fingerprinting techniques, pulsed-field gel electrophoresis (PFGE) and ribotyping, were used to characterize 207 Escherichia coli O157 isolates from food animals, foods of animal origin, and cases of human disease (206 of the isolates were from the United Kingdom). In addition, 164 of these isolates were also phage typed. The isolates were divided into two general groups: (i) unrelated isolates not known to be epidemiologically linked (n = 154) and originating from food animals, foods and the environment, or humans and (ii) epidemiologically related isolates (n = 53) comprised of four related groups (RGs) originating either from one farm plus the abattoir where cattle from that farm were slaughtered or from one of three different English abattoirs. PFGE was conducted with the restriction endonuclease XbaI. while for ribotyping, two restriction endonucleases (PstI and SphI) were combined to digest genomic DNAs simultaneously. The 207 E. coli O157 isolates produced 97 PFGE profiles and 51 ribotypes. The two genetic fingerprinting methods had similar powers to discriminate the 154 epidemiologically unrelated E. coli O157 isolates in the study (Simpson's index of diversity [D] = 0.98 and 0.94 for PFGE typing and ribotyping, respectively). There was no correlation between the source of an isolate (healthy meat or milk animals, retail meats, or cases of human infection) and either particular PFGE or ribotype profiles or clusters. Combination of the results of both genetic fingerprinting methods produced 146 types, significantly more than when either of the two methods was used individually. Consequently, the superior discriminatory performance of the PFGE-ribotyping combination was proven in two ways: (i) by demonstrating that the majority of the E. coli O157 isolates with unrelated histories were indeed distinguishable types and (ii) by identifying some clonal groups among two of the four RGs of E. coli O157 isolates (comprising PFGE types different by just one or two bands), the relatedness of which would have remained unconfirmed otherwise.