Antibiotic Resistance: Origins, evolution and healthcare-associated infections / Resistencia a antibióticos: Origen, evolución e infecciones asociadas a la atención en salud

Abstract The increased incidences of Healthcare-associated Infections (HAI) caused by multidrug-resistant bacteria, have led to an enlarged number of morbidity and mortality cases. Besides, other factors that are affected are patients, families and institutions providing health services. Therefore, the permanent study of the subject is necessary to identify possible strategies that contribute to the reduction of the issue. A critical review of the literature based on the origin of antibiotics, the evolution of their respective resistance, and the impact on public health from a historical and current perspective was developed. The search of the literature was carried out in the bibliographic databases: Pubmed, Web of Science, Scopus, SciELO, The Cochrane Library and Lilacs. The reviewed literature showed, from the historical viewpoint, the discovery of antibiotics to the last-generation antibiotics. The rapid coevolution of genes for antibiotics resistance and its subsequent spread to hundreds of species of microorganisms by Horizontal Transfer gene (HTG) was also reviewed. It is also discussed how the expansion in antimicrobial resistance (AMR) generates a series of factors that increase health-care associated infections care (HAI) and their impact on public health. The development of antibiotics from the discovery to recent changes in the behavior and response of the microorganisms with the generation of AMR shortly after, is one of the most fantastic examples of the evolution that exists in nature.

Resumen El aumento en la incidencia de infecciones asociadas a la atención en salud causada por microorganismos multiresistentes a antibióticos, han incrementado la morbilidad, mortalidad y otros factores que afectan a paciente, familias e instituciones prestadoras de servicios de salud; por lo que se ha hecho necesario el estudio permanente del tema, para identificar posibles estrategias que contribuyan a disminuir la situación. Se realizó una revisión de la literatura sobre el origen de los antibióticos, la evolución de su respectiva resistencia, el impacto en la salud pública; desde una perspectiva histórica y actual. La búsqueda de la literatura se realizó en las bases de datos bibliográficas: Pubmed, Web of Science, Scopus, SciELO, The Cochrane Library y Lilacs. El análisis de la literatura mostró desde el punto de vista histórico, el descubrimiento de los antibióticos hasta los últimos antibióticos de última generación, y la rápida coevolución de los genes de resistencia a los antibióticos y su posterior diseminación a cientos de especies de microorganismos mediante la Transferencia Horizontal de Genes (THG). También es discutido como el incremento de la resistencia a los antibióticos (RAM) genera una serie de factores que potencian las infecciones asocia de las a los cuidados de la salud (IACS) y su impacto en la salud pública. La historia desde el descubrimiento, los cambios en el comportamiento de uso de los antibióticos y la respuesta de los microorganismos con la generación de la RAM poco tiempo después, es uno de los ejemplos más fantásticos de coevolución que existe en la naturaleza.

Infecção pelo Helicobacter pylori e perfil imunológico em pacientes com diferentes doenças gastroduodenais / Helicobacter pylori infection and immune profile of patients with different gastroduodenal diseases

ABSTRACT BACKGROUND: The association between infection with Helicobacter pylori and different gastroduodenal diseases is related to bacterial, host and environmental factors. Studies have demonstrated an association between the genetic diversity of H. pylori, especially in the vacA and cagA genes, and the development of digestive diseases such as peptic ulcer and gastric cancer. In addition, the nature of the host inflammatory response may explain these different manifestations of infection caused by this microorganism. In this respect, host factors that regulate the immune and inflammatory responses involving the functional interaction of H. pylori infection with different components of the immune system, particularly T cells, in gastroduodenal diseases still need further investigation. OBJECTIVE: To characterize the immune response, including immunity induced by infection with H. pylori, especially virulent strains (vacA alleles and cagA gene), by analyzing the cytokine profile and T-cell population present in gastroduodenal diseases in a Brazilian population. METHODS: In a prospective study, gastric biopsies were collected from 554 patients with different gastroduodenal diseases for histological analysis and for the determination of bacterial genotype and cytokine production (IL-4, IL-10, IFN-γ and IL-12) by ELISA. RESULTS: The predominant genotype of the H. pylori strains isolated from the patients studied was s1m1cagA+, which was more common among patients with gastric ulcer, duodenal ulcer and gastric cancer. A significant association was observed between the s1m1cagA+ genotype and a higher degree of inflammation, higher neutrophil activity and the development of intestinal metaplasia. The gastric concentrations of IFN-γ and IL-12 were significantly higher in patients infected with H. pylori than in uninfected individuals. Higher levels of these cytokines were detected in patients with gastric ulcer and cancer, while the levels of IL-4 and IL-10 in the gastric mucosa were lower in these patients. In addition, IFN-γ and IL-12 concentrations in gastric biopsies were higher in patients infected with the virulent s1m1cagA+ genotype. In contrast, IL-4 and IL-10 levels were higher in tissue infected with s2m2cagA in gastric biopsies. CONCLUSION: Our study shows that the interaction between the type of infectious strain and the Th1 immune response can influence and perpetuate gastric inflammation, and thus contributes to the development of the different clinical manifestations of H. pylori infection.

RESUMO CONTEXTO: A associação da infecção por Helicobacter pylori com diferentes doenças gastroduodenais pode estar associada a fatores bacterianos, do hospedeiro e do ambiente. Nesse contexto, estudos têm demonstrado que a diversidade genética do H. pylori, sobretudo nos genes vacA e cagA, está associada ao desenvolvimento de doenças gastroduodenais como a úlcera péptica e o câncer gástrico. Além disso, a natureza da resposta inflamatória do hospedeiro pode explicar essas diferentes manifestações da infecção por esse microrganismo. Portanto, fatores do hospedeiro que regulam as respostas imunológica e inflamatória, envolvendo a interação funcional da infecção por H. pylori com diferentes membros do compartimento imunológico, especialmente respostas imunes de células T nas doenças gastroduodenais, ainda precisam ser melhor estudados. OBJETIVO: Caracterizar a resposta imune, incluindo imunidade induzida por infecção pelo H. pylori, especialmente com cepas virulentas de H. pylori (alelos vacA e gene cagA), através da análise do perfil de citocinas e da caracterização da população de células T presentes em doenças gastroduodenais em nossa população. MÉTODOS: Em um estudo prospectivo, foram coletadas biópsias gástricas de 554 pacientes portadores das diferentes doenças gastroduodenais. Nas amostras biológicas destes pacientes foi realizada a determinação do genótipo bacteriano e a detecção das citocinas IL-4, IL-10, INF-γ e IL-12 através do método Elisa. Foram obtidas biópsias gástricas para avaliação histológica. RESULTADOS: Observamos que o genótipo predominante nas cepas de H. pylori isoladas dos pacientes estudados foi s1m1cagA positivo, sendo mais frequentes entre os pacientes com úlcera gástrica, úlcera duodenal e câncer gástrico. Houve associação significativa das cepas com o genótipo s1m1cagA positivo com maior grau de inflamação, atividade neutrofílica e desenvolvimento de metaplasia intestinal. As concentrações gástricas de INF-γ e IL-12 foram significativamente mais elevadas em pacientes infectados pelo H. pylori do que nos não infectados. Foram detectados níveis mais elevados dessas citocinas nos portadores de úlcera e câncer gástrico, sendo que nesses pacientes foram observados níveis mais baixos de IL-4 e IL-10 na mucosa gástrica. Além disso, as concentrações de INF-γ e IL-12 em biópsias gástricas, foram mais elevadas nos pacientes portadores das cepas bacterianas virulentas s1m1cagA+. Contrariamente, os níveis de IL-4 e IL-10 foram maiores em tecido infectado por cepas s2m2cagA. Pacientes com maior grau de inflamação, de atividade neutrofílica e presença de metaplasia intestinal, apresentaram níveis mais elevados de INF-γ e IL-12 e uma concentração mais baixa de IL-4 e IL-10 nas biópsias gástricas. CONCLUSÃO: Nosso estudo demonstra que a interação entre o tipo de cepa infectante e resposta imunológica com perfil Th1, podem influenciar e perpetuar a inflamação gástrica contribuindo para o desenvolvimento de diferentes manifestações clínicas na infecção pelo H. pylori.

Genes de resistencia en bacilos Gram negativos: Impacto en la salud pública en Colombia / Resistance genes in gram negative bacilli: impact on public health in Colombia

Introducción: La resistencia antimicrobiana es un grave problema de salud pública que se encuentra en aumento. Entre los factores más importantes relacionados con la diseminación de bacterias multirresistentes está el uso inapropiado de antibióticos y la aplicación insuficiente de las medidas de prevención y control. Adicionalmente, las bacterias tienen la capacidad de mutar o generar mecanismos de transferencia de genes de resistencia mediante plásmidos, transposones e integrones. Materiales y métodos: Se hizo una revisión crítica de la literatura sobre los principales genes de resistencia Gram negativos y su impacto en la salud pública. Fueron utilizadas las bases de datos de Medline, Embase, Lilacs, ScienceDirect, Scopus, SciELO, the Cochrane Library y Lilacs. Resultados: Se presenta una revisión de literatura que describe y analiza los principales genes de resistencia a antibióticos presentes en bacilos gram negativos, su origen, evolución y diseminación a microorganismos mediante la transferencia horizontal de genes; justificando la importancia de realizar una vigilancia epidemiológica del tránsito de clones con diferentes perfiles de resistencia y principales enzimas. Conclusiones: El seguimiento de la resistencia antimicrobiana desde el punto de vista de la epidemiología molecular forma parte transcendental de la vigilancia antibiótica como lo recomienda la Organización Mundial de la Salud; pues representa el futuro del monitoreo de la resistencia.

Introduction: Antimicrobial resistance is a serious public health problem that is increasing. Among the most important factors related to the spread of multi-resistant bacteria are the inappropriate use of antibiotics and the insufficient implementation of prevention and control measures. Additionally, bacteria have the ability to mutate or create mechanisms for transfer of resistance genes via plasmids, transposons and integrons. Materials and methods: A critical review of the literature on major resistance genes in Gram negative bacteria and its impact on public health was conducted. Data have been collected from Medline, Embase, Lilacs, ScienceDirect, Scopus, SciELO, the Cochrane Library and Lilacs. Results: A review of literature that describes and analyzes the main antibiotic resistance genes present in gram-negative bacilli is presented, as well as their origin, evolution, and subsequent spread to hundreds of species of microorganisms by Horizontal gene transfer which justifies the importance of conducting an epidemiological surveillance on transit of clones with different resistance profiles and major enzymes. Conclusions: The control of antimicrobial resistance from the point of view of molecular epidemiology is part of the antibiotic surveillance control as recommended by the World Health Organization; as it represents the future of the surveillance of resistance.