Caracterización molecular y fenotípica de aislamientos clínicos de Salmonella Typhimurium variante monofásica (1, 4, [5],12: i: -) recuperados en Colombia / Molecular and phenotypic characterization of Salmonella Typhimurium monophasic variant (1, 4, [5],12: i: -) from Colombian clinical isolates

Resumen: Introducción. La variante monofásica (1,4,[5],12:i:-) de Salmonella Typhimurium ocupa los primeros lugares en los programas de vigilancia de Salmonella a nivel mundial. En Colombia, Salmonella enterica variante monofásica alcanza el cuarto lugar en cuanto a los aislamientos clínicos recuperados por medio de la vigilancia por laboratorio del Grupo de Microbiología del Instituto Nacional de Salud, pero se desconoce si dichos aislamientos están relacionados con la variante monofásica de Typhimurium que circula a nivel global, y con sus características genéticas y fenotípicas. Objetivo. Caracterizar los aislamientos de Salmonella monofásica recuperados en Colombia entre el 2015 y el 2018 por el Grupo de Microbiología del Instituto Nacional de Salud. Materiales y métodos. Se analizaron 286 aislamientos clínicos de Salmonella enterica variante monofásica mediante PCR o secuenciación del genoma completo (Whole Genome Sequencing, WGS) para confirmar si correspondían a Salmonella Typhimurium variante monofásica, en tanto que, en 54 aislamientos, se determinó la estructura genética del operón que codifica la segunda fase flagelar y, en 23, se evaluó la motilidad, el crecimiento y la expresión de las proteínas de membrana externa. Resultados. El 61 % (n=174) de los aislamientos de Salmonella monofásica correspondió a Salmonella Typhimurium serovar monofásico. El 64,8 % (n=35/54) se relacionó con el clon europeo-español y, el 13 % (n=7/54), con el estadounidense. En dos aislamientos de orina se encontró una diferencia significativa en la motilidad y el crecimiento, así como ausencia de la porina OmpD en medio mínimo M9. Conclusiones. En el periodo de estudio, circuló en Colombia la variante monofásica de Salmonella Typhimurium relacionada con el clon europeo-español, y se registró ausencia total del operón fljAB. Los resultados evidenciaron cambios fenotípicos en los aislamientos provenientes de muestras de orina que sugieren adaptación en procesos invasivos.

Abstract: Introduction. The Salmonella Typhimurium monophasic variant (1,4,[5],12:i:-) is currently the most commonly detected variant in Salmonella surveillance programs worldwide. In Colombia, the Salmonella enterica monophasic variant is the fourth most common clinical isolate recovered through the laboratory surveillance of the Grupo de Microbiología from the Instituto Nacional de Salud; however, it is unknown whether these isolates are closely related to the monophasic Typhimurium variant, which circulates globally, and their genetic and phenotypic characteristics have not been reported. Objective. To characterize monophasic Salmonella enterica isolates identified in Colombia from 2015 to 2018 by the Instituto Nacional de Salud. Materials and methods. Two hundred eighty-six clinical isolates of the monophasic Salmonella enterica variant were analyzed by PCR or whole-genome sequencing to confirm whether they corresponded to the Salmonella Typhimurium monophasic variant while the genetic structure of the operon encoding the second flagellar phase was determined in 54 isolates. Motility, growth, and expression of the outer membrane proteins were evaluated in 23 isolates. Results. During the study period in Colombia, 61% (n=174) of Salmonella monophasic isolates belonged to Salmonella Typhimurium serovar monophasic (1,4,[5],12:i-). Of these, 64.8% (n=35/54) were related to the European/Spanish clone and 13% (n=7/54) to the U.S. clone. Two isolates recovered from urine samples showed differences in motility, growth, and the absence of the OmpD porin in M9 minimal medium. Conclusions. Most of the monophasic Salmonella Typhimurium variants that have circulated in Colombia since 2015 lacked the second phase of operon fljAB, which is related to the European/Spanish clone. The results evidenced phenotypic changes in urine samples suggesting bacterial adaptation in the case of these invasive samples.

Detection and analysis of different interactions between resistance mechanisms and carbapenems in clinical isolates of Klebsiella pneumoniae

Abstract Carbapenems are considered last-line agents for the treatment of serious infections caused by Klebsiella pneumoniae, and this microorganism may exhibit resistance to β-lactam antibiotics due to different mechanisms of resistance. We evaluated 27 isolates of K. pneumoniae resistant to carbapenems recovered from inpatients at the University Hospital of Santa Maria-RS from July 2013 to August 2014. We carried out antimicrobial susceptibility, carbapenemase detection, testing for the presence of efflux pump by broth microdilution and loss of porin by sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoresis. Genetic similarity was evaluated by ERIC-PCR. High levels of resistance were verified by the minimum inhibitory concentration for the antimicrobials tested. The blaKPC gene was present in 89% of the clinical isolates. Blue-Carba and combined disk with AFB tests showed 100% concordance, while the combined disk test with EDTA showed a high number of false-positives (48%) compared with the gold-standard genotypic test. Four isolates showed a phenotypic resistance profile consistent with the overexpression of the efflux pump, and all clinical isolates had lost one or both porins. The ERIC-PCR dendrogram demonstrated the presence of nine clusters. The main mechanism of resistance to carbapenems found in the assessed isolates was the presence of the blaKPC gene.

Mutational and acquired carbapenem resistance mechanisms in multidrug resistant Pseudomonas aeruginosa clinical isolates from Recife, Brazil

An investigation was carried out into the genetic mechanisms responsible for multidrug resistance in nine carbapenem-resistant Pseudomonas aeruginosaisolates from different hospitals in Recife, Brazil. Susceptibility to antimicrobial agents was determined by broth microdilution. Polymerase chain reaction (PCR) was employed to detect the presence of genes encoding β-lactamases, aminoglycoside-modifying enzymes (AMEs), 16S rRNA methylases, integron-related genes and OprD. Expression of genes coding for efflux pumps and AmpC cephalosporinase were assessed by quantitative PCR. The outer membrane proteins were separated by sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis. The blaSPM-1, blaKPC-2 and blaGES-1 genes were detected in P. aeruginosaisolates in addition to different AME genes. The loss of OprD in nine isolates was mainly due to frameshift mutations, premature stop codons and point mutations. An association of loss of OprD with the overexpression of MexAB-OprM and MexXY-OprM was observed in most isolates. Hyper-production of AmpC was also observed in three isolates. Clonal relationship of the isolates was determined by repetitive element palindromic-PCR and multilocus sequence typing. Our results show that the loss of OprD along with overexpression of efflux pumps and β-lactamase production were responsible for the multidrug resistance in the isolates analysed.

Busca por alvos de regulação pelo segundo mensageiro c-diGMP em Pseudomonas aeruginosa / Search for c-di-GMP regulation targets in Pseudomonas aeruginosa

Recentemente, o bis-(3',5')-di-guanosina monofosfato cíclico (c-di-GMP) surgiu como uma importante molécula sinalizadora nas bactérias. Essa molécula foi identificada como uma das responsáveis pelo controle do comportamento bacteriano e está relacionada com a patogenicidade e a adaptação de diversas bactérias, coordenando a expressão de genes envolvidos com virulência, motilidade e formação de biofilme. O mecanismo pelo qual c-diGMP atua vem sendo motivo de estudo de vários grupos de pesquisa nos últimos anos. Já foi demonstrado o papel dessa molécula em diferentes etapas do controle da expressão gênica. Acredita-se que a manipulação dos níveis de c-di-GMP pode ser uma nova abordagem terapêutica contra bactérias patogênicas. Pseudomonas aeruginosa é uma proteobactéria do grupo gama, que atua como um patógeno oportunista, causando infecções em pacientes imunocomprometidos, sendo o maior causador de infecções crônicas em pacientes portadores de fibrose cística. O genoma de P. aeruginosa PA14 apresenta vários genes que codificam proteínas envolvidas no metabolismo e/ou ligação de c-di-GMP, o que pode indicar um amplo papel regulatório deste nucleotídeo nessa bactéria. Uma associação infundada entre níveis elevados de c-di-GMP e a resistência aos antibióticos é geralmente assumida, já que altos níveis de c-di-GMP levam à formação de biofilme, que é comprovadamente um modo de crescimento mais resistente. Nesse trabalho, utilizando uma abordagem proteômica, mostramos que Pseudomonas aeruginosa PA14 regula a expressão de cinco porinas em resposta a variações nos níveis de c-di-GMP, independentemente dos níveis de mRNA. Uma dessas porinas, OprD, é responsável pela entrada do antibiótico ß-lactâmico imipenem na célula e é menos abundante em condições de alto c-di-GMP. Também demonstramos que linhagens com altos níveis de c-di-GMP apresentam uma vantagem competitiva de crescimento em relação a linhagens com níveis mais baixo de c-di-GMP quando crescidas em meio contendo imipenem. Em contraste, observamos que células planctônicas com elevados níveis c-di-GMP são mais sensíveis a tobramicina. Em conjunto, estes resultados mostram que c-di-GMP pode regular a resistência a antibióticos em sentidos opostos, e independentemente do crescimento em biofilme

Following the genomic era, a large number of genes coding for enzymes predicted to synthesize and degrade 3'-5'-cyclic diguanylic acid (c-di-GMP) was found in most bacterial genomes and this dinucleotide emerged as an important intracellular signal molecule controlling bacterial behavior. Diverse molecular mechanisms have been described as targets for c-di-GMP, but several questions remain to be addressed. An association between high c-di-GMP levels and antibiotic resistance is largely assumed, since high c-di-GMP upregulates biofilm formation and the biofilm mode of growth leads to enhanced antibiotic resistance; however, a clear understanding of this correlation is missing. Pseudomonas aeruginosa is a versatile gamma-proteobacterium that behaves as an opportunistic pathogen to a broad range of hosts. The ability of P. aeruginosa to form biofilms contributes to its virulence and adaptation to different environments. The P. aeruginosa PA14 genome presents several genes encoding proteins involved in metabolism or binding to c-di-GMP, which may indicate a wide regulatory role of this nucleotide in this bacterium. Here, using a proteomic approach, we show that Pseudomonas aeruginosa PA14 regulates the amount of five porins in response to c-di-GMP levels, irrespective of their mRNA levels. One of these porins is OprD, decreased in high c-di-GMP conditions, which is responsible for the uptake of the ß-lactam antibiotic imipenem. We also demonstrate that this difference leads strains with high c-di-GMP to be more resistant to imipenem even when growing as planktonic cells, giving them a competitive advantage over cells with low c-di-GMP. Contrastingly, we found that planktonic cells with high c-di-GMP levels are more sensitive to aminoglycosides antibiotics. Together, these findings show that c-di-GMP levels can regulate the antibiotic resistance to different drugs in opposite ways and irrespective of a biofilm mode of growth

Pseudomonas aeruginosa multirresistente: um problema endêmico no Brasil / Multidrug-resistant Pseudomonas aeruginosa: an endemic problem in Brazil

Relatos mundiais têm documentado a problemática da endemicidade de isolados clínicos de Pseudomonas aeruginosa multirresistente (MDR) aliada a elevados índices de morbidade/mortalidade. No Brasil, surtos de infecção ocasionados por P. aeruginosa têm sido relacionados com uma disseminação clonal da espécie. Atualmente, as opções terapêuticas para o tratamento das infecções causadas por esse microrganismo são limitadas, muitas vezes restringindo-se ao uso de carbapenêmicos (p. ex., imipenem [IPM]). Assim, a resistência ao IPM é uma questão de saúde pública, uma vez que esse antibiótico é empregado como último recurso no tratamento de infecções de origem hospitalar, causadas por bactérias Gram-negativas multirresistentes. No Brasil, os principais mecanismos relacionados com fenótipos multirresistentes de P. aeruginosa são produção de metalobetalactamase (MBL) do tipo SPM-1, presença de metilase 16S rRNA RmtD, perda de porina OprD e superexpressão de bombas de efluxo, o que pode explicar os altos índices de resistência a carbapenêmicos e aminoglicosídeos. A emergência de cepas com essas características é preocupante, tendo em vista a escassez de terapias efetivas no tratamento de infecções por esse patógeno. Finalmente, com base em relatos nacionais, publicados por diferentes grupos de pesquisa, podemos deduzir que a convergência de múltiplos mecanismos de resistência em P. aeruginosa tem sido um evento favorável para a seleção de diferentes clones endêmicos multirresistentes disseminados no Brasil.

Global reports have documented the endemicity of multidrug-resistant (MDR) Pseudomonas aeruginosa associated with high levels of morbidity/mortality. In Brazil, outbreaks of MDR P. aeruginosa have been related to clonal dissemination. Currently, therapeutic options for the treatment of these infections are restricted to carbapenemic antibiotics (i.e., imipenem [IPM]). Thus, carbapenem resistance is a public health issue, since carbapenems are considered the last resort to nosocomial infections caused by MDR Gram-negative bacteria. In Brazil, the main mechanisms associated with MDR P. aeruginosa phenotypes are metallo-betalactamase (MBL) production (SPM-1 enzyme), presence of 16S rRNA methylase RmtD, loss of OprD porin, and overexpression of efflux pumps, which may explain the high level of carbapenem and aminoglycoside resistance. Accordingly, the emergence and dissemination of MDR strains is worrisome. Finally, based on national reports published by different groups of investigators, it is deduced that the convergence of multiple mechanisms of P. aeruginosa resistance has played a major role in the selection of endemic MDR clones widespread in Brazil.

Proinflammatory signal transduction pathway induced by Shigella flexneri porins in caco-2 cells / Via de transdução de sinal pró-inflamatória induzida por porinas de Shigella flexneri em células caco-2

The recognition of bacterial components on the intestinal epithelial cells occurs through the toll-like receptors and is followed by the induction of an effective innate immune response. We analyzed receptor expression and signaling pathways involved in activation of human colon adenocarcinoma cells after stimulation with porins and LPS of Shigella flexneri. We also analyzed the expression and production of some cytokines, of intercellular adhesion molecule-1, of antimicrobial peptides human ²-defensins, and of the inducible form of nitric oxide synthase. Our data demonstrate that TLR2 is involved in porin recognition, whereas TLR4 with MD2, is required for LPS recognition.

O reconhecimento de componentes bacterianos nas células epiteliais intestinais ocorre através de receptores toll-like e é seguido de indução de uma resposta imune inata efetiva. Neste estudo foram analisadas as vias de expressão do receptor e sinalização envolvidas na ativação de células humanas de adenocarcinoma do colon após a estimulação com porinas e LPS de Shigella flexneri. Foram também analisadas a expressão e produção de algumas citoquinas, da molécula -1 de adesão intercelular, de ²-defensinas humanas a peptídios antimicrobianos e da forma indutível de oxido nítrico sintase. Os resultados demonstraram que TLR-2 está envolvido no reconhecimento de porinas, enquanto TLR4 com MD2 é necessário para o reconhecimento de LPS.