Virulence, agr groups, antimicrobial resistance and epidemiology of Staphylococcus aureus isolated from bovine subclinical mastitis / Virulência, grupos agr, resistência a antimicrobianos e epidemiologia de isolados de Staphylococcus aureus obtidos de vacas com mastite

Fifty-two Staphylococcus aureus recovered from papillary ostium and milk samples collected from cows with subclinical mastitis and milking environments in three small dairy herds located in southeastern Brazil were subjected to PCR identification based on the thermonuclease (nuc) gene. All the strains were submitted to in vitro antimicrobial susceptibility testing, and we investigated the sequence types (STs), agr groups (I-IV), virulence genes encoding for Microbial Surface Components Recognizing Adhesive Matrix Molecules (MSCRAMMs), biofilm-associated proteins, bi-component toxins, pyrogenic toxin superantigens, and enterotoxins. Screening for oxacillin resistance (2-6 µg/ml oxacillin), beta-lactamase activity assays, and PCR for the mecA/mecC genes detected 26 methicillin-susceptible S. aureus(MSSA) and 26 mec-independent oxacillin-nonsusceptible S. aureus (MIONSA). While MSSA isolates were found to be susceptible to all antimicrobial agents tested, or only resistant to penicillin and ampicillin, MIONSA isolates were multidrug-resistant. ST126-agr group II MSSA isolates were prevalent in milk (n=14) and carried a broad set of virulence genes (clfA, clfB, eno, fnbA, fiB, icaA, icaD, lukED, hla, and hlb), as well as the ST126-agr group II MIONSA isolated from milking liners (n=1), which also carried the eta gene. ST1-agr group III MIONSA isolates (n=4) were found in papillary ostium and milk, but most MIONSA isolates (n=21), which were identified in both papillary ostium and milking liners, were agr-negative and assigned to ST126. The agr-negative and agr group III lineages showed a low potential for virulence. Studies on the characterization of bovine-associated MSSA/MIONSA are essential to reduce S. aureus mastitis to prevent economic losses in dairy production and also to monitor the zoonotic potential of these pathogens associated with invasive infections and treatment failures in healthcare.

Cinquenta e dois isolados de Staphylococcus aureus obtidos de amostras colhidas do óstio papilar, do leite de vacas com mastite subclínica e do ambiente de ordenha em três fazendas de rebanhos leiteiros localizadas no sudeste do Brasil foram identificados por PCR para o gene da termonuclease (nuc). Todos os isolados foram testados para sensibilidade a antimicrobianos e foram investigados os sequence types (STs), grupos agr (I-IV) e genes de virulência que codificam Microbial Surface Components Recognizing Adhesive Matrix Molecules (MSCRAMMs), proteínas associadas a biofilme, toxinas bi-componentes, toxinas pirogênicas com propriedades de superantígenos e enterotoxinas. Triagem para detecção de resistência à oxacilina (2-6 µg/ml oxacilina), ensaios de atividade de enzimas beta-lactamases e PCR para os genes mecA/mecC detectaram 26 estirpes de S. aureus sensíveis à meticilina (methicillin-susceptible S. aureus, MSSA) e 26 estirpes de S. aureus mec-negativas não sensíveis à meticilina (mec-independent oxacillin-nonsusceptible S. aureus, MIONSA). Enquanto os isolados MSSA foram sensíveis a todos os agentes antimicrobianos testados, ou apenas resistentes à penicilina e ampicilina, os isolados MIONSA foram multirresistentes. MSSA ST126-agr grupo II foram prevalentes no leite (n= 14) e apresentaram um amplo conjunto de genes de virulência (clfA, clfB, eno, fnbA, fiB, icaA, icaD, lukED, hla e hlb), assim como o isolado MIONSA ST126-agr grupo II proveniente de um insuflador (n= 1), o qual também apresentou o gene eta. MIONSA ST1-agr grupo III (n= 4) foram identificados no óstio papilar e leite, mas a maioria dos isolados MIONSA (n= 21), encontrados em óstios papilares e insufladores, foram agr-negativos e pertenceram ao ST126. As linhagens agr-negativas e agr grupo III apresentaram baixo potencial de virulência. Estudos sobre a caracterização de MSSA/MIONSA associados a bovinos são essenciais para a redução da mastite causada por S. aureus e de perdas econômicas na produção leiteira e, também, para o monitoramento do potencial zoonótico desses patógenos associados a infecções invasivas e falhas de tratamento em ambientes hospitalares.

Influence of lactation stages and rain periods on subclinical mastitis in meat producing ewes / Influência dos estágios de lactação e ocorrência de chuvas sobre a mastite subclínica em ovelhas com aptidão para produção de carne

ABSTRACT: Mastitis negatively influences the survival and weight gain of ovines for meat production. The purpose of this study was to investigate, in sheep for meat production, the occurrence of subclinical mastitis in ewes at the end of lactation and beginning of the consecutive lactation and to assess the composition and cellular characteristics of milk as a function of different rainfall indices. Mammary halves (821) of Santa Ines (479) and Morada Nova (342) ewes were examined. Milk samples were collected in two different moments of lactation: at weaning and postpartum of the consecutive lactation. Sample collection periods were called "dry" or "rainy" according to the rainfall index in the month immediately before the month of collection. The occurrence of subclinical mastitis at weaning in the Santa Ines and Morada Nova ewes were 16.4 and 12.6% in the dry period, and 17.7 and 23.5% in the rainy period, respectively. In the consecutive lactation period, the occurrences were 26.7 and 27.7% in the dry period and 41.8 and 39.1% in the rainy period, for the Santa Ines and Morada Nova ewes, respectively. Postpartum stage was critical for the occurrence of subclinical mastitis, as compared to that at the end of the previous lactation. Occurrence of the disease negatively influenced the SCC in the milk at the beginning of lactation and changed its composition, mainly in the rainiest periods, probably due to a difficulty in maintaining hygiene in the environment where the animals remained.

RESUMO: A mastite influencia negativamente na sobrevivência e no ganho de peso em ovinos com aptidão para produção de carne. O objetivo do presente estudo foi investigar, em ovelhas para produção de carne, a ocorrência de mastite ovina subclínica, no final de lactação e no início da lactação consecutiva, bem como avaliar as características composicionais e celulares do leite em função de diferentes índices pluviométricos. Metades mamárias (821) das raças 'Santa Inês' (479) e 'Morada Nova' (342) foram analisadas. As amostras de leite foram colhidas em dois estágios diferentes de lactação: no desmame e após o parto da lactação consecutiva. Os períodos de colheita de amostras foram denominados "seco" ou "chuvoso", conforme o índice de chuva no mês imediatamente antes ao mês da colheita. A ocorrência de mastite subclínica na desmama nas raças 'Santa Inês' e 'Morada Nova' foi de 16,4 e 12,6% no período seco, e 17,7 e 23,5% no período chuvoso, respectivamente. Na lactação consecutiva, as ocorrências foram 26,7 e 27,7% no período seco e 41,8 e 39,1% no período chuvoso, nas ovelhas 'Santa Inês' e 'Morada Nova', respectivamente. O período pós-parto foi crítico para a ocorrência de mastite subclínica, comparado àquele no final da lactação anterior. A ocorrência da doença teve uma influência negativa na CCS do leite no início da lactação e alterou sua composição, principalmente nos períodos mais chuvosos, provavelmente por dificuldade em manter a higiene no ambiente onde os animais permaneceram.

Uso de antimicrobiano nanoparticulado para o tratamento da mastite subclínica de ovelhas de corte no período seco / Use of nanoparticulated antimicrobians to treat subclinical mastitis of ewes during the dry period

A inflamação da glândula mamária é uma das principais causas de prejuízo na ovinocultura. Este estudo teve como objetivo investigar as taxas de cura do tratamento da mastite subclínica após infusão intramamária de princípio ativo antimicrobiano no momento da secagem, em formulações convencional e nanoparticulada. Os rebanhos estavam localizados em São Carlos, São Paulo, Brasil. Analisou-se um total de 584 glândulas mamárias de 307 ovelhas de aptidão para produção de carne. Triagem prévia dos casos subclínicos de mastite foi efetuada por meio do California Mastitis Test (CMT) e/ou da contagem de células somáticas (CCS). Análises microbiológicas foram realizadas para confirmação da etiologia infecciosa. As glândulas mamárias com mastite subclínica foram distribuídas em três grupos: G1 (Controle; glândulas mamárias que não receberam tratamento antimicrobiano); G2 (glândulas mamárias em que foi administrado 100 mg de cloxacilina benzatina em estrutura convencional) e G3 (glândulas mamárias em que foi administrado 50 mg de cloxacilina benzatina em estrutura nanoencapsulada). O tratamento aplicado ao G3 mostrou-se mais eficiente (P=0,047) na cura de glândulas mamárias com mastite subclínica. O uso da cloxacilina nanoencapsulada no momento da secagem de ovelhas de corte auxilia no controle da mastite subclínica infecciosa e reduz os prejuízos consequentes.(AU)

Inflammation of the mammary gland is one of the main causes of losses in sheep-rearing. This study aimed to investigate the cure rates from treating subclinical mastitis after intramammary infusion of active antimicrobial agents as conventional formulations or as nanoparticles, at the time when the ewes are being dried off. A total of 584 mammary glands in 307 ewes in meat-producing herds located in São Carlos, São Paulo, Brazil, were analyzed. Prescreening of subclinical mastitis cases was done using the California mastitis test (CMT) and/or the somatic cell count (SCC). Microbiological analyses were performed to confirm the infectious etiology. The mammary glands with subclinical mastitis were distributed into three groups: G1 (control; mammary glands that did not receive any antimicrobial treatment); G2 (mammary glands to which 100mg of benzathine cloxacillin in conventional form were administered); and G3 (mammary glands to which 50mg of benzathine cloxacillin in nanoparticulate form were administered). The treatment applied to G3 was more efficient (P=0.047) in curing mammary glands with subclinical mastitis. Use of cloxacillin nanoparticles at the time when the ewes are being dried off helps to control infectious subclinical mastitis and reduces consequential losses among meat-producing herds.(AU)

Clonal profile, virulence and resistance of Staphylococcus aureus isolated from sheep milk

The objective of this study was to characterize the clonal profile, virulence factors and antimicrobial resistance, particularly oxacillin resistance, of Staphylococcus aureus isolated from sheep milk. Milk samples were collected from all teats for the California Mastitis Test (CMT), somatic cell count, identification of S. aureus, investigation in these strains of genes encoding toxins (sea, seb, sec, sed, tst), biofilm (icaA, icaC, icaD, bap), leukocidin (luk-PV) oxacillin resistance by mecA gene detection and susceptibility testing (12 antibiotics). Messenger RNA expression was evaluated by RT-PCR in isolates carrying toxin and biofilm genes. Biofilm formation was also evaluated phenotypically by adherence to polystyrene plates. The clonal profile of S. aureus was investigated by pulsed-field gel electrophoresis. A total of 473 milk samples were collected from 242 animals on three farms and 20 S. aureus strains were isolated and none carried the mecA gene. The two sec gene-positive isolates and the isolates carrying the tst and luk-PV genes were positive by RT-PCR. Staphylococcus aureus isolated from the three flocks studied showed high susceptibility to the drugs tested and none was biofilm producer, indicating that biofilm formation was not a virulence factor causing infection by these strains. The typing of 17 S. aureus isolates revealed the presence of a common clone on the three farms studied, and the presence and expression of the sec and tst genes in one strain of this clone suggest the possible acquisition of virulence genes by this clone, a fact that is important for animal health and food hygiene.

Comparison of methods for the detection of biofilm formation by Staphylococcus aureus isolated from bovine subclinical mastitis

Biofilm formation is considered to be a selective advantage for Staphylococcus aureus mastitis isolates by facilitating bacterial persistence in the udder. It requires attachment to mammary epithelium, proliferation and accumulation of cells in multilayers. The objective of this study was to determine the sensitivity and specificity of three techniques for the detection of S. aureus biofilm-positive strains. Two phenotypic tests, including growth on microtitre plates and Congo red agar, were compared with a PCR technique using 94 S. aureus strains obtained from cows with subclinical mastitis from two farms in the state of São Paulo. These strains were characterised by in vitro slime production on Congo red agar, biofilm formation on microtitre plates and the presence of the icaA and icaD genes. The results revealed that 85% of the isolates tested produced slime on the Congo red agar, 98.9% of the isolates produced biofilms in vitro by adhering to sterile 96-well "U" bottom polystyrene tissue culture plates, and 95.7% of the isolates carried the icaA and icaD genes. The results of the phenotypic tests for biofilm formation were compared with those of the molecular analysis, and the sensitivity and specificity of the Congo red agar test were 88.9% and 100%, respectively, while those of the microtitre plate test were 100% and 25%, respectively. When the phenotypic methods for the detection of biofilm producers, namely growth on microtitre plates and Congo red agar, were compared, the sensitivity and specificity were 86% and 100%, respectively. Therefore, growth on Congo red agar and the microtitre plate test are methods that could be used to determine whether an isolate has the potential for biofilm production.

Análise fenotípica e molecular da produção de biofilmes por estirpes de Staphylococcus aureus isoladas de casos de mastite subclínica bovina / Phenotypic and molecular analysis of biofilm production by strains of Staphylococcus aureus isolated from cases of bovine subclinical mastitis

A formação de biofilmes é considerada uma vantagem que alguns Staphylococcus aureus isolados de mastite bovina possuem, facilitando a permanência dos mesmos no úbere. Isto requer a adesão das bactérias no epitélio mamário com proliferação e formação de multicamadas de células envolvidas por uma matriz polimérica conhecida como exopolissacarídeo. O objetivo deste estudo foi avaliar a produção de biofilmes das estirpes de S. aureus isoladas de casos mastite subclínica bovina. Estudou-se 94 estirpes de S. aureus obtidas do leite de vacas com mastite subclínica oriundas de duas propriedades rurais no estado de São Paulo. Essas estirpes foram caracterizadas quanto a produção de biofilmes pelos testes de aderência em microplacas e pela presença dos genes icaA e icaD responsáveis pela produção do polissacarídeo de adesão intercelular. Os resultados obtidos revelaram que no teste de aderência em placas, 98,9% das estirpes produziram biofilme e a presença dos genes icaA e icaD foi encontrada em 95,7% das estirpes de S. aureus. Bactérias produtoras de biofilmes no epitélio mamário diminuem a efetividade dos antimicrobianos, por isso a detecção de S. aureus produtoras de biofilmes têm importância no entendimento da patogenia desse agente, além de permitir uma melhor adoção de medidas de prevenção e controle.

Biofilm formation is considered an advantage for Staphylococcus aureus mastitis isolates, facilitating bacterial persistence in the udder. It requires attachment to mammary epithelium, proliferation and accumulation of cells in multilayers and enclosing in a polymeric matrix known as exopolysaccharide. The objective of this study was to evaluate the ability of Staphylococcus aureus isolated from bovine subclinical mastitis for formation of biofilms. A total of 94 Staphylococcus aureus strains obtained from milk samples of cows suffering from subclinical mastitis in dairy herds on two properties in the state of São Paulo were evaluated. These strains were characterized by in vitro biofilm formation, and by the presence of icaA and icaD genes which are responsible for intercellular adhesion. The results revealed that 98.9% of the isolates produced biofilm in vitro by adherence in sterile 96-well "U" bottom polystyrene tissue culture plates; 95.7% of the isolates possessed the icaA and icaD genes. These bacterial isolates biofilm producers may impair eradication of chronic mastitis, rendering antibiotherapy less effective. The detection of biofilm forming ability in mastitis isolates may provide useful information for more adequate therapeutic regimen and for preventive actions in the control of those bacterial isolates in bovine herds.

Investigação de perfis de resistência aos antimicrobianos em Staphylococcus aureus isolados na ordenha de vacas em lactação / Investigation of the antimicrobial resistance patterns in Staphylococcus aureus isolated in the milking of cows in the lactation

Os perfis de resistência de Staphylocccus aureus isolados a partir do leite de vacas com mastite, óstios papilares dos tetos e das teteiras foram estudados. As amostras de leite...

Variabilidades fenotípica e genotípica de estirpes de Staphylococcus aureus isoladas em casos de mastite subclínica bovina / Phenotypic and genotypic variabilities of Staphylococcus aureus strains isolated from bovine subclinical mastitis

Foram submetidas a PCR-Ribotipagem e aos testes de sensibilidade in vitro frente a 12 antimicrobianos 77 estirpes de Staphylococcus aureus isoladas em amostras de leite procedentes de 40 vacas da raça holandesa que apresentaram mastite subclínica, em uma propriedade rural localizada no Estado de São Paulo, Brasil. Os resultados obtidos revelaram quatro diferentes padrões de resistência a antimicrobianos, sendo observada a predominância de resistência à lincomicina entre 19 (24,7 por cento) estirpes de S.aureus. As 58 (75,3 por cento) estirpes restantes foram sensíveis aos 12 antimicrobianos testados. A PCR-ribotipagem revelou a ocorrência de nove padrões genotípicos distintos, além de apresentar uma capacidade discriminatória maior (D = 0,82) que a obtida nos antibiogramas (D = 0,42). Entre as 19 estirpes resistentes aos antimicrobianos, 14 (73,7 por cento) foram agrupadas em três padrões de ribotipagem e, destas, 13 (92,9 por cento) apresentaram resistência à eritromicina e à lincomicina, isoladamente ou em associação. O grande número de ribotipos e de padrões de resistência a antimicrobianos observados nesta propriedade demonstrou que há grande heterogeneidade genética em populações naturais de S. aureus, fato este que deve ser levado em consideração em programas de controle da mastite bovina.

Comportamento da condutividade elétrica e do conteúdo de cloretos do leite como métodos auxiliares de diagnóstico na mastite subclínica bovina / Electrical conductivity and chloride concentration of milk as auxiliary diagnostic methods in bovine subclinical mastitis

Foram estudadas as provas de condutividade elétrica, utilizando-se um medidor manual, e do conteúdo de cloretos do leite como métodos auxiliares para o diagnóstico da mastite subclínica bovina na identificação de quartos mamários doentes em que Staphylococcus aureus e microrganismos do grupo Corynebacterium foram isolados posteriormente. Os exames foram realizados durante o período de dois anos, em animais da raça Holandesa, em propriedade rural produtora de leite do tipo C, onde a ordenha era realizada uma vez ao dia. A sensibilidade das provas de condutividade elétrica e do conteúdo de cloretos do leite originado dos quartos mamários em que foram isolados o Corynebacterium sp (65,3 por cento e 78,3 por cento, respectivamente) foi superior à encontrada para os quartos mamários em que o Staphylococcus aureus foi identificado (55,4 por cento e 68,2 por cento, respectivamente). As eficiências das duas provas diagnósticas foram semelhantes. Foi demonstrada significância estatística nas análises de regressão das duas provas acompanhadas para os quartos mamários sadios e quartos com mastite subclínica por Staphylococcus aureus.