Prevalência e perfil de suscetibilidade aos antimicrobianos de Escherichia coli em uroculturas de pacientes atendidos em um hospital de ensino / Prevalence and antimicrobial susceptibility profile of Escherichia coli in urine cultures from patients treated at a teaching hospital

Introdução: As infecções do trato urinário (ITU) são geralmente causadas por bactérias da ordem Enterobacterales, principalmente por Escherichia coli uropatogênica (UPEC). Esta linhagem apresenta fatores de virulência que a torna capaz de colonizar e infectar o trato urinário. Apesar da maioria dos quadros de ITU ser solucionado com terapia antimicrobiana, linhagens de UPEC resistentes aos antimicrobianos representam uma séria ameaça à saúde pública. Objetivo: Avaliar a prevalência de Escherichia coli em uroculturas de pacientes atendidos em um hospital de ensino, bem como seu perfil de suscetibilidade aos antimicrobianos e os fenótipos de resistência. Material e Métodos: Trata-se de um estudo descritivo que analisou uroculturas de pacientes ambulatoriais e hospitalares atendidos em um hospital de ensino localizado no município de Juiz de Fora, Minas Gerais, Brasil, no período de janeiro de 2020 a dezembro de 2021. Resultados: Entre as uroculturas analisadas, 858 foram positivas para bactérias, sendo Escherichia coli a espécie predominante, com 27,2% (n= 233) dos isolados. Das 858 uroculturas: 608 foram de pacientes hospitalizados, com 124 (20,4%) isolados de UPEC; 250 foram de pacientes ambulatoriais, com 109 (43,6%) isolados de UPEC. O perfil de resistência aos antimicrobianos das linhagens isoladas nas amostras hospitalares e ambulatoriais, foi, respectivamente: 65% e 32% para ampicilina; 56% e 26% para amoxicilina + ácido clavulânico; 50% e 26% para ciprofloxacino; 42% e 33% para sulfazotrim; 38% e 20% para cefepime; 17% e 8% para gentamicina; 2,5% e 0,4% para ertapenem, meropenem e imipenem. Das linhagens de Escherichia coli resistentes aos beta-lactâmicos, 43 (18%) apresentaram fenótipos de resistência do tipo beta lactamase de espectro ampliado (ESBL) e 7 (3%) foram produtoras de carbapenemases. Conclusão: Escherichia coli foi a espécie mais isolada das uroculturas. UPEC apresentou taxas de resistência a todos os antimicrobianos testados, produzindo fenótipos do tipo ESBL e carbapenemase, principalmente em amostras de pacientes hospitalizados.

Introduction: Urinary tract infections (UTI) are usually caused by bacteria of the Enterobacterales order, mainly by uropathogenic Escherichia coli (UPEC). This strain has virulence factors that make it able to colonize and infect the urinary tract. Although most cases of UTI are resolved with antimicrobial therapy, antimicrobial-resistant UPEC strains pose a serious threat to public health. Objective: To assess the prevalence of Escherichia coli in urine cultures of patients treated at a teaching hospital, as well as their antimicrobial susceptibility profile and resistance phenotypes. Material and Methods: This is a descriptive study that analyzed urine cultures of outpatient and hospital patients treated at a teaching hospital located in the city of Juiz de Fora, Minas Gerais, Brazil from January 2020 to December 2021. Results: Among the analyzed urine cultures, 858 were positive for bacteria, with Escherichia coli being the predominant species, with 27.2% (n= 233) of the isolates. Of the 858 urine cultures: 608 were from hospitalized patients, with 124 (20.4%) UPEC isolates; 250 were from outpatients, with 109 (43.6%) UPEC isolates. The antimicrobial resistance profile of the strains isolated from hospital and outpatient samples was, respectively: 65% and 32% for Ampicillin; 56% and 26% for Amoxicillin+Clavulanic acid; 50% and 26% for Ciprofloxacin; 42% and 33% for Sulfazotrim; 38% and 20% for Cefepime; 17% and 8% for Gentamicin; 2.5% and 0.4% for Ertapenem, Meropenem and Imipenem. Of the Escherichia coli strains resistant to beta-lactams, 43 (18%) showed extended-spectrum beta-lactamase (ESBL) resistance phenotypes and 7 (3%) were carbapenemases producers.Conclusion: Escherichia coli was the most isolated species from urine cultures. UPEC showed rates of resistance to all tested antimicrobials, producing ESBL and carbapenemase-like phenotypes, mainly in samples from hospitalized patients.

Estratégias de clonagem de proteínas de alta massa molecular: α-hemolisina e CNF1 produzidas por Escherichia coli uropatogênica como modelos

Uropathogenic Escherichia coli (UPEC) is the main cause of urinary tract infection (UTI). Among the virulence factors produced by UPEC, alpha hemolysin (HlyA) and cytotoxic necrotizing factor 1 (CNF1) stand out. Keeping in mind that up to 60% of UPEC strains produce HlyA and about 40% express CNF1, these toxins become good targets for diagnosis and therapeutic interventions. The importance of HlyA and CNF1 toxins in the cases of UTI caused by UPEC and the enormous challenges in the production of recombinant proteins, led to this work proposal to obtain different structural forms of these toxins through the methodology of cloning and heterologous expression, of integral toxins, low molecular mass and intermediate immunogenic toxins. Different structural forms of these high molecular weight toxins have been proposed, from which the production integrates to low molecular weight proteins. Recombinant toxins were analyzed in silico, expressed and purified. Among the cloning and expression approaches, we highlight for HlyA the strategy to obtain the intermediate immunogen of this toxin. For CNF1, both the construction of the full protein and the recombinant protein using only its catalytic portion. In addition, a bacterial collection of UPEC was analyzed to define local epidemiological data on the prevalence of toxin genes and the ability to cause hemolysis and multinucleation. The hlyA and cnf1 genes were present in the isolates in 36% and 23%, respectively, and the hemolysis phenotype occurred in 33% and the multinucleation in 23% of the bacterial isolates.

Escherichia coli uropatogênica (UPEC) é a principal causa de infecção do trato urinário (ITU). Entre os fatores de virulência produzidos pela UPEC, destacam- se a alfa hemolisina (HlyA) e o fator necrosante citotóxico 1 (CNF1). Tendo em vista que até 60% das cepas de UPEC produzem HlyA e cerca de 40% expressam CNF1, estas toxinas se tornam bons alvos para o diagnóstico e intervenções terapêuticas. A importância das toxinas HlyA e CNF1 nos casos de ITU causados por UPEC e os enormes desafios na produção de proteínas recombinantes, levou a este trabalho que se propôs a obter diferentes formas estruturais destas toxinas pela metodologia de clonagem e expressão heteróloga. Diferentes formas estruturais destas toxinas de alta massa molecular foram propostas, deste a produção integra a proteínas de baixo peso molecular. As toxinas recombinantes foram analisadas in silico, expressas e purificadas. Dentre as abordagens de clonagem e expressão destacamos para HlyA a estratégia de obtenção do imunógeno intermediário dessa toxina. Já para CNF1, tanto a construção da proteína integra quanto a proteína recombinante utilizando apenas sua porção catalítica. Além disso, analisou-se uma coleção bacteriana de UPEC para definir dados epidemiológicos locais da prevalência dos genes das toxinas e capacidade de causar hemólise e multinucleação. A genes hlyA e cnf1 estavam presentes nos isolados em 36% e 23%, respectivamente e o fenótipo de hemólise ocorreu em 33% e a multinucleação em 23% dos isolados bacterianos.

ß-lactamasas de espectro extendido y factores de virulencia en Escherichia coli uropatógenas en asilos de ancianos en Lima, Perú / ß-lactamases and virulence factors in uropathogenic Escherichia coli in nursing homes in Lima, Peru

RESUMEN Los asilos de ancianos son instituciones con una alta prevalencia de infecciones del tracto urinario ocasionado por Escherichia coli productoras de ß-lactamasas de espectro extendido (BLEE), con diversos factores de virulencia. El objetivo del estudio fue determinar la frecuencia del gen bla CTX-M y de ocho genes de virulencia en 35 E. coli uropatógenas productoras de BLEE provenientes de seis asilos en Perú, durante el 2018. El 57,1% (20/35) de las E. coli fueron portadores del gen bla CTX-M. Además, se obtuvo una frecuencia del 46% (15/35) y 37% (13/35) de hly-alfa y cnf-1, respectivamente; elevada presencia de los genes iucC (63%, 22/35), aer (94%, 33/35) y chuA (94%, 33/34) y una frecuencia del 46% (16/35) y del 91% (32/34) de los genes pap GII y nanA, respectivamente. Existe predominancia en la distribución del gen bla CTX-M, además de una alta frecuencia de exotoxinas que le confieren una ventaja competitiva para diseminarse hacia el torrente sanguíneo.

ABSTRACT Nursing homes are institutions with high prevalence of urinary tract infections caused by ESBL-producing E. coli with several virulence factors. The aim of this study was to determine the frequency of the bla CTX-M gene and eight virulence genes in 35 ESBL-producing uropathogenic E. coli from six nursing homes in Peru during 2018. Of the E. coli samples, 57.1% (20/35) were carriers of the bla CTX-M gene. Furthermore, we obtained frequencies of 46% (15/35) and 37% (13/35) for hly-alpha and cnf-1, respectively; we also found high presence of the iucC (63%, 22/35), aer (94%, 33/35) and chuA genes (94%, 33/34) as well as a frequency of 46% (16/35) and 91% (32/34) for the pap GII and nanA genes, respectively. The bla CTX-M gene is predominant and a high frequency of exotoxins gives it a competitive advantage for spreading into the bloodstream.

Respuesta inmunológica y bioquímica de ancianos con infección urinaria frente factores de virulencia en Escherichia coli uropatógenas / Immunological and biochemical response of older adults with urinary tract infection to uropathogenic Esherichia coli virulence factors

RESUMEN Con el objetivo de evidenciar diferencias en la respuesta inmunológica y bioquímica de ancianos con infección del tracto urinario (ITU) por Escherichia coli (E. coli) frente a factores de virulencia de importancia en la patogenia de la ITU, se realizó un estudio descriptivo en el cual se evaluaron 24 muestras de orina de adultos mayores con ITU provenientes de centros de reposo gerontológicos. Se determinó la concentración de hierro, TNF-α, IL-1β y la capacidad antioxidante en la orina, encontrándose una relación entre una mayor concentración de hierro y de hematíes en la orina con la presencia del gen pap GII en la E. coli. Se concluye que los adultos mayores con ITU por E. coli portadoras del gen pap GII, presentan mayor daño tisular.

ABSTRACT Descriptive study in which 24 urine samples from older adults with urinary tract infection (UTI), from nursing homes, were evaluated; in order to identify differences in the immune and biochemical response from older adults with UTI by Escherichia coli (E. coli) to major virulence factors in the pathogenesis of UTI. Iron concentration, TNF-α, IL-1β and antioxidant capacity in urine were determined. A relation was found between, an increase in iron and red blood cell concentration in urine, and the presence of the pap GII gene found in E. coli. It is concluded that older adults, with UTIs by E. coli with the gene pap GII, have increased tissue damage.

Identificação de cepas Escherichia coli patogênicas com potencial de secreção da toxina autotransportadora de Enterobacteriaceae Vat (Vacuolating autotransporter toxin) / Identification of pathogenic Escherichia coli strains with potential for secretion of Enterobacteriaceae Vat (Vacuolating autotransporter toxin) autotransporter toxin

As serino-proteases autotransportadoras de Enterobacteriaceae (SPATE) constituem uma família de proteases secretadas pelo sistema de secreção do tipo V, cujos genes foram estudados em Escherichia coli intestinal e extraintestinal. Vat é uma SPATE citotóxica de 140 kDa, a qual o gene foi identificado pela primeira vez em APEC (Avian Pathogenic Escherichia coli) isolado de colibacilose em frangos de corte ocasionando lesões em órgãos internos associados a septicemia. Estudos recentes analisam a relação desta citotoxina em cepas isoladas de infecção extraintestinais (ExPEC), principalmente E. coli isoladas de infecção urinária (UPEC) e septicemia. Além disso, o nosso grupo identificou o gene vat em cepas de E. coli enteropatogênica (EPEC). O objetivo deste trabalho foi contribuir para um projeto amplo sobre a expressão e função de Vat em E. coli patogênica humana, não APEC, identificando cepas de Escherichia coli patogênica (UPEC e EPEC) secretoras de Vat. Na confirmação da presença do gene vat em duas cepas de EPEC (BA 1250 e BA 1244) e uma UPEC (DV 33) constatou-se que a cepa BA 1244 não apresentava mais o gene e por isso esta cepa foi excluída do estudo. A presença de outras SPATEs como Pet e Pic que poderiam se presentes, interferir na identificação de Vat, também foram investigadas nas cepas DV 33 e BA 1250. Em nenhuma das duas cepas a expressão de Pet foi demonstrada. No entanto, a cepa DV 33 secretou Pic sendo está também excluída do estudo. As condições de cultivo da cepa BA 1250 para a obtenção do sobrenadante do cultivo, rico em proteínas, para a identificação de Vat foram padronizadas. Uma banda de massa molecular de 111 kDa que corresponde a massa molecular (sem a porção do β barril e peptídeo sinal) de Vat foi identificada. Uma nova corrida eletroforética será realizada a fim de se obter uma banda mais forte, bem delimitada que possibilite o envio para a identificação.

Infecciones del tracto urinario, inmunidad y vacunación / Urinary tract infections, immunity, and vaccination

Resumen Las infecciones del tracto urinario (ITU) se consideran como una de las principales causas de morbilidad en el mundo, y Escherichia coli uropatogénica (UPEC, por sus siglas en inglés) es el agente causal asociado a estas infecciones. La alta morbilidad generada por las ITU y la limitación de tratamientos debido al aumento de la resistencia bacteriana a los diversos antibióticos inducen la búsqueda de nuevas alternativas contra estas infecciones. El conocimiento que se ha generado acerca de la respuesta inmunitaria en el tracto urinario (TU) es importante para el desarrollo de estrategias efectivas en la prevención, el tratamiento y el control de las ITU. Los avances en las herramientas de biología molecular y bioinformática han permitido generar proteínas de fusión consideradas como biomoléculas potenciales para el desarrollo de una vacuna viable contra las ITU. Las adhesinas fimbriales (FimH, CsgA y PapG) de UPEC son factores de virulencia que contribuyen a la adherencia, la invasión y la formación de comunidades bacterianas intracelulares. Pocos estudios in vivo e in vitro han mostrado que las proteínas de fusión promueven una respuesta inmunitaria eficiente y de protección contra las ITU causadas por UPEC. Adicionalmente, la vía de inmunización intranasal con moléculas inmunogénicas ha generado una respuesta en la mucosa del TU en comparación contra otras vías de inmunización. El objetivo de esta revisión fue proponer un diseño de vacuna contra las ITU causadas por UPEC, describiendo el panorama general de la infección, el mecanismo de patogenicidad de la bacteria y la respuesta inmunitaria del huésped.

Abstract Urinary tract infections (UTI) are considered one of the main causes of morbidity worldwide, and uropathogenic Escherichia coli (UPEC) is the etiological agent associated with these infections. The high morbidity produced by the UTI and the limitation of antibiotic treatments promotes the search for new alternatives against these infections. The knowledge that has been generated regarding the immune response in the urinary tract is important for the development of effective strategies in the UTI prevention, treatment, and control. Molecular biology and bioinformatic tools have allowed the construction of fusion proteins as biomolecules for the development of a viable vaccine against UTI. The fimbrial adhesins (FimH, CsgA, and PapG) of UPEC are virulence factors that contribute to the adhesion, invasion, and formation of intracellular bacterial communities. The generation of recombinant proteins from fimbrial adhesins as a single molecule is obtained by fusion technology. A few in vivo and in vitro studies have shown that fusion proteins provide an efficient immune response and protection against UTI produced by UPEC. Intranasal immunization of immunogenic molecules has generated a response in the urinary tract mucosa compared with other routes of immunization. The objective of this review was to propose a vaccine designed against UTI caused by UPEC, describing the general scenario of the infection, the mechanism of pathogenicity of bacteria, and the immune response of the host.

Resistencia bacteriana de Escherichia coli uropatogénica en población nativa amerindia Kichwa de Ecuador / Bacterial resistance of uropathogenic Escherichia coli in native Kichwa Amerindian population of Ecuador

Contexto: Escherichia coli uropatógena (ECUP) se presenta como uno de los principales agentes etiológicos en infecciones del tracto urinario (ITUs) no complicadas (70-95%). El objetivo del tratamiento de ITUs no complicadas es obtener curación clínica y microbiológica. Para ello, es de particular importancia el conocimiento de las tasas de resistencia antibiótica local. Objetivo: identificar los perfiles de resistencia a antibióticos de primera línea para ITUs no complicadas en poblaciones nativas amerindias Kichwas ecuatorianas, en donde el tratamiento empírico se basa en trimetoprim/sulfametoxazol, ampicilina, y ciprofloxacina mayoritariamente. Métodos: se analizaron 335 muestras de orina procedentes de las poblaciones de Zumbahua, Colta y Guamote, en un periodo de 4 meses (febrero-mayo 2016). Las muestras fueron incubadas por 24 y 48 horas en agar Eosin Methylene Blue (EMB), para luego ser identificadas en género y especie por pruebas bioquímicas. Para determinar la susceptibilidad antibiótica, se realizó la técnica de difusión en disco de Kirby-Bauer. Para la Concentración Inhibitoria Mínima (CIM), se utilizó la técnica de microdilución en caldo (Vitek 2). El método de doble disco fue la técnica utilizada para la detección de betalactamasas de espectro extendido (BLEE). Resultados: noventa (26,9%) muestras mostraron un recuento significativo de ≥105 (ufc)/ml, compatibles con ITUs. El microorganismo identificado con mayor frecuencia fue E. coli (n=75; 83,3%). La resistencia antibiótica encontrada para los aislados de E. coli fue de 56,7% a trimetoprim/sulfametoxazol, 52,5% a ampicilina, 43.3% a ácido nalidíxico, 32.5% a ciprofloxacina, 28.3% a norfloxacina, 25% a levofloxacina, 15.85% a cefazolina, 17.5% a cefoxitina, 15% a cefuroxima, 15% a ceftazidima, cefotaxima, y ceftriaxona, 15% a cefepima, 7,5% a nitrofurantoina y 1,7% a fosfomicina. Se identificaron 7 aislados productores de betalactamasas de espectro extendido (BLEE). Conclusión: con los resultados obtenidos se recomienda no utilizar ampicilina, trimetoprim/sulfametoxazol, ni quinolonas en la zona estudiada como terapia empírica. Se sugiere instaurar tratamiento empírico con fosfomicina o nitrofurantoina para ITUs no complicadas. (AU)

Escherichia coli resistente a la fosfomicina: un hecho que nos invita a reflexionar sobre la resistencia bacteriana / Escherichia coli resistant to fosfomycin: a fact that invite us to think about antibiotic resistance

La resistencia bacteriana es un problema de salud pública que dificulta cada vez más el tratamiento de los pacientes con infecciones del tracto urinario o de otros sistemas. Si bien los casos de resistencia estaban restringidos al entorno hospitalario, en la actualidad son más comunes las infecciones adquiridas en la comunidad causadas por bacterias ultirresistentes. En este artículo se presenta una reflexión acerca del riesgo que representa la multirresistencia, y el surgimiento de resistencia a las alternativas terapéuticas para el tratamiento exitoso de las infecciones de tracto urinario, así como se reflexiona sobre puntos clave relacionados con el uso adecuado de las pruebas diagnósticas y los antibióticos en este tipo de infecciones.

Antibiotic resistance is a public health problem that makes urinary tract infections and infections in other organs increasingly difficult to treat. Although bacterial resistance was once restricted to hospitals, nowadays community acquired infections caused by multidrug resistant bacteria are be comingincreasingly more common. This review article reflects on the risks associated with antibiotic resistance and the emergence of resistance to alternative antibiotic treatments available for the successful treatment of urinary tract infections; it also considers key points concerning the proper use of diagnostic tests and the antibiotic drugs used to diagnose and treat these infections.

The ferric aerobactin receptor IutA, a protein isolated on agarose column, is not essential for uropathogenic Escherichia coli infection / O receptor de aerobactina IutA, uma proteína isolada em coluna de agarose, não é essencial para a infecção por Escherichia coli uropatogênica / El receptor de aerobactina IutA, una proteína aislada en columna de agarosa, no es esencial para la infección por Escherichia coli uropatógena

Although many proteins have been described involved in Escherichia coli colonization and infection, only few reports have shown lectins as important components in these processes. Because the mechanisms underlying E. coli colonization process involving lectins are not fully understood, we sought to identify the presence of other non-described lectins in E. coli. Here, we isolated a 75-kDa protein from E. coli on Sepharose column and identified it as ferric aerobactin receptor (IutA). Since IutA is controversially associated with virulence of some E. coli strains, mainly in uropathogenic E. coli (UPEC), we evaluated the presence of iutA gene in UPEC isolated from patients with urinary infection. This gene was present in only 38% of the isolates, suggesting a weak association with virulence. Because there is a redundancy in the siderophore-mediated uptake systems, we suggest that IutA can be advantageous but not essential for UPEC.

Apenas alguns relatos na literatura demonstram que lectinas são importantes nos processos de colonização e infecção por Escherichia coli. A falta de compreensão clara dos mecanismos envolvendo lectinas, no processo de colonização por E. coli, motivou a realização deste estudo para se identificar a presença de outras lectinas não descritas em E. coli. Neste trabalho, isolou-se uma proteína de 75kDa de E. coli em coluna de Sepharose, correspondente ao receptor de aerobactina férrica (IutA). A associação de IutA com virulência de cepas de E. coli é controversa, principalmente em E. coli uropatogênica (UPEC), o que levou a se avaliar a presença do gene iutA em UPECs isoladas de pacientes com infecção urinária. O gene estava presente em 38% dos isolados, sugerindo fraca associação com virulência. Devido à existência de redundância nos sistemas de captura de ferro, sugere-se, aqui, que IutA possa ser vantajosa, mas não essencial para UPEC.

La falta de una clara comprensión de los mecanismos de participación de las lectinas en el proceso de colonización por Escherichia coli, nos motivó a identificar la presencia de otras lectinas que no han sido descritas en E. coli. En este estudio, se aisló una proteína de 75kDa de E. coli en una columna de Sepharosa, correspondiente al receptor de aerobactina (IutA). La asociación de IutA con cepas virulentas de E coli es controvertido, especialmente en E. coli uropatógena (UPEC), lo que nos llevó a evaluar la presencia del gen iutA en UPECs aisladas de pacientes con infección urinaria. El gen estaba presente en 38% de los aislamientos, lo que sugiere una débil asociación con la virulencia. Debido a la existencia de redundancia en los sistemas de captura de hierro, se sugiere que IutA puede ser una ventaja, sin embargo no es esencial para la UPEC.

Estudo dos fatores de virulência associados à formação de biofilme e agrupamento filogenético em Escherichia coli isoladas de pacientes com cistite / Study on virulence factors associated with biofilm formation and phylogenetic groupings in Escherichia coli strains isolated from patients with cystitis

Amostras de Escherichia coli, isoladas de pacientes do sexo feminino com quadro clínico de cistite, foram caracterizadas quanto à presença de fatores de virulência associados à formação de biofilme e ao agrupamento filogenético. Os resultados da reação em cadeia da polimerase demonstraram que todas as amostras foram positivas para o gene fimH (fímbria do tipo1), 91 amostras foram positivas para o gene fliC (flagelina) 50 amostras positivas para o gene papC (fímbria P), 44 amostras positivas para o gene kpsMTII (cápsula) e 36 amostras positivas para o gene flu (antígeno 43). Os resultados dos ensaios de quantificação da formação de biofilme demonstraram que 44 amostras formaram biofilme em microplacas de poliestireno e 56 amostras apresentaram resultado ausente/fraco. Também confirmamos a incidência das amostras de Escherichia coli no grupo filogenético B2 e D.

Escherichia coli samples isolated from female patients with cystitis were characterized with regard to the presence of virulence factors associated with biofilm formation and phylogenetic groupings. Polymerase chain reaction results demonstrated that all the samples were positive for the gene fimH (type 1 fimbriae), 91 for fliC (flagellins), 50 for papC (P fimbriae), 44 for kpsMTII (capsules) and 36 for flu (antigen 43). The results from assays to quantify the biofilm formation demonstrated that 44 samples produced biofilm on polystyrene microplates and 56 samples produced weak or no biofilm. We also confirmed that Escherichia coli samples were present in phylogenetic groups B2 and D.