Phenotypic and molecular characterization of fluoroquinolone resistant Pseudomonas aeruginosa isolates in Palestine

Abstract Fluoroquinolones are important antimicrobial agents for the treatment of Pseudomonas infections. A total of 11 isolates of P. aeruginosa were collected from different clinical samples from different medical centers in the North West Bank-Palestine during 2017. In this study, resistance to fluoroquinolones and secretions of -lactamases were detected by phenotypic methods, while presence of -lactamase gene sequences and other virulence factors were detected by PCR technique. PCR product for gyrA, parC and parE genes were sequenced for further analyses. The phylogenetic analyses, population diversity indices and haplotypes determination were conducted using computer programs MEGA version 6, DnaSP 5.1001 and median-joining algorithm in the program Network 5, respectively. Results of this study showed that the MIC for ciprofloxacin and norfloxacin had a range of 32-256 µg/ml. In addition, all isolates carried either exoT or exoT and exoY genes, different -lactamase genes and 82% of these isolates harbored class 1 integrons. Analyses of the gyrA, parC and parE sequences were found to be polymorphic, had high haplotype diversity (0.945-0.982), low nucleotide diversity (0.01225-0.02001) and number of haplotypes were 9 for each gyrA and parE genes and 10 haplotypes for parC gene. The founder haplotypes being Hap-1 (18%), Hap-2 (27.3%) and Hap-6 (9.1%) for gyrA, parC and parE genes, respectively. Two of ParE haplotypes were detected as indel haplotypes. The Median-joining- (MJ) networks constructed from haplotypes of these genes showed a star-like expansion. The neutrality tests (Tajimas D test and Fus Fs test) for these genes showed negative values. Palestinian fluoroquinolone resistant P. aeruginosa strains showed high MIC level for fluoroquinolones, -lactamase producers, carried type III secretion exotoxin-encoding genes, most of them had integrase I gene and had high level of mutations in QRDR regions in gyrA, parC and parE genes. All these factors may play an important role in the invasiveness of these strains and make them difficult to treat. Isolation of these strains from different medical centers, indicate the need for a strict application of infection control measures in Medical centers in the North West Bank-Palestine that aim to reduce expense and damage caused by P. aeruginosa infections. Molecular analyses showed that Palestinian fluoroquinolone resistant P. aeruginosa haplotypes are not genetically differentiated; however, more mutations may exist in these strains.

Resumo Fluoroquinolonas são agentes antimicrobianos importantes para o tratamento de infecções por Pseudomonas. Um total de 11 bacilos isolados de P. aeruginosa foram coletados de diferentes amostras clínicas provenientes de diferentes centros médicos na Cisjordânia-Palestina durante o ano de 2017. Neste estudo, resistência a fluoroquinolonas e secreções de -lactamases foram detectadas por métodos fenotípicos, enquanto a presença de sequências do gene -lactamase e outros fatores de virulência foram detectados pela técnica de PCR (Proteína C-reativa). O produto de PCR para os genes gyrA, parC e parE foram sequenciados para análises posteriores. As análises filogenéticas, os índices de diversidade populacional e a determinação de haplótipos foram realizados utilizando os softwares MEGA versão 6, DnaSP 5.1001 e o algoritmo de junção de mediana do programa Network 5, respectivamente. Os resultados deste estudo mostraram que a MIC para ciprofloxacina e norfloxacina tinha um intervalo de 32-256 µg/ml. Além disso, todos os bacilos isolados carregavam genes exoT ou exoT e exoY, genes de -lactamase diferentes e 82% desses isolados continham integrons de classe 1. As análises das sequências gyrA, parC e parE foram consideradas polimórficas, com alta diversidade de haplótipos (0,945-0,982), baixa diversidade de nucleotídeos (0,01225-0,02001) e o número de haplótipos foi de 9 para cada gene de gyrA e parE e 10 haplótipos para o gene parC. Os haplótipos fundadores são Hap-1 (18%), Hap-2 (27,3%) e Hap-6 (9,1%) para os genes gyrA, parC e parE, respectivamente. Dois dos haplótipos parE foram detectados como haplótipos InDel. As redes Median-joining (MJ) construídas a partir de haplótipos desses genes mostraram uma expansão semelhante à de uma estrela. Os testes de neutralidade (teste D de Tajima e teste Fs de Fu) para esses genes apresentaram valores negativos. As cepas palestinas de P. aeruginosa resistentes a fluoroquinolonas mostraram alto nível de MIC para fluoroquinolonas, produtores de -lactamase, genes codificadores de exotoxina de secreção tipo III, a maioria deles tinha o gene integrase I e tinha alto nível de mutações nas regiões QRDR nos genes gyrA, parC e parE. Todos esses fatores podem desempenhar um papel importante na invasão dessas cepas e torná-las difíceis de tratar. O isolamento dessas cepas em diferentes centros médicos, indica a necessidade de uma aplicação estrita de medidas de controle de infecção em centros médicos da Cisjordânia-Palestina que visam reduzir despesas e danos causados por infecções por P. aeruginosa. As análises moleculares mostraram que os haplótipos de P. aeruginosa resistentes à fluoroquinolona palestina não são geneticamente diferenciados; no entanto, mais mutações podem existir nessas cepas.

Phenotypic and molecular characterization of fluoroquinolone resistant Pseudomonas aeruginosa isolates in Palestine / Caracterização fenotípica e molecular de isolados de Pseudomonas aeruginosa resistentes a fluoroquinolonas na Palestina

Fluoroquinolones are important antimicrobial agents for the treatment of Pseudomonas infections. A total of 11 isolates of P. aeruginosa were collected from different clinical samples from different medical centers in the North West Bank-Palestine during 2017. In this study, resistance to fluoroquinolones and secretions of ß-lactamases were detected by phenotypic methods, while presence of ß-lactamase gene sequences and other virulence factors were detected by PCR technique. PCR product for gyrA, parC and parE genes were sequenced for further analyses. The phylogenetic analyses, population diversity indices and haplotypes determination were conducted using computer programs MEGA version 6, DnaSP 5.1001 and median-joining algorithm in the program Network 5, respectively. Results of this study showed that the MIC for ciprofloxacin and norfloxacin had a range of 32-256 µg/ml. In addition, all isolates carried either exoT or exoT and exoY genes, different ß-lactamase genes and 82% of these isolates harbored class 1 integrons. Analyses of the gyrA, parC and parE sequences were found to be polymorphic, had high haplotype diversity (0.945-0.982), low nucleotide diversity (0.01225-0.02001) and number of haplotypes were 9 for each gyrA and parE genes and 10 haplotypes for parC gene. The founder haplotypes being Hap-1 (18%), Hap-2 (27.3%) and Hap-6 (9.1%) for gyrA, parC and parE genes, respectively. Two of ParE haplotypes were detected as indel haplotypes. The Median-joining- (MJ) networks constructed from haplotypes of these genes showed a star-like expansion. The neutrality tests (Tajima's D test and Fu's Fs test) for these genes showed negative values. Palestinian fluoroquinolone resistant P. aeruginosa strains showed high MIC level for fluoroquinolones, ß-lactamase producers, carried type III secretion exotoxin-encoding genes, most of them had integrase I gene and had high level of mutations in QRDR regions in gyrA, parC and parE genes. All these factors may play an important role in the invasiveness of these strains and make them difficult to treat. Isolation of these strains from different medical centers, indicate the need for a strict application of infection control measures in Medical centers in the North West Bank-Palestine that aim to reduce expense and damage caused by P. aeruginosa infections. Molecular analyses showed that Palestinian fluoroquinolone resistant P. aeruginosa haplotypes are not genetically differentiated; however, more mutations may exist in these strains.

Fluoroquinolonas são agentes antimicrobianos importantes para o tratamento de infecções por Pseudomonas. Um total de 11 bacilos isolados de P. aeruginosa foram coletados de diferentes amostras clínicas provenientes de diferentes centros médicos na Cisjordânia-Palestina durante o ano de 2017. Neste estudo, resistência a fluoroquinolonas e secreções de ß-lactamases foram detectadas por métodos fenotípicos, enquanto a presença de sequências do gene ß-lactamase e outros fatores de virulência foram detectados pela técnica de PCR (Proteína C-reativa). O produto de PCR para os genes gyrA, parC e parE foram sequenciados para análises posteriores. As análises filogenéticas, os índices de diversidade populacional e a determinação de haplótipos foram realizados utilizando os softwares MEGA versão 6, DnaSP 5.1001 e o algoritmo de junção de mediana do programa Network 5, respectivamente. Os resultados deste estudo mostraram que a MIC para ciprofloxacina e norfloxacina tinha um intervalo de 32-256 µg/ml. Além disso, todos os bacilos isolados carregavam genes exoT ou exoT e exoY, genes de ß-lactamase diferentes e 82% desses isolados continham integrons de classe 1. As análises das sequências gyrA, parC e parE foram consideradas polimórficas, com alta diversidade de haplótipos (0,945-0,982), baixa diversidade de nucleotídeos (0,01225-0,02001) e o número de haplótipos foi de 9 para cada gene de gyrA e parE e 10 haplótipos para o gene parC. Os haplótipos fundadores são Hap-1 (18%), Hap-2 (27,3%) e Hap-6 (9,1%) para os genes gyrA, parC e parE, respectivamente. Dois dos haplótipos parE foram detectados como haplótipos InDel. As redes Median-joining (MJ) construídas a partir de haplótipos desses genes mostraram uma expansão semelhante à de uma estrela. Os testes de neutralidade (teste D de Tajima e teste Fs de Fu) para esses genes apresentaram valores negativos. As cepas palestinas de P. aeruginosa resistentes a fluoroquinolonas mostraram alto nível de MIC para fluoroquinolonas, produtores de ß-lactamase, genes codificadores de exotoxina de secreção tipo III, a maioria deles tinha o gene integrase I e tinha alto nível de mutações nas regiões QRDR nos genes gyrA, parC e parE. Todos esses fatores podem desempenhar um papel importante na invasão dessas cepas e torná-las difíceis de tratar. O isolamento dessas cepas em diferentes centros médicos, indica a necessidade de uma aplicação estrita de medidas de controle de infecção em centros médicos da Cisjordânia-Palestina que visam reduzir despesas e danos causados por infecções por P. aeruginosa. As análises moleculares mostraram que os haplótipos de P. aeruginosa resistentes à fluoroquinolona palestina não são geneticamente diferenciados; no entanto, mais mutações podem existir nessas cepas.

Implementation and optimization of real time PCR for diagnosis of pandemic influenza A (H1N1) at Instituto Adolfo Lutz and perspectives for 2010 / Implantação e otimização da PCR em tempo real para o diagnóstico da influenza A (H1N1) pandêmica no Instituto Adolfo Lutz e perspectivas para 2010

The authors present their experience with the molecular diagnosis of Influenza A (H1N1) with 37.240 clinical samples obtained from individuals suspected of flu, sent to Instituto Adolfo Lutz for analysis. They show the used algorithms, compare their efficiency in terms of sensitivity, specificity and cost, and suggest a new algorithm to be employed in case of an outbreak of Influenza A (H1N1) in 2010.

Os autores apresentam sua experiência no diagnóstico laboratorial de Influenza A (H1N1) em 37.240 amostras clínicas obtidas de pacientes com suspeita de gripe, encaminhadas ao Instituto Adolfo Lutz para análise. Eles apresentam os algoritmos de testes moleculares empregados, comparam a eficiência dos mesmos quanto à sensibilidade, especificidade e custo e, finalmente, sugerem um novo algoritmo para ser usado em caso de nova epidemia de Influenza A (H1N1) em 2010.

Coronavírus bovino (BCoV): ocorrência, diversidade molecular e padronização de PCR para diagnóstico a partir de amostras fecais de bezerros com e sem diarréia criados em municípios dos Estados de São Paulo e Minas Gerais, Brasil / Bovine coronavirus (BCoV): occurrence, molecular diversity and standardization of a PCR to diagnosis using stool samples of calves with and without diarrhea from municipalities of São Paulo and Minas Gerais States, Brazil

O coronavírus bovino (BCoV) é classificado no grupo 2 do gênero Coronavirus da ordem Nidovirales, família Coronaviridae, causando diarréia em bezerros neonatos, processos respiratórios em bezerros não neonatos e disenteria em vacas adultas. No presente estudo, 203 amostras fecais de bezerros de 19 propriedades leiteiras nos Estados de São Paulo e Minas Gerais foram submetidas à prova de hemaglutinação/ inibição da hemaglutinação (HA/HI) para a detecção de coronavírus e a uma reação de PCR dirigida ao gene codificador da RNA-polimerase RNA-dependente dos coronavírus (PCR pol), sendo feita a comparação entre as duas técnicas através dos testes Kappa e J de Youden. Amostras positivas à PCR pol foram submetidas a uma reação de PCR para amplificação de um segmento de 488 pares de bases correspondentes à região hipervariável do gene codificador da subunidade S1 da proteína S, sendo os fragmentos submetidos a seqüenciamento de DNA para a reconstrução genealógica das amostras estudadas. Ainda, a presença de rotavírus foi pesquisada pela técnica de PAGE. Segundo a técnica de HA/ HI, 35,47% das amostras e 73,68% das propriedades rurais forma positivas para BCoV, enquanto que pela PCR pol 25,12% das amostras e 52,63% das propriedades rurais foram positivas para este vírus. A comparação entre as duas técnicas resultou valores de kappa de -0,048 para os resultados individuais e -0,08 em relação às propriedades rurais e J de Youden de -0,045 para os resultados individuais e -0,1 em relação às propriedades rurais, demonstrando baixa concordância entre as duas provas. A genealogia obtida por máxima parcimônia através de algoritmo heurístico e baseada em seqüências da região hipervariável do gene codificador da subunidade S1 da proteína S de 15 amostras de campo aqui estudadas, da amostra Kakegawa de coronavírus bovino utilizada como controle positivo e de 10 seqüências recuperadas dos GenBank revelou a existência de dois genotipos dentro desta espécie viral, sendo os dois genotipos encontrados entre amostras brasileiras. A identidade média de nucleotídeos entre as 15 amostras brasileiras foi de 98,34%, com similaridade média de aminoácidos de 98%. Amostras pertencentes ao genotipo 2 apresentaram uma deleção de 18 nucleotídeos/ 6 aminoácidos dentro da região correspondente ao domínio II da proteína S. A árvore de máxima parcimônia enraizada tendo bredavírus como grupo externo revelou que esta deleção ocorreu em um único momento na genealogia dos coronavírus bovinos. Rotavírus foi encontrado em 12,6% das amostras fecais individuais e 28, 57% das propriedades rurais pesquisadas. Estes resultados são os primeiros baseados em amostras brasileiras de coronavírus bovino e contribuem para a caracterização molecular do BCoV, para a predição da eficiência de imunógenos e para o encontro de marcadores moleculares úteis para estudos epidemiológicos continuados em relação às diarréias neonatais em bovinos

Bovine coronavirus (BCoV) belongs to group 2 of the genus Coronavirus from the order Nidovirales, family Coronaviridae and causes diarrhea in newborn calves, respiratory diseases in non-newborn calves and dysentery in cows. In the present study, 203 stool samples of calves from 19 dairy farms from São Paulo and Minas Gerais States were submitted to hemagglutination/ hemagglutination inhibition test (HA/HI) to bovine coronavirus detection and a PCR assay targeted to the RNA-polymerase RNA-dependent gene of coronaviruses (PCR pol), the comparison between the two tests carried out with Kappa and Youden´s J tests. Samples positive to PCR pol were submitted to a PCR assay that amplifies a 488 base-pair fragment which corresponds to the hypervariable region of the gene coding for the S1 subunit of the S protein; the amplified fragments were submitted to DNA sequencing aiming the genealogic reconstruction of the studied samples. Rotavirus was surveyed with the PAGE test. The HA/ HI test resulted 35.47% of samples and 73.68% of farms positive to BCoV, while, according to PCR pol, 25.12% of the samples and 52.63% of the farms were positive to this virus. The comparison between the two tests produced a kappa value of -0.048 to individual results and -0.08 to the farms and Youden´s J value of -0.045 to individual results and -0.1 to the farms, showing low agreement between the two tests. Maximum parsimony genealogy with an heuristic algorithm based on sequences of the hypervariable region of the gene coding for the S1 subunit of the S protein from 15 field samples here studied, from the Kakegawa bovine coronavirus strain used as positive control and from 10 sequences retrieved from GenBank showed the existence of two genotypes in this viral species. Mean nucleotide identity between the 15 Brazilian samples was 98.34%, with mean amino acid similarity of 98%. Samples from genotype 2 showed a deletion of 18 nucleotides/ 6 amino acids inside the domain II region of the S protein. Rooted maximum parsimony tree with bredavirus as an outgroup revealed that this deletion has happened only once in bovine coronavirus genealogy. Rotavirus was found in 12.6 % of stool samples and 28.57% of the surveyed farms. These are the first results based on Brazilian strains of bovine coronavirus and contribute to molecular characterization of BCoV, to the prediction of the efficiency of immunogens and to the finding of molecular markers useful to continued epidemiologic surveys on newborn bovine diarrhea