Bactérias resistentes a antibióticos em ambiente aquático: efeito na produção animal / Antibiotic resistant bacteria in aquatic environment: effect on animal production

Objetivou-se discorrer sobre bactérias resistentes a antibióticos veiculadas em ambientes aquáticos, considerando os mecanismos, formas de aquisição e os efeitos à produção animal. A utilização de antibióticos para fins profiláticos, terapêuticos e agropecuários cresceu em larga escala nos últimos anos, levando à perda de eficiência no combate a patógenos. A crise atual dos antibióticos é decorrente de uma falha geral em compreender de forma abrangente a evolução, as fontes, a disseminação e os mecanismos moleculares da resistência, pois os reservatórios ambientais potenciais e suas diversidades genéticas de resistência associadas geralmente não são considerados no desenvolvimento de drogas. Assim, a pressão de seleção aplicada pelos antibióticos em diversos ambientes tem promovido a evolução e disseminação de genes de resistência bacteriana em escala mundial, nos mais variados tipos de ambientes. Resíduos antibióticos persistem no solo e em ambientes aquáticos, este último, atuando como importante reservatório de bactérias, facilitando a troca de material genético entre bactérias ambientais e patogênicas e permitindo a disseminação de genes e modificações no resistoma ambiental. Desta forma, existe uma preocupação tanto para a medicina humana quanto a veterinária devido a diversidade de doenças causadas em humanos e animais domésticos por bactérias multirresistentes. Entender as origens, diversidade e mecanismos de resistência com potencial para impactar animais de produção é de grande importância para identificar os riscos associados a interação entre bactérias de diferentes ecossistemas e o impacto destas à produção animal, seja pelo comprometimento da saúde dos animais e/ou pela contaminação dos produtos produzidos por estes e consequentes danos à saúde humana.

The present review aimed to discuss antibiotic-resistant bacteria transmitted in aquatic environments, regarding the mechanisms, forms of acquisition, and the effects on animal production. The use of antibiotics for prophylactic, therapeutic, and agricultural purposes has grown on a large scale in recent years, leading to a loss of efficiency in combating pathogens. The current antibiotic crisis arises from a general failure to comprehensively understand the evolution, sources, dissemination, and molecular mechanisms of resistance, as potential environmental reservoirs and their associated resistance genetic diversity are generally not considered in drug development. Thus, the selection pressure applied by antibiotics in different environments has promoted the evolution and dissemination of bacterial resistance genes on a worldwide scale, in the most varied types of environments. Antibiotic residues persist in soil and aquatic environments, the latter acting as an important reservoir of bacteria, facilitating the exchange of genetic material between environmental and pathogenic bacteria and allowing the dissemination of genes and modifications in the environmental resistome. Thus, there is a concern for both human and veterinary medicine due to the diversity of diseases caused in humans and domestic animals by multiresistant bacteria. Understanding the origins, diversity, and resistance mechanisms with the potential to impact farm animals is of great importance to identify the risks associated with the interaction between bacteria from different ecosystems and their impact on animal production, either by compromising the health of animals and/or by the contamination of products produced by them and consequent damage to human health.

Bactérias resistentes a antibióticos e o meio aquático: efeito na produção animal / Antibiotic resistant bacteria and the aquatic environment: Effect on animal production

O emprego de drogas antibióticas em larga escala tanto para fins profiláticos quanto para terapêuticos e agropecuários tem aumentado com o passar dos anos, passando a ser considerado um problema, devido à perda de eficiência desses medicamentos no combate a bactérias patogênicas. Assim, a pressão de seleção aplicada pelos antibióticos, que são utilizados em ambientes clínicos e agrícolas, tem promovido a evolução e disseminação de genes que conferem resistência a bactérias em escala mundial, independentemente de suas origens e nos mais variados tipos de sistemas ambientes. Antibióticos de origem urbana e agrícola persistem no solo e nos ambientes aquáticos, este último atuando como um importante reservatório de bactérias, facilitando a troca de material genético entre bactérias ambientais e patogênicas, e permitindo a disseminação de genes de resistência. Causando, assim, preocupação tanto para a medicina humana quanto para a veterinária, tendo em vista a diversidade de doenças causadas em humanos e animais domésticos por bactérias multirresistentes. Nesse contexto, o conhecimento dos mecanismos responsáveis pela transferência e aquisição de resistência com potencial para atingir animais de produção são de grande importância para o entendimento dos riscos associados à disseminação da resistência entre bactérias de diferentes ecossistemas à produção animal, possibilitando o conhecimento e desenvolvimento de estratégias para combater e minimizar seus efeitos.

The use of antibiotic drugs on a large scale for prophylactic, therapeutic and agricultural purposes has increased over the years, becoming a problem due to the loss of efficiency of these drugs in combating pathogenic bacteria. Therefore, the selection pressure applied by antibiotics that are used mainly in clinical and agricultural environments has promoted the evolution and dissemination of genes that confer resistance to bacteria worldwide, regardless of their origins and in the most varied types of environmental systems. Antibiotics of urban and agricultural origin persist in the soil and in aquatic environments, the latter, acting as an important reservoir of bacteria, facilitating the exchange of genetic material between the environment and pathogenic bacteria, and then, allowing the spread of resistance genes. Thus, causing concern for both human and veterinary health, due to the diversity diseases caused by multidrug resistant bacteria. In this context, knowledge of the mechanisms responsible for the transfer and acquisition of resistance with the potential to reach farm animals is of great importance for understanding the risks associated with the spread of resistance among bacteria from different ecosystems to animal production, enabling the knowledge and development of strategies to combat and minimize its effects.

Lentivirus vectors fail to deliver transgenes into bovine zygotes after co-incubation with sperm during in vitro fertilization / [Lentivírus falham na entrega de transgenes em zigotos bovinos após coincubação com espermatozoide, durante fertilização in vitro]

As vantagens dos animais transgênicos têm sido demonstradas em diferentes aplicações, entretanto muitas metodologias usadas para gerar animais geneticamente modificados (GM) apresentam baixas taxas de eficiência. O objetivo deste estudo foi avaliar a entrega dos vetores lentivirais (VLs) em zigotos durante a fertilização in vitro (FIV), para gerar embriões GM, com o gene da proteína verde fluorescente (GFP) ou do fator IX de coagulação humana (FIX). Vetores lentivirais com os genes GFP (pLGW-GFP-LV) ou FIX (pLWE2-FIX-LV) foram utilizados na FIV ou na cultura de embriões in vitro (CIV). A coincubação de pLWE2-FIX-LV com espermatozoides e complexos oócitos-células do cumulus (COCs) durante a FIV diminuiu (P<0,05) as taxas de clivagem e de blastocistos, enquanto com pLGW-GFP-LV diminuiu (P<0,05) a taxa de blastocisto quando se comparou ao controle sem VL. A coincubação de pLWE2-FIX-LV e pLGW-GFP-LV com presumíveis zigotos durante a CIV não afetou (P>0,05) o desenvolvimento embrionário. A expressão da proteína GFP não foi detectada em embriões após a coincubação de FIV ou CIV, embora as células do cumulus expressassem a proteína até o dia oito de cultivo in vitro. Reações em cadeia da polimerase (PCR) não detectaram os genes GFP ou FIX em embriões, mas ambos foram detectados em células do cumulus. Assim, a coincubação de VL com espermatozoide bovino e COCs não é eficaz para produzir embriões geneticamente modificados por meio de FIV.(AU)

Transferência gênica mediada por espermatozóides bovinos associados a vetores lentivirais

Para otimização da produção de embriões bovinos geneticamente modificados (GMs) foi avaliada a possibilidade de produção in vitro (PIV) utilizando espermatozóides como carreadores de vetores lentivirais (VLs), visto que não consta na literatura relatos utilizando essa estratégia em bovinos. Foram avaliados a produção de embriões GMs com o transgene da proteína verde fluorescente (GFP) e posteriormente com o gene do fator IX de coagulação humano (FIX) como modelo de proteína recombinante humana (PRH), devido à importância desta proteína para pacientes com hemofilia B. Foi confirmada a expressão do GFP em células HEK e MDBK, após transdução das partículas, entretanto não foi possível realizar a seleção das células transduzidas. O mesmo resultado foi encontrado em fibroblastos transduzidos com o transgene FIX. A produção in vitro de embriões co-incubados com VLs durante a fertilização in vitro (FIV) prejudicou a taxa de clivagem e consequentemente a de produção de embriões. Já quando a co-incubação ocorreu durante o cultivo in vitro (CIV) não houve diferença estatística (p>0.05) nas taxas de desenvolvimento embrionário entre os tratamentos estudados. Apesar das células do cumulus terem expressado o GFP após incubação com os lentivírus, o mesmo não foi observado nos embriões. Esse resultado foi confirmado a partir da extração do DNA, que demonstrou ausência de inserção dos transgenes do GFP e FIX, o que diferiu de resultados encontrados em estudos similares. Dessa forma, os VLs estudados foram capazes de transfectar as células do cumulus, demonstrando sua eficiência na transdução de células somáticas, entretanto, não houve a produção de embriões geneticamente modificados a partir da co-incubação dos VLs com espermatozóides bovinos.

To optimize the production of genetically modified bovine embryos (GMs), the possibility of in vitro production (IVP) using sperm as carriers of lentiviral vectors (LVs) was evaluated, since there are no reports in the literature using this strategy in cattle. The production of GM embryos with the fluorescent green protein transgene (GFP) and later with the human coagulation factor IX (FIX) gene as a model of human recombinant protein (PRH) was evaluated, due to the importance of this protein for patients with hemophilia B. The GFP expression in HEK and MDBK cells was confirmed after particle transduction, however it was not possible to select the transduced cells. The same result was found in fibroblasts transduced with the FIX transgene. The in vitro production of embryos co-incubated with VLs during in vitro fertilization (IVF) impaired the cleavage rate and consequently the embryo production. However, when the co-incubation happened during in vitro culture (IVC), no statistical difference (p>0.05) was presented in the embryonic development rates between the studied treatments. Although cumulus cells expressed GFP after incubation with lentiviruses, the same was not observed in embryos. This result was confirmed by DNA extraction, which demonstrated the absence of GFP and FIX transgenes insertion, which differed from results found in similar studies. Hence, the studied VLs were able to transfect the cumulus cells, demonstrating their efficiency in the transduction of somatic cells, however, there was no production of genetically modified embryos from the co-incubation of the VLs with bovine sperm.

Detection and transfer of antimicrobial resistance gene integron in Salmonella Enteritidis derived from avian material

The expansion of global poultry production has increased the need to reduce or control the agents responsible for economic losses, including Salmonella spp. These bacteria are also of public health concern due to their potential to cause food poisoning, and, more recently, due to the antimicrobial resistance presented by these bacteria. Molecular biology is an important tool currently used in the diagnosis and research studies of main poultry diseases. The present studied analyzed 100 samples of Salmonella Enteritidis (SE) isolated from avian material aiming at detecting the class 1 integron gene, Integroninvolved in antimicrobial resistance, by means of polymerase chain reaction (PCR), and comparing it with plate inhibition test. Subsequently, SE samples were evaluated for their capacity to horizontally transfer this gene. There was no direct relationship between the presence of the class 1 integron gene and SE resistance to the 14 antimicrobials tested, as 80% of the studied samples were resistant to up to three antimicrobials, and did not present the aforementioned gene. However, horizontal transfer of this gene was accomplished in vitro (from Escherichia coli to Salmonella Enteritidis), demonstrating that capacity class 1 integron gene can be disseminated among enterobacteria.

Detection and transfer of antimicrobial resistance gene integron in Salmonella Enteritidis derived from avian material

The expansion of global poultry production has increased the need to reduce or control the agents responsible for economic losses, including Salmonella spp. These bacteria are also of public health concern due to their potential to cause food poisoning, and, more recently, due to the antimicrobial resistance presented by these bacteria. Molecular biology is an important tool currently used in the diagnosis and research studies of main poultry diseases. The present studied analyzed 100 samples of Salmonella Enteritidis (SE) isolated from avian material aiming at detecting the class 1 integron gene, Integroninvolved in antimicrobial resistance, by means of polymerase chain reaction (PCR), and comparing it with plate inhibition test. Subsequently, SE samples were evaluated for their capacity to horizontally transfer this gene. There was no direct relationship between the presence of the class 1 integron gene and SE resistance to the 14 antimicrobials tested, as 80% of the studied samples were resistant to up to three antimicrobials, and did not present the aforementioned gene. However, horizontal transfer of this gene was accomplished in vitro (from Escherichia coli to Salmonella Enteritidis), demonstrating that capacity class 1 integron gene can be disseminated among enterobacteria.