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Insights into the dynamics of methicillin-resistant staphylococci in animals : a focus on Staphylococcus pseudintermedius in dogs

2016-01-13Doctoral thesis Open access
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dc.contributor.advisorPomba, Maria Constança Matias Ferreira
dc.contributor.advisorCoelho, Ana Maria de Jesus Bispo Varela
dc.contributor.authorCouto, Natacha
dc.date.accessioned2016-01-27T11:43:13Z
dc.date.available2016-06-30T00:30:08Z
dc.date.issued2016-01-13
dc.descriptionTese especialmente elaborada para a obtenção do grau de Doutor em Ciências Veterinárias, especialidade de Clínicapt_PT
dc.description.abstractStaphylococci are a group of bacteria with clinical, agricultural, and economic importance because of their wide range of virulence factors and ability to become resistant to antimicrobials. This thesis has pursued three main objectives: I. Determine the frequency of methicillin-resistant S. aureus (MRSA) strains in several animal species, identify the characteristics of strains present in animals and comparison with human strains MRSA nasal screening was performed in 71 horses and 307 calves, and the observed frequencies were 3% and 2%, respectively. Seventy-four MRSA isolated from 2001 to 2014 were characterized: fourteen spa types, three SCCmec types and three clonal complexes (CC) 5, CC22 and CC398, were found. Most isolates were multidrug-resistant. Fourteen MRSA CC398 strains had qac genes (13 qacG and 1 qacJ), while 4 isolates (three CC5 and one CC22) had insertions in the norA promoter gene. MRSA linages from pets (CC5 and CC22) harboured specific sets of virulence genes and a lower number of resistance genes than CC398 from livestock-animals. II. Reveal antimicrobial/biocide susceptibility patterns/trends and resistance genes in methicillin-resistant staphylococci (MRS) Several antimicrobial resistance patterns and genes were found in MRS from horses. Minimum bactericidal concentrations of biocides chlorhexidine acetate, benzalkonium chloride, triclosan and glutaraldehyde were lower than the recommended in-use concentrations for veterinary medicine, although two MRS carried plasmid-borne qacA and sh-fabI or qacB and qacH-like genes. An investigation on the evolution of resistance to 38 antimicrobials, corresponding mechanisms and molecular characteristics of 644 clinical Staphylococcus spp. isolates obtained from companion animals between 1999-2014 revealed resistance to the majority of antimicrobials and the number of mecA-positive strains increased significantly over time. Considering S. pseudintermedius, the methicillin-susceptible (MSSP) were genetically more diverse than methicillin-resistant (MRSP). All MRSP and two MSSP strains were multidrug- resistant, with several antimicrobial resistance genes identified. One MSSP isolate harbored a qacA and another a qacB gene. Three biocide products had high bactericidal activity (Otodine®, Clorexyderm Spot Gel®, Dermocanis Piocure-M®), while Skingel® failed to achieve a five log reduction in the bacterial counting. III. Study of the pathogenesis of S. pseudintermedius in dogs The agr type III predominated in MRSP. Five virulence genes were found in all strains and only spsO gene was significantly associated with MSSP. MSSP produced more biofilm on BHIB and BHIB+1% glucose than MRSP isolates. Several virulence genes encoding surface proteins and toxins were highly expressed in the MRSP strain (compared to MSSP). By whole proteome characterization of S. pseudintermedius through 2DE MALDI-TOF/TOF MS approach we were able to identify 367 unique proteins, of which 39 were surface proteins. By subsequent use of the serological proteome analysis (SERPA) approach we identified 4 antigenic proteins with promising features for vaccine development. These results indicate that MRS were widely disseminated in the studied animal population, the environment and people in contact with these animals. The resistant trends and mechanisms detected in MRS strains are worrying and make animals a reservoir of important MRS clones and genes. Biocides are still a good therapeutic choice, even in the presence of efflux genes. Higher expression of virulence genes may play a role in the rapid and widespread of MRSP clones. Dogs are able to mount an IgG-response against S. pseudintermedius and the proteins identified by the immune system can in the future be used as vaccine candidates.pt_PT
dc.description.abstractRESUMO - Estudo da dinâmica de estafilococos meticilina-resistente em animais – um foco no Staphylococcus pseudintermedius em cães - Os estafilococos são um grupo de bactérias com importância clínica, agrícola e económica devido à ampla gama de fatores de virulência e pela sua capacidade de se tornarem resistentes aos antimicrobianos. Esta tese debruçou-se sobre três objetivos principais: I. Determinar a frequência de estirpes S. aureus meticilina-resistente (MRSA) em diversas espécies animais, identificar as características das estirpes presentes em animais e comparar com estirpes humanas Colhemos zaragatoas de 71 cavalos e 307 vitelos para pesquisa de MRSA, e observaramse frequências de 3% e 2%, respetivamente. Foram caracterizadas setenta e quatro estirpes MRSA isoladas entre 2001-2014: catorze tipos de spa, três tipos de SCCmec e três complexos clonais (CC) 5, CC22 e CC398, foram encontrados. A maioria das estirpes (74%) eram multirresistentes. Catorze estirpes de MRSA CC398 tinha genes qac (13 qacG e 1 qacJ), enquanto 4 (três CC5 e um CC22) tinham inserções no gene promotor norA. As linhagens de MRSA de animais de estimação (CC5 e CC22) tinham conjuntos específicos de genes de virulência e um menor número de genes de resistência do que as linhagens associadas aos animais de produção (CC398). II. Revelar padrões/ tendências de suscetibilidade antimicrobiana/biocida e genes de resistência em estafilococos meticilina-resistente (MRS) Foram encontrados vários padrões e genes de resistência antimicrobiana em MRS de cavalos. As concentrações bactericidas mínimas dos biocidas acetato de clorhexidina, cloreto de benzalcónio, triclosan e glutaraldeído foram menores do que as recomendadas em medicina veterinária, embora dois MRS tivessem os genes plasmídicos qacA e sh-fabI ou qacB e um qacH-semelhante. Uma investigação sobre a evolução da resistência a 38 antimicrobianos, mecanismos correspondentes e características moleculares de 644 Staphylococcus spp. clínicos obtidos de animais de companhia entre 1999-2014 revelou resistência à maioria dos antimicrobianos. O número de estirpes mecA-positivo aumentou significativamente ao longo do tempo. Quanto aos S. pseudintermedius, os meticilina-suscetível (MSSP) eram geneticamente mais diversos do que os meticilina-resistente (MRSP). Todos os MRSP e 2 MSSP eram multirresistentes, com vários genes de resistência identificados. Um MSSP tinha um gene qacA e outro um qacB. Três produtos biocidas tinham elevada atividade bactericida (Otodine®, Clorexyderm Spot Gel®, Dermocanis Piocure-M®), enquanto Skingel® não conseguiu atingir uma redução de 5 log na contagem bacteriana. III. Estudo da patogenicidade de S. pseudintermedius em cães O tipo III agr predominou nos MRSP. Cinco genes de virulência foram encontrados em todas as estirpes e só o gene spsO foi significativamente associado com MSSP. MSSP produziu mais biofilme em BHIB e BHIB + 1% glucose que as estirpes de MRSP. Vários genes de virulência que codificam proteínas e toxinas de superfície foram altamente expressos na estirpe MRSP (em comparação com MSSP). Através da caracterização do proteoma total de S. pseudintermedius pela abordagem 2DE MALDI-TOF/TOF MS fomos capazes de identificar 367 proteínas únicas, das quais 39 eram proteínas de superfície. Posteriormente utilizámos a análise do proteoma serológico (SERPA) que identificou quatro proteínas antigénicas com características promissoras para o desenvolvimento de vacinas. Estes resultados indicam que MRS estavam amplamente disseminados na população animal estudada, no ambiente e nas pessoas em contato com esses animais. As tendências de resistência e os mecanismos detetados em estirpes MRS são preocupantes tornando os animais um reservatório de clones MRS e genes. Os biocidas ainda são uma boa opção terapêutica, mesmo na presença de bombas de efluxo. Uma maior expressão de genes de virulência pode desempenhar um papel na rápida expansão de clones de MRSP. Os cães foram capazes de montar uma resposta IgG contra S. pseudintermedius e as proteínas identificadas pelo sistema imunológico podem, no futuro, ser utilizadas como candidatos vacinais.pt_PT
dc.identifier.citationCouto, N.M.G. (2016). Insights into the dynamics of methicillin-resistant staphylococci in animals : a focus on Staphylococcus pseudintermedius in dogs. Tese de Doutoramento. Universidade de Lisboa, Faculdade de Medicina Veterinária, Lisboa.pt_PT
dc.identifier.tid101412070
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/10400.5/10771
dc.language.isoengpt_PT
dc.publisherUniversidade de Lisboa. Faculdade de Medicina Veterináriapt_PT
dc.relationEST. DA INTERACÇÃO ENTRE A BACTÉRIA MULTIRRESISTENTE STAPHYLOCOCCUS PSEUDINTERMEDIUS E O HOSPEDEIRO CANINO NUM MODELO EX VIVO CUTÂNEO
dc.relationImmunogenicity of vaccine candidate antigens from Staphylococcus pseudintermedius in Canis canis
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by/4.0/pt_PT
dc.subjectmecApt_PT
dc.subjectstaphylococcipt_PT
dc.subjectmethicillin-resistancept_PT
dc.subjectanimalspt_PT
dc.subjectvaccinept_PT
dc.subjectestafilococospt_PT
dc.subjectresistência à meticilinapt_PT
dc.subjectanimaispt_PT
dc.subjectvacinapt_PT
dc.titleInsights into the dynamics of methicillin-resistant staphylococci in animals : a focus on Staphylococcus pseudintermedius in dogspt_PT
dc.typedoctoral thesis
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oaire.awardTitleEST. DA INTERACÇÃO ENTRE A BACTÉRIA MULTIRRESISTENTE STAPHYLOCOCCUS PSEUDINTERMEDIUS E O HOSPEDEIRO CANINO NUM MODELO EX VIVO CUTÂNEO
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person.familyNameCouto
person.givenNameNatacha
person.identifier376478
person.identifier.orcid0000-0002-9152-5464
person.identifier.ridU-9872-2018
person.identifier.scopus-author-id36614104700
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