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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.60.2016.tde-05102016-143916
Document
Author
Full name
Natália Candido Caçador
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
Ribeirão Preto, 2016
Supervisor
Committee
Darini, Ana Lucia da Costa (President)
Marques, Elizabeth de Andrade
Barth, Afonso Luis
Faccioli, Lucia Helena
Levy, Carlos Emilio
Title in Portuguese
Epidemiologia molecular e características genéticas de adaptação de Pseudomonas aeruginosa causando infecção crônica em pacientes com Fibrose Cística e sua correlação com dados clínicos
Keywords in Portuguese
Fibrose cística
infecção crônica.
Pseudomonas aeruginosa
Abstract in Portuguese
A infecção crônica das vias aéreas por Pseudomonas aeruginosa (PA) é a principal causa de morbidade e mortalidade em pacientes com fibrose cística (FC), devido à contínua degradação do tecido pulmonar, que leva ao declínio da função pulmonar, gerada pela infecção e pelo processo inflamatório. O objetivo do presente estudo foi analisar características genéticas de PA que levam à sua adaptação às vias aéreas destes pacientes com infecção pulmonar crônica, atendidos no Centro de Referência em FC do Hospital das Clínicas da Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto - USP e relacionar com resultados de tipagem molecular, resistência a antibióticos, cronicidade e dados clínicos dos pacientes em acompanhamento clínico no período de julho/2011 a abril/2014. As características genéticas dos isolados investigados englobam pesquisa de 18 genes de virulência e genes do sistema quorum sensing (genes lasR e rhlR), associação entre mutações e conversão para fenótipo mucoide (operon algTmucABD) e caracterização de linhagens hipermutantes (genes mutS e mutL). A identificação de P. aeruginosa foi realizada por PCR e MALDI-TOF, que mostraram alta concordância. Foram considerados os dados clínicos dos pacientes: índice de massa corpórea, escore de Shwachman, medidas de capacidade vital forçada e volume expiratório forçado no primeiro segundo. A porcentagem de pacientes com infecção pulmonar crônica por PA observada foi similar aos dados disponíveis na literatura, entretanto, a alta incidência em pacientes jovens foi preocupante. O perfil de macrorrestrição do DNA genômico por PFGE se mostrou útil para definição de colonização crônica/intermitente em associação com critérios clínicos e, juntamente com a detecção de mutações nos genes mucA e mucD confirmaram transmissão interpacientes. Foi observada alta ocorrência dos genes de fatores de virulência pesquisados para grande maioria dos isolados de pacientes crônicos. A resistência aos antibióticos pesquisados dos isolados de P. aeruginosa foi baixa e está de acordo com a literatura nacional e internacional e com a antibioticoterapia adotada no hospital. Não foi observada resistência aos carbapenêmicos e às fluoroquinolonas devido à presença de genes de resistência plasmideais. As mutações no gene mucA foram o principal mecanismo de conversão para o fenótipo mucoide e o fenótipo revertente não-mucoide ocorreu principalmente por mutações no gene algT. Foram detectadas novas mutações nos genes mutS e mutL que também suportam a ideia que hipermutação em PA está associada com mutações do sistema mismatch de reparo do DNA. O sistema quorum sensing dos isolados estudados está parcialmente prejudicado devido às várias mutações no gene lasR, mas todos conservam o gene rhlR intacto, que sustenta alguma atividade quorum sensing envolvida na produção de fatores de virulência importantes. Pacientes com infecção pulmonar crônica por PA com isolamento de outros bacilos gram-negativos não-fermentadores apresentaram maior alteração da função pulmonar quando comparados com pacientes com infecção pulmonar crônica por PA com ou sem isolamento de Staphylococcus aureus. As alterações presentes no operon algTmucABD, quorum sensing e hipermutabilidade contribuem para a cronicidade dos pacientes com FC em relação à infecção por P. aeruginosa.
Title in English
Molecular epidemiology and adaptive genetic characteristics of Pseudomonas aeruginosa related to chronic infection in patients with Cystic Fibrosis and their correlation with clinical data
Keywords in English
chronic infection.
cystic fibrosis
Pseudomonas aeruginosa
Abstract in English
The chronic airway infection by P. aeruginosa (PA) is the leading cause of morbidity and mortality in cystic fibrosis (CF) patients, due to continuous degradation of the pulmonary tissue. This leads to decline in lung function, which is generated by the related infection and inflammation. The aim of this study was to analyze genetic characteristics associated with the adaptation of PA to the airways of patients with chronic pulmonary infection attended at the CF Reference Center from the Hospital das Clínicas da Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto - USP; and to correlate these findings with the results of molecular typing, antibiotic resistance, chronicity and clinical data of patients in clinical follow-up from July/2011 to April/2014. The genetic characteristics of isolates investigated includes the research of 18 virulence genes and the quorum sensing system genes (lasR and rhlR genes), association between mutations and conversion to the mucoid phenotype (algTmucABD operon), and characterization of hypermutable strains (mutS and mutL genes). Identification of PA was performed by PCR and MALDI-TOF, which showed a high correlation. The patients' clinical data considered were: body mass index, Shwachman score, forced vital capacity measures and forced expiratory volume in one second. The percentage of patients with chronic PA infection observed was similar to the data available in the literature; however, a worrying high incidence in young patients was noticed. The macrorestriction profile of genomic DNA by PFGE proved to be useful to define chronic/intermittent colonization in association with clinical criteria and it confirmed interpatient transmission, in combination with the detection of mutations in the mucA and mucD genes. High occurrence of virulence genes was detected for the vast majority of isolates from chronic CF patients. Antibiotic resistance for PA isolates was low and is in accordance with national and international literature and antibiotic therapy adopted in the hospital. There was no resistance to carbapenems and fluoroquinolones by the presence of plasmid mediated resistance genes. Mutations in the mucA gene were the main mechanism to conversion to mucoidy, and the non-mucoid revertants occurred mainly by mutations in the algT gene. New mutations in mutS and mutL genes were detected, which support the idea that hypermutation in PA is associated with mutations in the DNA mismatch repair system. The quorum sensing system of the isolates is partially damaged due to several mutations in the lasR gene, but all isolates maintain an intact rhlR gene, which holds some quorum sensing activity with production of important virulence factors. Patients with chronic PA infection with isolation of other non-fermenting gram-negative rods had greater change in lung function compared with patients with chronic PA infection with or without isolation of Staphylococcus aureus. The changes presented in the algTmucABD operon, quorum sensing and hypermutability contribute to the chronicity of CF patients in relation to infection by P. aeruginosa.
 
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Release Date
2018-10-05
Publishing Date
2016-12-02
 
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