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Tipo do documento: Tese
Título: Caracterização da formação de células persisters em salmonella enterica
Autor: Drescher, Samara Paula Mattiello 
Primeiro orientador: Oliveira, Silvia Dias de
Primeiro coorientador: Ferreira, Carlos Alexandre Sanchez
Resumo: A Salmonella enterica é uma importante bactéria zoonótica, associada a doenças transmitidas por alimentos, devido ao consumo de alimentos contaminados, especialmente os de origem animal. Diferentes sorovares de S. enterica não-tifóide são considerados patógenos adaptados para infectar e sobreviver no interior de células fagocíticas, desencadeando quadros de gastrenterites em animais, incluindo humanos, porém, na maioria das vezes, autolimitante. O uso de terapia antimicrobiana só se faz necessário nos casos de salmonelose grave, sendo as fluoroquinolonas e as cefalosporinas de terceira geração os fármacos de escolha. Entretanto, a prevalência de isolados multirresistentes de S. enterica em amostras de diferentes origens têm sido cada vez mais reportada, o que poderia levar a falhas no tratamento de infecções com antimicrobianos. Por outro lado, o insucesso terapêutico e a recalcitrância de infecções também podem ser associados à presença de células persisters. Diante disso, esse trabalho se propôs a avaliar os níveis de células persisters em isolados de S. enterica expostos aos antimicrobianos ciprofloxacina e ceftazidima, bem como a influência da exposição prévia a aditivos alimentares animal na tolerância à ciprofloxacina. Adicionalmente, buscou-se identificar transcritos diferencialmente expressos em células persisters de diferentes sorovares de S. enterica expostas à ciprofloxacina e à ceftazidima em cultivo planctônico. Para tanto, foram avaliados 10 isolados de S. enterica, que se mostraram fracos formadores biofilme em superfície de poliestireno e suscetíveis à ciprofloxacina, ceftazidima e colistina. Todos os isolados foram capazes de formar frações distintas de células persisters após a exposição a 100X o valor da Concentração Inibitória Mínima (CIM) para ciprofloxacina ou ceftazidima em cultivo planctônico e em biofilme. Os níveis de persisters em biofilmes foram superiores àqueles encontrados em cultivo planctônico para ambos os fármacos, bem como foi possível observar uma heterogeneidade nesses níveis entre os isolados de S. enterica frente a um mesmo desafio. Adicionalmente, foi constatada a presença de small colony variants (SCV) em meio às células sobreviventes após as exposições à ciprofloxacina em todos os isolados de S. enterica. Contudo, o fenótipo SCV mostrou-se instável, uma vez que foi observada a reversão para o fenótipo de colônia normal (FCN) quando foram realizados sub-cultivos derivados destas colônias na ausência do agente estressor, mesmo após repetidos ciclos de exposição à ciprofloxacina. Da mesma forma, foi possível verificar que foram encontrados níveis semelhantes de persisters em um isolado de S. enterica após os sucessivos ciclos de exposição ao mesmo fármaco, não ocorrendo seleção de um fenótipo altamente persistente, o que demonstra o caráter nãoherdável da condição de persister. Também foi verificada heterogeneidade nos níveis de persisters frente a fármacos com mecanismos de ação diferentes, não indicando a persistência como um fenótipo de multitolerância. Estes achados estão de acordo com os padrões heterogêneos de expressão gênica encontrados frente às exposições à ciprofloxacina e à ceftazidima. As células oriundas de SCVs e FCNs, obtidas de cultivo planctônico e de biofilme expostos à ciprofloxacina foram avaliadas por meio de microscopia eletrônica de varredura, sendo observado que os dois fenótipos apresentaram forma e tamanho semelhantes, independentemente da condição de cultivo analisada. Entretanto, foi visualizada a presença de septo de divisão e de filamentação em todos os morfotipos e condições de cultivo analisados. Cultivos planctônicos de um subgrupo de seis isolados de S. enterica também foram expostos a concentrações acima da CIM de colistina, tendo sido encontrado um isolado de S. Agona incapaz de formar persisters frente a esse fármaco. Nos demais isolados não só foram detectadas células sobreviventes ao tratamento com colistina, como, interessantemente, após 48 h de exposição, foi verificada a retomada do crescimento na presença de concentrações do fármaco similares às iniciais. A seleção de mutantes resistentes e de hetero-resistentes estáveis foi descartada nesta população sobrevivente que se multiplicou na presença da colistina. Além disso, foi verificada que a exposição prévia a concentrações subinibitórias de ácidos orgânicos, colistina e, até mesmo, de ciprofloxacina não influenciou nos níveis de células persisters após a exposição a concentrações letais deste último fármaco. Desta forma, estes resultados sugerem que os antimicrobianos testados, que foram ou ainda são empregados como aditivos alimentares adicionados à ração ou água de bebida em criação animal, não induziram a tolerância a antimicrobianos nem selecionaram mutantes altamente persistentes. De uma maneira geral, os achados deste trabalho sugerem que além da possível presença de várias estratégias adaptativas para a sobrevivência frente a estressores antimicrobianos entre isolados de S. enterica, um único isolado pode originar populações fisiologicamente distintas de persisters, onde células que vivenciam condições estressoras diferentes possam adotar estratégias de sobrevivência variadas e talvez complementares.
Abstract: Salmonella enterica is an important zoonotic pathogen associated with foodborne diseases due to the consumption of contaminated foods, especially those derived from animal origin. Different non-typhoid S. enterica serovars are considered pathogens adapted to infect and survive inside phagocytic cells, triggering gastroenteritis in animals, including humans, but usually self-limiting. The use of antimicrobial therapy is only necessary in cases of severe salmonellosis, being fluoroquinolones and third-generation cephalosporins the drugs of choice. However, prevalence of multiresistant isolates of S. enterica in samples from different origins has been increasingly reported, which could lead to failures in the antimicrobial treatment against infections. On the other hand, therapeutic failure and recalcitrant infections may also be associated with persister cells. Therefore, this study aimed to evaluate the persister cell levels in S. enterica isolates exposed to ciprofloxacin and ceftazidime, as well as the influence of previous exposure to animal feed additives on tolerance to ciprofloxacin. Additionally, it identified differentially expressed transcripts in persister cells from different S. enterica serovars exposed to ciprofloxacin and ceftazidime in planktonic culture. For this, 10 S. enterica isolates were evaluated and characterized as weak producers of biofilm on polystyrene surface and susceptible to ciprofloxacin, ceftazidime, and colistin. All isolates were able to form distinct fractions of persister cells after exposure to 100X the Minimum Inhibitory Concentration (MIC) value of ciprofloxacin or ceftazidime in planktonic culture and biofilm. The levels of persisters in biofilms were higher than those found in planktonic culture for both drugs, and it was possible to observe heterogeneity in these levels among S. enterica isolates against the same challenge. In addition, small colony variants (SCV) were found among surviving cells after exposure to ciprofloxacin in all S. enterica isolates. Nevertheless, the SCV phenotype showed to be unstable, since reversion to the normal colony phenotype (NCP) was observed when sub-cultures derived from these colonies were performed in the absence of the stressor, even after repeated cycles of exposure to ciprofloxacin. Likewise, it was possible to verify that similar persister levels were found in a S. enterica isolate after successive cycles of exposure to the same drug, with no selection of a highly persistent phenotype, demonstrating the non-inheritable condition of the persisters. We also found heterogeneity in persister levels following exposure to drugs with different mechanisms of action, indicating that persistence is not a multitolerant phenotype. These findings are in agreement with the heterogeneous patterns of gene expression found on exposure to ciprofloxacin and ceftazidime. Cells from SCVs and NCPs, obtained from planktonic culture and biofilm exposed to ciprofloxacin were evaluated by scanning electron microscopy, and it was observed that the two phenotypes presented similar shape and size, regardless of the culture condition analyzed. However, division septum and filamentous cells were found in all morphotypes and culture conditions analyzed. Planktonic cultures of a subgroup of six S. enterica isolates were also exposed to concentrations above the MIC of colistin, and one S. Agona isolate was unable to form persisters against this drug. The other isolates not only presented surviving cells after colistin treatment, but, interestingly, after 48 h of exposure, a resumption of growth was observed in the presence of the drug. The possible selection of resistant mutants and stable hetero-resistant cells was discarded in this surviving population that was able to grow in the presence of colistin. Furthermore, a previous exposure to sub-inhibitory concentrations of organic acids, colistin, and even ciprofloxacin did not influence persister cell levels after exposure to lethal concentrations of ciprofloxacin. Thus, these results suggest that the antimicrobials tested, which were or are still employed as feed additives added to animal feed or drinking water, did not induce antimicrobial tolerance nor select highly persistent mutants. Overall, the findings of this work suggest that, in addition to the possible presence of several adaptive strategies for survival against antimicrobial stressors among S. enterica isolates, a single isolate may originate physiologically distinct populations of persisters, where cells growing under distinct stress conditions may adopt different and perhaps complementary survival strategies.
Palavras-chave: Células Persisters
Small Colony Variants
Ciprofloxacina
Ceftazidima
Colistina
Ácidos Orgânicos
Biofilme
Tolerância a Antimicrobianos
Área(s) do CNPq: CIENCIAS BIOLOGICAS::BIOLOGIA GERAL
Idioma: por
País: Brasil
Instituição: Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul
Sigla da instituição: PUCRS
Departamento: Escola de Ciências
Programa: Programa de Pós-Graduação em Biologia Celular e Molecular
Tipo de acesso: Acesso Aberto
Restrição de acesso: Trabalho será publicado como artigo ou livro
Prazo para liberar texto completo: 60 meses
Data para liberar texto completo: 12/06/2024
URI: http://tede2.pucrs.br/tede2/handle/tede/8689
Data de defesa: 21-Mar-2019
Aparece nas coleções:Programa de Pós-Graduação em Biologia Celular e Molecular
Programa de Pós-Graduação em Biologia Celular e Molecular

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