Análise fenotípica e genotípica da virulência de Staphylococcus spp. e de sua dispersão clonal como contribuição ao estudo da mastite bovina Phenotypic and genotypic analysis of virulence in Staphylococcus spp. and its clonal dispersion as a contribution to the study of bovine mastitis

A mastite é uma inflamação da glândula mamária causada principalmente por bactérias, dentre as quais o gênero Staphylococcus ocupa um papel importante. Bactérias pertencentes a este gênero são caracterizadas por expressar fatores de virulência que permitem sua persistência e disseminação no hospedeiro. O presente trabalho teve por objetivo avaliar fenogenotipicamente os fatores de virulência de isolados de Staphylococcus spp. a partir de casos de mastite bovina. Foram analisadas 272 amostras de leite provenientes de oito propriedades da região Sul-Fluminense do Estado do Rio de Janeiro. Após identificação, obteve-se um total de 250 isolados de Staphylococcus spp. Estes foram submetidos às provas fenotípicas de detecção da produção de "slime" em microplaca e em ágar vermelho congo; produção de hemolisinas e sinergismo hemolítico; produção de caseinase e DNase. Posteriormente foram submetidos à técnica de PCR para detecção dos genes de produção de cápsula (cap5 e cap8), fibronectina (fnbA,e fnbB), "slime" (icaA e icaD) e hemolisinas (hla e hlb). Do total avaliado, 58% (145/250) foi identificado como Staphylococcus spp. coagulase-negativos e 42% (105/250) como Staphylococcus spp. coagulase-positivos, destes 36,2% (38/105) foram identificados como S. aureus, 11,4% (12/105) como S. intermedius e 3,8% (4/105) como pertencentes ao grupo SIG. Apenas 6,4% (16/250) dos isolados foram produtores de α-hemólise, 4,8% (12/250) de β-hemólise e, 1,6% (4/250) de α e β-hemólise. A produção de caseinase foi observada em 66,4% (166/250), e a produção de "slime" avaliada pela técnica da microplaca em 76,8% (192/250) dos isolados, respectivamente. A DNase foi detectada em ECNs (38/145) e S. aureus (14/38). Os marcadores genéticos avaliados para a produção de slime, icaA e icaD apresentaram nenhuma ou leve concordância com a produção fenotípica, respectivamente, utilizando o coeficiente Kappa. Tal dado parece indicar que outros marcadores genéticos podem estar envolvidos com a expressão desta característica. Os demais genes detectados com frequência de 4% (10/250) para cap5 e para cap8, 32,8% (82/250) para fnbA, 4,4% (11/250) para fnbB, 19,2% (48/250) para hla e 18% (45/250) para hlb. O perfil circulante nas propriedades foi o 1: isolado produtor de "slime" e caseinase. O gene spaA foi positivo em todos os S. aureus, apresentando amplicons de tamanhos variados, sendo o tamanho prevalente o de 300pb. A amplificação do gene coa apresentou nove tipos polimórficos distintos, sendo prevalente o amplicon de 600pb. O gene agr foi detectado em todos os S. aureus, com amplicon de 200pb. Foi observado que os genes de virulência estudados estavam distribuídos de modo aleatório entreos 6 distintos perfis eletroforéticos obtidos através da Eletroforese em Gel de Campo Pulsado (PFGE).Mastitis is an inflammation of one or more mammary glands caused mainly by bacteria, among which the genus Staphylococcus plays an important role. Bacteria belonging to this genus are known to express virulence factors which allow their persistence and spread in the host. This study aimed to evaluate the phenotypic and genotypic aspects of virulence factors in Staphylococci spp. isolates from bovine mastitis clinical cases. A total of 272 milk samples from 8 farms in the South-Fluminense region of Rio de Janeiro were analyzed. The samples underwent conventional bacterial identification, yielding 250 Staphylococci spp. isolates. These were tested for the phenotypic detection of slime production by the microplate and Congo Red Agar methods. The hemolysins production, hemolytic synergism, caseinase and DNase production were also evaluated. The isolates were then assayed through the Polymerase Chain Reaction method to detect genes associated with virulence factors such as: capsule (cap5, cap8), fibronectin (fnbA, fnbB), slime (icaA, icaD) and hemolysins (hla e hlb). Regarding the number of isolates assessed, 58% (145/250) were identified as coagulase-negative Staphylococcus spp. and 42% (105/250) as coagulase-positive Staphylococcus spp. The latter comprised 36.2% (38/105) of isolates identified as S. aureus, 11.4% (12/105) as S. intermedius and 3.8% (4/105) belonging to the SIG group. The hemolisin production was not significant, whereas only 6,4% (16/250) produced alfa hemolysis, 4,8% (12/250) produced beta hemolysis and 1,6% (4/250) was able to produce both. Caseinase production was observed in 66.4% (166/250) and slime production assayed through the microplate method was positive in 76,8% (192/250). DNAse was detected in coagulase-negative Staphylococcus spp. (38/145) and in S. aureus (14/38). Low association between genetic detection of icaA (38/250) and icaD (54/250) and slime phenotypic expression (192/250) suggest that others genetic markers can be involved in this expression. Regarding gene amplification, the isolates did not show significant correlation between the genetic detection of icaA (38/250) and icaD (54/250) and slime production (192/250), indicating that other genetic markers may be involved in this trait expression. The frequency of the occurrence of the others studied genes was of 4% (10/250) for cap5 and cap8, 32,8% (82/250) for fnbA, 4,4% (11/250) for fnbB, 19,2% (48/250) for hla and 18% (45/250) for hlb. The major circulating strain profile on the farms encompassed slime and caseinase producer strains. The spaA gene was found in all of the S. aureus isolates, presenting varying amplicons sizes, with 300bp being the prevalent size. The amplification of the coa gene showed nine polymorphic variants, with 600bp being the prevalent amplicon. The agr gene was also detected in every S. aureus isolate, with an amplicon of 200bp. It was noticed that the presence or absence of the virulence genes assayed in this study were not correlated with the 6 distinct electrophoretic profiles obtained by PFGE

Análise fenotípica e genotípica da virulência de Staphylococcus spp. e de sua dispersão clonal como contribuição ao estudo da mastite bovina

A mastite é uma inflamação da glândula mamária causada principalmente por bactérias, dentre as quais o gênero Staphylococcus ocupa um papel importante. Bactérias pertencentes a este gênero são caracterizadas por expressar fatores de virulência que permitem sua persistência e disseminação no hospedeiro. O presente trabalho teve por objetivo avaliar fenogenotipicamente os fatores de virulência de isolados de Staphylococcus spp. a partir de casos de mastite bovina. Foram analisadas 272 amostras de leite provenientes de oito propriedades da região Sul-Fluminense do Estado do Rio de Janeiro. Após identificação, obteve-se um total de 250 isolados de Staphylococcus spp. Estes foram submetidos às provas fenotípicas de detecção da produção de "slime" em microplaca e em ágar vermelho congo; produção de hemolisinas e sinergismo hemolítico; produção de caseinase e DNase. Posteriormente foram submetidos à técnica de PCR para detecção dos genes de produção de cápsula (cap5 e cap8), fibronectina (fnbA,e fnbB), "slime" (icaA e icaD) e hemolisinas (hla e hlb). Do total avaliado, 58% (145/250) foi identificado como Staphylococcus spp. coagulase-negativos e 42% (105/250) como Staphylococcus spp. coagulase-positivos, destes 36,2% (38/105) foram identificados como S. aureus, 11,4% (12/105) como S. intermedius e 3,8% (4/105) como pertencentes ao grupo SIG. Apenas 6,4% (16/250) dos isolados foram produtores de α-hemólise, 4,8% (12/250) de β-hemólise e, 1,6% (4/250) de α e β-hemólise. A produção de caseinase foi observada em 66,4% (166/250), e a produção de "slime" avaliada pela técnica da microplaca em 76,8% (192/250) dos isolados, respectivamente. A DNase foi detectada em ECNs (38/145) e S. aureus (14/38). Os marcadores genéticos avaliados para a produção de slime, icaA e icaD apresentaram nenhuma ou leve concordância com a produção fenotípica, respectivamente, utilizando o coeficiente Kappa. Tal dado parece indicar que outros marcadores genéticos podem estar envolvidos com a expressão desta característica. Os demais genes detectados com frequência de 4% (10/250) para cap5 e para cap8, 32,8% (82/250) para fnbA, 4,4% (11/250) para fnbB, 19,2% (48/250) para hla e 18% (45/250) para hlb. O perfil circulante nas propriedades foi o 1: isolado produtor de "slime" e caseinase. O gene spaA foi positivo em todos os S. aureus, apresentando amplicons de tamanhos variados, sendo o tamanho prevalente o de 300pb. A amplificação do gene coa apresentou nove tipos polimórficos distintos, sendo prevalente o amplicon de 600pb. O gene agr foi detectado em todos os S. aureus, com amplicon de 200pb. Foi observado que os genes de virulência estudados estavam distribuídos de modo aleatório entreos 6 distintos perfis eletroforéticos obtidos através da Eletroforese em Gel de Campo Pulsado (PFGE)

Molecular characterization and genetic diversity of Staphylococcus aureus isolates of dairy production farms in Rio de Janeiro, Brazil

Staphylococcus aureus is an important pathogen involved in subclinical bovine mastitis, causing high economic losses for the dairy industry. The successful persistence of this pathogen in the host occurs due to a series of factors associated with colonization ability and the acquisition of virulence factors. This bacterial species carries genetic heterogeneity, and genetically diverse strains characterize the population. Analysis of the genetic variation is an important tool for epidemiological studies. For this study, S. aureus strains were randomly selected by molecular profiling. All strains were originated from the milk of cows of subclinical mastitis on farms in the State of Rio de Janeiro. Strains of S. aureus were profiled using virulence gene analysis profiles, agr and spa typing, Pulsed Field Gel Electrophoresis (PFGE), and Multilocus Sequence Typing (MLST). 47% (8/17) of the tested strains were positive strains for icaA gene; 82.3% (14/17) for icaD gene; 41% (7/17) for fbnA gene; 47% (8/17) positive for fbnB gene; 94% (16/17) for the hlA gene and 70.5% (12/17) for hlB gene. These virulence results generated 11 different profiles. Most strains (58.8% - 10/17) were classified as type-II by agr system. spa typing identified seven different spa types. PFGE analysis found extensive genetic heterogeneity and no clones were observed. MLST analysis generated five different types of ST/CC. Considering the results observed at the present study, a high genetic variety of S. aureus strains associated of the presence of different virulence factors justified the absence of clonal strains at the properties evaluated. Besides, that, the definition of S. aureus clonal strain as well dynamic population in not fully understood since there are a limited number of studies in S. aureus associated with bovine mastitis

Resistência antimicrobiana em animais de produção: uma visão geral

Nas últimas duas décadas, a resistência antimicrobiana emergiu como um intrigante desafio multifatorial. O papel do uso de antimicrobianos como promotores de crescimento em produção animal, exercendo uma pressão de seleção positiva que pode favorecer a sobrevivência de cepas resistentes sobre as sensiveis, é o tema de vários estudos em todo mundo. Por outro lado, defensores do uso de promotores de crescimento argumentam que abolir os antimicrobianos resultará em vários desequilibrios na cadeia produtiva. Alguns estudos sustentam a ideia de que existem alternativas viáveis e eficientes tais como probióticos, complexos enzimáticos e produtos naturais que podem contribuir para a promoção do crescimento sem incrementar a resistência antimicrobiana. Considerando a importância da produção animal para o desenvolvimento econômico e social da sociedade Brasileira e a crucialidade deste tem, esta revisão apresenta alguns aspectos da resistência antimicrobiana na indústria avícola e leiteira, dois maiores sistemas de produção. Também, discute os desafios enfrentados pelos pesquisadores no estabelecimento de um perfil de resistência que leva em conta três importantes aspectos: identificação de espécies, diversidade das espécies e fatores de virulência que pode contribuir para o padrão de resistência observado, e adicionalmente, o papel emergente das Enterobacteriaceae na resistência antimicrobial no ambiente da produção animal

Features of hygienic-sanitary conditions at dairy units in the Municipalities from the State of Rio de Janeiro, Brazil and bacteriological analysis involved in the mastitis etiology

ABSTRACT. de Alencar T.A., de Mendonça E. da C.L., Marques V.F., de Melo D.A., Rojas A.C.M., da Motta C.C., Santiago G.S., Dubenczuk F.C., Medeiros P.T. de C., Coelho S. de M. de O. & de Souza M.M.S. [Features of hygienic-sanitary conditions at dairy units in the Municipalities from the State of Rio de Janeiro, Brazil and bacteriological analysis involved in the mastitis etiology.] Aspectos das condições higiênico-sanitárias em unidades leiteiras em municípios do estado do Rio de Janeiro, Brasil e análise dos agentes bacterianos envolvidos na etiologia das mastites. Revista Brasileira de Medicina Veterinária, 36(2):199-208, 2014. Departamento de Microbiologia e Imunologia Veterinária, Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro, BR 465, Km 7, Seropédica, RJ 23890-000, Brasil. E-mail: [email protected] Dairy industry performs a very social important activity that yielded more than three million jobs in the last decade. Mastitis, inflammation of the mammary gland that can be caused by several microorganisms, is one of the most important economic losses causes and the incorporation of adequate hygienic procedures to daily handling is considered the most efficient way to control it. Otherwise the indiscriminate use of antimicrobials is a negative feature in this control, raising the positive pressure selection and favoring the spread of resistance genes. The present study performed an epidemiologic inquiry and a bacteriological survey in five dairy farms located at South Fluminense Dairy Belt in the State of Rio de Janeiro. The obtained data showed that 80% of studied dairy properties presented unsatisfactory hygienic conditions in milking line and water supply. After bacteriological analysis a total of 201 isolates was obtained from milk samples being 85,07% (171/201) of Staphylococcus spp. and 14,93% of Gram-negative rods (30/201). From milking line samples it was obtained 70 isolates being 80% (56/70) Staphylococcus spp. and 20% (14/70) Gram-negative rods. Antimicrobial resistance assays revealed high rates of beta-lactamic resistance in Staphylococcus spp. and azithromycin, tetracycline and doxycycline resistance in Gram-negative rods