Le combat contre les infections bactériennes reste un enjeu majeur de santé publique notamment avec la dissémination des Entérobactéries productrices de carbapénèmases, capables d’hydrolyser l’ensemble des β-lactamines. On assiste à l’émergence de certains clones épidémiques, se distinguant par leur distribution mondiale, leur forte transmissibilité et leur capacité à persister chez les patients. L’exemple le plus parlant est le cas du clone de Klebsiella pneumoniae appartenant au « sequence type » (ST) 258 et responsable de la diffusion mondiale de la carbapénèmase KPC (Klebsiella Pneumoniae Carbapenemase) portée majoritairement par des plasmides de la famille InFIIk. Les raisons du succès de ce clone et de l’association KPC/IncFIIk/ST258 ne sont pas encore totalement élucidées. Par ailleurs, il n’existe pas de corrélation entre le niveau d’expression d’une carbapénèmase, la sensibilité in vitro de la souche vis à vis des carbapénèmes et l’efficacité clinique d’un traitement par ces molécules. Les phénomènes d’héterorésistance aux carbapénèmes sont fréquents chez les souches produisant KPC, mais l’impact clinique est inconnu. Les mécanismes de régulation de l’expression des carbapénèmases ne sont pas élucidés.Les objectifs de cette thèse résident dans l’analyse des facteurs génétiques associés à la diffusion et la persistance de clones multi-résistants ainsi que l’analyse de l’expression des β-lactamases associées.La première partie de ce travail porte sur l’analyse de l’évolution in vivo d’une souche de K. pneumoniae ST258 produisant KPC ayant persisté chez un patient pendant près de 5 ans. L’analyse comparative des génomes provenant de 17 isolats a permis de mettre en évidence une diversification génétique importante ainsi que la sélection de mutations modifiant la virulence de la souche et sa sensibilité aux antibiotiques. Afin de caractériser les raisons du succès de certains plasmides portant KPC, une analyse transcriptomique d’une souche de Escherichia coli TOP10 transformée par un plasmide multi-réplicon IncFIIk-IncFIB exprimant KPC-2, a été réalisée en présence ou non d’imipénème. Les gènes les plus exprimés dans ces conditions sont les gènes de résistance aux antibiotiques et certains gènes essentiels à la réplication du plasmide. La présence d’imipénème affecte peu la transcription des gènes plasmidiques mais induit un stress oxydatif important dans l’ensemble de la souche. Par ailleurs, l’analyse de l’expression du gène blaKPC-2 dans différentes espèces par 5’-RACE a permis de révéler que ce gène de résistance est sous la dépendance de plusieurs promoteurs, dont la force diffère selon le fond génétique. Cette caractéristique pourrait expliquer le succès de certains isoformes du transposon Tn4401 permettant une meilleure expression du gène blaKPC-2, dans certaines espèces. Les outils développés dans cette thèse ont également été appliqués à l’analyse d’un clone d’Enterobacter kobei ST125 dont la céphalosporinase naturelle ACT-28 possède une activité d’hydrolyse accrue vis à vis de l’imipénème. Enfin, l’analyse du génome de la première souche Shewanella sp. produisant une BLSE de type CTX-M-15 a permis de révéler la présence d’un nouveau variant oxacillinase chromosomique avec activité carbapénèmase, appelé OXA-535. OXA-535 est proche d’OXA-436, un autre variant carbapénèmase porté par un plasmide ayant déjà disséminé chez les Entérobactéries. L’analyse de l’environnement génétique des gènes blaOXA-535 et blaOXA-436 confirme le rôle du genre Shewanella comme progéniteur des carbapénèmases de classe D. Ce travail contribue à une meilleure compréhension de la diffusion de certains clones multi-résistants et des mécanismes contrôlant l’expression des gènes de résistance aux β-lactamines. / Multidrug resistant bacteria and in particular carbapenemase-producing Enterobacteriaceae remain a major health public challenge. Some successful clones are emerging globally, due to their high transmissibility and their ability to colonize and persist in patients over time. Genomic analyses revealed that the dissemination of KPC carbapenemase is closely related to the spread of Klebsiella pneumoniae of the sequence-type (ST) 258 and to few successful plasmids linked to IncFIIk family. However, the reasons of the association between K. pneumoniae ST258, IncFIIk plasmids and KPC that led to the rapid spread of this clone are currently unknown.Furthermore, there is no correlation between expression level of a carbapenemase-encoding gene, in vitro susceptibility to carbapenems and efficiency of a carbapenem-based treatment. Most of the time, KPC-producing K. pneumoniae exhibit a heteroresistant phenotype with carbapenems, but its clinical impact remains unknown. The mechanisms underlying the regulation of carbapenemases expression remain to be explored.The objectives of the thesis are to obtain deeper insights into genomic plasticity of carbapenemase–producing clones, and into the expression of their β-lactamases.The first part of this work was dedicated to the in vivo evolution of a single strain of KPC-producing K. pneumoniae ST258 that colonized a patient for almost 5 years. Genomic comparison of 17 isolates revealed a remarkable diversification with occurrence of several mutations with impact on bacterial virulence and susceptibility to antibiotics.Several studies extensively described the genetic structures of blaKPC-carrying plasmids, but information regarding gene expression at the whole plasmid level are lacking. Accordingly, we performed RNA-seq on Escherichia coli TOP10 transformed with an IncFIIk-IncFI blaKPC-2-carrying plasmid, with or without imipenem exposure. In both conditions, plasmid-encoded genes related to antimicrobial resistance and involved in plasmid replication were the most expressed. Imipenem exposure led to a more general response with overexpression of E. coli numerous chromosome-encoded genes involved in oxidative stress response. In addition, analysis of blaKPC-2 gene expression in several species using 5’RACE revealed the presence of several promoters whose strength depends on the bacterial genetic background. This could promote higher expression of blaKPC-2 gene and explain the association of some isoforms of Tn4401 in different species. The tools developed in the frame of this work were also applied to study a single Enterobacter kobei ST125 clone whose natural cephalosporinase (ACT-28) has increased hydrolytic activity towards imipenem. Finally, genomic analysis of the first ESBL-producing Shewanella sp. was performed. It revealed the presence of blaCTX-M-15 and blaSHV-2 genes carried on an IncA/C plasmid and a new chromosomally-encoded oxacillinase variant of OXA-48 with carbapenemase activity, called OXA-535. OXA-535 was found to be closely related to OXA-436, another carbapenemase which has recently spread in Enterobacteriaceae. Analysis of the genetic environment of both blaOXA-48-like genes confirmed the role of Shewanella spp. as progenitors of class D carbapenemases.Overall, this work contributes to a better comprehension of the diffusion of multi-drug resistant clones and of the mechanisms implicated in β-lactamase expression.

Cheng Cho-chak. / Thesis (M. Phil.)--Chinese University of Hong Kong. / Bibliography: leaves 29-33; 63-65.

Objetivo: Avaliar mortalidade nas infecções por K. pneumoniae produtora de β- lactamase de espectro ampliado (KpESBL) em pacientes internados em unidades de terapia intensiva(UTI). Delineamento do estudo: Estudo de coorte histórico exposto-controlado, no período de janeiro de 2005 a outubro de 2007. Ambiente: UTIs do Hospital Nossa Senhora da Conceição (HNSC) em Porto Alegre /RS, Brasil. Pacientes: Adultos, maiores de 18 anos, internados nas UTIs e selecionados para completar 70 casos e 140 controles. Método: Os pacientes casos apresentavam infecção hospitalar por KpESBL e foram comparados aos pacientes controle que poderiam apresentar infecção por outro germe ou nenhuma infecção hospitalar (IH) na relação 1:2. Seguimento de 30 dias em ambos os grupos. As curvas de mortalidade foram realizadas pelo método de Kaplan-Meier. Resultados: Em ambos os grupos, o maior desfecho foi a cura. A taxa de mortalidade foi de 42,9% nos casos e 48,6% nos controles. O presente estudo não demonstrou diferença estatística na mortalidade entre os pacientes com infecção por KpESBL e o grupo controle, tanto na análise univariada (risco relativo ( RR)= 0,8 e intervalo de confiança (IC) de 95%, 0,52-1,23), como na regressão de Cox com fatores ajustados (RR= 0,86; IC95%= 0,54-1,35). Conclusões: Os pacientes com infecção por KpESBL não apresentaram maior mortalidade que os demais pacientes da UTI. Os pacientes com infecção por KpESBL que apresentaram infecção urinária e tiveram a terapia empírica adequada demonstraram menor mortalidade. / Objective: To evaluate mortality rate due to infections by extended-spectrum β-lactamase-producing Klebsiella pneumoniae (ESBL-Kp) among patients in intensive care unit (ICU). Study design: Historical exposed-control cohort study conducted from January 2005 to October 2007. Setting: ICUs of Hospital Nossa Senhora da Conceição (HNSC) in Porto Alegre, Brazil. Patients: Adult patients older than 18 years hospitalized in ICU and enrolled up to 70 cases and 140 controls. Method: The patients in the case group, who had nosocomial infection by ESBL-Kp, were compared with control patients, who had infections by other organisms or no nosocomial infection (NI), at a 1:2 ratio. Both groups were followed up for 30 days. Mortality curves were estimated using the Kaplan-Meier method. Results: In both groups, the most frequent outcome was the cure. Mortality rate was 42.9% in the case group and 48.6% in the control group. There were no statistic differences in mortality between patients with ESBL-Kp infection and the control group in univariate analysis (Hazard ratio (HR = 0.8; 95% confidence interval( CI), 0.52 – 1.23) or in Cox regression with adjusted factors (HR = 0.86; 95%CI, 0.54 – 1.35). Conclusions: Patients with ESBL-Kp infection did not have higher mortality rates than the control patients in the ICUs. Patients with ESBL-Kp infection, urinary infection or who received adequate empirical therapy had lower mortality rates.

Seminario de Título entregado a la Universidad de Chile en cumplimiento parcial de los requisitos para optar al Título de Ingeniero en Biotecnología Molecular. / En las últimas dos décadas, la especie bacteriana Klebsiella pneumoniae se ha convertido en uno de los principales focos de atención de las autoridades mundiales de salud, debido principalmente a la rápida aparición de cepas hipervirulentas y multiresistentes. La aparición de estas cepas estaría relacionada con el gran dinamismo del genoma de K. pneumoniae, promovido por una alta frecuencia de adquisición y pérdida de elementos genéticos móviles, entre los cuales las Islas Genómicas (GIs) jugarían un rol fundamental. Las GIs son segmentos de DNA que presentan un contenido GC distinto al del resto del cromosoma, y que pueden escindirse o integrarse en distintas posiciones de éste, normalmente en genes que codifican RNAs de transferencia (tDNAs). No obstante la importancia propuesta de las GIs en la evolución de K. pneumoniae, hasta ahora el número de GIs conocidas en esta especie es bajo, y poco se conoce respecto al uso de los tDNAs como sitios de integración de estos elementos en ésta y otras especies bacterianas. En este trabajo se caracterizó el set completo de tDNAs presentes en el cromosoma de 50 cepas de K. pneumoniae, identificando las GIs insertadas en dichos loci. Así, se identificaron y anotaron 97 clases de GIs, las que codifican sobre un 50% de proteínas con función desconocida. Además, se observó que solo un grupo reducido de tDNAs son ocupados como sitios de integración de GIs en esta especie, proponiendo y sometiendo a prueba posibles mecanismos o patrones que podrían explicar en parte este sesgo. Los resultados muestran que la dinámica de integración de GIs en K. pneumoniae es un área de investigación poco explorada, y que la evaluación del rol de las GIs en la hipervirulencia y resistencia a antibióticos de K. pneumoniae requerirá caracterizar una gran cantidad de proteínas codificadas en las mismas, cuya función se desconoce. / In the last two decades, the bacterial species Klebsiella pneumoniae has attracted the attention of global health authorities, mainly due to the dissemination of hypervirulent and multi-resistant strains, which are responsible for more severe infections and are more difficult to treat with the available antibiotics. The rapid development of these strains would be explained by the high dynamism of the K. pneumoniae genome, promoted by a high frequency of gain and loss of mobile genetic elements. Among them, genomic islands (GIs) were proposed to play a major role. GIs are DNA segments harboring a GC content that differs from the average for the host chromosome, and that can excise from and integrate into different locations, mainly into genes encoding transfer RNAs (tDNAs). In spite of the proposed role of GIs in K. pneumoniae evolution, a small number of these elements have been described in this species. Moreover, little is known regarding the usage of tDNAs as integration sites for these elements in bacteria. In this work we characterized the whole set of tDNAs typically present in the K. pneumoniae chromosome, searching for GIs integrated at each of them among 50 K. pneumoniae strains. This way, we identified a total of 97 classes of GIs, where more than 50% of the encoded genes have no predicted function. Additionally, we observed that only a small subset of tDNAs are used as integration sites for GIs in this species, and tested possible hypotheses explaining, at least partially, this bias in the selection of the integration site. Our results indicate that the dynamics of GIs integration in bacteria is an underexplored field, and that evaluating the impact of GIs over K. pneumoniae virulence and drug resistance will require efforts directed to address the functions of a high number of proteins encoded in their GIs.

The objectives in this research were to assess whether Klebsiella planticola SDF20 could survive in soil and result in ecological effects to soil foodweb organisms and plant growth. Four experiments were conducted using soil microcosms. Klebsiella planticola SDF20 has been genetically engineered to produce ethanol from agricultural waste for use in alternative fuels. Theoretically, after ethanol is removed from fermentors, the remaining residue that includes SDF20 would be spread onto crop fields as organic amendments. The parent strain SDF15 and genetically engineered strain SDF20 were added to sandy and clay soils with varying organic matter content. Alterations to soil foodweb organisms and plant growth were assessed using direct methods. These alterations were considered to be ecological effects if changes in nutrient cycling processes and plant growth would result. Ethanol produced by SDF20 was detected in the headspace of microcosms that demonstrated that SDF20 can survive and express its novel function in high organic matter clay soil. Soil containing higher organic matter and higher clay content may have increased the survival of SDF20 due to less competition with indigenous microbiota for substrates and protection from bacterial predators in clay soil with smaller pore sizes, thereby allowing SDF20 to produce a detectable concentration of ethanol. Significant changes to soil foodweb organisms were not detected using this soil type. However, significant increases in soil nematodes and significant decreases in vescular-arbuscular mycorrhizal colonization of plant roots were detected after the addition of SDF20 to low organic matter clay, low organic matter sandy and high organic matter sandy soils. Significant changes in soil foodweb organisms associated with SDF20 occurred only when living plant roots were present. This indicated the importance of having biotic interactions in test systems to elucidate ecological effects. The effects associated with SDF20 varied with the chemical, physical and biological properties of soils and indicated the importance of assessing the release of genetically engineered microorganisms on a case by case basis. / Graduation date: 1996

Objetivo: Avaliar mortalidade nas infecções por K. pneumoniae produtora de β- lactamase de espectro ampliado (KpESBL) em pacientes internados em unidades de terapia intensiva(UTI). Delineamento do estudo: Estudo de coorte histórico exposto-controlado, no período de janeiro de 2005 a outubro de 2007. Ambiente: UTIs do Hospital Nossa Senhora da Conceição (HNSC) em Porto Alegre /RS, Brasil. Pacientes: Adultos, maiores de 18 anos, internados nas UTIs e selecionados para completar 70 casos e 140 controles. Método: Os pacientes casos apresentavam infecção hospitalar por KpESBL e foram comparados aos pacientes controle que poderiam apresentar infecção por outro germe ou nenhuma infecção hospitalar (IH) na relação 1:2. Seguimento de 30 dias em ambos os grupos. As curvas de mortalidade foram realizadas pelo método de Kaplan-Meier. Resultados: Em ambos os grupos, o maior desfecho foi a cura. A taxa de mortalidade foi de 42,9% nos casos e 48,6% nos controles. O presente estudo não demonstrou diferença estatística na mortalidade entre os pacientes com infecção por KpESBL e o grupo controle, tanto na análise univariada (risco relativo ( RR)= 0,8 e intervalo de confiança (IC) de 95%, 0,52-1,23), como na regressão de Cox com fatores ajustados (RR= 0,86; IC95%= 0,54-1,35). Conclusões: Os pacientes com infecção por KpESBL não apresentaram maior mortalidade que os demais pacientes da UTI. Os pacientes com infecção por KpESBL que apresentaram infecção urinária e tiveram a terapia empírica adequada demonstraram menor mortalidade. / Objective: To evaluate mortality rate due to infections by extended-spectrum β-lactamase-producing Klebsiella pneumoniae (ESBL-Kp) among patients in intensive care unit (ICU). Study design: Historical exposed-control cohort study conducted from January 2005 to October 2007. Setting: ICUs of Hospital Nossa Senhora da Conceição (HNSC) in Porto Alegre, Brazil. Patients: Adult patients older than 18 years hospitalized in ICU and enrolled up to 70 cases and 140 controls. Method: The patients in the case group, who had nosocomial infection by ESBL-Kp, were compared with control patients, who had infections by other organisms or no nosocomial infection (NI), at a 1:2 ratio. Both groups were followed up for 30 days. Mortality curves were estimated using the Kaplan-Meier method. Results: In both groups, the most frequent outcome was the cure. Mortality rate was 42.9% in the case group and 48.6% in the control group. There were no statistic differences in mortality between patients with ESBL-Kp infection and the control group in univariate analysis (Hazard ratio (HR = 0.8; 95% confidence interval( CI), 0.52 – 1.23) or in Cox regression with adjusted factors (HR = 0.86; 95%CI, 0.54 – 1.35). Conclusions: Patients with ESBL-Kp infection did not have higher mortality rates than the control patients in the ICUs. Patients with ESBL-Kp infection, urinary infection or who received adequate empirical therapy had lower mortality rates.

O glicerol é gerado em grandes quantidades durante a produção de biodiesel e tem se tornado um substrato potencialmente atrativo para a produção microbiana de produtos de valor agregado como 1,3-propanodiol (1,3-PD). O presente trabalho teve como objetivo estudar a produção de 1,3-PD por células imobilizadas de K. pneumoniae BLh-1, utilizando glicerol residual como fonte de carbono. Primeiramente, foi estudado o efeito da concentração celular e do diâmetro das esferas no sistema de imobilização. Os resultados mostraram que a melhor combinação foi 100 mg de biomassa por mL de suporte e o diâmetro de 3,40 mm, pois apresentaram a maior produtividade. Em experimentos realizados para comparar a produção de 1,3-PD com células imobilizadas e em suspensão, a produção de 1,3-PD foi similar nos dois experimentos. Mas o uso de células imobilizadas levou à obtenção de maior produtividade de 1,3-PD, devido à alta densidade celular utilizada, uma das vantagens da utilização desta técnica. Foram realizados experimentos de reutilização das células imobilizadas, para avaliar a estabilidade de produção de 1,3-PD durante cinco bateladas, nos experimentos com intervalo de tempo entre as bateladas à produção de 1,3-PD foi mais estáveis em relação ao uso das esferas sem intervalo entre as bateladas e no final da quinta batelada as esferas de alginato de cálcio estavam com sua estrutura danificadas. Para os experimentos em biorreatores melhorias na imobilização foram realizadas, para aumentar a durabilidade e a resitência das esferas. Nos experimentos em biorreatores a produção de 1,3-PD foi aproximadamente de 25 g L-1 em batelada, os biorreatores contínuos atingiram o regime estacionário, após 40 h de cultivo. Este resultado foi influenciado pela queda do pH do meio de cultivo, que dificulta a produção de 1,3-PD. O controle de pH, é essencial na produção de 1,3-PD por K. pneumoniae BLh1, mas este desestabiliza a estrutura das esferas de alginato de cálcio. Para trabalhos futuros haverá a necessidade de buscar novas alternativas de suportes de imobilização, para que se possa controlar o pH dos experimentos, pois a imobilização celular mostrou ser uma alternativa biotecnológica viável na produção de 1,3-PD. / Glycerol is generated in large amounts during the production of biodiesel and it is becoming a potentially attractive susbstrate for microbial production of value-added products such as 1,3-propanediol (1,3-PD). This research aimed at studying the production of 1,3-PD using immobilized cells of K. pneumoniae BLh-1 on residual glycerol as the carbon source. First, we studied the effect of cell concentration and the diameter of the beads in the immobilization system. The results showed that the best combination is 100 mg biomass by mL of support and diameter of 3.40 mm, as presented in increased productivity. In the experiments to compare the production of 1,3-PD with immobilized cells and suspension cells the production of 1,3-PD was similar in both experiments. But the use of immobilized cells led to obtaining greater productivity 1,3-PD, due to the high cell density used, one of the advantages of using this technique. Experiments were conducted reuse of immobilized cells, to assess the stability of production of 1,3-PD for five batches, in the experiments with interval between batches to the production of 1,3-PD was more stable in relation the use of beads without interval between batches and at the end of the fifth batch of the calcium alginate beads were with its damaged structure. In experiments in bioreactors the production of 1,3-PD was approximately of 25 g L-1 in batch, continuous bioreactors reached steady state after 40 h of cultivation. The control of pH is essential in the production of 1,3-PD K. pneumoniae BLh-1, but this destabilizes the structure of the spheres of calcium alginate. Future studies will be necessary to seek new alternatives supports of the immobilization, for can control the pH of the experiments, because the immobilization cellular proved to be a viable alternative biotechnological production of 1,3-PD.

Objetivo: Avaliar mortalidade nas infecções por K. pneumoniae produtora de β- lactamase de espectro ampliado (KpESBL) em pacientes internados em unidades de terapia intensiva(UTI). Delineamento do estudo: Estudo de coorte histórico exposto-controlado, no período de janeiro de 2005 a outubro de 2007. Ambiente: UTIs do Hospital Nossa Senhora da Conceição (HNSC) em Porto Alegre /RS, Brasil. Pacientes: Adultos, maiores de 18 anos, internados nas UTIs e selecionados para completar 70 casos e 140 controles. Método: Os pacientes casos apresentavam infecção hospitalar por KpESBL e foram comparados aos pacientes controle que poderiam apresentar infecção por outro germe ou nenhuma infecção hospitalar (IH) na relação 1:2. Seguimento de 30 dias em ambos os grupos. As curvas de mortalidade foram realizadas pelo método de Kaplan-Meier. Resultados: Em ambos os grupos, o maior desfecho foi a cura. A taxa de mortalidade foi de 42,9% nos casos e 48,6% nos controles. O presente estudo não demonstrou diferença estatística na mortalidade entre os pacientes com infecção por KpESBL e o grupo controle, tanto na análise univariada (risco relativo ( RR)= 0,8 e intervalo de confiança (IC) de 95%, 0,52-1,23), como na regressão de Cox com fatores ajustados (RR= 0,86; IC95%= 0,54-1,35). Conclusões: Os pacientes com infecção por KpESBL não apresentaram maior mortalidade que os demais pacientes da UTI. Os pacientes com infecção por KpESBL que apresentaram infecção urinária e tiveram a terapia empírica adequada demonstraram menor mortalidade. / Objective: To evaluate mortality rate due to infections by extended-spectrum β-lactamase-producing Klebsiella pneumoniae (ESBL-Kp) among patients in intensive care unit (ICU). Study design: Historical exposed-control cohort study conducted from January 2005 to October 2007. Setting: ICUs of Hospital Nossa Senhora da Conceição (HNSC) in Porto Alegre, Brazil. Patients: Adult patients older than 18 years hospitalized in ICU and enrolled up to 70 cases and 140 controls. Method: The patients in the case group, who had nosocomial infection by ESBL-Kp, were compared with control patients, who had infections by other organisms or no nosocomial infection (NI), at a 1:2 ratio. Both groups were followed up for 30 days. Mortality curves were estimated using the Kaplan-Meier method. Results: In both groups, the most frequent outcome was the cure. Mortality rate was 42.9% in the case group and 48.6% in the control group. There were no statistic differences in mortality between patients with ESBL-Kp infection and the control group in univariate analysis (Hazard ratio (HR = 0.8; 95% confidence interval( CI), 0.52 – 1.23) or in Cox regression with adjusted factors (HR = 0.86; 95%CI, 0.54 – 1.35). Conclusions: Patients with ESBL-Kp infection did not have higher mortality rates than the control patients in the ICUs. Patients with ESBL-Kp infection, urinary infection or who received adequate empirical therapy had lower mortality rates.

O glicerol é gerado em grandes quantidades durante a produção de biodiesel e tem se tornado um substrato potencialmente atrativo para a produção microbiana de produtos de valor agregado como 1,3-propanodiol (1,3-PD). O presente trabalho teve como objetivo estudar a produção de 1,3-PD por células imobilizadas de K. pneumoniae BLh-1, utilizando glicerol residual como fonte de carbono. Primeiramente, foi estudado o efeito da concentração celular e do diâmetro das esferas no sistema de imobilização. Os resultados mostraram que a melhor combinação foi 100 mg de biomassa por mL de suporte e o diâmetro de 3,40 mm, pois apresentaram a maior produtividade. Em experimentos realizados para comparar a produção de 1,3-PD com células imobilizadas e em suspensão, a produção de 1,3-PD foi similar nos dois experimentos. Mas o uso de células imobilizadas levou à obtenção de maior produtividade de 1,3-PD, devido à alta densidade celular utilizada, uma das vantagens da utilização desta técnica. Foram realizados experimentos de reutilização das células imobilizadas, para avaliar a estabilidade de produção de 1,3-PD durante cinco bateladas, nos experimentos com intervalo de tempo entre as bateladas à produção de 1,3-PD foi mais estáveis em relação ao uso das esferas sem intervalo entre as bateladas e no final da quinta batelada as esferas de alginato de cálcio estavam com sua estrutura danificadas. Para os experimentos em biorreatores melhorias na imobilização foram realizadas, para aumentar a durabilidade e a resitência das esferas. Nos experimentos em biorreatores a produção de 1,3-PD foi aproximadamente de 25 g L-1 em batelada, os biorreatores contínuos atingiram o regime estacionário, após 40 h de cultivo. Este resultado foi influenciado pela queda do pH do meio de cultivo, que dificulta a produção de 1,3-PD. O controle de pH, é essencial na produção de 1,3-PD por K. pneumoniae BLh1, mas este desestabiliza a estrutura das esferas de alginato de cálcio. Para trabalhos futuros haverá a necessidade de buscar novas alternativas de suportes de imobilização, para que se possa controlar o pH dos experimentos, pois a imobilização celular mostrou ser uma alternativa biotecnológica viável na produção de 1,3-PD. / Glycerol is generated in large amounts during the production of biodiesel and it is becoming a potentially attractive susbstrate for microbial production of value-added products such as 1,3-propanediol (1,3-PD). This research aimed at studying the production of 1,3-PD using immobilized cells of K. pneumoniae BLh-1 on residual glycerol as the carbon source. First, we studied the effect of cell concentration and the diameter of the beads in the immobilization system. The results showed that the best combination is 100 mg biomass by mL of support and diameter of 3.40 mm, as presented in increased productivity. In the experiments to compare the production of 1,3-PD with immobilized cells and suspension cells the production of 1,3-PD was similar in both experiments. But the use of immobilized cells led to obtaining greater productivity 1,3-PD, due to the high cell density used, one of the advantages of using this technique. Experiments were conducted reuse of immobilized cells, to assess the stability of production of 1,3-PD for five batches, in the experiments with interval between batches to the production of 1,3-PD was more stable in relation the use of beads without interval between batches and at the end of the fifth batch of the calcium alginate beads were with its damaged structure. In experiments in bioreactors the production of 1,3-PD was approximately of 25 g L-1 in batch, continuous bioreactors reached steady state after 40 h of cultivation. The control of pH is essential in the production of 1,3-PD K. pneumoniae BLh-1, but this destabilizes the structure of the spheres of calcium alginate. Future studies will be necessary to seek new alternatives supports of the immobilization, for can control the pH of the experiments, because the immobilization cellular proved to be a viable alternative biotechnological production of 1,3-PD.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências da Saúde, Programa de Pós-Graduação em Farmácia, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2016-09-20T04:55:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 341242.pdf: 1004025 bytes, checksum: b4bc8a21d3dde7ff2d91bf27f9e8ec2d (MD5) Previous issue date: 2016 / A resistência bacteriana aos antimicrobianos por Klebsiella pneumoniae Carbapenemase (KPC), principalmente em K. pneumoniae, representa um grave problema para o manuseio de infecções adquiridas no ambiente hospitalar. Carbapenêmicos, considerados a ?última linha de defesa? para diversos tipos de infecção por bactérias Gram-negativas, tornam-se ineficientes contra bactérias produtoras de carbapenemases, e poucos antibióticos estão disponíveis atualmente para o tratamento. O presente estudo caso-controle pareado, teve por objetivo identificar aspectos clínicos, fatores de risco e mortalidade associados a infecções causadas por K. pneumoniae produtora de carbapenemase do tipo KPC (Kp-KPC) em pacientes internados no Hospital Universitário da Universidade Federal de Santa Catarina (HU/UFSC) no período de Janeiro de 2012 a Dezembro de 2014. A identificação dos isolados e o antibiograma foram realizados por metodologia automatizada (Vitek 2®/Biomerieux). Foram utilizados dois testes fenotípicos, em diferentes momentos do estudo, para triagem dos isolados com resistência aos carbapenêmicos. Todos os isolados foram confirmados por metodologia molecular (Reação em Cadeia da Polimerase - PCR). Foram selecionados para o grupo caso 40 pacientes com Kp-KPC e para o grupo controle 40 pacientes com K. pneumoniae não produtora de carbapenemase do tipo KPC (Kp-não-KPC) isoladas de amostras de urina e hemocultura. Dados obtidos incluíram a origem do paciente no momento da internação, fatores de risco, como tempo de hospitalização antes da infecção, admissão em Unidade de Terapia Intensiva (UTI) antes do isolamento de K. pneumoniae, cirurgia, presença de dispositivos invasivos, uso prévio de antibióticos, tratamento empírico e definitivo, bem como comorbidades e desfecho clínico dos pacientes. Os dados foram coletados dos prontuários. A maioria dos pacientes transferidos para o HU/UFSC de outros hospitais pertencia ao grupo caso (P=0,010). Isso destaca a necessidade de realização de culturas de vigilância para pacientes transferidos para o HU/UFSC. Neste estudo, a admissão na UTI (Razão de Chance [RC], 3,115; Intervalo de Confiança [IC] 95%, 1,247-7,781; P=0,014), presença de cateter venoso (RC, 5,516; IC 95%, 1,109-27,429; P=0,023), presença de cateter urinário (RC, 3,484; IC 95%, 1,246-9,747; P=0,015) e uso prévio de antibióticos (RC, 3,444; IC 95%, 1,310-9,058; P=0,011) foram associados a infecções por Kp-KPC por análise univariada. Quando analisados os antibióticos ou as classes mais comumente utilizadas, foi encontrada diferença significativa para o grupo caso no uso de cefalosporinas deamplo espectro (P=0,039). A análise da terapia empírica mostrou que 71,4% dos pacientes que não a utilizaram foram a óbito. Dentre os pacientes que fizeram uso de terapia empírica, a mortalidade foi maior para os pacientes que receberam terapia apropriada (58,3% vs 37,5%). Após o resultado do antibiograma, a mortalidade foi maior para os pacientes que receberam terapia apropriada (55% vs 50%). Além disso, verificou-se que a mortalidade de quem fez uso de terapia definitiva combinada (70%) foi maior do que pacientes que utilizaram monoterapia (40%). A frequência da mortalidade total foi significantemente maior para o grupo caso (47,5% vs 25%, P=0,036). O número crescente de isolados, tanto em amostras clínicas quanto em culturas de vigilância, alerta para a necessidade de aprimoramento das medidas já adotadas a fim de controlar a disseminação do microrganismo no HU/UFSC. Cateteres venoso e urinário foram associados com infecções por Kp-KPC, por isso em internações mais longas, esses dispositivos devem ser revistos regularmente para verificar se ainda são necessários. Kp-KPC é um patógeno emergente associado à mortalidade no HU/UFSC. A frequência da mortalidade associada às limitadas opções terapêuticas ressalta a necessidade de detecção precoce, de medidas de prevenção de contato e o desenvolvimento de novos fármacos para o tratamento dessas infecções.<br> / Abstract : The bacterial resistance to antimicrobials by Klebsiella pneumoniae Carbapenemase (KPC), especially in Klebsiella pneumoniae, is a serious problem to handling healthcare associated infections. Carbapenems, considered the ?last-line agents" to treat several infections by Gram-negative bacteria become ineffective against carbapenem-producing bacteria, and few effective antibiotics are currently available to treatment. To identify clinical aspects, risk factors and mortality associated to infections caused by KPC-producing K. pneumoniae (Kp-KPC), this matched case-control study was performed at the University Hospital of the Federal University of Santa Catarina (HU/UFSC) from January 2012 through December 2014. The bacterial identification and antimicrobial susceptibility testing were performed by automatized methodology (Vitek 2®/Biomerieux). Two phenotypic tests were performed in different moment to screening the isolates with carbapenems resistance. All isolates were confirmed by molecular methodology (Polimerase Chain Reaction - PCR). Were selected isolates from urine and blood culture of forty patients with Kp-KPC (case) and forty patients with non-KPC-producing K. pneumoniae (Kp-non-KPC). Data obtained included origin of patient at the time of hospital admission, risk factors such as length of stay before infection, Intensive Care Unit (ICU) stay prior to K. pneumoniae isolation, surgery, use of invasive devices, prior antibiotic therapy, empiric therapy and definitive treatment, as well as comorbidities and outcomes. Data were collected from medical charts. Most of transferred patients to HU/UFSC from others hospitals belonged to case group (P=0.010). This highlight the need of surveillance cultures to patients transferred to HU/UFSC. In this study, stayed in ICU, (Odds Ratio [OR], 3.115; Confidence Intervals [CI] 95%, 1.247-7.781; P=0.014), use of venous catheter (OR, 5.516; CI 95%, 1.109-27.429; P=0.023), use of urinary catheter (OR, 3.484; CI 95%, 1.246-9.747; P=0.015) and prior antimicrobial use (OR, 3.444; CI 95%, 1.310-9.058; P=0.011) were associated with Kp-KPC infections by univariable analysis. The analysis of the antibiotics or class of antibiotics most commonly used, showed significant difference to case group for the use of extended-spectrum cephalosporins (P=0.039). The analysis of empirical therapy showed that 71.4% of patients who did not use empiric antibiotic died. Amongpatients who used empirical therapy, mortality was higher for patients who received appropriate therapy (58.3% vs 37.5%). After antimicrobial susceptibility testing, mortality was higher for patients who received appropriate therapy (55% vs 50%). Furthermore, it was found that mortality of patients who received definitive associated therapy (70%) was higher than patients who used monotherapy (40%) (P=0.370). The mortality frequency was significant higher for case group (47.5% vs 25%, P=0.036). The increase number of isolates, both in clinical samples and surveillance cultures, alert to the need to improve the measures already adopted in order to control the spread of the microorganisms in HU/UFSC. Venous and urinary catheters were associated with Kp-KPC infections, so in long-stay hospitalizations, these devices should be reviewed regularly to check whether they are still needed. Kp-KPC is an emerging pathogen associated with significant mortality in HU/UFSC. The mortality frequency associated with limited therapeutic options, highlight the need of early detection, contact prevention measures and development of new drugs for the treatment of these infections.