Introdução - Vibrio fluvialis é um microorganismo que provoca a gastroenterite muito semelhante à cólera, mas também há relatos de casos extra-intestinais como sepse, ferida, peritonite e celulite hemorrágica e encefalite. Acredita-se que a infecção por esse microorganismo esteja vinculada ao consumo de peixes crus ou mal cozidos contaminados e / ou frutos do mar. A identificação dessa bactéria por métodos fenotípicos continua a ser um problema devido à sua grande semelhança com Aeromonas hydrophila e V.furnissii; por isso, a utilização de uma ferramenta de diferenciação entre essas espécies é importante. Nas últimas décadas, o aumento da resistência aos antimicrobianos tem sido um fator preocupante, porque ela interfere na escolha dos medicamentos para o tratamento eficaz e há uma necessidade de rápida produção de novos antibióticos. Ambientes costeiros e estuários estão em perigo de serem contaminados por esgoto, que pode conter drogas que agem de forma seletiva, permitindo o desenvolvimento de resistência aos antimicrobianos. Vários estudos demonstraram que estirpes clínicas de V. fluvialis são resistentes a múltiplas drogas. Objetivos - Desenvolver um marcador molecular baseado no 16S rDNA capaz de detectar o grupo V. fluvialis-V. furnissii, e avaliar a susceptibilidade a antibióticos destas espécies, principalmente a partir de amostras ambientais. Métodos - Após a elaboração dos iniciadores a partir do alinhamento das espécies do gênero Vibrio, foram utilizadas cepas identificadas fenotipicamente como V. fluvialis e de V. furnissii para a sua detecção molecular. O perfil de susceptibilidade a antibióticos pelo método da disco-difusão foi realizada, assim como a investigação molecular da presença do elemento SXT e de seus genes de resistência a antimicrobianos. Resultados: Com a utilização dos iniciadores desenvolvidos foi possível confirmar corretamente as espécies. Observou-se alta porcentagem de resistência a ampicilina e cefalotina, sendo que 65,9por centode V. fluviais e 43,24por centode V. furnissi apresentaram resistência a pelo menos dois dos antibióticos utilizados. Somente em uma cepa de V. fluvialis detectou-se a presença de SXT e houve uma banda desconhecida de alto peso molecular quando da pesquisa do gene sulII. Conclusões: O método molecular mostrou ser um importante instrumento para se detectar espécies altamente relacionadas. Foram detectadas cepas resistentes a múltiplos antibióticos, indicando que o meio ambiente é um provável reservatório de genes de resistência; porém necessita-se de futuras investigações moleculares para se determinar o papel destes e sua possível associação com elementos genéticos. A detecção do elemento SXT sem a presença dos seus genes de resistência conhecidos atualmente reforça a idéia da extensão de seu papel adaptativo, além de ser o primeiro relato de sua existência na América do Sul / Introduction - Vibrio fluvialis is a microorganism that causes gastroenteritis very similar to cholera, however there are also reports of extraintestinal cases as sepse, skin wounds, peritonitis and hemorrhagic cellulitis and cerebritis. It is believed that infection by this organism is linked to the consumption of raw or undercooked contaminated fish and / or seafood. Identification of this bacteria by phenotypic methods remains a problem due to its great similarity with Aeromonas hydrophila and V.furnissii, therefore the use of a tool to differentiate these species is important. In recent decades, increasing antimicrobial resistance has been a concerning factor because it interferes in the choice of drugs for effective treatment and there is a need for rapid production of new antibiotics. Coastal and estuarine environments are in danger of being contaminated by sewage, which may contain drugs that will act selectively, allowing the development of antimicrobial resistance. Several studies have demonstrated that clinical strains of V. fluvialis are resistant to multiple drugs. Objectives - To develop a 16S rDNA - molecular marker able to detect the group V. fluvialis-V.furnissii, and to evaluate the antibiotic susceptibility of this species mainly from environmental samples. Methods - After the development of primers from alignment of the genus Vibrio strains phenotypically identified as V. fluvialis and V. furnissii were used for their molecular identification. The profile of antibiotic susceptibility was performed by the disk diffusion method, and the molecular investigation of the presence of the SXT element and their antimicrobial resistance genes. Results - The primers developed were able to confirm correctly the species. A high percentage of resistance to ampicillin and cephalothin was observed, V. fluvialis and V. furnissii showed resistance to at least two of the antibiotics used, 65.9 per cent and 43.24 per cent respectively. Only in one strain of V. fluvialis we detected presence of SXT and there was an unknown band of high molecular weight when we investigated gene sulII. Conclusions - Molecular identification has proved to be an important tool for differentiating highly related species. Strains resistant to multiple antibiotics were detected, indicating that the environment is likely a reservoir for resistance genes, but it is needed further molecular investigations to determine their role and their possible association with genetic elements. Detection of the SXT element without the presence of its known resistance genes reinforces the idea of the extent of its adaptive role, and this is the first report of its existence in South America

As toxinas produzidas por cianobactérias em ecossistemas aquáticos de superfície utilizados para abastecimento público constituem uma preocupação mundial, com casos de intoxicação relatados em diversos países.Sérios problemas de saúde e até mesmo óbito podem ocorrer como consequência dessas intoxicações. Em ambientes de água doce eutrofizados, florações de espécies de Microcystis são frequentemente observadas e, devido à sua ampla distribuição geográfica e capacidade de produzir toxinas, este é um dos gêneros de cianobactérias mais extensivamente estudados. Microcystis spp. são conhecidas pela produção da potente hepatotoxina microcistina. No entanto, um estudo recente com a linhagem M. aeruginosa SPC777 isolada da represa Billings (São Paulo, SP) relatou a sua capacidade de produção simultânea da [L-ser7] microcistina-RR e da neurotoxina saxitoxina (goniautoxinas 1, 2, 3 e 4). Esse foi o primeiro relato de produção de saxitoxina por uma cianobactéria unicelular. Nesse contexto, o presente estudo teve como objetivo identificar e sequenciar os genes envolvidos na biossíntese da microcistina e saxitoxina na linhagem M. aeruginosa SPC777 e reavaliar a produção destas toxinas após vários anos de cultivo em laboratório. Para isso, foi feito o sequenciamento do genoma de M. aeruginosa SPC777 na plataforma SOLiD V3 e a montagem ab initio das leituras foi realizada usando os algoritmos Edena e Velvet. Análises Blast no banco de dados do NCBI foram realizadas na busca de similaridade por sequências dos genes mcy e sxt e de genes que flanqueiam os agrupamentos envolvidos na biossíntese de ambas as toxinas. Além disso, PCR e sequenciamento Sanger foram empregados para auxiliar a busca dos genes de interesse. Os dez genes envolvidos na biossíntese da microcistina (mcyA-J) foram encontrados e anotados a partir do genoma da M. aeruginosa SPC777, assim como os genes dnaN e uma1, que são normalmente encontrados flanqueando o agrupamento gênico da microcistina. O arranjo dos genes mcy no agrupamento seguiu a mesma ordem de outros descritos na literatura, mas foram encontradas diferenças na sequência de nucleotídeos para alguns dos genes. Para saxitoxina, apenas cinco genes entre aqueles diretamente envolvidos na biossíntese desta neurotoxina foram encontrados usando PCR e sequenciamento Sanger. As sequências parciais dos genes sxt apresentaram alta identidade com outros encontrados em cianobactérias tóxicas. Além disso, a tradução dessas sequências em aminoácidos e as funções protéicas e domínios preditos confirmaram sua identidade como genes da sintetase de saxitoxina. Análises químicas em HPLC-MS/MS mostraram a produção de microcistina, com a detecção do íon m/z 1036, que corresponde à microcistina-YM. Entretanto, não foi observada produção de saxitoxinas. Pelo que sabemos, este é o primeiro agrupamento gênico de microcistina sequenciado de uma linhagem de Microcystis isolada da América do Sul,além de serem os primeiros genes sxt descritos em uma cianobactéria unicelular. Este estudo propiciou novos conhecimentos sobre a origem dos genes mcy e sxt e contribuiu para uma melhor compreensão da evolução destas toxinas / The toxins produced by cyanobacteria in surface aquatic ecosystems used for public supply constitute a worldwide concern, with poisoning cases reported in several countries. Serious health problems and even death can occur as a consequence of these poisonings. In eutrophic freshwater environments, blooms of Microcystis species are often observed and, due to its wide geographic distribution and ability to produce toxins, this is one of the most extensively studied cyanobacterial genera. Microcystis spp. are known for the production of the potent hepatotoxin microcystin. Nonetheless, a recent study with the strain M. aeruginosa SPC777 isolated from Billings reservoir (São Paulo, SP) reported its ability for simultaneous production of [L-ser7] microcystin-RR and the neurotoxin saxitoxin (gonyautoxins 1, 2, 3 and 4). This was the first report of saxitoxin production by a unicellular cyanobacterium. In this context, the present study aimed at the identification and sequencing of the genes involved in the biosynthesis of microcystin and saxitoxin in the strain M. aeruginosa SPC777 and re-evaluation ofthe production of these toxins after several years of cultivation in laboratory. For this, whole genome sequencing of M. aeruginosa SPC777 was done in the platform SOLiD V3 and ab initio assembly of the reads was performed using the algorithms Edena and Velvet. Blast analyses in the NCBI database were performed in the searchfor similarity to mcy and sxt gene sequences and to genes flanking the clusters involvedin the biosynthesis of both toxins. Furthermore, PCR and Sanger sequencing were employed to help the search for the genes of interest. The ten genes involved in microcystin biosynthesis (mcyA-J) were found and annotated from the genome of M. aeruginosa SPC777, as well as the genes dnaN and uma1, which are usually found flanking the microcystin gene cluster. The arrangement of mcy genes in the cluster has followed the same order than others described in literature, but differences were found in the sequence of nucleotides for some of the genes. For saxitoxin, only five genes among those directly involved in the biosynthesis of this neurotoxin were found using PCR and Sanger sequencing. The partial sxt gene sequences have shown high identities to others found in toxic cyanobacteria. Additionally, their translation into amino acids and the predicted protein functions and domains confirmed their identity as saxitoxin synthetase genes.HPLC-MS/MS chemical analyses have shown the production of microcystin, with the detection of the ion m/z1036, which corresponds to the microcystin-YM. Nevertheless, saxitoxin production was not observed. As far as we know, this is the first microcystin gene cluster sequenced from a Microcystis strain isolated from South America and it is also the first time that sxt genes are described in a unicellular cyanobacterium. This study has brought new insightson the origin of the mcy and sxt genes and contributed to a better understanding of the evolution of these toxins

Introdução - Vibrio fluvialis é um microorganismo que provoca a gastroenterite muito semelhante à cólera, mas também há relatos de casos extra-intestinais como sepse, ferida, peritonite e celulite hemorrágica e encefalite. Acredita-se que a infecção por esse microorganismo esteja vinculada ao consumo de peixes crus ou mal cozidos contaminados e / ou frutos do mar. A identificação dessa bactéria por métodos fenotípicos continua a ser um problema devido à sua grande semelhança com Aeromonas hydrophila e V.furnissii; por isso, a utilização de uma ferramenta de diferenciação entre essas espécies é importante. Nas últimas décadas, o aumento da resistência aos antimicrobianos tem sido um fator preocupante, porque ela interfere na escolha dos medicamentos para o tratamento eficaz e há uma necessidade de rápida produção de novos antibióticos. Ambientes costeiros e estuários estão em perigo de serem contaminados por esgoto, que pode conter drogas que agem de forma seletiva, permitindo o desenvolvimento de resistência aos antimicrobianos. Vários estudos demonstraram que estirpes clínicas de V. fluvialis são resistentes a múltiplas drogas. Objetivos - Desenvolver um marcador molecular baseado no 16S rDNA capaz de detectar o grupo V. fluvialis-V. furnissii, e avaliar a susceptibilidade a antibióticos destas espécies, principalmente a partir de amostras ambientais. Métodos - Após a elaboração dos iniciadores a partir do alinhamento das espécies do gênero Vibrio, foram utilizadas cepas identificadas fenotipicamente como V. fluvialis e de V. furnissii para a sua detecção molecular. O perfil de susceptibilidade a antibióticos pelo método da disco-difusão foi realizada, assim como a investigação molecular da presença do elemento SXT e de seus genes de resistência a antimicrobianos. Resultados: Com a utilização dos iniciadores desenvolvidos foi possível confirmar corretamente as espécies. Observou-se alta porcentagem de resistência a ampicilina e cefalotina, sendo que 65,9por centode V. fluviais e 43,24por centode V. furnissi apresentaram resistência a pelo menos dois dos antibióticos utilizados. Somente em uma cepa de V. fluvialis detectou-se a presença de SXT e houve uma banda desconhecida de alto peso molecular quando da pesquisa do gene sulII. Conclusões: O método molecular mostrou ser um importante instrumento para se detectar espécies altamente relacionadas. Foram detectadas cepas resistentes a múltiplos antibióticos, indicando que o meio ambiente é um provável reservatório de genes de resistência; porém necessita-se de futuras investigações moleculares para se determinar o papel destes e sua possível associação com elementos genéticos. A detecção do elemento SXT sem a presença dos seus genes de resistência conhecidos atualmente reforça a idéia da extensão de seu papel adaptativo, além de ser o primeiro relato de sua existência na América do Sul / Introduction - Vibrio fluvialis is a microorganism that causes gastroenteritis very similar to cholera, however there are also reports of extraintestinal cases as sepse, skin wounds, peritonitis and hemorrhagic cellulitis and cerebritis. It is believed that infection by this organism is linked to the consumption of raw or undercooked contaminated fish and / or seafood. Identification of this bacteria by phenotypic methods remains a problem due to its great similarity with Aeromonas hydrophila and V.furnissii, therefore the use of a tool to differentiate these species is important. In recent decades, increasing antimicrobial resistance has been a concerning factor because it interferes in the choice of drugs for effective treatment and there is a need for rapid production of new antibiotics. Coastal and estuarine environments are in danger of being contaminated by sewage, which may contain drugs that will act selectively, allowing the development of antimicrobial resistance. Several studies have demonstrated that clinical strains of V. fluvialis are resistant to multiple drugs. Objectives - To develop a 16S rDNA - molecular marker able to detect the group V. fluvialis-V.furnissii, and to evaluate the antibiotic susceptibility of this species mainly from environmental samples. Methods - After the development of primers from alignment of the genus Vibrio strains phenotypically identified as V. fluvialis and V. furnissii were used for their molecular identification. The profile of antibiotic susceptibility was performed by the disk diffusion method, and the molecular investigation of the presence of the SXT element and their antimicrobial resistance genes. Results - The primers developed were able to confirm correctly the species. A high percentage of resistance to ampicillin and cephalothin was observed, V. fluvialis and V. furnissii showed resistance to at least two of the antibiotics used, 65.9 per cent and 43.24 per cent respectively. Only in one strain of V. fluvialis we detected presence of SXT and there was an unknown band of high molecular weight when we investigated gene sulII. Conclusions - Molecular identification has proved to be an important tool for differentiating highly related species. Strains resistant to multiple antibiotics were detected, indicating that the environment is likely a reservoir for resistance genes, but it is needed further molecular investigations to determine their role and their possible association with genetic elements. Detection of the SXT element without the presence of its known resistance genes reinforces the idea of the extent of its adaptive role, and this is the first report of its existence in South America

As toxinas produzidas por cianobactérias em ecossistemas aquáticos de superfície utilizados para abastecimento público constituem uma preocupação mundial, com casos de intoxicação relatados em diversos países.Sérios problemas de saúde e até mesmo óbito podem ocorrer como consequência dessas intoxicações. Em ambientes de água doce eutrofizados, florações de espécies de Microcystis são frequentemente observadas e, devido à sua ampla distribuição geográfica e capacidade de produzir toxinas, este é um dos gêneros de cianobactérias mais extensivamente estudados. Microcystis spp. são conhecidas pela produção da potente hepatotoxina microcistina. No entanto, um estudo recente com a linhagem M. aeruginosa SPC777 isolada da represa Billings (São Paulo, SP) relatou a sua capacidade de produção simultânea da [L-ser7] microcistina-RR e da neurotoxina saxitoxina (goniautoxinas 1, 2, 3 e 4). Esse foi o primeiro relato de produção de saxitoxina por uma cianobactéria unicelular. Nesse contexto, o presente estudo teve como objetivo identificar e sequenciar os genes envolvidos na biossíntese da microcistina e saxitoxina na linhagem M. aeruginosa SPC777 e reavaliar a produção destas toxinas após vários anos de cultivo em laboratório. Para isso, foi feito o sequenciamento do genoma de M. aeruginosa SPC777 na plataforma SOLiD V3 e a montagem ab initio das leituras foi realizada usando os algoritmos Edena e Velvet. Análises Blast no banco de dados do NCBI foram realizadas na busca de similaridade por sequências dos genes mcy e sxt e de genes que flanqueiam os agrupamentos envolvidos na biossíntese de ambas as toxinas. Além disso, PCR e sequenciamento Sanger foram empregados para auxiliar a busca dos genes de interesse. Os dez genes envolvidos na biossíntese da microcistina (mcyA-J) foram encontrados e anotados a partir do genoma da M. aeruginosa SPC777, assim como os genes dnaN e uma1, que são normalmente encontrados flanqueando o agrupamento gênico da microcistina. O arranjo dos genes mcy no agrupamento seguiu a mesma ordem de outros descritos na literatura, mas foram encontradas diferenças na sequência de nucleotídeos para alguns dos genes. Para saxitoxina, apenas cinco genes entre aqueles diretamente envolvidos na biossíntese desta neurotoxina foram encontrados usando PCR e sequenciamento Sanger. As sequências parciais dos genes sxt apresentaram alta identidade com outros encontrados em cianobactérias tóxicas. Além disso, a tradução dessas sequências em aminoácidos e as funções protéicas e domínios preditos confirmaram sua identidade como genes da sintetase de saxitoxina. Análises químicas em HPLC-MS/MS mostraram a produção de microcistina, com a detecção do íon m/z 1036, que corresponde à microcistina-YM. Entretanto, não foi observada produção de saxitoxinas. Pelo que sabemos, este é o primeiro agrupamento gênico de microcistina sequenciado de uma linhagem de Microcystis isolada da América do Sul,além de serem os primeiros genes sxt descritos em uma cianobactéria unicelular. Este estudo propiciou novos conhecimentos sobre a origem dos genes mcy e sxt e contribuiu para uma melhor compreensão da evolução destas toxinas / The toxins produced by cyanobacteria in surface aquatic ecosystems used for public supply constitute a worldwide concern, with poisoning cases reported in several countries. Serious health problems and even death can occur as a consequence of these poisonings. In eutrophic freshwater environments, blooms of Microcystis species are often observed and, due to its wide geographic distribution and ability to produce toxins, this is one of the most extensively studied cyanobacterial genera. Microcystis spp. are known for the production of the potent hepatotoxin microcystin. Nonetheless, a recent study with the strain M. aeruginosa SPC777 isolated from Billings reservoir (São Paulo, SP) reported its ability for simultaneous production of [L-ser7] microcystin-RR and the neurotoxin saxitoxin (gonyautoxins 1, 2, 3 and 4). This was the first report of saxitoxin production by a unicellular cyanobacterium. In this context, the present study aimed at the identification and sequencing of the genes involved in the biosynthesis of microcystin and saxitoxin in the strain M. aeruginosa SPC777 and re-evaluation ofthe production of these toxins after several years of cultivation in laboratory. For this, whole genome sequencing of M. aeruginosa SPC777 was done in the platform SOLiD V3 and ab initio assembly of the reads was performed using the algorithms Edena and Velvet. Blast analyses in the NCBI database were performed in the searchfor similarity to mcy and sxt gene sequences and to genes flanking the clusters involvedin the biosynthesis of both toxins. Furthermore, PCR and Sanger sequencing were employed to help the search for the genes of interest. The ten genes involved in microcystin biosynthesis (mcyA-J) were found and annotated from the genome of M. aeruginosa SPC777, as well as the genes dnaN and uma1, which are usually found flanking the microcystin gene cluster. The arrangement of mcy genes in the cluster has followed the same order than others described in literature, but differences were found in the sequence of nucleotides for some of the genes. For saxitoxin, only five genes among those directly involved in the biosynthesis of this neurotoxin were found using PCR and Sanger sequencing. The partial sxt gene sequences have shown high identities to others found in toxic cyanobacteria. Additionally, their translation into amino acids and the predicted protein functions and domains confirmed their identity as saxitoxin synthetase genes.HPLC-MS/MS chemical analyses have shown the production of microcystin, with the detection of the ion m/z1036, which corresponds to the microcystin-YM. Nevertheless, saxitoxin production was not observed. As far as we know, this is the first microcystin gene cluster sequenced from a Microcystis strain isolated from South America and it is also the first time that sxt genes are described in a unicellular cyanobacterium. This study has brought new insightson the origin of the mcy and sxt genes and contributed to a better understanding of the evolution of these toxins

O reconhecimento da resistência antimicrobiana como um fenômeno emergente em saúde pública, tem constituído um problema em nível mundial. O abuso na utilização de antibióticos na medicina humana e veterinária, e na agricultura, tem originado incremento na diversidade de micro-organismos resistentes, refletindo em falha terapêutica. Os mecanismos de resistência a antibióticos em micro-organismos são mediados principalmente por genes adquiridos de DNA exógeno. A dinâmica da transferência horizontal é realizada por meio de elementos genéticos móveis que carregam genes de resistência. A ampla distribuição deste tipo de estruturas, como o elemento SXT, isolado inicialmente em V. cholerae, tem contribuído para a disseminação de complexos específicos clonais em determinadas áreas geográficas. Este estudo pioneiro no Brasil pesquisou a presença de elementos SXT, em espécies bacterianas do grupo das gama proteobactérias em espécies ambientais, determinou suas características estruturais e funcionais, incluindo genes de resistência a antibióticos, bem como a sensibilidade aos antibióticos dentre os isolados bacterianos que os abrigam. O resultado foi a classificação de 43 elementos SXT obtidos no Brasil, através da comparação com aqueles descritos na literatura. Dentre os elementos SXT obtidos, quatro são albergados por Morganella morganii, fato inédito na literatura. O conhecimento da evolução bacteriana constitui importante ferramenta para estabelecer estratégias eficazes de controle e tratamento de infecções, sem aumentar a pressão seletiva sobre os micro-organismos, bem como instrumento preciso e de grande importância para subsidiar estudos epidemiológicos. / Recognition of antimicrobial resistance as an emerging phenomenon in public health has been a problem worldwide. The abuse in the use of antibiotics in human and veterinary medicine, and agriculture, has caused an increase in the diversity of resistant microorganisms, reflecting in treatment failure. The mechanisms of antibiotic resistance in microorganisms are primarily mediated by genes acquired from exogenous DNA. The dynamics of the horizontal transfer is performed by mobile genetic elements which carry resistance genes. The wide distribution of these structures, such as the SXT element originally isolated from V. cholerae, has contributed to the spread of specific clonal complexes in certain geographical areas. This pioneering study in Brazil researched the presence of SXT elements in the group of bacterial species in environmental gamma-proteobacteria species, determined their structural and functional characteristics, including genes for resistance to antibiotics and the antibiotic susceptibility among bacterial isolates that harbor them. The result was the classification of 43 SXT elements found in Brazil, by comparison with those found in the literature. Among the SXT elements found, four are sheltered by Morganella morganii, unprecedented in the literature. Knowledge of bacterial evolution is an important to establish effective strategies to control and treat infections without increasing the selective pressure on microorganisms, as well as a precise instrument and very important tool to support epidemiological studies.

O reconhecimento da resistência antimicrobiana como um fenômeno emergente em saúde pública, tem constituído um problema em nível mundial. O abuso na utilização de antibióticos na medicina humana e veterinária, e na agricultura, tem originado incremento na diversidade de micro-organismos resistentes, refletindo em falha terapêutica. Os mecanismos de resistência a antibióticos em micro-organismos são mediados principalmente por genes adquiridos de DNA exógeno. A dinâmica da transferência horizontal é realizada por meio de elementos genéticos móveis que carregam genes de resistência. A ampla distribuição deste tipo de estruturas, como o elemento SXT, isolado inicialmente em V. cholerae, tem contribuído para a disseminação de complexos específicos clonais em determinadas áreas geográficas. Este estudo pioneiro no Brasil pesquisou a presença de elementos SXT, em espécies bacterianas do grupo das gama proteobactérias em espécies ambientais, determinou suas características estruturais e funcionais, incluindo genes de resistência a antibióticos, bem como a sensibilidade aos antibióticos dentre os isolados bacterianos que os abrigam. O resultado foi a classificação de 43 elementos SXT obtidos no Brasil, através da comparação com aqueles descritos na literatura. Dentre os elementos SXT obtidos, quatro são albergados por Morganella morganii, fato inédito na literatura. O conhecimento da evolução bacteriana constitui importante ferramenta para estabelecer estratégias eficazes de controle e tratamento de infecções, sem aumentar a pressão seletiva sobre os micro-organismos, bem como instrumento preciso e de grande importância para subsidiar estudos epidemiológicos. / Recognition of antimicrobial resistance as an emerging phenomenon in public health has been a problem worldwide. The abuse in the use of antibiotics in human and veterinary medicine, and agriculture, has caused an increase in the diversity of resistant microorganisms, reflecting in treatment failure. The mechanisms of antibiotic resistance in microorganisms are primarily mediated by genes acquired from exogenous DNA. The dynamics of the horizontal transfer is performed by mobile genetic elements which carry resistance genes. The wide distribution of these structures, such as the SXT element originally isolated from V. cholerae, has contributed to the spread of specific clonal complexes in certain geographical areas. This pioneering study in Brazil researched the presence of SXT elements in the group of bacterial species in environmental gamma-proteobacteria species, determined their structural and functional characteristics, including genes for resistance to antibiotics and the antibiotic susceptibility among bacterial isolates that harbor them. The result was the classification of 43 SXT elements found in Brazil, by comparison with those found in the literature. Among the SXT elements found, four are sheltered by Morganella morganii, unprecedented in the literature. Knowledge of bacterial evolution is an important to establish effective strategies to control and treat infections without increasing the selective pressure on microorganisms, as well as a precise instrument and very important tool to support epidemiological studies.

Cepas com altas taxas de mutação (mutadoras) foram detectadas em diversos gêneros bacterianos. A alta taxa de mutação está relacionada a defeitos em sistemas de reparo de DNA. Uma alta incidência de isolados clínicos de Proteus mirabilis com altas frequências de mutação foi descrita anteriormente. O fenômeno foi induzido em Escherichia coli, quando transformada com um plasmídeo de P. mirabilis. Com coleção de 77 isolados clínicos de P. mirabilis, medimos a frequência de mutantes espontâneos e verificamos a presença do elemento conjugativo ICE SXT/R391, para desvendar possível relação entre a presença do ICE e a frequência de mutação. 9 isolados clínicos apresentam o ICE. A frequência de mutantes mostrou que não existem mutadores verdadeiros, mas 11 isolados apresentam uma alta frequência de mutantes FosR. Considerando o alto índice de infecções por P. mirabilis, é importante entender a resistência à fosfomicina, já que esta é usada na clínica. Não existe relação entre uma frequência de mutantes espontânea e a presença de ICE SXT/R391 em isolados de P. mirabilis. / Strains with high mutation rates (mutators) were detected in several bacterial genera. The increased mutation rate is related to defects in DNA repair systems. A high incidence of Proteus mirabilis clinical isolates with high mutation frequencies were described previously. The phenomenon was induced in Escherichia coli, when transformed with a plasmid of P. mirabilis. 77 P. mirabilis clinical isolates were tested for the frequency of spontaneous mutants and the presence of a conjugative element found in this species, ICEs SXT/R391, to verify if there is a relation between the element and the mutation frequencies. 9 isolates carry the ICE SXT/R391. The frequency of mutants showed no true mutators among the isolates. 11 isolates show a high frequency of FosR mutants. Considering the high rate of infections by P. mirabilis, it is important to understand the fosfomycin phenomenon, since it is currently used to treat urinary infections. We have seen no relation between a high spontaneous mutation frequency and the presence of ICE SXT/R391 in isolates of P. mirabilis.

Cepas com altas taxas de mutação (mutadoras) foram detectadas em diversos gêneros bacterianos. A alta taxa de mutação está relacionada a defeitos em sistemas de reparo de DNA. Uma alta incidência de isolados clínicos de Proteus mirabilis com altas frequências de mutação foi descrita anteriormente. O fenômeno foi induzido em Escherichia coli, quando transformada com um plasmídeo de P. mirabilis. Com coleção de 77 isolados clínicos de P. mirabilis, medimos a frequência de mutantes espontâneos e verificamos a presença do elemento conjugativo ICE SXT/R391, para desvendar possível relação entre a presença do ICE e a frequência de mutação. 9 isolados clínicos apresentam o ICE. A frequência de mutantes mostrou que não existem mutadores verdadeiros, mas 11 isolados apresentam uma alta frequência de mutantes FosR. Considerando o alto índice de infecções por P. mirabilis, é importante entender a resistência à fosfomicina, já que esta é usada na clínica. Não existe relação entre uma frequência de mutantes espontânea e a presença de ICE SXT/R391 em isolados de P. mirabilis. / Strains with high mutation rates (mutators) were detected in several bacterial genera. The increased mutation rate is related to defects in DNA repair systems. A high incidence of Proteus mirabilis clinical isolates with high mutation frequencies were described previously. The phenomenon was induced in Escherichia coli, when transformed with a plasmid of P. mirabilis. 77 P. mirabilis clinical isolates were tested for the frequency of spontaneous mutants and the presence of a conjugative element found in this species, ICEs SXT/R391, to verify if there is a relation between the element and the mutation frequencies. 9 isolates carry the ICE SXT/R391. The frequency of mutants showed no true mutators among the isolates. 11 isolates show a high frequency of FosR mutants. Considering the high rate of infections by P. mirabilis, it is important to understand the fosfomycin phenomenon, since it is currently used to treat urinary infections. We have seen no relation between a high spontaneous mutation frequency and the presence of ICE SXT/R391 in isolates of P. mirabilis.

Les éléments intégratifs et conjugatifs (ICE) de la famille SXT/R391 sont reconnus pour leur rôle prépondérant dans la propagation de la résistance aux antibiotiques parmi des populations de Gammaproteobactéries, en particulier chez Vibrio cholerae, l’agent pathogène causant le choléra. Ces éléments génétiques autonomes possèdent tous les gènes nécessaires à leur dissémination au sein d’une population bactérienne et s’intègrent normalement dans un site précis du chromosome bactérien. L’activateur SetCD et la machinerie de conjugaison encodée par les ICE permettent non seulement leur transfert conjugatif, mais également la mobilisation d’îlots génomiques, les MGI (mobilizable genomic islands). Lorsque leur transfert est enclenché sans excision au préalable, les MGI et les ICE peuvent mobiliser plusieurs centaines de kb d’ADN chromosomique adjacent à leurs sites d’insertions. Cet ADN mobilisé peut alors recombiner avec le génome de la cellule réceptrice, aboutissant à des remplacements d’allèles. En plus du squelette de gènes conservés de cette famille d’ICE, ces éléments portent une cargaison d’ADN variable qui peut coder pour des fonctions adaptatives potentiellement avantageuses pour l’hôte bactérien. Les ICE SXT/R391 portent également les gènes codant pour un système de recombinaison qui promeut la diversité de la famille en générant des ICE hybrides. Ces éléments mobiles sont extrêmement stables dans les populations bactériennes. Cette stabilité est attribuable à leur intégration au chromosome et à plusieurs composantes qu’ils contiennent, par exemple les systèmes toxine-antitoxine de la cargaison d’ADN variable ou encore le système conservé de partition des éléments excisés. La majorité des gènes portés par les ICE SXT/R391 est contrôlée par leur système de régulation qui se situe au cœur de ce projet doctoral. Ce système de régulation comprend SetR, le répresseur responsable du maintien de l’état quiescent dans lequel l’ICE est intégré au chromosome et est propagé verticalement dans la population bactérienne, c’est-à-dire au rythme de la réplication chromosomique et de la division cellulaire. Lorsque l’ADN bactérien est endommagé, il y a activation de la réponse SOS de réparation de l’ADN par RecA, un facteur de l’hôte, qui induit parallèlement l’autoprotéolyse de SetR, levant ainsi la répression exercée sur les gènes setC et setD. Ces derniers codent pour SetCD, le complexe activateur des ICE SXT/R391 qui active l’expression de la machinerie de conjugaison ainsi que d’autres fonctions codées par ces ICE. Ce projet doctoral a permis l’identification de nouvelles composantes importantes pour la régulation des ICE SXT/R391. Premièrement, nous avons généré par génie génétique plusieurs mutants qui ont permis de caractériser CroS par des essais de transfert conjugatif, de PCR quantitatif en temps réel (qRT-PCR) et d’expression avec le gène rapporteur lacZ. Nous avons déterminé que CroS est un régulateur transcriptionnel qui, avec SetR, constitue un interrupteur génétique permettant l’induction du transfert conjugatif dépendante de RecA. Nous avons également validé par gel à retardement la liaison par SetR et CroS d’un site opérateur additionnel. Des essais β galactosidase ont montré que ce site contribue à la répression des gènes croS, setC et setD. De plus, les résultats de ce projet doctoral ont clarifié certains points concernant la régulation par SetCD. Des essais d’immunoprécipitation de la chromatine couplée à la digestion avec une exonucléase (ChIP-exo) combinés avec le séquençage de l’ARN (RNA-seq) et la détermination des sites +1 d’initiation de la transcription (5’-RACE et extension d’amorces) ont permis d’établir le régulon de SetCD chez les ICE SXT/R391 et chez les MGI qu’ils mobilisent. La nécessité de SetCD dans la cellule réceptrice pour qu’il y ait intégration de l’ICE de manière site-spécifique dans l’extrémité 5’ du gène prfC a été mise en évidence à l’aide de la construction de mutants, d’essais de transfert conjugatif, de buvardage de type Southern, d’électrophorèse en champs pulsés et de PCR en temps réel. Nous avons également observé, grâce à des essais de PCR quantitatif et d’activité β galactosidase, une boucle de rétroaction positive médiée par l’activation de l’excision et de la réplication de l’ICE par SetCD. En somme, ce projet doctoral a mené à une meilleure compréhension des composantes et des mécanismes en scène pour la gouvernance de cette famille d’ICE qui sont, entres autres, d’importants vecteurs de la dissémination des résistances aux antibiotiques.