Staphylococcus aureus causes chronic bacterial pneumonias that are resistant to antimicrobial treatment and carry a high burden of morbidity and mortality. S. aureus persists in the lung by assuming adaptive phenotypes like biofilms, which protect the bacteria from antibiotics and host bacterial clearance. It is well established that staphylococcal adaptation to the host is often driven by immune pressure, but the specific factors that drive S. aureus persistence in the setting of chronic lung infection have not been fully elucidated. One of the critical processes that drives immune cell function is metabolism. In addition to fueling the bioenergetic needs of the cell and competing with pathogens for key resources, immune cell metabolism also generates key regulatory metabolites that can either bolster or dampen inflammation in a process known as immunometabolism. The role of these regulatory immune metabolites in staphylococcal pneumonias has not been explored. This thesis addresses the hypothesis that immune metabolites play an important role in the pathogenesis of S. aureus pneumonias, not only by regulating immune cell function but also by promoting bacterial adaptation to the lung. In Chapter 1, we examine the current understanding of the pathogenesis of staphylococcal lung infections and review the role of immune metabolites in regulating inflammation. In Chapter 2, we describe the methods we used to test our hypothesis. In Chapter 3, we define the immunometabolic response to S. aureus in the lung, identifying the anti-inflammatory metabolite itaconate as one of the most upregulated metabolites in the infected airway. We determine that itaconate production is triggered by bacterial PAMPs, and is driven by host mitochondrial stress in response to bacterial metabolism. We also discover that neutrophils are the main source of itaconate during staphylococcal pneumonia. In Chapter 4, we investigate the impact of itaconate on neutrophils, the major immune cell responsible for controlling S. aureus infection. We establish that itaconate impedes bacterial clearance and limits neutrophil bacterial killing. This occurs through two major mechanisms, including inhibition of neutrophil glycolysis, which impairs neutrophil survival during infection, and inhibition of the oxidative burst. We find that neutrophil itaconate production is still beneficial to the host, as it promotes protective, anti-oxidant and anti-cell death pathways in the epithelial and endothelial cells that are critical for respiration. In Chapter 5, we investigate the impact of itaconate on the metabolic adaptation of S. aureus to the host. We use longitudinal clinical isolates from a patient with chronic staphylococcal pneumonia to define how clonal strains adapt to the inflamed, itaconate-laden lung. The isolates demonstrate that there is selection for strains with reduced bioenergetics but increased biofilm formation. These metabolic changes are recapitulated by exposing a non-adapted S. aureus strain to itaconate, which inhibits staphylococcal bioenergetics via glycolysis, and causes increased utilization of pathways that produce biofilms. Our data demonstrate that the host immune metabolite itaconate promotes bacterial persistence during staphylococcal pneumonia by impeding bacterial clearance and promoting bacterial biofilm formation. In Chapter 6, we discuss the potential impact of these findings, particularly on the current efforts to develop itaconate as an anti-inflammatory therapeutic, and offer directions for future studies that can further explore how metabolic pathways that normally control inflammation can influence pathogen persistence in the host.

Abstract not available

Source: Masters Abstracts International, Volume: 47-01, page: 0341. Adviser: Luis Ostrosky. Includes bibliographical references.

Garcinia kola is one of the plants used in folklore remedies for the treatment of microbial infections. Bacterial resistance to commonly used antibiotics has necessitated the search for newer and alternative compounds for the treatment of drug resistant microbial infections. This study focuses on the bioactivity of G. kola seeds on Streptococcus pyogenes (ATCC 49399), Staphylococcus aureus (NCTC 6571), Plesiomonas Shigelloides (ATCC 51903) and Salmonella typhimurium (ATCC 13311), organisms which can cause illnesses from mild to severe with potentially fatal outcomes. The crude ethyl acetate, ethanol, methanol, acetone and aqueous extracts were screened by agar-well diffusion method and the activities of the extract were further determined by Minimum Inhibitory Concentration (MIC) and Minimum Bactericidal Concentration (MBC) assays. The inhibition zones ranged from 0 - 24 mm, while MIC and MBC of the extract ranged between 0.04 - 1.25 mg/mL and 0.081 - 2.5 mg/mL respectively. Chloroform/ Ethyl Acetate/ Formic acid (CEF) solvent system separated more active compounds followed by Ethyl Acetate/ Methanol/ Water (EMW) and Benzene/ Ethanol/ Ammonium Hydroxide (BEA). The extracts were fractionated by Thin Layer Chromatography (TLC). Bioautography was used to assess the activity of the possible classes of compounds present in the more active extracts. Column chromatography was used to purify the active compounds from the mixture while Gas Chromatography-Mass Spectrometry (GC-MS) was used to identify the phyto components of the fractions. The MIC of the fractions ranged between 0.0006 - 2.5 mg/mL. CEF 3 (F3), CEF 11 (F11) and CEF 12 (F12) revealed the presence of high levels fatty acids Linoleic acid, 1, 2-Benzenedicarboxylic acid and 2, 3-Dihydro-3, 5-dihydroxy-6-methyl, respectively. The results obtained from this study justify the use of this plant in traditional medicine and provide leads which could be further exploited for the development of new and potent antimicrobials.

Wong, Kai Yi. / Thesis (M.D.)--Chinese University of Hong Kong, 2011. / Includes bibliographical references (leaves 101-110). / Abstracts in English and Chinese. / Abstract --- p.4 / 摘要 --- p.7 / Acknowledgements --- p.9 / List of Tables --- p.10 / List of Figures --- p.11 / List of Abbreviations and Symbols --- p.12 / Chapter Chapter 1 --- Introduction --- p.14 / Chapter 1.1 --- Staphylococcus aureus --- p.14 / Chapter 1.2 --- Methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) --- p.14 / Chapter 1.2.1 --- Methicillin resistance of MRSA --- p.15 / Chapter 1.2.2 --- Staphylococcal Chromosomal Cassette mec (SCCmec) --- p.16 / Chapter 1.2.3 --- Hospital-associated MRSA (HA-MRSA) and Community-associated MRSA (CA-MRSA) --- p.22 / Chapter 1.2.3.1 --- Hospital-associated MRSA (HA-MRSA) --- p.23 / Chapter 1.2.3.2 --- Community-associated MRSA (CA-MRSA) --- p.23 / Chapter 1.2.4 --- Pathogenesis of MRSA infection --- p.27 / Chapter 1.2.4.1 --- Possible virulence genes contributing to necrotizing pneumonia --- p.29 / Chapter 1.2.4.1.1 --- Panton-Valentine Leukocidin (PVL) --- p.29 / Chapter 1.2.4.1.2 --- Phenol-soluble modulins (PSMs) --- p.36 / Chapter 1.3 --- Evolution of MRSA --- p.36 / Chapter 1.4 --- Epidemiology of MRSA --- p.38 / Chapter 1.4.1 --- Epidemiology of MRSA worldwide --- p.38 / Chapter 1.4.1.1 --- Epidemiology of HA-MRSA worldwide --- p.38 / Chapter 1.4.1.2 --- Epidemiology of CA-MRSA worldwide --- p.39 / Chapter 1.4.2 --- Epidemiology of MRSA in Hong Kong --- p.40 / Chapter 1.5 --- Clinical significance of MRSA --- p.41 / Chapter 1.6 --- Antibiotics --- p.43 / Chapter 1.6.1 --- Beta-lactams --- p.43 / Chapter 1.6.2 --- Fluoroquinolone --- p.44 / Chapter 1.6.3 --- Linezolid --- p.45 / Chapter 1.6.4 --- Glycopeptides --- p.45 / Chapter 1.6.5 --- Aminoglycosides --- p.46 / Chapter 1.6.6 --- Fusidic acid --- p.46 / Chapter 1.6.7 --- Clindamycin --- p.47 / Chapter 1.7 --- Hypothesis --- p.47 / Chapter Chapter 2 --- Methods and Materials --- p.50 / Chapter 2.1 --- Bacterial isolate --- p.50 / Chapter 2.2 --- Effect of subinhibitory antibiotics on the expression of mRNA in MRSA in vitro --- p.53 / Chapter 2.2.1 --- Collection of bacterial fraction --- p.53 / Chapter 2.2.2 --- RNA extraction and DNA digestion --- p.53 / Chapter 2.2.3 --- Reverse transcription for cDNA synthesis --- p.54 / Chapter 2.2.4 --- Quantitative real-time PCR (qPCR) analysis (pvl and psma\-A expression) --- p.55 / Chapter 2.2.5 --- Preparation of standard controls for quantification of DNA copy number in qPCR reactions... --- p.58 / Chapter 2.3 --- Effect of subinhibitory concentration of antibiotics on MRSA pneumonia in a murine model --- p.60 / Chapter 2.4 --- Statistical Analysis --- p.62 / Chapter Chapter 3 --- Results --- p.63 / Chapter 3.1 --- Effect of subinhibitory antibiotics on the expression ofmRNA in MRSA in vitro --- p.63 / Chapter 3.2 --- Effect of subinhibitory concentration of antibiotics on MRSA pneumonia in a murine model --- p.74 / Chapter Chapter 4 --- Discussion --- p.80 / Chapter 4.1 --- Effect of subinhibitory antibiotics on the expression of mRNA in MRSA in vitro --- p.81 / Chapter 4.2 --- Effect of subinhibitory concentration of antibiotics on MRSA pneumonia in a murine model --- p.87 / Chapter 4.3 --- Correlation of effects of subinhibitory antibiotics on the expression ofmRNA in MRSA in vitro and on MRSA pneumonia in a murine model --- p.91 / Chapter 4.4 --- Limitations of Study --- p.95 / Chapter 4.5 --- Future Work --- p.95 / Chapter Chapter 5 --- Conclusions --- p.97 / References --- p.99 / Chapter Appendix I- --- Materials and Reagents --- p.109 / Chapter Appendix II- --- Average and standard deviation of the copy number ratio (pvl or psmal-4 copy number/JdiS1 copy number) --- p.111 / Chapter Appendix III- --- In-vivo experimental data for infected control group and seven antibiotic groups --- p.116

Staphylococcus aureus est l’une des causes majeures des infections communautaires et nosocomiales. Ce germe est responsable des infections aiguës et chroniques dont la plupart sont dues à sa capacité à adhérer sur les implants médicaux et à former un biofilm. D’après le Center for Disease Control and Prevention (CDC), 65% des infections bactériennes sont dues à la présence des biofilms. En outre, les infections associées aux biofilms constituent un problème majeur en clinique et sont la cause de l’augmentation de la mortalité et du coût de traitement. <p>Chez S. aureus, la formation du biofilm se déroule en deux phases principales: la première phase est l’attachement initial des cellules sur une surface, et la seconde est la multiplication et la formation d’une communauté structurée, mature et multicouche des cellules bactériennes. A l’intérieur du biofilm, les bactéries développent plusieurs types d’interactions et accroissent leur résistance aux agents antimicrobiens et aux défenses immunitaires de l’hôte, ce qui constitue un véritable problème de santé publique.<p>Les objectifs de ce travail étaient: (1) de caractériser des souches cliniques de S. aureus sensibles et résistantes à la méticilline (SASM et SARM) par une analyse phénotypique et génotypique; (2) d’étudier la répercussion des propriétés de membranes sur l’adhésion et la formation du biofilm; (3) de rechercher un moyen pour la prévention de l’adhésion et de la formation d’un biofilm sur une surface abiotique.<p>Deux souches de référence et 12 souches cliniques de S. aureus (4 SARM et 8 SASM) collectées à Kinshasa ont été caractérisées par la résistance aux antibiotiques, par le typage d’une région X du gène spa codant pour la protéine A de S. aureus et par la détermination des propriétés de la surface cellulaire. L’adhésion à une surface et la formation du biofilm ont été respectivement étudiées par la méthode de Biofilm Ring Test® (BFRT®) et par celle de coloration au cristal violet. Ces deux méthodes ont été utilisées pour l’évaluation de l’activité de l’acide éthylèneglycol tétraacétique (EGTA) sur l’adhésion et la formation du biofilm.<p>L’amplification par PCR (Polymerase Chain Reaction) d’un fragment du gène mecA a confirmé l’appartenance des souches étudiées au phénotype SARM ou SASM. L’analyse par PCR des répétitions présentes dans la séquence codante de la protéine A de S. aureus (spa typing) a permis d’identifier 7 types spa pour toutes les souches SARM et SASM2 dont un nouveau type spa t10715.<p>Les résultats du test MATS (Microbial Adhesion to Solvents) ont montré que les souches de S. aureus sensibles et résistantes à la méticilline possédaient des propriétés membranaires différentes susceptibles de modifier l’adhésion ou la formation d’un biofilm. Les souches sensibles à la méticilline avaient une paroi plus hydrophobe que celle de souches résistantes dont la paroi était acide, acceptrice d’électrons. <p>Les études sur l’interaction entre des souches cliniques de S. aureus et des surfaces abiotiques ont montré que les souches SARM adhéraient moins vite à une surface et formaient moins de biofilms que les souches SASM. <p>Les études de l’activité de l’EGTA, un chélateur des cations divalents, ont montré que ce dernier inhibait l’adhésion de souches SARM à une surface abiotique comme un tube de cathéter et empêchait la formation d’un biofilm par toutes les souches sensibles et résistantes à la méticilline. Cette action inhibitrice sur la formation du biofilm était réversible en présence d’un cation divalent (magnésium, calcium ou manganèse). <p>L’ensemble des données obtenues sur l’adhésion et la formation du biofilm par la méthode de BFRT® et par celle de coloration au cristal violet ont montré que le BFRT® était la méthode de choix dans les études de l’adhésion initiale des souches de S. aureus sur une surface abiotique. Le BFRT® pourrait être utilisée dans le screening rapide de produits contre l’adhésion bactérienne à la surface des implants médicaux à base de polystyrène ou de silicone.<p> / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Staphylococcus aureus is a major opportunistic pathogen causing a wide range of infections in humans and animals. Methicillin-resistant S. aureus (MRSA) has traditionally been regarded as a strictly human problem, initially confined to the healthcare settings and later a matter of concern in the general community too. All this changed in 2005 with the isolation of a specific MRSA clone, assigned to Clonal Complex (CC)398, from pigs and pig farmers in the Netherlands. These findings triggered worldwide investigation, showing the presence of this livestock-associated (LA)-MRSA clone in a variety of farm animals and in persons in contact with affected animals. Furthermore, the capacity of LA-MRSA CC398 to cause infections in humans and animals has been well documented. Recently, MRSA with a divergent mecA-homologue gene variant has been discovered in bovines and humans. Together, these emerging MRSA strains from animal sources have raised new questions as to their origin and inter-host transmission, as well as raised global concern in both veterinary and human medicine about health risks posed by MRSA prevailing in livestock.<p>In the present work, we aimed to investigate the extent and molecular epidemiology of the LA-MRSA reservoir in animal and human populations, including on livestock farms and in acute-care hospitals in Belgium. As a secondary objective, the presence of methicillin susceptible S. aureus (MSSA) CC398, from which MRSA CC398 could locally emerge by acquisition of the Staphylococal Cassette Chromosome mec (SCCmec) element, was assessed. To this end, we undertook an extensive and systematic cross-sectional survey of S.aureus and MRSA carriage among humans and animals on pig, veal calf, dairy cattle, beef cattle, broiler and horticulture farms. A questionnaire, completed by all farm residents, was used to assess occupational risk factors for human MRSA CC398 carriage. Bacterial genetic characterisation was done by spa typing, SCCmec typing and multi-locus sequence typing (MLST). Antimicrobial susceptibility profiles were determined; the presence of resistance genes and toxin genes were determined by PCR. A second set of S. aureus clinical isolates from two national surveys organised in 2005 and 2008 were characterised using the same methods.<p>Carriage of MRSA CC398 was highly prevalent in animals and humans on pig and veal calf farms and to a significantly lesser extent on beef, dairy, broiler and horticulture farms (Chapter 5.1). Persons who work with pigs or veal calves on a daily basis are at significantly higher risk for MRSA CC398 carriage compared to farm-exposed persons who work with them less regularly or never. In accordance with the results from the present work as well as those from others, it appears important to assess the impact of interventions at farm-level that aim to reduce the MRSA carriage rate in animals, as this would also reduce the risk for MRSA carriage in farmers and relatives.<p> MRSA CC398 isolates, especially those from veal calf farms, were frequently multi-resistant and thereby represent a reservoir of antimicrobial resistance determinants that could be transferred to other, more human-adapted staphylococci or other micro-organisms (Chapter 5.1). Additionally, this multi-resistance phenotype should be considered when applying empiric treatment of human staphylococcal infections in livestock-exposed persons. Only very few major “human-associated” virulence factors were detected, indicating a limited virulence capacity of LA-MRSA CC398 isolates. MRSA strains with the mecA homologue mecC, which is difficult to detect using conventional diagnostic methods, were found in beef and dairy cattle, but not in humans. <p>MSSA CC398 strains from which MRSA CC398 might locally emerge were frequently detected in humans and animals on pig, veal and broiler farms, all of which are commonly known to be affected by MRSA CC398 (Chapter 5.2). Three porcine MSSA CC398-t011 isolates harbored remnant DNA of a composite SCCmec V(5C2&5)c element, from which the mec gene complex was lacking. These findings indicate that the strains were previously involved in SCCmec recombination events. Processes similar to the one described here likely contribute to the enormous diversity of SCCmec elements observed in staphylococci. <p>Although LA-MRSA CC398 strains were frequently detected in livestock and livestock-exposed persons, they only represented a minority (~1%) of the MRSA strains from hospitalised patients. This suggests that this specific MRSA clone has not yet spread among Belgian patients without livestock contact (Chapter 5.3). However, similar to what has been seen in other countries, we observed a recent emergence of severe infections, caused by a human-adapted subclone of MSSA CC398, in hospitalised patients without livestock contact (Chapter 5.4). <p>Once more has S. aureus proven its versatility: it has optimally adapted to the selective pressure exerted by intensive animal farming by acquisition of mobile genetic elements, such as resistance determinants. Clearly MRSA is no longer a strictly human problem. Working across the human and veterinary health sectors will be essential to tackle the dissemination and pathogenic evolution of MRSA in livestock. <p> / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Staphylococcus aureus est une bactérie commensale et pathogène qui s’est rapidement adaptée à la pression sélective des antibiotiques entraînant la diffusion de souches résistantes à la méticilline (MRSA). En Belgique, des souches appelées Healthcareassociated (HA)-MRSA sont devenues endémiques dans les hôpitaux, causant de nombreuses épidémies durant les années 90.<p>Parallèlement, des cas d’infections communautaires par des souches appelées Community-associated (CA)-MRSA produisant la leucocidine de Panton-Valentine (PVL) ont été rapportées en Europe, en Australie et aux USA, chez des patients jeunes sans contact avec les institutions de soins. Depuis 2005, une prévalence élevée de portage de MRSA a été observée chez les porcs, les éleveurs et les vétérinaires aux Pays-Bas et dans les pays voisins. Ces souches dites Livestock-associated (LA)-MRSA montrent une origine génétique distincte des souches humaines précédemment décrites.<p>Nos travaux de recherche ont porté sur l’épidémiologie et la caractérisation moléculaire de la colonisation et l’infection par S. aureus dans diverses populations humaines en Belgique afin d’élucider :1) l’évolution de la distribution spatio-temporelle des clones épidémiques de MRSA parmi les patients hospitalisés au cours de la période de 1995 à 2003 ;2) les mécanismes moléculaires de résistance aux antibiotiques associés à ces clones ;3) les relations phylogénétiques entre souches de S. aureus sensibles et résistantes à la méticilline parmi les patients hospitalisés afin d’identifier l’origine probable des clones épidémiques ;4) la prévalence et les facteurs de risque de portage de MRSA parmi les résidents des maisons de repos et l’origine de ces souches ;5) l’origine des souches de CA-MRSA et les profils cliniques des infections associées ;6) la prévalence et les facteurs de risque associés au portage de MRSA et la diffusion des souches de MRSA dans les fermes d’élevage porcin.<p>Des enquêtes multicentriques nous ont permis de caractériser les souches de S. aureus résistantes et sensibles à la méticilline affectant les patients hospitalisés (4 enquêtes, 1995 -2003), les patients ambulants (1 enquête, 2002-2004), les résidents dans des maisons de repos et de soins (1 enquête en 2005) et les habitants des fermes d’élevage porcin (1 enquête en 2007). Ces souches ont été caractérisées par détermination du type de cassette mec (SCCmec typing), séquençage d’un gène hypervariable (spa typing) et de 7 gènes de ménage (multi-locus sequence typing, MLST), combinées à l’analyse par électrophorèse en champs pulsé (PFGE) du profil de acrorestriction génomique. Les gènes codant pour trois classes d’antibiotiques et les toxines, PVL, TSST-1 et exfoliatines, ont été recherchés par PCR.<p>L’étude des souches de MRSA a montré une diversification importante des clones dans les hôpitaux, avec le remplacement d’un clone multi-résistant par des clones plus sensibles aux antibiotiques. La distribution des gènes de résistance ainsi que du gène TSST-1 était fortement liée au génotype. Les S. aureus sensibles à la méticilline (MSSA) montraient une plus grande diversité génotypique que les MRSA. La majorité des MRSA épidémiques appartient à des génotypes endémiques de MSSA, suggérant la possibilité d’émergence locale de MRSA par acquisition récente de l’élément mobile SCCmec.<p>D’autres souches de génotypes pandémiques pourraient avoir été importées en Belgique. L’enquête dans les maisons de repos et de soins a montré une prévalence élevée de résidents porteurs de MRSA. L’exposition aux antibiotiques, les lésions cutanées, la perte de mobilité, l’absence de formulaire thérapeutique et de procédures d’hygiène pour le contrôle du MRSA, associée à un nombre élevé de médecins, augmentaient significativement le risque de portage. La présence des mêmes génotypes dans les hôpitaux et les maisons de repos d’une même province suggère des transferts locaux de MRSA entre patients résidant dans et circulant entre ces secteurs de soins.<p>Les souches de CA-MRSA productrices de toxine PVL importées ou acquises en Belgique appartiennent à divers génotypes. La présence de MRSA de même lignée clonale mais présentant des profils de virulence différents clonale dans les institutions de soins et dans la population générale suggère que ces souches ont évolué de manière divergente dans des environnements différents.<p>Nous avons documenté une prévalence très élevée de porteurs de MRSA de génotype ST398 chez les éleveurs de porcs. Le réservoir de ce clone est très probablement d’origine animale, la transmission à l’homme ayant lieu par contact avec des animaux d’élevage ou de compagnie et potentiellement, par voie alimentaire.<p>En conclusion, S. aureus est un pathogène capable de s’adapter dans des environnements très différents. Les souches épidémiques résistantes aux antibiotiques, qu’elles soient d’origine hospitalière, communautaire ou animale, appartiennent à un nombre limité de génotypes bien établis dans chaque écosystème au niveau local ou régional. L’étude approfondie de la dynamique de transmission des MRSA, et de leur profil de résistance dans la communauté, les secteurs des soins aigus et chroniques et l’élevage, est indispensable pour définir les stratégies cliniques et de santé publique pour adapter les schémas thérapeutiques et endiguer l’endémie d’infections à MRSA.<p> / Doctorat en Sciences médicales / info:eu-repo/semantics/nonPublished