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Previous issue date: 2015-04-10 / Bastonetes Gram negativos anaeróbicos da espécie Bacteroides fragilis são membros da microbiota residente intestinal, e frequentemente associados a infecções endógenas. Para o tratamento destas infecções, o metronidazol persiste como um dos principais fármacos disponíveis. Como outros microrganismos, B. fragils são susceptíveis a perturbações ecológicas, muitas vezes resultantes de concentrações subinibitórias de antimicrobianos, que podem que podem desencadear alterações na biologia bacteriana com reflexo no seu potencial agressor. Considerando-se que, geralmente, os estudos de interação droga-bactéria utilizam ensaios in vitro, permanecem, assim, questionamentos sobre a real extensão do fenômeno considerando-se uma situação real de infecção e exposição a antimicrobianos em concentração subinibitória. Neste sentido, foi proposto o estudo de um modelo experimental de interação droga-bactéria-hospedeiro. Ratos Wistar foram submetidos à laparotomia para inserção de um corpo de prova na cavidade peritoneal, e posterior desafio percutâneo com B. fragilis ATCC 43859. Os animais foram divididos em três grupos experimentais: grupo controle negativo (CN) (n=18) sem inoculação bacteriana, apenas com o veículo; grupo controle positivo (CP) (n=30) animais infectados com a linhagem bacteriana parental; grupo experimental (GE) (n=24) animais infectados com a linhagem bacteriana parental, tratados com concentração subinibitória de metronidazol (1µg/mL - via percutânea) por um período de oito dias em intervalos de 48 horas. Foram avaliados em dois momentos durante o processo infeccioso: Após 8 dias o tratamento com o MTZ e 8 dias após o término do tratamento (16 dias). Experimentos com cultura bacteriana in vitro foram realizados considerando-se o mesmo desenho experimental para comparação. A dinâmica da colonização microbiana nos corpos de prova foi avaliada por cultura microbiana, PCR simples, PCR quantitativo e coloração de Gram. No hospedeiro, foram avaliados parâmetros histológicos e imunológicos, pela avaliação transcricional da expressão de citocinas. Características morfo-fisiológicas, bioquímicas e moleculares de bactérias selecionadas in vivo e in vitro foram avaliadas, ainda, pela coloração de Gram, Kit API20, formação de biofilme experimental, tolerância ao estresse oxidativo (H2O2), e genotipagem por AP-PCR. Os resultados mostram que a infecção in vivo por Bacteroides fragilis se manteve como monoinfecção durante todo o período experimental avaliado, com viabilidade bacteriana mesmo após tratamento com concentração subinibitória de metronidazol. Análise histológica do tecido formado no corpo de prova mostrou um infiltrado inflamatório exacerbado após os 8 dias de tratamento em ambos os grupos infectados. No entanto, após 16 dias o infiltrado inflamatório diminuiu no GE. Os níveis de expressão de citocinas mostraram-se alterados quando os grupos infectados foram comparados, principalmente relacionados aos níveis de IL-10. Embora alterações no perfil bioquímico bacteriano não tenham sido observadas, morfologia aberrante, aumento na formação de biofilme e diminuição da sensibilidade ao estresse oxidativo foram observadas nas linhagens selecionadas in vitro. Polimorfismo genético não foi detectado por AP-PCR. Nossos resultados sugerem que metronidazol em baixas concentrações interfere na relação bactéria-hospedeiro, o que pode ter implicações no processo infeccioso, sem, no entanto, resultar em alterações evidentes nas células bacterianas, como observado in vitro. Percebe-se, assim, a complexidade das interações droga-bacteria-hospedeiro em situação real de infecção e suas implicações na biologia microbiana e na patogênese. / Bacteroides fragilis, a member of the resident intestinal microbiota is the most important pathogen associated to endogenous infections. Meanwhile, metronidazole persists as the main drug available for treating these diseases. As other resident microorganisms, these bacteria are exposed to ecological disturbances, often resulting from subinhibitory concentrations of antimicrobial agents that can trigger changes in microbial biology and which may affect potential aggressor. Considering that the studies of drug-bacteria interactions usually uses in vitro assays, questions about the true extension of the phenomenon in a real situation of microbial infection and exposure to antimicrobials in subinhibitory concentrations remains. Thus, for a better understanding of drug-bacteria-host relationship in real situation of infection, an in vivo model of interaction has been proposed. Wistar rats were subjected to laparotomy to insert a perforated table tenis ball into the peritoneal cavity, followed by percutaneous challenge with B. fragilis ATCC 43859. The animals were divided into three experimental groups: negative control (NC) (n = 18) animals without bacterial inoculation using the vehicle only; positive control (PC) (n = 30) animals infected with the parental bacterial strain; experimental group (EG) (n = 24) animals infected with the parental bacterial strain, treated with subinhibitory concentration of metronidazole (1µg/mL percutaneous) for a period of eight days in 48 hour intervals. To evaluate the impact of metronidazole in the bacteria-host relationship the experimental infections were evaluated two times during the infectious process; first, 8 days after the treatment with MTZ and 8 days after the end of the treatment (16 days). The dynamics of the microbial colonization into the tissue cage was evaluated by conventional PCR, real time PCR and Gram stain. In the host, histological and transcriptional analysis of cytokine expression was performed. Morpho-physiological, biochemical and molecular characteristics of bacteria selected in vivo and in vitro were evaluated by Gram stain, kit API20, experimental biofilm formation, tolerance to oxidative stress (H2O2), and genotyping by AP-PCR. The results show that in vivo infection by Bacteroides fragilis remained as monoinfection throughout the experimental period with bacterial viability even after the treatment with sub inhibitory concentration of metronidazole. Histological analysis of the tissue formed into the tissue cage showed exacerbated inflammatory infiltrate after 8 days of treatment in both infected groups. However, after 16 days the inflammatory infiltrate decreased in the EG group. Increased cytokine expression was observed when infected groups were compared, mainly related to interleukin 10. Although changes in the bacterial biochemical profile were not observed, aberrant morphology, increased biofilm formation and decreased sensitivity to oxidative stress were observed in the in vitro selected strains. Genetic polymorphism was not detected by AP-PCR. Our results suggest that low concentrations of metronidazole interfere in the bacteria-host relationship, which could have implications in the infection process even without showing obvious alterations in the bacterial cells as demonstrated in vitro. Therefore, the complexity of drug-bacteria-host interactions in real infection situations and its consequences in microbial biology and pathogenesis is clear.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:hermes.cpd.ufjf.br:ufjf/5401 |
| Date | 10 April 2015 |
| Creators | Freitas, Michele Cristine Ribeiro de |
| Contributors | Diniz, Cláudio Galuppo, Ferreira-Machado, Alessandra Barbosa, Silva, Vânia Lúcia da, Carvalho, Maria Auxiliadora Roque de, Resende, Juliana Alves, Bizarro, Heloísa D'Avila da Silva, Macedo, Gilson Costa |
| Publisher | Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF), Programa de Pós-graduação em Ciências Biológicas: Imunologia e Doenças Infecto-Parasitárias/Genética e Biotecnologia, UFJF, Brasil, ICB – Instituto de Ciências Biológicas |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFJF, instname:Universidade Federal de Juiz de Fora, instacron:UFJF |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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