Caracterização genômica e efeitos da exposição ao óleo essencial de menta em cepas epidêmicas de salmonella enterica

Adma Nadja Ferreira de Melo

Caracterização genômica e efeitos da exposição ao óleo essencial de menta em cepas epidêmicas de salmonella enterica

Research output: Types of Thesis › Doctoral Thesis

Abstract

Salmonella enterica is pathogen of importance to public health. Among factors that contribute to the survival of S. enterica in the food production chain and its prevalence as etiological agent in outbreaks, antimicrobial resistance (AMR), virulence and the ability to adapt to stresses stand out. The Mentha piperita L. essential oil (MPEO) has been suggested as antimicrobial to control S. enterica during food processing. The advantage described for the use of this substance in foods is mixture of compounds with different mechanisms of action, it that would be difficult inducing AMR and adapting to pathogens. The present study investigated AMR determinants, virulence factors and stress response genes in 37 isolates of S. enterica of food and patients of outbreak in Brazil over seven years using whole genome sequence (WGS) and phylogenetic analyzes. Subsequently, S. Typhimurium (CFSAN077727), selected for its genomic characteristics, was exposed successively to the MPEO to assess the effects on culturability and physiological functions using flow cytometry (FC) analyzes. Genomic analyzes revealed disagreement with conventional serotyping in 19 (51%) isolates, with isolates redistributed in 10 serovars. Analysis of AMR revealed the presence of genes for resistance to aminoglycosides [aac (6 ') - laa, aph (3' ') - lb, aph (6) -ld, aadA1 and aadA2], sulfonamides (sul1), trimethoprim (dfrA8), fosfomycin (fosA7) and tetracyclines (tetA, tetB, tetC), well as mutations in parC (T57S) and gyrA (S83F) in the genome of the isolates. Plasmids IncHI2, IncHI2A, IncFIB (S), IncFII (S), IncI1 and p0111 were identified, eight Salmonella pathogenicity islands (SPIs) and up to 102 stress and/or virulence genes in the studied genomes. The virulence genes of fimbrial adhesin K88 were first reported in S. Pomona, S. Bredeney and S. Mbandaka. The pilW gene was first identified in S. Pomona. Phylogenetic analysis showed that some serovars have been circulating in Brazil for decades, mainly in the poultry production chain. Successive exposure of S. Typhimurium to the same MPEO concentration (1.25 μL/mL) reduced the population with damaged, permeabilized and depolarized membrane and with efflux activity compromised over 252 h of exposure to MPEO. When S. Typhimurium was exposed to increasing concentrations of MPEO (1.25–80 μL/mL) there was an increase in damage to the same physiological functions. Phylogenetic analyzes of S. Typhimurium showed its persistence for more than 16 years in poultry sources. The results expand current knowledge about the persistence of S. enterica strains in the food production chain, evidencing factors of AMR, stress and virulence in interface that can lead to recurrent outbreaks. Furthermore, the data reveal that successive exposure to sublethal concentration of MPEO induces repair functions in S. Typhimurium, despite its non-cultivable state. These data reinforce the persistence of S. enterica in the food production chain and alert to the need for further studies microbial responses to MPEO.

Original language	Portuguese
Awarding Institution	Universidade Federal da Paraíba
Supervisors/Advisors	Magnani, Marciane, Supervisor, External person
Award date	26 Jun 2020
Publication status	Published - 26 Jun 2020
Externally published	Yes

Keywords

Salmonella
Antimicrobial resistance
Whole genome sequence
Peppermint
Cell damage
Flow cytometry

Cite this

@phdthesis{57f9533cd5d444628c94299fc18337dd,

title = "Caracteriza{\c c}{\~a}o gen{\^o}mica e efeitos da exposi{\c c}{\~a}o ao {\'o}leo essencial de menta em cepas epid{\^e}micas de salmonella enterica",

abstract = "Salmonella enterica {\'e} um pat{\'o}geno de import{\^a}ncia para a sa{\'u}de p{\'u}blica. Dentre os fatores que contribuem para a sobreviv{\^e}ncia de S. enterica na cadeia de produ{\c c}{\~a}o de alimentos e sua preval{\^e}ncia como agente etiol{\'o}gico em surtos destacam-se a resist{\^e}ncia antimicrobiana (RAM), a virul{\^e}ncia e a capacidade de se adaptar {\`a} estresses. O {\'o}leo essencial de Mentha piperita L. (OEMP) tem sido sugerido como antimicrobiano para controle de S. enterica durante o processamento de alimentos. A vantagem descrita para o uso dessa subst{\^a}ncia em alimentos {\'e} por ser uma mistura de compostos com diferentes mecanismos de a{\c c}{\~a}o, a indu{\c c}{\~a}o a RAM e a adapta{\c c}{\~a}o em pat{\'o}genos seria dificultada. O presente estudo investigou determinantes de RAM, fatores de virul{\^e}ncia e genes de resposta ao estresse em 37 isolados de S. enterica de alimentos e pacientes de surtos ocorridos no Brasil ao longo de sete anos utilizando sequenciamento completo do genoma (whole genome sequence; WGS) e an{\'a}lises filogen{\'e}ticas. Posteriormente, S. Typhimurium (CFSAN077727), selecionada por suas caracter{\'i}sticas gen{\^o}micas foi exposta sucessivamente ao OEMP para avalia{\c c}{\~a}o dos efeitos na culturabilidade e fun{\c c}{\~o}es fisiol{\'o}gicas utilizando an{\'a}lises de citometria de fluxo (CF). As an{\'a}lises gen{\^o}micas revelaram discord{\^a}ncia com a sorotipagem convencional em 19 (51%) isolados, sendo os isolados redistribu{\'i}dos em 10 sorovares. A an{\'a}lise da RAM revelou a presen{\c c}a de genes de resist{\^e}ncia aos aminoglicos{\'i}deos [aac (6 ') - laa, aph (3' ') - lb, aph (6) -ld, aadA1 e aadA2], sulfonamidas (sul1), trimetoprim (dfrA8), fosfomicina (fosA7) e tetraciclinas (tetA, tetB, tetC), bem como muta{\c c}{\~o}es no parC (T57S) e gyrA (S83F) no genoma dos isolados. Foram identificados os plasm{\'i}deos IncHI2, IncHI2A, IncFIB (S), IncFII (S), IncI1 e p0111, oito ilhas de patogenicidade de Salmonella (IPSs) e at{\'e} 102 genes de estresse e/ou virul{\^e}ncia nos genomas estudados. Os genes de virul{\^e}ncia da adesina fimbrial K88 foram relatados pela primeira vez em S. Pomona, S. Bredeney e S. Mbandaka. O gene pilW foi identificado pela primeira vez em S. Pomona. A an{\'a}lise filogen{\'e}tica mostrou que alguns sorovares circulam no Brasil h{\'a} d{\'e}cadas, principalmente na cadeia produtiva av{\'i}cola. A exposi{\c c}{\~a}o sucessiva de S. Typhimurium a mesma concentra{\c c}{\~a}o de OEMP (1,25 μL/mL) reduziu a popula{\c c}{\~a}o com membrana danificada, permeabilizada e despolarizada e com a atividade do efluxo comprometida ao longo de 252 h de exposi{\c c}{\~a}o ao OEMP. Quando S. Typhimurium foi exposta a concentra{\c c}{\~o}es crescentes de OEMP (1,25–80 μL/mL) houve aumento dos danos nas mesmas fun{\c c}{\~o}es fisiol{\'o}gicas. As an{\'a}lises filogen{\'e}ticas de S. Typhimurium mostraram sua persist{\^e}ncia por mais de 16 anos em fontes av{\'i}colas. Os resultados ampliam o conhecimento atual sobre a persist{\^e}ncia de cepas de S. enterica na cadeia produtiva de alimentos evidenciando fatores de RAM, estresse e virul{\^e}ncia em uma interface que pode levar a surtos recorrentes. Ainda, os dados revelam que a exposi{\c c}{\~a}o sucessiva a uma concentra{\c c}{\~a}o subletal de OEMP induz fun{\c c}{\~o}es de reparo em S. Typhimurium, apesar de seu estado n{\~a}o cultiv{\'a}vel. Estes dados refor{\c c}am a persist{\^e}ncia de S. enterica na cadeia de produ{\c c}{\~a}o de alimentos e alertam para a necessidade de estudos adicionais sobre as respostas microbianas ao OEMP.",

keywords = "Salmonella, Antimicrobial resistance, Whole genome sequence, Peppermint, Cell damage, Flow cytometry, Salmonella, Resist{\^e}ncia antimicrobiana, Sequenciamento completo do genoma, Hortel{\~a}-pimenta, Inj{\'u}ria celular, Citometria de fluxo",

author = "Melo, {Adma Nadja Ferreira de}",

year = "2020",

month = jun,

day = "26",

language = "Portuguese",

school = "Universidade Federal da Para{\'i}ba",

}

TY - BOOK

T1 - Caracterização genômica e efeitos da exposição ao óleo essencial de menta em cepas epidêmicas de salmonella enterica

AU - Melo, Adma Nadja Ferreira de

PY - 2020/6/26

Y1 - 2020/6/26

N2 - Salmonella enterica é um patógeno de importância para a saúde pública. Dentre os fatores que contribuem para a sobrevivência de S. enterica na cadeia de produção de alimentos e sua prevalência como agente etiológico em surtos destacam-se a resistência antimicrobiana (RAM), a virulência e a capacidade de se adaptar à estresses. O óleo essencial de Mentha piperita L. (OEMP) tem sido sugerido como antimicrobiano para controle de S. enterica durante o processamento de alimentos. A vantagem descrita para o uso dessa substância em alimentos é por ser uma mistura de compostos com diferentes mecanismos de ação, a indução a RAM e a adaptação em patógenos seria dificultada. O presente estudo investigou determinantes de RAM, fatores de virulência e genes de resposta ao estresse em 37 isolados de S. enterica de alimentos e pacientes de surtos ocorridos no Brasil ao longo de sete anos utilizando sequenciamento completo do genoma (whole genome sequence; WGS) e análises filogenéticas. Posteriormente, S. Typhimurium (CFSAN077727), selecionada por suas características genômicas foi exposta sucessivamente ao OEMP para avaliação dos efeitos na culturabilidade e funções fisiológicas utilizando análises de citometria de fluxo (CF). As análises genômicas revelaram discordância com a sorotipagem convencional em 19 (51%) isolados, sendo os isolados redistribuídos em 10 sorovares. A análise da RAM revelou a presença de genes de resistência aos aminoglicosídeos [aac (6 ') - laa, aph (3' ') - lb, aph (6) -ld, aadA1 e aadA2], sulfonamidas (sul1), trimetoprim (dfrA8), fosfomicina (fosA7) e tetraciclinas (tetA, tetB, tetC), bem como mutações no parC (T57S) e gyrA (S83F) no genoma dos isolados. Foram identificados os plasmídeos IncHI2, IncHI2A, IncFIB (S), IncFII (S), IncI1 e p0111, oito ilhas de patogenicidade de Salmonella (IPSs) e até 102 genes de estresse e/ou virulência nos genomas estudados. Os genes de virulência da adesina fimbrial K88 foram relatados pela primeira vez em S. Pomona, S. Bredeney e S. Mbandaka. O gene pilW foi identificado pela primeira vez em S. Pomona. A análise filogenética mostrou que alguns sorovares circulam no Brasil há décadas, principalmente na cadeia produtiva avícola. A exposição sucessiva de S. Typhimurium a mesma concentração de OEMP (1,25 μL/mL) reduziu a população com membrana danificada, permeabilizada e despolarizada e com a atividade do efluxo comprometida ao longo de 252 h de exposição ao OEMP. Quando S. Typhimurium foi exposta a concentrações crescentes de OEMP (1,25–80 μL/mL) houve aumento dos danos nas mesmas funções fisiológicas. As análises filogenéticas de S. Typhimurium mostraram sua persistência por mais de 16 anos em fontes avícolas. Os resultados ampliam o conhecimento atual sobre a persistência de cepas de S. enterica na cadeia produtiva de alimentos evidenciando fatores de RAM, estresse e virulência em uma interface que pode levar a surtos recorrentes. Ainda, os dados revelam que a exposição sucessiva a uma concentração subletal de OEMP induz funções de reparo em S. Typhimurium, apesar de seu estado não cultivável. Estes dados reforçam a persistência de S. enterica na cadeia de produção de alimentos e alertam para a necessidade de estudos adicionais sobre as respostas microbianas ao OEMP.

AB - Salmonella enterica é um patógeno de importância para a saúde pública. Dentre os fatores que contribuem para a sobrevivência de S. enterica na cadeia de produção de alimentos e sua prevalência como agente etiológico em surtos destacam-se a resistência antimicrobiana (RAM), a virulência e a capacidade de se adaptar à estresses. O óleo essencial de Mentha piperita L. (OEMP) tem sido sugerido como antimicrobiano para controle de S. enterica durante o processamento de alimentos. A vantagem descrita para o uso dessa substância em alimentos é por ser uma mistura de compostos com diferentes mecanismos de ação, a indução a RAM e a adaptação em patógenos seria dificultada. O presente estudo investigou determinantes de RAM, fatores de virulência e genes de resposta ao estresse em 37 isolados de S. enterica de alimentos e pacientes de surtos ocorridos no Brasil ao longo de sete anos utilizando sequenciamento completo do genoma (whole genome sequence; WGS) e análises filogenéticas. Posteriormente, S. Typhimurium (CFSAN077727), selecionada por suas características genômicas foi exposta sucessivamente ao OEMP para avaliação dos efeitos na culturabilidade e funções fisiológicas utilizando análises de citometria de fluxo (CF). As análises genômicas revelaram discordância com a sorotipagem convencional em 19 (51%) isolados, sendo os isolados redistribuídos em 10 sorovares. A análise da RAM revelou a presença de genes de resistência aos aminoglicosídeos [aac (6 ') - laa, aph (3' ') - lb, aph (6) -ld, aadA1 e aadA2], sulfonamidas (sul1), trimetoprim (dfrA8), fosfomicina (fosA7) e tetraciclinas (tetA, tetB, tetC), bem como mutações no parC (T57S) e gyrA (S83F) no genoma dos isolados. Foram identificados os plasmídeos IncHI2, IncHI2A, IncFIB (S), IncFII (S), IncI1 e p0111, oito ilhas de patogenicidade de Salmonella (IPSs) e até 102 genes de estresse e/ou virulência nos genomas estudados. Os genes de virulência da adesina fimbrial K88 foram relatados pela primeira vez em S. Pomona, S. Bredeney e S. Mbandaka. O gene pilW foi identificado pela primeira vez em S. Pomona. A análise filogenética mostrou que alguns sorovares circulam no Brasil há décadas, principalmente na cadeia produtiva avícola. A exposição sucessiva de S. Typhimurium a mesma concentração de OEMP (1,25 μL/mL) reduziu a população com membrana danificada, permeabilizada e despolarizada e com a atividade do efluxo comprometida ao longo de 252 h de exposição ao OEMP. Quando S. Typhimurium foi exposta a concentrações crescentes de OEMP (1,25–80 μL/mL) houve aumento dos danos nas mesmas funções fisiológicas. As análises filogenéticas de S. Typhimurium mostraram sua persistência por mais de 16 anos em fontes avícolas. Os resultados ampliam o conhecimento atual sobre a persistência de cepas de S. enterica na cadeia produtiva de alimentos evidenciando fatores de RAM, estresse e virulência em uma interface que pode levar a surtos recorrentes. Ainda, os dados revelam que a exposição sucessiva a uma concentração subletal de OEMP induz funções de reparo em S. Typhimurium, apesar de seu estado não cultivável. Estes dados reforçam a persistência de S. enterica na cadeia de produção de alimentos e alertam para a necessidade de estudos adicionais sobre as respostas microbianas ao OEMP.

KW - Salmonella

KW - Antimicrobial resistance

KW - Whole genome sequence

KW - Peppermint

KW - Cell damage

KW - Flow cytometry

KW - Salmonella

KW - Resistência antimicrobiana

KW - Sequenciamento completo do genoma

KW - Hortelã-pimenta

KW - Injúria celular

KW - Citometria de fluxo

M3 - Doctoral Thesis

ER -