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Resistências aos Antibióticos

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Academic year: 2021

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Texto

(1)

João G.Pereira

Biofilmes

Da investigação à clínica

João Gonçalves Pereira MD, Ph D

Director UCI, Hospital Vila Franca Xira

R esistências aos Antibióticos

(2)

João G.Pereira

quorum sensing

Tipo de comunicação célula a célula, através da qual as bactérias reconhecem a sua densidade populacional, pela produção de pequenas moléculas; Assim coordenam a expressão gené=ca de acordo com a densidade bacteriana.

Vibrio harveyi Aliivibrio fischeri

(3)

João G.Pereira

V. harveyi Are Bilingual

V. harveyi communication systems

AI-1 molecule

Speaks language unique to V.

harveyi

AI-2 molecule

Speaks universal language used by many quorum-

sensing bacteria

(4)

João G.Pereira

What is a Biofilm?

• Free-floating (planktonic) cells attach to become sessile

• Biofilm organisms usually express a different phenotype

Structured, co-operative microbial community embedded in an extracellular matrix, usually attached to a surface

Different species may be competing or co-operating

(5)

João G.Pereira

What is a Biofilm?

(6)

João G.Pereira

These changes in bacteria are responsible for most infections

Bacteria cells seems

harmless when multiplying

When their number reaches a significant threshold (the

“quorum”) phenotypical changes changes occur in its

•  Behaviour

•  Metabolism

Colonization: Quorum sensing

Signaling moleculles

F  Virulence Factors

F  Biofilms

•  Self / non Self

•  Number

Biofilms

Structured, cooperative microbial community embedded in an extracellular matrix, usually attached to a surface

C4-HSL C12-HSL PQS

(7)

João G.Pereira

Biofilmes e próteses

Fixação

(8)

João G.Pereira

A maioria das infecções

nosocomiais estão associadas a dispositivos médicos invasivos

! 

97% ITU - algália

! 

87% bacteriémia – Catéter venoso central

! 

83% pneumonia – Tubo traqueal

Implicações clínicas dos Biofilmes

(9)

João G.Pereira

Os biofilmes podem formar micro-colónias e fragmentar

A embolização infecciosa pode ser responsável por

–  Invasão de líquidos orgânicos sépsis

–  Entrada na circulação capilar colonização dos tecidos,

infecção ou enfarte

Os mecanismos adquiridos de resistência podem permanecer

Implicações clínicas dos Biofilmes

(10)

João G.Pereira

Ability to colonize any foreign material

Cardiac valves

Central venous lines Bone prothesis

Contact lenses

Intrautherin devices Endotracheal tube

Peritoneal dialiysis catheter Pacemaker

Several bacteria can become virulent

Staphylococcus coagulase-negativo Staphylococcus aureus

Streptococcus spp Enterococcus spp

Klebsiella pneumoniae Escherichia coli

Proteus mirabilis

Pseudomonas aeruginosa Candida albicans

Clinical Implication of biofilms

F 

Once installed a high rate of resistance to antibiotics is noted

(11)

João G.Pereira

Ability to colonize any foreign material

Cardiac valves

Central venous lines Bone prothesis

Contact lenses

Intrautherin devices Endotracheal tube

Peritoneal dialiysis catheter Pacemaker

Several bacteria can become virulent

Staphylococcus coagulase-negativo Staphylococcus aureus

Streptococcus spp Enterococcus spp

Klebsiella pneumoniae Escherichia coli

Proteus mirabilis

Pseudomonas aeruginosa Candida albicans

Clinical Implication of biofilms

F 

Once installed a high rate of resistance to antibiotics is noted

(12)

João G.Pereira

Tubo traqueal Secreções sub-glóticas

Cuff Biofilme

Secreções Dispersão do biofilme com a ventilação

Superfície dum tubo endotraqueal removido dum doente de UCI

“In vivo” incluem muco, restos celulares do hospedeiro e

bacterianos

Mecanismos de colonização

(13)

João G.Pereira

Maki DG Hospital Infections 1992, 849-98.

Mecanismos de colonização

Colonização extraluminal CVCs recentes

Colonização endoluminal CVCs antigos

Biofilme Colonização

extraluminal

Colonização hematogénea

Flora cutânea

Colonização endoluminal Contaminação

cruzada

Pele

Veia

(14)

João G.Pereira

Maki DG Hospital Infections 1992, 849-98.

Mecanismos de colonização

Colonização extraluminal CVCs recentes

Colonização endoluminal CVCs antigos

Biofilme Colonização

extraluminal

Colonização hematogénea

Flora cutânea

Colonização endoluminal Contaminação

cruzada

Pele

Veia

Removal of the device

Is the only sure way to remove a biofilm

(15)

João G.Pereira

Infections with S. aureus Biofilms

Chronic Infections/Diseases:

Biofilms are resistant to antibiotic levels 10-1,000 times higher than planktonic bacteria

–  Concentrations of antibiotics required to kill biofilms may not be therapeutically achievable

Osteomyelitis Endocarditis

http://www.who.int/buruli/photos/Osteomyelitis_Nigeria_large.jpg http://www.pathology.vcu.edu/education/cardio/images/2g-a.jpg

(16)

João G.Pereira

Environmental Pseudomonas

Innate Immune Selective Pressure

Bacterial Adaptation

Unique surface modifications

Increased airway inflammation

Biofilms/

Resistance to antimicrobials

Chronic Lung Disease

PA colonization - ASYMPTOMATICIncreased bacterial burden - SYMPTOMATIC

Chronic Pseudomonas aeruginosa Infection in Cystic Fibrosis

CFTR- Unknown Innate

immune defect

(17)

João G.Pereira

Antibiotics and Biofilms

ü  Neutralisation of the antibiotics by the polissacaride matrix

ü  Extracellular Beta lactamases

ü Inactivation of antibiotic compounds by simultaneous desrepression “quorum”

of resistance related genes

ü Plasmidium mediated transference of resistance genes

ü Latent bacterial subpopulations, with low grade metabolism

ü  Bacteria may possess a different sensitivity profile than the one identified

“in vitro”

Moskowitz SM. JAC 2005; 43: 5085

Hill D. J Clin Microbiol 2005; 43: 5085

Biofilms

Growth and maturation

(18)

João G.Pereira

Antibiotics and Biofilms

ü  Neutralisation of the antibiotics by the polissacaride matrix

ü  Extracellular Beta lactamases

ü Inactivation of antibiotic compounds by simultaneous desrepression “quorum”

of resistance related genes

ü Plasmidium mediated transference of resistance genes

ü Latent bacterial subpopulations, with low grade metabolism

ü  Bacteria may possess a different sensitivity profile than the one identified

“in vitro”

Moskowitz SM. JAC 2005; 43: 5085

Hill D. J Clin Microbiol 2005; 43: 5085

Biofilms

Growth and maturation

(19)

João G.Pereira

MIC: Biofilms

(20)

João G.Pereira

Tolerance and Persistence

Small groups of persisters cells in the colony F 

Roughly 300 genes differentially overexpressed

F  

Inhibition of translation, replication, modulation of proteins

Tolerance to most antibiotics

F 

Able to reactivate its functions. Same MIC

F 

Ensure survival of all population

Keren J Bacteriology 2004;186:8172

(21)

João G.Pereira

Tolerance and Persistence

Small groups of persisters cells in the colony F 

Roughly 300 genes differentially overexpressed

F  

Inhibition of translation, replication, modulation of proteins

Tolerance to most antibiotics

F 

Able to reactivate its functions. Same MIC

F 

Ensure survival of all population

Keren J Bacteriology 2004;186:8172

(22)

João G.Pereira

MIC: Biofilms

(23)

João G.Pereira

MIC: Biofilms

(24)

João G.Pereira

MRSA Biofilms

Smith K Int J Antimicrob Agents 2009;33:374–378

Biofilm-associated cell survival, %

MRSA exposed to antibiotics at concentrations of 64 µg/ml. Each box plot represents the spread of cell survival across the different clinical isolates; error bars are the standard deviation

Biofilm bacterial survival in 12 different MRSA

100 80 90

70 60 50 40 30 20 10 0

Clindamycin Daptomycin Linezolid Tigecyclin

P<0.0001

P<0.005

Vancomycin

(25)

João G.Pereira Bjarnsholt Microbiology 2005;151:3873

Garlic inhibits Pseudomonas aeruginosa biofilms in a pneumonic mice model

Bagge Antimicrob Agents Chemother 2004;48:1175

Pseudomonas aeruginosa gene

induction in biofilms by subinhibitory concentrations of imipenem

Biofilms

(26)

Rogers R Chest 2011;139:980-980

Referências

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