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http://hdl.handle.net/11422/28281
| Type: | Tese |
| Title: | Desvendando Staphylococcus nepalensis: avaliação da larva Tenebrio molitor como modelo de patogenicidade e caracterização de plasmídeos carreadores de resistência antimicrobiana |
| Author(s)/Inventor(s): | Oliveira, Ana Luisa Andrade |
| Advisor: | Marval, Marcia Giambiagi de |
| Co-advisor: | Rossi, Ciro César |
| Abstract: | Staphylococcus nepalensis é uma espécie pertencente ao grupo de Staphylococcus coagulase-negativo (SCN) inicialmente identificada como parte da microbiota de cabras saudáveis. No entanto, atualmente sabe-se que a espécie pode ser encontrada em diferentes locais e hospedeiros, incluindo alguns casos de infecções oportunistas em humanos. Assim como outros SCN, S. nepalensis pode atuar como reservatório de genes de resistência antimicrobiana, impactando espécies mais patogênicas como Staphylococcus aureus. O objetivo deste trabalho foi caracterizar a espécie S. nepalensis e seus plasmídeos: i) avaliando a virulência e a transferência horizontal de genes em um modelo in vivo.; ii) estabelecendo um protocolo eficiente para a extração, sequenciamento e caracterização dos plasmídeos obtidos. Inicialmente, foi realizada a padronização da larva Tenebrio molitor como modelo in vivo para avaliar a virulência de espécies de Staphylococcus. Nossos resultados demonstraram que a mortalidade das larvas T. molitor, assim como o aumento da circulação de hemócitos, foi diretamente proporcional a dose do inóculo bacteriano de S. aureus, Staphylococcus saprophyticus e S. nepalensis. Notavelmente, quando comparadas na mesma concentração do inóculo, apenas a cepa S. nepalensis 136b foi capaz de matar mais de 50% das larvas em doses inferiores a 105 UFC (Unidade formadora de colônias), 72 h após a infecção. As larvas de T. molitor também foram utilizadas como modelo para a transferência de plasmídeos. As larvas foram infectadas com doses de S. aureus a 105 UFC da RN2677 (cepa receptora) e a 106 UFC da RN7242 (doadora, portadora do plasmídeo de resistência à gentamicina pGO1). Obtivemos colônias transconjugantes com frequência de 1,6 × 10-5 por célula doadora, demonstrando a adequação de T. molitor como hospedeiro para transferência horizontal de genes em Staphylococcus. Na sequência, testamos diferentes métodos de extração de plasmídeos para garantir uma amostra de melhor qualidade para o sequenciamento. Para avaliar a eficiência na recuperação dos plasmídeos, comparamos duas abordagens utilizando a estirpe S. nepalensis 136b: i) extração de DNA total e ii) DNA enriquecido com plasmídeos. A extração enriquecida para plasmídeos utilizando o kit miniprep (Qiagen), com uma etapa adicional com lisozima, melhorou os resultados do sequenciamento e consequentemente da montagem das sequências, permitindo a recuperação de quatro plasmídeos completos. Três plasmídeos mobilizáveis foram identificados carreando os genes de resistência aadk, cat e tetK, que conferem resistência à estreptomicina, ao cloranfenicol e à tetraciclina, respectivamente. Análises comparativas e filogenéticas revelaram uma alta similaridade de sequências entre estes plasmídeos e elementos genéticos móveis encontrados em diversas bactérias patogênicas e ambientais, incluindo S. aureus, Staphylcoccus epidermidis, Enterococcus sp., Pseudomonas aeruginosa, indicando a circulação de plasmídeos entre diferentes gêneros. Adicionalmente, foi identificado um novo plasmídeo, com baixa similaridade a qualquer sequência depositada em bancos de dados, sugerindo a existência de linhagens de plasmídeos não caracterizadas de Staphylococcus comensais. Este trabalho destaca a importância de monitorar espécies comensais, como S. nepalensis, que podem atuar como reservatório de genes de resistência, favorecendo sua disseminação e pelo potencial de causar infecções oportunistas. |
| Abstract: | Staphylococcus nepalensis is a coagulase-negative Staphylococcus (CoNS) initially identified as part of goat’s normal microbiota. However, it is now known to be found in different locations and hosts, including some cases of opportunistic infections in humans. Similar to other CoNS, S. nepalensis may serve as a reservoir for antimicrobial resistance (AMR) genes, potentially impacting more pathogenic species like Staphylococcus aureus. The aim of this project is to characterize the S. nepalensis species and its plasmids: i) evaluating virulence and horizontal gene transfer in an in vivo model and ii) establishing an efficient protocol for plasmid extraction to sequence and characterize the plasmids obtained. First, we established Tenebrio molitor larvae as an in vivo model to evaluate the virulence of Staphylococcus spp. Our findings demonstrated that S. aureus, Staphylococcus saprophyticus and S. nepalensis killed T. molitor in a dose-dependent manner and stimulates the cellular immune response of larvae. Notably, when compared at the same concentration, only the S. nepalensis 136b strain was able to kill more than 50% of the larvae at doses lower than 105 CFU (Colony forming unit at 72h post-infection. We also utilized T. molitor larvae as a model for plasmid transfer. For this, larvae were inoculated with the donnor strain S. aureus RN7242 (106 CFU), which carries the gentamicin resistance plasmid pGO1, and the recipient strain S. aureus RN2677 105 CFU. We successfully obtained transconjugant colonies with a frequency of 1.6 × 10−5 per donor cell, demonstrating the suitability of T. molitor as a host for staphylococcal horizontal gene transfer. Next, we tested different plasmid extraction methods to ensure higher-quality samples for sequencing. To evaluate the efficiency of plasmid recovery, we compared two approaches using the S. nepalensis 136b strain: i) total DNA extraction and ii) plasmid-enriched DNA extraction. The plasmid-enriched extraction using Qiagen’s miniprep kit, with an additional lysozyme step, improved assembly results, allowing the recovery of four complete plasmids. Three mobilizable plasmids were identified carrying the resistance genes aadk, cat, and tetK, which confer resistance to streptomycin, chloramphenicol, and tetracycline, respectively. Comparative and phylogenetic analyses revealed high sequence similarity between these plasmids and mobile genetic elements found in various pathogenic and environmental bacteria, including S. aureus, S. epidermidis, Enterococcus sp., and Pseudomonas aeruginosa, indicating plasmid circulation across different genera. Additionally, a novel plasmid was identified, showing low similarity to any sequence deposited in databases, suggesting the existence of uncharacterized plasmid lineages in commensal Staphylococcus. This study highlights the importance of monitoring commensal species such as S. nepalensis, which can act as reservoirs of resistance genes, promoting their dissemination and posing a potential risk for opportunistic infections. |
| Keywords: | Staphylococcus nepalensis Tenebrio Virulência Transferência genética horizontal Plasmídeos Virulence Plasmids |
| Subject CNPq: | CNPQ::CIENCIAS BIOLOGICAS::MICROBIOLOGIA |
| Program: | Programa de Pós-Graduação em Ciências (Microbiologia) |
| Production unit: | Instituto de Microbiologia Paulo de Góes |
| Publisher: | Universidade Federal do Rio de Janeiro |
| Issue Date: | 17-Dec-2025 |
| Publisher country: | Brasil |
| Language: | por |
| Right access: | Acesso Aberto |
| Citation: | Oliveira, A. L. A. (2025). Desvendando Staphylococcus nepalensis: avaliação da larva do Tenebrio molitor como modelo de patogenicidade e caracterização de plasmídeos carreadores de resistência antimicrobiana [Tese de Doutorado, Universidade Federal do Rio de Janeiro]. Repositório Institucional Pantheon. |
| Appears in Collections: | Microbiologia |
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