Detecção dos genes de Staphylococcus aureus, enterotoxinas e de resistência à meticilina em leite

Detection of genes of Staphylococcus aureus, enterotoxins and methicillin resistance in milk

ZOOTECNIA E TECNOLOGIA E INSPEÇÃO DE PRODUTOS DE ORIGEM ANIMAL

N.L. Dias^I; D.C.B. Silva^II; D.C.B.S. Oliveira^II; A.A. Fonseca Junior^I; M.L. Sales^I; N. Silva^I

^IEscola de Veterinária - UFMG. Caixa Postal 567 - 30123-970 - Belo Horizonte, MG

^IIMédica veterinária autônoma

RESUMO

Realizou-se a detecção do gene de Staphylococcus aureus, de enterotoxinas e de resistência à meticilina com extração de DNA feita diretamente de amostras de leite. Das 200 amostras estudadas, 145 (72,5%) amplificaram o gene femA, e estas foram analisadas quanto à presença dos genes sea, seb, sec e mecA. Os genes das enterotoxinas mais prevalentes foram: sea (60%), seb (37,9%) e sec (6,9%). Foram encontradas 18 amostras de leite (11,0 %) com S. aureus portadores do gene mecA. A detecção de S. aureus diretamente do leite, sem a necessidade de isolamento bacteriano e a caracterização do potencial enterotoxigênico, demonstra que a técnica de PCR é muito útil para estudos epidemiológicos das infecções estafilocócicas da glândula mamária. O alto percentual (72,5%) de amostras de leite positivas para a presença do gene femA sugere que S. aureus constitui um dos principais agentes causadores de infecções intramamárias na microrregião de Sete Lagoas-MG e que seu potencial enterotoxigênico e presença do gene mecA, que identifica o S. aureus resistente à meticlina, representa um risco potencial à saúde pública.

Palavras-chave:Staphylococcus aureus, enterotoxinas, MRSA, PCR

ABSTRACT

This work was performed to detect the Staphylococcus aureus gene, enterotoxins resistance to methicillin with the extraction of DNA directly from milk samples. Of the 200 samples studied 145 (72.5%) amplified the femA gene, which were analyzed regarding the presence of sea, seb, sec and mecA genes. The most prevalent enterotoxins genes were: sea (60%), seb (37.9%) and sec (6.9%). 18 milk samples (11 %) had S. aureus carrying the mecA gene. The detection of S. aureus directly from the milk, with no need for bacterial isolation and the characterization of the enterotoxigenic potential demonstrate that the PCR technique is very useful for epidemiological studies of staphylococcal infections of the mammary gland. The high percentage (72.5%) of positive milk samples for the presence of the femA gene suggests that S. aureus constitutes of the main agents which cause intramammary infections in the micro region of Sete Lagoas-MG and that its enterotoxigenic potential and the presence of the mecA gene, which identifies the S. aureus resistant to methicillin, represent a potential risk to public health.

Keywords:Staphylococcus aureus, enterotoxins, MRSA, PCR

INTRODUÇÃO

O Staphylococcus aureus destaca-se como um dos microrganismos mais frequentemente associados às infecções intramamárias de bovinos em todos os continentes e o agente que isoladamente determina as maiores perdas na pecuária leiteira (Vasudevan et al., 2003; Costa, 2008). No Brasil, S. aureus é considerado o principal agente causal da mamite bovina, com taxas de isolamento variáveis entre 8,3% e 49,2% (Costa, 2008).

S. aureus pode produzir enterotoxinas (SE) que são os principais agentes de intoxicação de origem bacteriana no homem e são caracterizadas por náusea, vômito, diarréia, dor de cabeça, cólica abdominal, cãibra muscular, queda de pressão sanguínea e prostração (Lamaita et al., 2005). As SE possuem uma estrutura compacta, que confere resistência a enzimas proteolíticas como pepsina, tripsina, renina e papaína (Bergdoll, 1989), e que, dessa forma, resiste à hidrólise pelas enzimas gástricas e jejunais, mantendo sua atividade no trato digestivo após ingestão (Luz, 2008). Entre outras propriedades, as enterotoxinas são estáveis ao aquecimento a 100ºC durante 30 minutos, e não são inativadas totalmente pela pasteurização e por outros tratamentos térmicos usuais (Bergdoll, 1989).

Nas últimas décadas, tem-se observado a emergência de microrganismos resistentes aos antibióticos, dentre os quais se destaca S. aureus, resistente à meticilina (MRSA - ou Methicillin-resistant Staphylococcus aureus). Essas linhagens não são comumente relatadas em animais, entretanto, nos últimos anos, há registros de aumento de casos de infecções em animais domésticos (Rich et al., 2005), sugerindo que as infecções mamárias por MRSA, em bovinos leiteiros, podem ser consideradas sério problema no campo (Lee et al., 2004).

Devido à importância das enterotoxinas estafilocócicas veiculadas em alimentos e à resistência dos S. aureus a antibióticos utilizados no tratamento de mamite, este trabalho teve o objetivo de detectar, em leite de tanques de refrigeração, o gene femA, que é específico de S. aureus, e também genes que codificam as enterotoxinas estafilocócicas (SE) A, B e C, além do destaque para detecção dos genes específicos de MRSA.

MATERIAL E MÉTODOS

Foram utilizadas 200 amostras de leite obtidas em tanque de refrigeração de propriedades rurais pertencentes à microrregião de Sete Lagoas, MG, coletadas no período de março a junho de 2009. Essas amostras foram cedidas pelo Laboratório de Análise de Leite da Escola de Veterinária da UFMG. O leite continha azidiol, substância bacteriostática que possui como princípio ativo clorafenicol e azida sódica, que permite a conservação estável da amostra por até uma semana, sem modificação dos seus componentes.

O protocolo de PCR empregado foi baseado nos trabalhos de Silva e Silva (2005) e Silva (2008). Utilizou-se a técnica da PCR para detecção do gene femA, que identifica o S. aureus. Esta mesma técnica foi utilizada para a detecção dos genes sea, seb, sec, que estão relacionados ao potencial de produção das enterotoxinas A, B e C respectivamente. Foi também pesquisada a presença do gene mecA, que identifica MRSA. Na Tab. 1 mostra-se a sequência de iniciadores referente a cada gene pesquisado.

A sequência de nucleotídeos e a localização gênica foram derivadas de sequências publicadas dos genes sea (Betley e Mekalanos, 1988), seb (Johnes e Khan, 1988), sec (Bohach e Schillievert, 1987) femA (Berger-Bachi et al., 1989) e mecA, descritos por Lee (2003).

A extração de DNA foi realizada segundo protocolo proposto por Millar et al. (2000). Amplificações eficientes e reproduzíveis foram padronizadas no termociclador Px2 Thermal Cycler (Thermo Electron Corporation) com volume final de reação de 20µL. Utilizaram-se 20% de tampão especial IVB 5x (Phoneutria, Brasil), 10µmol/L dos iniciadores, 200pmol/L de dNTPs, 5,0U de Taq polimerase e aproximadamente 100ng de DNA. A quantidade de DNA foi mensurada por densidade óptica em espectrofotômetro (NanoVue GE Healthcare). As condições de ciclagem para análise dos genes femA, sea e seb foram de 94 ºC por cinco minutos, seguidos por 40 ciclos de 30 segundos a 94ºC , 30 segundos a 57ºC e 30 segundos a 72ºC, e incubação final de quatro minutos a 72ºC. Para análise dos genes sec e mecA, foi utilizada a seguinte programação: 94ºC por cinco minutos, seguidos por 30 ciclos de um minuto a 94ºC, um minuto a 57ºC, um minuto a 72ºC, e incubação final de 4 minutos a 72ºC.

As amostras padrão de S. aureus: ATCC 13565, ATCC 14458, ATCC 19095 possuem, respectivamente, os genes para produção de enterotoxinas (SE) A, B e C, e a amostra-padrão ATCC 33591 o gene mecA. Para os testes de especificidade analítica da PCR utilizou-se o sequenciamento dos genes sea, seb, sec, mecA e femA, usando, respectivamente, o DNA das amostras de referência ATCC 13565, ATCC 14458, ATCC 19095 e ATCC 33591 e ATCC 25923.

O DNA do fragmento amplificado foi submetido à PCR de sequenciamento utilizando-se o DYEnamic ET Dye Terminator Kit (GE Healthcare), conforme instruções do fabricante. O programa de termociclagem foi o mesmo usado para a amplificação dos fragmentos dessa região. Para o sequenciamento, usou-se o sequenciador ABI Prism 3700 DNA Sequencer (Applied Biossytems, Foster City, USA).

Para a análise das sequências e a obtenção do dendrograma, foram utilizados softwares específicos conforme metodologia utilizada por Wichert et al. (2009). Após a análise, as sequências de DNA qualificadas foram comparadas em banco de dados (GenBank, www.ncbi.nlm.nih.gov/Genbank), por meio da ferramenta BLAST (Altschull et al., 1997) para verificação da sua similaridade em relação às sequências já depositadas no Genbank.

As amostras de leite, após extração do DNA, foram inicialmente processadas com o iniciador FemA. Dessas amostras, apenas as com amplificação positiva foram submetidas à avaliação com os demais iniciadores (SEA, SEB, SEC e MecA).

As amostras-padrão de S. aureus ATCC 13565, ATCC 14458, ATCC 19095 e ATCC 33591 foram utilizadas também para padronização da técnica de PCR, do teste de sensibilidade e do controle positivo de S. aureus produtor de enterotoxina A, S. aureus produtor de enterotoxina B, S. aureus produtor de enterotoxina C e MRSA. O DNA extraído do S. epidermidis (ATCC 12228) foi utilizado como controle negativo.

A sensibilidade analítica da técnica foi avaliada após a inoculação das amostras de referência de S. aureus em meio Brain Heart Infusion (BHI) e incubação à temperatura de 36°C por 24 horas. Após esse período, foram realizadas diluições decimais de cada amostra de referência em tubos de ensaio contendo 9mL de leite estéril que sabidamente não amplificavam nenhum dos genes estudados. No primeiro tubo, foi colocado 1mL da cultura crescida em meio BHI (diluição 10^-1), e seguidamente transferidos para os demais tubos até obter a diluição final de 10^-9 (Silva et al., 1997). O leite que estava nos tubos de ensaio com as diluições de S. aureus na base 10 foram submetidos à extração do DNA. Foi realizada a reação de PCR com os iniciadores específicos para cada amostra-padrão, com o objetivo de verificar em até qual diluição ocorreria a formação de produtos de PCR. Para obter o valor da contagem presuntiva de S. aureus nas diluições realizadas e avaliar a sensibilidade analítica da PCR utilizada, realizou-se contagem bacteriana em placa para cada uma dessas amostras-padrão de S. aureus empregando-se a técnica de profundidade em placa (pour plate) (Swanson et al., 2001). Essa técnica foi utilizada da seguinte forma: o meio BHI fundido e à temperatura de 47°C foi vertido sobre a placa de Petri contendo 1mL da suspensão diluída da amostra; após 24h de incubação, o número de colônias contadas foram mutiplicadas pelo fator 10 e, em seguida, pela recíproca da diluição correspondente à placa de contagem.

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Houve amplificação do gene femA em 145 (72,5%) amostras de leite estudadas, sugerindo ser este um dos principais agentes causadores de mamite naquela região. A utilização do gene femA, como marcador epidemiológico para detecção e identificação de S. aureus, a partir de amostras de leite, mostrou-se útil em estudos populacionais sobre a dinâmica das infecções intramamárias (Veras, 2004; Costa, 2008).

A especificidade analítica foi verificada pelo sequenciamento, que constatou por meio da Blast altas porcentagens de identidade e valores de e e score confiáveis para os fragmentos obtidos dos genes sea, seb, sec, mecA e femA. A especificidade dessa técnica foi também estudada por Costa (2008), que constatou, pela PCR, a amplificação do gene femA em 97,7% das 360 amostras de bactérias isoladas de casos de mamite clínica e subclínica, identificadas fenotipicamente como S. aureus.

O resultado da contagem bacteriana em placas foi de 1,90 10^-9 UFC/mL para a amostra ATCC 13565; 1,32 10^-9 UFC/mL para a amostra ATCC 14458, 1,98 10^-9 UFC/mL para a amostra ATCC19095 e 2,07 10^-9 UFC/mL para a amostra ATCC 33591. Observou-se que, para os cinco genes testados (sea, seb, sec, mecA e femA), houve amplificação de produtos de PCR dentro do tamanho esperado até a diluição de 10^-9 constatado pela eletroforese em gel de agarose 1,5% e corados com brometo de etídio (1,5mg/mL), visualizados sob luz ultravioleta.

Os limites de detecção dos genes de S. aureus alcançados neste trabalho foram maiores que os obtidos por Ramesh et al. (2005) e Silva (2008), que detectaram amplificação de produtos de PCR até a diluição de 10^-8 e 10^-9 , respectivamente . Essa diferença de sensibilidade pode ser explicada pela metodologia empregada na extração de DNA e, também, pela diferença dos iniciadores utilizados para a reação de PCR, entre os trabalhos.

Entre as amostras analisadas, 16 (11,0%) delas amplificaram o gene mecA, que é específico de MRSA. O primeiro trabalho a analisar a presença de MRSA em extração de DNA feita diretamente do leite, a partir da detecção do gene mecA, foi o realizado por Silva (2008), que identificou uma (3,3%) entre 30 amostras de leite de tanque de expansão, procedentes de várias regiões produtoras de leite de Minas Gerais. O maior número de amostras utilizadas neste trabalho, todas procedentes da microrregião de Sete Lagoas, cuja produção é de 186.605 mil litros de leite/ano (Instituto Brasileiro de Geografia e Estatísticas, 2009), torna este trabalho mais representativo, evidenciando a disseminação desse tipo de microrganismo entre os rebanhos produtores de leite, o que sugere serem as infecções mamárias por MRSA, em bovinos leiteiros, um sério problema no campo, como afirmaram Lee et al. (2004).

Das 145 amostras que amplificaram o gene femA, 87 (60%) amplificaram o gene sea, sendo este o mais prevalente, 55 (37,9%) amplificaram o gene seb e, 10 (6,9%) amplificaram o gene sec. Ocorreu coamplificação dos genes, sea + seb, em 42 amostras (28,9%), sea + sec, em nove amostras (6,2%) e de, seb + sec, em três amostras (2,06%). Ocorreu também a coamplificação dos três genes sea + seb + sec em três amostras (2,06%). Os resultados observados neste estudo foram coerentes com os encontrados por Veras (2004), Silva (2004) e Nader Filho et al. (2007), que também utilizaram a técnica de PCR, com predominância de amostras de S. aureus que possuíam o gene sea, seguida de seb e posteriormente sec. A associação de sea+seb também predominou entre os achados destes autores.

Resultados divergentes foram apresentados por Cardoso et al. (2000), ao caracterizarem a produção de enterotoxinas estafilocócicas por 127 amostras de S. aureus, isoladas de leite proveniente de vacas com mamite em Minas Gerais, pela técnica de OSP (dupla difusão em gel), em que observaram o predomínio de amostras produtoras de enterotoxina (SE) D, seguida de B, C e A. Luz (2008) também obteve resultado divergente ao deste trabalho no que se refere à presença das enterotoxinas clássicas, pois nos 94 isolados de S. aureus de amostras de leite provenientes de vacas com mamite, nenhum apresentava os genes sea, seb e sec, e houve apenas a amplificação dos segmentos de tamanho esperado nas amostras de referência usadas como controle positivo. Os genes identificados foram os responsáveis pela produção das enterotoxinas (SE) G, H, I e J. Segundo Pinheiro de Sá et al. (2004), as SEB predominaram em estudo realizado em amostras de S. aureus isoladas de rebanhos com infecções subclínicas. Para esses autores, os resultados apresentados diferem em sua grande maioria, o que deve refletir a importância da genotipagem de amostras de S. aureus para uma melhor interpretação. As variações observadas na distribuição dos genes toxigênicos neste e em outros estudos realizados podem estar relacionadas às diferenças geográficas, devido a diferentes condições ambientais, bem como à natureza dos isolados de S. aureus.

CONCLUSÕES

O alto percentual de amostras de leite que tiveram o gene femA amplificado sugere que o S. aureus constitui um dos principais agentes causadores de infecções intramamárias na microrregião de Sete Lagoas-MG. A técnica de PCR utilizada neste estudo apresentou alta especificidade e sensibilidade analítica para diagnóstico de S. aureus, enterotoxinas estafilocócicas e MRSA no leite. A técnica de PCR, que utilizou DNA de extrações realizadas diretamente do leite, para identificação de S. aureus e determinação do seu potencial enterotoxigênico, mostrou-se útil para estudos epidemiológicos sobre infecções intramamárias causadas por S. aureus.

Recebido em 5 de maio de 2010

Aceito em 2 de setembro de 2011

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Detecção dos genes de Staphylococcus aureus, enterotoxinas e de resistência à meticilina em leite

Detection of genes of Staphylococcus aureus, enterotoxins and methicillin resistance in milk

Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  19 Dez 2011
• Data do Fascículo
  Dez 2011

Histórico

• Recebido
  05 Maio 2010
• Aceito
  02 Set 2011