Viruses as therapeutic and infectious agents

Abstract

The present study is divided into two parts: the first part focuses on the use of viruses, specifically bacteriophages as an antimicrobial therapy, and the second part focuses on an epidemiological study conducted in partnership with the Clinical Laboratory Avelab, in which the prevalence of hepatitis A and C viruses between 2002 and 2012 is demonstrated. Enterobacter cloacae is part of the normal flora of the gastrointestinal tract of 40 - 80% of people. This opportunistic microorganism is capable of causing infection in debilitated and hospitalized patients, such as urinary tract infections (UTI) associated with the use of urethral catheters. E. cloacae is resistant to a broad number of antibiotics therefore infections caused by this bacterium are difficult to control. Phage therapy may be a useful tool to control infections caused by antibiotic resistant strains. Three previously isolated phages E-2, E-3 and E-4 produced on E. cloacae were used to examine survival and host-phage dynamics in a buffer solution and in urine in order to evaluate their ability to treat UTI. The survival was determined in phosphate buffered saline (PBS) through quantification by soft agar overlay technique. The host-phage dynamics was characterized in Tryptic Soy Broth (TSB) medium and in human urine samples. The concentration of E-2 decreased by two orders of magnitude in the first 105 days. E-3 was not detectable after 160 days. E-4 concentration only decreased by one order of magnitude after 255 days. The results show that the growth of the E. cloacae was inhibited by the three phages, resulting in a decrease of ≈ 3 log after 4 - 10 h of incubation. The use of cocktails with two or three phages was significantly more effective, namely the phage cocktail E-2/E-4, with reductions of ≈ 4 log after only 2 hours of treatment. In urine, although the phage cocktail E-2/E-4 was less efficient in E. cloacae inactivation than in PBS, the inactivation was effective, bacterial reduction of 2.3 log after 4 h of incubation. Phages E-2, E-3 and E-4 showed an efficient inactivation of E. cloacae, namely when used as phage cocktails, being potential candidates as agents for the control of nosocomial urinary tract infections caused by Enterobacter cloacae. Hepatitis A is a common viral liver disease and brings serious health and economic problems as its epidemiologic pattern changes over time. National serosurveys from developed countries have indicated a decline in HAV (hepatitis A virus) seroprevalence over time due to the improvement of economic and sanitation levels. The hepatitis A virus (HAV) immunity rate was surveyed throughout an eleven-year period by sex and age group in Aveiro District. Hepatitis C virus (HCV) is a major cause of liver disease worldwide and causes substantial morbidity and mortality. The common absence of symptoms associated leads to uncertainty to the geographic distribution of this disease. In the absence of a vaccine and effective treatment, prevention is extremely important, especially for at risk groups. The immunity rate of hepatitis A and the infection rate of Hepatitis C were surveyed over a period of eleven years by sex and age group in the district of Aveiro. In this retrospective study, blood samples from patients in ambulatory regime from the Laboratory of Clinical Analysis Avelab, were analyzed for the presence of antibodies against antigens of HAV and HCV using a chemiluminescence immunoassay. The HAV immunity was 60%. The immunity was age dependent (p <0.05) but no significant differences were noted between sexes or during the study period (p> 0.05). About 4% of patients had anti-HCV antibodies. HCV infection was age and gender-dependent (p <0.05) and decreased during the study period (p <0.05). The results presented in this study indicate that the immunity for HAV in young patients is low and may indicate a greater impact of the disease in the future. Regarding HCV infection is concluded that middle-aged men are more affected by HCV than women which may indicate that this group is more prone to risky behavior. In addition, the reduction of infection rate throughout the study period may indicate a decrease in exposure to risk factors.

O presente trabalho está dividido em duas partes: a primeira parte centra-se na utilização de vírus, mais concretamente bacteriófagos como meio terapêutico, já a segunda parte centra-se num estudo epidemiológico feito em parceria com o laboratório de análises clínicas Avelab, em que a prevalência dos vírus da hepatite A e C entre os anos 2002 e 2012 é evidenciada. Enterobacter cloacae faz parte da flora microbiana normal do trato gastrointestinal de 40-80% da população. Este microrganismo oportunista é capaz de causar infeção em pacientes debilitados e hospitalizados. E. cloacae é resistente a um vasto número de antibióticos e por conseguinte as infeções causadas por esta bactéria são difíceis de controlar. Neste sentido, a aplicação da terapia fágica poderá ser uma possível alternativa no controlo da infeção. A sobrevivência e a dinâmica fago-hospedeiro foram testadas em três fagos previamente isolados (E-2, E-3 e E-4). A sobrevivência foi testada em PBS pelo método de quantificação em dupla camada de agar. A dinâmica de interação fago-hospedeiro foi caracterizada em meio de cultura Caldo de Soja Tripticaseína e da quantificação dos fagos pela técnica da dupla camada de agar. A dinâmica de interação fago-hospedeiro foi testada em PBS e urina. Relativamente à sobrevivência dos fagos observou-se o decréscimo da concentração de E-2 em duas ordens de grandeza em 105 dias. A concentração de E-3 diminuiu em seis ordens de grandeza em 160 dias, enquanto a concentração de E-4 diminuiu apenas em uma ordem de grandeza em 255 dias. A bactéria foi inibida pelos três fagos, resultando no decréscimo de ≈ 3 log após 4-10 h de incubação. O uso de cocktails foi mais eficaz observando-se uma redução de ≈ 4 log após 4 h. Na urina a inativação do hospedeiro não foi tão eficaz, sendo aproximadamente 2 log. Os fagos E-2, E-3 e E-4 demonstraram ser eficientes na inativação de E. cloacae sendo potenciais agentes no controlo de infeções nosocomiais. A hepatite A é uma doença hepática viral comum e tem trazido graves problemas de saúde e económicos à medida que o seu padrão epidemiológico muda ao longo do tempo. Inquéritos sorológicos de países desenvolvidos indicam um declínio da seroprevalência do vírus da hepatite A (VHA) devido à melhoria das condições económicas e de saneamento. O vírus da hepatite C (VHC) é uma causa importante de doença do fígado em todo o mundo e causa de morbilidade e mortalidade substanciais. Na ausência de uma vacina, a prevenção é extremamente importante, especialmente para os grupos de risco. A taxa de infeção da hepatite C e a taxa de imunidade à hepatite A foram pesquisadas ao longo de um período de onze anos, por sexo e faixa etária no Distrito de Aveiro. Neste estudo retrospetivo, amostras de sangue de pacientes do Distrito de Aveiro, em regime ambulatório, provenientes do Laboratório de Análises Clínicas Avelab, foram analisadas para a presença de anticorpos contra antigénios do VHA e do VHC através de um imunoensaio de quimiluminescência. A imunidade para o VHA foi de 60%. A imunidade foi dependente da idade (p < 0.05) mas não se observaram diferenças significativas entre sexos nem durante o período de estudo (p >0.05). Cerca de 4% dos pacientes apresentaram anticorpos anti-VHC. A infeção pelo VHC foi dependente da idade e variou entre os sexos (p < 0,05), para além disso diminuiu durante o período de estudo (p < 0,05). Os resultados apresentados neste estudo indicam que o número de pacientes jovens imunes ao VHA é baixo podendo indicar um maior impacto da doença no futuro. Relativamente à infeção pelo VHC conclui-se que os homens de meia-idade são mais afetados do que as mulheres o que pode indicar que esse grupo é mais propenso a comportamentos de risco. Para além disso, a diminuição dos casos positivos ao longo do período de estudo pode indicar uma diminuição na exposição a fatores de risco.