Clinical Microbiology Reviews

The use of and search for drugs and dietary supplements derived from plants have accelerated in recent years. Ethnopharmacologists, botanists, microbiologists, and natural-products chemists are combing the Earth for phytochemicals and “leads” which could be developed for treatment of infectious diseases. While 25 to 50% of current pharmaceuticals are derived from plants, none are used as antimicrobials. Traditional healers have long used plants to prevent or cure infectious conditions; Western medicine is trying to duplicate their successes. Plants are rich in a wide variety of secondary metabolites, such as tannins, terpenoids, alkaloids, and flavonoids, which have been found in vitro to have antimicrobial properties. This review attempts to summarize the current status of botanical screening efforts, as well as in vivo studies of their effectiveness and toxicity. The structure and antimicrobial properties of phytochemicals are also addressed. Since many of these compounds are currently available as unregulated botanical preparations and their use by the public is increasing rapidly, clinicians need to consider the consequences of patients self-medicating with these preparations.

Mặc dù màng sinh học (biofilm) lần đầu tiên được mô tả bởi Antonie van Leeuwenhoek, lý thuyết mô tả quá trình hình thành màng sinh học chưa được phát triển cho đến năm 1978. Hiện nay, chúng ta hiểu rằng màng sinh học là phổ quát, xuất hiện trong các hệ thống nước thông thường và công nghiệp, cũng như ở nhiều môi trường và thiết bị y tế có liên quan đến sức khỏe cộng đồng. Sử dụng các công cụ như kính hiển vi điện tử quét và, gần đây hơn, kính hiển vi laser quét huỳnh quang, các nhà nghiên cứu màng sinh học hiện đã hiểu rằng màng sinh học không phải là các dạng trầm tích tế bào đồng nhất, mà là những cộng đồng phức tạp của các tế bào liên kết với bề mặt, được bao bọc trong một ma trận polyme chứa các kênh nước mở. Các nghiên cứu tiếp theo đã chỉ ra rằng kiểu hình màng sinh học có thể được mô tả thông qua các gen được biểu hiện bởi các tế bào liên quan đến màng sinh học. Các sinh vật nhỏ phát triển trong màng sinh học có khả năng kháng lại các tác nhân kháng khuẩn rất cao bằng một hoặc nhiều cơ chế. Các sinh vật vi sinh liên quan đến màng sinh học đã được chứng minh là liên quan đến một số bệnh ở người, chẳng hạn như viêm nội tâm mạch van sinh và xơ nang, và có khả năng xâm chiếm nhiều loại thiết bị y tế. Mặc dù bằng chứng dịch tễ học chỉ ra rằng màng sinh học là nguồn gốc của một số bệnh nhiễm trùng, nhưng các cơ chế chính xác qua đó các sinh vật vi sinh liên quan đến màng sinh học gây ra bệnh vẫn chưa được hiểu rõ. Việc tách rời các tế bào hoặc cụm tế bào, sản xuất endotoxin, tăng cường khả năng kháng chống lại hệ miễn dịch của vật chủ, và cung cấp một môi trường cho sự phát sinh của các sinh vật có khả năng kháng thuốc đều là những quá trình có thể khởi phát và phát triển bệnh. Các chiến lược hiệu quả nhằm ngăn ngừa hoặc kiểm soát màng sinh học trên các thiết bị y tế phải xem xét đến tính chất độc đáo và bền bỉ của chúng. Các chiến lược can thiệp hiện tại được thiết kế để ngăn chặn việc xâm chiếm thiết bị ban đầu, giảm thiểu sự gắn kết tế bào vi sinh vật vào thiết bị, thâm nhập vào ma trận màng sinh học và tiêu diệt các tế bào liên quan, hoặc loại bỏ thiết bị khỏi bệnh nhân. Trong tương lai, các phương pháp điều trị có thể dựa vào việc ức chế các gen liên quan đến sự gắn kết tế bào và hình thành màng sinh học.

Escherichia coli là vi khuẩn không độc hại chủ yếu trong hệ vi sinh vật của ruột người. Tuy nhiên, một số dòng E. coli đã phát triển khả năng gây bệnh ở đường tiêu hóa, đường tiết niệu hoặc hệ thần kinh trung ương ngay cả ở những người khỏe mạnh nhất. Các dòng E. coli gây tiêu chảy có thể được chia thành ít nhất sáu loại khác nhau với các cơ chế gây bệnh đặc trưng tương ứng. Những vi khuẩn này có lẽ đại diện cho nguyên nhân phổ biến nhất gây tiêu chảy ở trẻ em trên toàn thế giới. Nhiều hội chứng lâm sàng khác nhau đi kèm với các nhiễm trùng do các loại E. coli gây tiêu chảy, bao gồm tiêu chảy du lịch (E. coli sinh độc tố ruột), viêm đại tràng xuất huyết và hội chứng urê huyết tán (E. coli sinh độc tố ruột xuất huyết), tiêu chảy kéo dài (E. coli tích tụ trong ruột), và tiêu chảy nước ở trẻ nhỏ (E. coli gây bệnh đường ruột). Bài báo này thảo luận về mức độ hiểu biết hiện tại về bệnh sinh của các dòng E. coli gây tiêu chảy và mô tả cách mà các cơ chế gây bệnh của chúng liên quan đến các biểu hiện lâm sàng, cách tiếp cận chẩn đoán và nghiên cứu dịch tễ học của những mầm bệnh quan trọng này.

Antiseptics and disinfectants are extensively used in hospitals and other health care settings for a variety of topical and hard-surface applications. A wide variety of active chemical agents (biocides) are found in these products, many of which have been used for hundreds of years, including alcohols, phenols, iodine, and chlorine. Most of these active agents demonstrate broad-spectrum antimicrobial activity; however, little is known about the mode of action of these agents in comparison to antibiotics. This review considers what is known about the mode of action and spectrum of activity of antiseptics and disinfectants. The widespread use of these products has prompted some speculation on the development of microbial resistance, in particular whether antibiotic resistance is induced by antiseptics or disinfectants. Known mechanisms of microbial resistance (both intrinsic and acquired) to biocides are reviewed, with emphasis on the clinical implications of these reports.

Extended-spectrum β-lactamases (ESBLs) are a rapidly evolving group of β-lactamases which share the ability to hydrolyze third-generation cephalosporins and aztreonam yet are inhibited by clavulanic acid. Typically, they derive from genes for TEM-1, TEM-2, or SHV-1 by mutations that alter the amino acid configuration around the active site of these β-lactamases. This extends the spectrum of β-lactam antibiotics susceptible to hydrolysis by these enzymes. An increasing number of ESBLs not of TEM or SHV lineage have recently been described. The presence of ESBLs carries tremendous clinical significance. The ESBLs are frequently plasmid encoded. Plasmids responsible for ESBL production frequently carry genes encoding resistance to other drug classes (for example, aminoglycosides). Therefore, antibiotic options in the treatment of ESBL-producing organisms are extremely limited. Carbapenems are the treatment of choice for serious infections due to ESBL-producing organisms, yet carbapenem-resistant isolates have recently been reported. ESBL-producing organisms may appear susceptible to some extended-spectrum cephalosporins. However, treatment with such antibiotics has been associated with high failure rates. There is substantial debate as to the optimal method to prevent this occurrence. It has been proposed that cephalosporin breakpoints for theEnterobacteriaceaeshould be altered so that the need for ESBL detection would be obviated. At present, however, organizations such as the Clinical and Laboratory Standards Institute (formerly the National Committee for Clinical Laboratory Standards) provide guidelines for the detection of ESBLs in klebsiellae andEscherichia coli. In common to all ESBL detection methods is the general principle that the activity of extended-spectrum cephalosporins against ESBL-producing organisms will be enhanced by the presence of clavulanic acid. ESBLs represent an impressive example of the ability of gram-negative bacteria to develop new antibiotic resistance mechanisms in the face of the introduction of new antimicrobial agents.

Acinetobacter baumannii has emerged as a highly troublesome pathogen for many institutions globally. As a consequence of its immense ability to acquire or upregulate antibiotic drug resistance determinants, it has justifiably been propelled to the forefront of scientific attention. Apart from its predilection for the seriously ill within intensive care units, A. baumannii has more recently caused a range of infectious syndromes in military personnel injured in the Iraq and Afghanistan conflicts. This review details the significant advances that have been made in our understanding of this remarkable organism over the last 10 years, including current taxonomy and species identification, issues with susceptibility testing, mechanisms of antibiotic resistance, global epidemiology, clinical impact of infection, host-pathogen interactions, and infection control and therapeutic considerations.

Mycotoxins are secondary metabolites produced by microfungi that are capable of causing disease and death in humans and other animals. Because of their pharmacological activity, some mycotoxins or mycotoxin derivatives have found use as antibiotics, growth promotants, and other kinds of drugs; still others have been implicated as chemical warfare agents. This review focuses on the most important ones associated with human and veterinary diseases, including aflatoxin, citrinin, ergot akaloids, fumonisins, ochratoxin A, patulin, trichothecenes, and zearalenone.

The innate immune system constitutes the first line of defense against invading microbial pathogens and relies on a large family of pattern recognition receptors (PRRs), which detect distinct evolutionarily conserved structures on pathogens, termed pathogen-associated molecular patterns (PAMPs). Among the PRRs, the Toll-like receptors have been studied most extensively. Upon PAMP engagement, PRRs trigger intracellular signaling cascades ultimately culminating in the expression of a variety of proinflammatory molecules, which together orchestrate the early host response to infection, and also is a prerequisite for the subsequent activation and shaping of adaptive immunity. In order to avoid immunopathology, this system is tightly regulated by a number of endogenous molecules that limit the magnitude and duration of the inflammatory response. Moreover, pathogenic microbes have developed sophisticated molecular strategies to subvert host defenses by interfering with molecules involved in inflammatory signaling. This review presents current knowledge on pathogen recognition through different families of PRRs and the increasingly complex signaling pathways responsible for activation of an inflammatory and antimicrobial response. Moreover, medical implications are discussed, including the role of PRRs in primary immunodeficiencies and in the pathogenesis of infectious and autoimmune diseases, as well as the possibilities for translation into clinical and therapeutic applications.

β-Lactamases continue to be the leading cause of resistance to β-lactam antibiotics among gram-negative bacteria. In recent years there has been an increased incidence and prevalence of extended-spectrum β-lactamases (ESBLs), enzymes that hydrolyze and cause resistance to oxyimino-cephalosporins and aztreonam. The majority of ESBLs are derived from the widespread broad-spectrum β-lactamases TEM-1 and SHV-1. There are also new families of ESBLs, including the CTX-M and OXA-type enzymes as well as novel, unrelated β-lactamases. Several different methods for the detection of ESBLs in clinical isolates have been suggested. While each of the tests has merit, none of the tests is able to detect all of the ESBLs encountered. ESBLs have become widespread throughout the world and are now found in a significant percentage of Escherichia coli and Klebsiella pneumoniae strains in certain countries. They have also been found in other Enterobacteriaceae strains and Pseudomonas aeruginosa. Strains expressing these β-lactamases will present a host of therapeutic challenges as we head into the 21st century.