Angewandte Chemie International EditionVolume 41, Issue 9 p. 1548-1551 Communication Colorimetric and Fluorometric Detection of Nucleic Acids Using Cationic Polythiophene Derivatives Hoang-Anh Ho Dr., Hoang-Anh Ho Dr. Canada Research Chair in Polymer Chemistry Centre de recherche en sciences et ingénierie des macromolécules Département de chimie, Université Laval Quebec City, Qc, G1 K 7P4, CanadaSearch for more papers by this authorMaurice Boissinot Dr., Maurice Boissinot Dr. Centre de recherche en infectiologie Centre hospitalier universitaire de Québec Pavillon CHUL, Université Laval Quebec City, Qc, G1V 4G2, CanadaSearch for more papers by this authorMichel G. Bergeron Prof. Dr., Michel G. Bergeron Prof. Dr. Centre de recherche en infectiologie Centre hospitalier universitaire de Québec Pavillon CHUL, Université Laval Quebec City, Qc, G1V 4G2, CanadaSearch for more papers by this authorGeneviève Corbeil, Geneviève Corbeil Canada Research Chair in Polymer Chemistry Centre de recherche en sciences et ingénierie des macromolécules Département de chimie, Université Laval Quebec City, Qc, G1 K 7P4, CanadaSearch for more papers by this authorKim Doré, Kim Doré Canada Research Chair in Polymer Chemistry Centre de recherche en sciences et ingénierie des macromolécules Département de chimie, Université Laval Quebec City, Qc, G1 K 7P4, CanadaSearch for more papers by this authorDenis Boudreau Prof. Dr., Denis Boudreau Prof. Dr. Centre de recherche en optique, photonique et laser Département de chimie, Université Laval Quebec City, Qc, G1 K 7P4, CanadaSearch for more papers by this authorMario Leclerc Prof. Dr., Mario Leclerc Prof. Dr. [email protected] Canada Research Chair in Polymer Chemistry CERSIM, Département de Chimie, Université Laval Quebec City, Qc, G1 K 7P4, Canada, Fax:(+1) 418-656-7916Search for more papers by this author Hoang-Anh Ho Dr., Hoang-Anh Ho Dr. Canada Research Chair in Polymer Chemistry Centre de recherche en sciences et ingénierie des macromolécules Département de chimie, Université Laval Quebec City, Qc, G1 K 7P4, CanadaSearch for more papers by this authorMaurice Boissinot Dr., Maurice Boissinot Dr. Centre de recherche en infectiologie Centre hospitalier universitaire de Québec Pavillon CHUL, Université Laval Quebec City, Qc, G1V 4G2, CanadaSearch for more papers by this authorMichel G. Bergeron Prof. Dr., Michel G. Bergeron Prof. Dr. Centre de recherche en infectiologie Centre hospitalier universitaire de Québec Pavillon CHUL, Université Laval Quebec City, Qc, G1V 4G2, CanadaSearch for more papers by this authorGeneviève Corbeil, Geneviève Corbeil Canada Research Chair in Polymer Chemistry Centre de recherche en sciences et ingénierie des macromolécules Département de chimie, Université Laval Quebec City, Qc, G1 K 7P4, CanadaSearch for more papers by this authorKim Doré, Kim Doré Canada Research Chair in Polymer Chemistry Centre de recherche en sciences et ingénierie des macromolécules Département de chimie, Université Laval Quebec City, Qc, G1 K 7P4, CanadaSearch for more papers by this authorDenis Boudreau Prof. Dr., Denis Boudreau Prof. Dr. Centre de recherche en optique, photonique et laser Département de chimie, Université Laval Quebec City, Qc, G1 K 7P4, CanadaSearch for more papers by this authorMario Leclerc Prof. Dr., Mario Leclerc Prof. Dr. [email protected] Canada Research Chair in Polymer Chemistry CERSIM, Département de Chimie, Université Laval Quebec City, Qc, G1 K 7P4, Canada, Fax:(+1) 418-656-7916Search for more papers by this author First published: 02 May 2002 https://doi.org/10.1002/1521-3773(20020503)41:9<1548::AID-ANIE1548>3.0.CO;2-ICitations: 437 This work was supported by the Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada (D.B. and M.L.), the Canada Research Chair Program (M.L.), the Canadian Institutes of Health Research (M.G.B.) and Infectio Diagnostic (IDI) Inc. Read the full textAboutPDF ToolsRequest permissionExport citationAdd to favoritesTrack citation ShareShare Give accessShare full text accessShare full-text accessPlease review our Terms and Conditions of Use and check box below to share full-text version of article.I have read and accept the Wiley Online Library Terms and Conditions of UseShareable LinkUse the link below to share a full-text version of this article with your friends and colleagues. Learn more.Copy URL Graphical Abstract Different electrostatic interactions and conformational structures between single- or double-stranded negatively charged nucleic acids bound to a surface (see picture) and water-soluble cationic poly(3-alkoxy-4-methylthiophene) derivatives (in yellow) provide the basis for a sensitive optical detection method (colorimetric or fluorometric) for oligonucleotide hybridization. Citing Literature Supporting Information Supporting information for this article is available on the WWW under http://www.wiley-vch.de/contents/jc_2002/2002/z18191_s.pdf or from the author. Please note: The publisher is not responsible for the content or functionality of any supporting information supplied by the authors. Any queries (other than missing content) should be directed to the corresponding author for the article. Volume41, Issue9May 3, 2002Pages 1548-1551 RelatedInformation

ABSTRACT Staphylococcus aureus is the cause of serious infections in humans, including endocarditis, deep-seated abscesses, and bacteremia, which lead to toxic and septic shock syndromes. Rapid and direct identification of this bacterium specifically and ubiquitously directly from clinical specimens would be useful in improving the diagnosis of S. aureus infections in the clinical microbiology laboratory. A wide variety of kits based on biochemical characteristics efficiently identify S. aureus , but the rapidity and the accuracy of each of these methods combined with testing of clinically relevant antibiotic resistance genes need to be improved. On the basis of hybridization assays with randomly selected clones from an S. aureus genomic library, we have identified a chromosomal DNA fragment which is specific for S. aureus and which detected all 82 S. aureus isolates tested. This 442-bp fragment was sequenced and was used to design a set of PCR amplification primers. The PCR assay was also specific and ubiquitous for the identification from bacterial cultures of 195 clinical strains of S. aureus isolated from a variety of anatomical sites and obtained from hospitals throughout the world. The PCR assay that we have developed is simple and can be performed in about 1 h. This DNA-based test provides a novel diagnostic tool for the diagnosis of S. aureus infections.

Abstract We evaluated the percentage of hospitalizations for acute respiratory tract infections in children <3 years of age attributable to human metapneumovirus (HMPV) and other respiratory viruses in a prospective study during winter and spring 2002. We used real-time polymerase chain assays and other conventional diagnostic methods to detect HMPV, human respiratory syncytial virus (HRSV), and influenza viruses in nasopharyngeal aspirates of children. HMPV was detected in 12 (6%) of the 208 children hospitalized for acute respiratory tract infections, HRSV in 118 (57%), and influenza A in 49 (24%). Bronchiolitis was diagnosed in 8 (68%) and pneumonitis in 2 (17%) of HMPV-infected children; of those with HRSV infection, pneumonitis was diagnosed in 99 (84%) and bronchiolitis in 30 (25%). None of the HMPV-infected children was admitted to an intensive-care unit, whereas 15% of those with HRSV or influenza A infections were admitted. HMPV is an important cause of illness in young children with a similar, although less severe, clinical presentation to that of HRSV.

ABSTRACT Clinical isolates of Staphylococcus aureus (a total of 206) and S. epidermidis (a total of 188) from various countries were tested with multiplex PCR assays to detect clinically relevant antibiotic resistance genes associated with staphylococci. The targeted genes are implicated in resistance to oxacillin ( mecA ), gentamicin [ aac (6′)- aph (2")], and erythromycin ( ermA , ermB , ermC , and msrA ). We found a nearly perfect correlation between genotypic and phenotypic analysis for most of these 394 strains, showing the following correlations: 98% for oxacillin resistance, 100% for gentamicin resistance, and 98.5% for erythromycin resistance. The discrepant results were (i) eight strains found to be positive by PCR for mecA or ermC but susceptible to the corresponding antibiotic based on disk diffusion and (ii) six strains of S. aureus found to be negative by PCR for mecA or for the four erythromycin resistance genes targeted but resistant to the corresponding antibiotic. In order to demonstrate in vitro that the eight susceptible strains harboring the resistance gene may become resistant, we subcultured the susceptible strains on media with increasing gradients of the antibiotic. We were able to select cells demonstrating a resistant phenotype for all of these eight strains carrying the resistance gene based on disk diffusion and MIC determinations. The four oxacillin-resistant strains negative for mecA were PCR positive for blaZ and had the phenotype of β-lactamase hyperproducers, which could explain their borderline oxacillin resistance phenotype. The erythromycin resistance for the two strains found to be negative by PCR is probably associated with a novel mechanism. This study reiterates the usefulness of DNA-based assays for the detection of antibiotic resistance genes associated with staphylococcal infections.

ABSTRACT Molecular methods for the rapid identification of methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) are generally based on the detection of an S. aureus -specific gene target and the mecA gene. However, such methods cannot be applied for the direct detection of MRSA from nonsterile specimens such as nasal samples without the previous isolation, capture, or enrichment of MRSA because these samples often contain both coagulase-negative staphylococci (CoNS) and S. aureus , either of which can carry mecA. In this study, we describe a real-time multiplex PCR assay which allows the detection of MRSA directly from clinical specimens containing a mixture of staphylococci in <1 h. Five primers specific to the different staphylococcal cassette chromosome mec (SCC mec ) right extremity sequences, including three new sequences, were used in combination with a primer and three molecular beacon probes specific to the S. aureus chromosomal orfX gene sequences located to the right of the SCC mec integration site. Of the 1,657 MRSA isolates tested, 1,636 (98.7%) were detected with the PCR assay, whereas 26 of 569 (4.6%) methicillin-susceptible S. aureus (MSSA) strains were misidentified as MRSA. None of the 62 nonstaphylococcal bacterial species or the 212 methicillin-resistant or 74 methicillin-susceptible CoNS strains (MRCoNS and MSCoNS, respectively) were detected by the assay. The amplification of MRSA was not inhibited in the presence of high copy numbers of MSSA, MRCoNS, or MSCoNS. The analytical sensitivity of the PCR assay, as evaluated with MRSA-negative nasal specimens containing a mixture of MSSA, MRCoNS, and MSCoNS spiked with MRSA, was ∼25 CFU per nasal sample. This real-time PCR assay represents a rapid and powerful method which can be used for the detection of MRSA directly from specimens containing a mixture of staphylococci.

ABSTRACT Enterococci are becoming major nosocomial pathogens, and increasing resistance to vancomycin has been well documented. Conventional identification methods, which are based on culturing, require 2 to 3 days to provide results. PCR has provided a means for the culture-independent detection of enterococci in a variety of clinical specimens and is capable of yielding results in just a few hours. However, all PCR-based assays developed so far are species specific only for clinically important enterococci. We have developed a PCR-based assay which allows the detection of enterococci at the genus level by targeting the tuf gene, which encodes elongation factor EF-Tu. Initially, we compared the nucleotide sequences of the tuf gene from several bacterial species (available in public databases) and designed degenerate PCR primers derived from conserved regions. These primers were used to amplify a target region of 803 bp from four enterococcal species ( Enterococcus avium , E. faecalis , E. faecium , and E. gallinarum ). Subsequently, the complete nucleotide sequences of these amplicons were determined. The analysis of a multiple alignment of these sequences revealed regions conserved among enterococci but distinct from those of other bacteria. PCR primers complementary to these regions allowed amplification of genomic DNAs from 14 of 15 species of enterococci tested ( E. solitarius DNA could not be amplified). There was no amplification with a majority of 79 nonenterococcal bacterial species, except for 2 Abiotrophia species and several Listeria species. Furthermore, this assay efficiently amplified all 159 clinical isolates of enterococci tested (61 E. faecium , 77 E. faecalis , 9 E. gallinarum , and 12 E. casseliflavus isolates). Interestingly, the preliminary sequence comparison of the amplicons for four enterococcal species demonstrated that there were some sequence variations which may be used to generate species-specific internal probes. In conclusion, this rapid PCR-based assay is capable of detecting all clinically important enterococci and has potential for use in clinical microbiology laboratories.

We report the specific detection of a few hundred molecules of genetic material using a fluorescent polythiophene biosensor. Such recognition is based on simple electrostatic interactions between a cationic polymeric optical transducer and the negatively charged nucleic acid target and can be done in less than 1 h, simply and affordably, and without any chemical reaction. This simple system is versatile enough to detect nucleic acids of various lengths, including a segment from the RNA genome of the Influenza virus.

Microbiome studies have demonstrated the high inter-individual diversity of the gut microbiota. However, how the initial composition of the microbiome affects the impact of antibiotics on microbial communities is relatively unexplored. To specifically address this question, we administered a second-generation cephalosporin, cefprozil, to healthy volunteers. Stool samples gathered before antibiotic exposure, at the end of the treatment and 3 months later were analysed using shotgun metagenomic sequencing. On average, 15 billion nucleotides were sequenced for each sample. We show that standard antibiotic treatment can alter the gut microbiome in a specific, reproducible and predictable manner. The most consistent effect of the antibiotic was the increase of Lachnoclostridium bolteae in 16 out of the 18 cefprozil-exposed participants. Strikingly, we identified a subgroup of participants who were enriched in the opportunistic pathogen Enterobacter cloacae after exposure to the antibiotic, an effect linked to lower initial microbiome diversity and to a Bacteroides enterotype. Although the resistance gene content of participants' microbiomes was altered by the antibiotic, the impact of cefprozil remained specific to individual participants. Resistance genes that were not detectable prior to treatment were observed after a 7-day course of antibiotic administration. Specifically, point mutations in beta-lactamase blaCfxA-6 were enriched after antibiotic treatment in several participants. This suggests that monitoring the initial composition of the microbiome before treatment could assist in the prevention of some of the adverse effects associated with antibiotics or other treatments.

A series of vancomycin-modified nanoparticles were developed and employed in magnetic confinement assays to isolate a variety of Gram-positive and Gram-negative bacteria from aqueous solution. We determined that the orientation/architecture of vancomycin on the surface of the nanoparticles and the overall surface coverage is critical in mediating fast and effective interactions between the nanoparticle and the pathogen cell wall surface and only one orientation/architecture in a series of modified nanoparticles leads to the efficient and reproducible capture of several important pathogenic bacteria. Interestingly, as the nanoparticles increase in diameter (from ∼50 to 2800 nm), it is necessary to incorporate a long linker between the nanoparticle surface and the vancomycin moiety in order for the surface bound probe to efficiently confine Gram-positive bacteria. Finally, we also determined that the time required for efficient labeling and subsequent magnetic confinement significantly decreases as the size of the nanoparticle and the vancomycin surface coverage on the nanoparticle increases. As disease detection technologies transition to "lab-on-a-chip" based platforms it is necessary to develop strategies to effectively and inexpensively preconcentrate cells from large volume to volumes more amenable to these types of microfluidic devices. These small molecule-modified superparamagnetic nanoparticles can provide a means by which this can be accomplished.

ABSTRACT Urinary tract infections (UTIs) are a worldwide health problem. Fast and accurate detection of bacterial infection is essential to provide appropriate antibiotherapy to patients and to avoid the emergence of drug-resistant pathogens. While the gold standard requires 24h to 48h of bacteria culture prior MALDI-TOF species identification, we propose a culture-free workflow, enabling a bacterial identification and quantification in less than 4 hours using 1mL of urine. After a rapid and automatable sample preparation, a signature of 82 bacterial peptides, defined by machine learning, was monitored in LC-MS, to distinguish the 15 species causing 84% of the UTIs. The combination of the sensitivity of the SRM mode on a triple quadrupole TSQ Altis instrument and the robustness of capillary flow enabled us to analyze up to 75 samples per day, with 99.2% accuracy on bacterial inoculations of healthy urines. We have also shown our method can be used to quantify the spread of the infection, from 8×10 4 to 3×10 7 CFU/mL. Finally, the workflow was validated on 45 inoculated urines and on 84 UTI-positive urine from patients, with respectively 93.3% and 87.1% of agreement with the culture-MALDI procedure at a level above 1×10 5 CFU/mL corresponding to an infection requiring antibiotherapy. HIGHLIGHTS – LC-MS-SRM and machine learning to identify and quantify bacterial species of UTI – Fast sample preparation without bacterial culture and high-throughput MS analysis – Accurate quantification through calibration curves for 15 species of UTIs – Validation on inoculations (93% accuracy) and on patients specimens (87% accuracy)