Testimonial of Professional Contributions in the Biotechnology Field (1991-2019). Pulmonary Infectious Agents Streptococcus pneumoniae and Mycobacterium tuberculosis

Abstract

Pulmonary infectious diseases, like pneumonia and tuberculosis, have been pervasive throughout the world for centuries; they kill millions of people annually worldwide and pose an increased threat when associated with antibiotic resistance and viral co-infections such as influenza and, more recently, Covid-19. This professional activity report summarizes some of my work in the last three decades, using biotechnology to type, characterize or detect two major bacterial infectious agents, Streptococcus pneumoniae and Mycobacterium tuberculosis. Strain typing techniques, like Pulsed Field Gel Electrophoresis and Penicillin Binding Protein patterns, were used to identify Streptococcus pneumoniae clones from different geographic areas in the early-1990s, showing strong evidence of clonal dissemination locally and across the globe, from Spain to Iceland and to the United States. In the mid-1990s, an in vivo expression technology system based on a promoter-trap was constructed to enable the identification of Mycobacterium tuberculosis genes upregulated in human macrophages, through selection for antibiotic resistance. This work led to the identification of eight genes likely relevant for Mycobacterium tuberculosis virulence. Several were later confirmed to be required for infection or survival in the host. A single-step molecular diagnostic real-time PCR assay for the detection of multidrug resistant Mycobacterium tuberculosis was commercialized in the late 2000s, with great impact in the detection of tuberculosis, especially in developing countries. The mechanism of the assay is presented here as published by its inventors, as well as with my role in the industry, from the development of processes for production and quality control, to regulation-compliant distribution, troubleshooting and development of improvements.

As doenças infeciosas pulmonares, como a pneumonia e a tuberculose, têm tido, durante séculos uma prevalência mundial significativa, matando milhões de pessoas anualmente e representando uma ameaça crescente quando associadas à resistência a antibióticos ou coinfeções virais, como a gripe e, recentemente, o Covid-19. Este relatório de atividade profissional resume parte do meu trabalho nas últimas três décadas, usando técnicas de biotecnologia para identificar, caracterizar ou detetar dois importantes agentes infeciosos de origem bacteriana, Streptococcus pneumoniae e Mycobacterium tuberculosis. Técnicas de identificação de estirpes, como eletroforese tipo Pulsed Field e padrões de proteínas com afinidade à penicilina, foram usadas para identificar clones de Streptococcus pneumoniae de diferentes áreas geográficas no início da década de 90, mostrando forte evidência de disseminação, não só a nível local, mas também através do globo, nomeadamente, de Espanha para a Islândia e Estados Unidos. Em meados da década de 90, um sistema de expressão in vivo foi construído para permitir a identificação de genes de Mycobacterium tuberculosis com expressão elevada em macrófagos humanos, através de seleção por resistência a antibióticos. Este trabalho levou à identificação de oito genes com probabilidade de serem relevantes para a virulência de Mycobacterium tuberculosis; vários posteriormente confirmados como necessários para a infeção ou sobrevivência no hospedeiro. Mais recentemente, foi comercializado um teste de real-time PCR para diagnóstico molecular de Mycobacterium tuberculosis com multirresistência a antibióticos, com grande impacto na deteção da tuberculose, principalmente em certos países em desenvolvimento. O mecanismo de deteção é apresentado aqui conforme publicado pelos seus inventores, bem como o meu papel na indústria de diagnósticos moleculares, desde o desenvolvimento de processos de produção e controle de qualidade, até a distribuição em conformidade com os respetivos regulamentos, passando por resolução de problemas e desenvolvimento de melhorias.