Virulence properties of asymptomatic bacteriuria Escherichia coli

In asymptomatic bacteriuria (ABU), bacteria colonize the urinary tract without provoking symptoms. Here, we compared the virulence properties of a collection of ABU Escherichia coli strains to cystitis and pyelonephritis strains. Specific urinary tract infection (UTI)-associated virulence genes, hemagglutination characteristics, siderophore production, hemolysis, biofilm formation, and the ability of strains to adhere to and induce cytokine responses in epithelial cells were analyzed. ABU strains were phylogenetically related to strains that cause symptomatic UTI. However, the virulence properties of the ABU strains were variable and dependent on a combination of genotypic and phenotypic factors. Most ABU strains adhered poorly to epithelial cells; however, we also identified a subgroup of strongly adherent strains that were unable to stimulate an epithelial cell IL-6 cytokine response. Poor immune activation may represent one mechanism whereby ABU E. coli evade immune detection after the establishment of bacteriuria.

lac Repressor Is an Antivirulence Factor of Salmonella enterica: Its Role in the Evolution of Virulence in Salmonella

The genus Salmonella includes many pathogens of great medical and veterinary importance. Bacteria belonging to this genus are very closely related to those belonging to the genus Escherichia. lacZYA operon and lacI are present in Escherichia coli, but not in Salmonella enterica. It has been proposed that Salmonella has lost lacZYA operon and lacI during evolution. In this study, we have investigated the physiological and evolutionary significance of the absence of lacI in Salmonella enterica. Using murine model of typhoid fever, we show that the expression of Lacl causes a remarkable reduction in the virulence of Salmonella enterica. Lacl also suppresses the ability of Salmonella enterica to proliferate inside murine macrophages. Microarray analysis revealed that Lacl interferes with the expression of virulence genes of Salmonella pathogenicity island 2. This effect was confirmed by RT-PCR and Western blot analysis. Interestingly, we found that SBG0326 of Salmonella bongori is homologous to lacI of Escherichia coli. Salmonella bongori is the only other species of the genus Salmonella and it lacks the virulence genes of Salmonella pathogenicity island 2. Overall, our results demonstrate that Lacl is an antivirulence factor of Salmonella enterica and suggest that absence of lacI has facilitated the acquisition of virulence genes of Salmonella pathogenicity island 2 in Salmonella enterica making it a successful systemic pathogen.

Étude de prévalence et associations des gènes de virulence et résistance aux antimicrobiens d’Escherichia coli de la flore intestinale du poulet sain

Les Escherichia coli pathogènes de la volaille (APEC) font partie des E. coli extra-intestinaux pathogènes (ExPEC) et seraient un réservoir possible de gènes de virulence et de résistance aux antimicrobiens (RAM) des ExPEC chez l’humain. L’objectif de cette étude était d’évaluer l’effet d’un prébiotique et d’un mélange d’acide organique et d’huiles essentielles encapsulés sur la prévalence des gènes de virulence des ExPEC et de RAM, ainsi que les associations entre ces gènes chez E. coli de l’intestin du poulet sain. Des échantillons de contenus caecaux de poulets de 29 jours d’âge ayant reçu un de ces ingrédients alimentaires comparativement à des témoins ont été analysés pour la présence des gènes de virulence iucD, tsh, papC et des gènes de RAM blaTEM, blaSHV, tetA, tetC, blaCMY-2, aadA1, aac3 par PCR. La prévalence d’iucD était supérieure dans le groupe témoin comparativement aux groupes «prébiotique» et «acide organique» et la prévalence de papC était affectée dans le groupe «acide organique». La prévalence d’isolats d’E.coli positifs pour blaCMY-2 était supérieure dans le groupe témoin comparée aux groupes «prébiotique» et «acide organique», tel que démontré par la technique d’hybridation de l’ADN sur HGMF (Hydrophobic Grid Membrane Filter). De plus, la prévalence des isolats d’E. coli positifs pour tetA, blaTEM, aadA1 ou tsh était affectée par les ingrédients alimentaires. Dans l’ensemble, des associations entre la présence de tsh et iucD, blaTEM et aadA1, et iucD et blaCMY-2 ont été observées. .Cette étude démontre l’utilité de certains ingrédients alimentaires pour dimunier le risque d’exposition en santé publique.

Étude de la virulence et de la résistance aux antibiotiques des Staphylococcus aureus résistants à la méthicilline chez le porc à l'abattoir au Québec

Depuis quelques années et dans plusieurs pays, un nouveau type de Staphylococcus aureus résistant à la méthicilline (SARM), le séquence type (ST) 398, a été fréquemment retrouvé chez les porcs et chez les fermiers en contact avec ces porcs. Au Canada, très peu d’informations sont disponibles concernant le SARM d’origine porcine. Une première étude dans notre laboratoire a permis de récolter 107 isolats de SARM provenant de deux abattoirs porcins du Québec. Le présent travail vise à caractériser les gènes de virulence et de résistance aux antibiotiques de ces SARM, d’étudier leur formation de biofilm en relation avec la spécificité du groupe agr et de vérifier la localisation plasmidique et la transférabilité de ces gènes à des souches de SARM d’origine humaine. Plusieurs souches ont démontré différents patrons phénotypiques de résistance aux antibiotiques. Vingt-quatre souches représentatives de ces isolats ont été soumises à une caractérisation plus approfondie par une étude génotypique en utilisant une biopuce à ADN et un grand nombre de gènes de virulence a été détecté codant pour des entérotoxines staphylococcales, des leucocidines, des hémolysines, des auréolysines, des facteurs d’immunoévasion, des superantigènes, des facteurs d’adhésion et des facteurs impliqués dans la formation de biofilm. Des gènes de résistance envers les aminoglycosides, les macrolides, les lincosamides, les tétracyclines et les biocides ont été également détectés par biopuce et leur localisation plasmidique a par la suite été déterminée. La transférabilité de ces gènes de souches porcines à des souches de SARM d’origine humaine a été démontrée par conjugaison bactérienne; ainsi le transfert horizontal de certains gènes de résistance aux antibiotiques et de virulence a été observé. Ces travaux de recherche apportent une meilleure connaissance de la résistance aux antibiotiques et de la virulence des SARM d’origine porcine et de leur potentiel de contribution à l’émergence de certaines résistances et facteurs de virulence chez le SARM d’origine humaine.

Rôle du régulateur Fur et des petits ARN non codants RfrA et RfrB dans l’homéostasie du fer et la virulence de Salmonella

La régulation de l’homéostasie du fer est cruciale chez les bactéries. Chez Salmonella, l’expression des gènes d’acquisition et du métabolisme du fer au moment approprié est importante pour sa survie et sa virulence. Cette régulation est effectuée par la protéine Fur et les petits ARN non codants RfrA et RfrB. Le rôle de ces régulateurs est d’assurer que le niveau de fer soit assez élevé pour la survie et le métabolisme de Salmonella, et assez faible pour éviter l’effet toxique du fer en présence d’oxygène. Les connaissances concernant le rôle de ces régulateurs ont été principalement obtenues par des études chez S. Typhimurium, un sérovar généraliste causant une gastro-entérite chez les humains. Très peu d’informations sont connues sur le rôle de ces régulateurs chez S. Typhi, un sérovar humain-spécifique responsable de la fièvre typhoïde. Le but de cette étude était de déterminer les rôles de Fur, RfrA et RfrB dans l’homéostasie du fer et la virulence de Salmonella, et de démontrer qu’ils ont une implication distincte chez les sérovars Typhi et Typhimurium. Premièrement, Fur, RfrA et RfrB régulent l’homéostasie du fer de Salmonella. Les résultats de cette étude ont démontré que Fur est requis pour la résistance au stress oxydatif et pour une croissance optimale dans différentes conditions in vitro. La sensibilité du mutant fur est due à l’expression des petits ARN RfrA et RfrB, et cette sensibilité est beaucoup plus importante chez S. Typhi que chez S. Typhimurium. Également, Fur inhibe la transcription des gènes codant pour les sidérophores en conditions riches en fer, tandis que les petits ARN RfrA et RfrB semblent être importants pour la production d’entérobactine et de salmochélines chez S. Typhi lors de conditions pauvres en fer. Ensuite, ces régulateurs affectent la virulence de Salmonella. Fur est important pour la motilité de Salmonella, particulièrement chez S. Typhi. Fur est nécessaire pour l’invasion des deux sérovars dans les cellules épithéliales, et pour l’entrée et la survie de S. Typhi dans les macrophages. Chez S. Typhimurium, Fur ne semble pas impliqué dans l’interaction avec les macrophages. De plus, les petits ARN RfrA et RfrB sont importants pour la multiplication intracellulaire de Salmonella dans les macrophages pour les deux sérovars. Finalement, la protéine Fur et les petits ARN RfrA et RfrB régulent l’expression de l’opéron fimbriaire tcf, absent du génome de S. Typhimurium. Un site de liaison putatif de la protéine Fur a été identifié dans la région promotrice de tcfA chez S. Typhi, mais une régulation directe n’a pas été confirmée. L’expression de tcf est induite par le fer et par Fur, et est inhibée par les petits ARN RfrA et RfrB. Ainsi, ces régulateurs affectent des gènes de virulence qui sont retrouvés spécifiquement chez S. Typhi. En somme, ce projet a permis de démontrer que les régulateurs de l’homéostasie du fer de Salmonella peuvent affecter la résistance de cette bactérie pathogène à différents stress, notamment le stress oxydatif, la croissance en conditions de carence en fer ainsi que la virulence. Ces régulateurs jouent un rôle distinct chez les sérovars Typhi et Typhimurium.

Le profil de virulence d' Escherichia coli intra-utérin permettrait de prédire la métrite postpartum chez la vache laitière

Les objectifs de cette étude ont été de : (1) déterminer s’il existe une association entre la présence intra-utérine d'Escherichia coli dans la 1 ère semaine postpartum et le développement de la métrite postpartum, (2) déterminer s’il y a une association entre les gènes de virulence d'E. coli et la métrite postpartum, et (3) d'évaluer si les analyses bactériologiques (bactéries et gènes de virulence d'E. coli) pourraient prédire la métrite postpartum chez la vache laitière. Des écouvillons utérins ont été prélevés dans la première semaine postpartum sur 486 vaches de race Holstein et soumis au laboratoire pour détection de E. coli. Les gènes de virulence d'E. coli ont été identifiés par la technique d'hybridation des sondes radioactives. Un total de 252 vaches (52%) ont été positives à E. coli et 67 vaches positives à la métrite postpartum (13,7%). Les vaches positives à E. coli intra-utérin dès la première semaine postpartum avaient un risque 2,6 fois plus élevé de développer la métrite postpartum que les vaches sans E. coli. La plupart des E. coli possédaient un ou plusieurs gènes des E. coli d'origine extra-intestinale (ExPEC) dont fimH (89%), HlyE (87%) et iss (70%). Parmi les autres gènes ExPEC, on a retrouvé sitA (23%), fepC (20%) hra1 (20%) malX (14%) tsh (11%) et bien d'autres. Les gènes de virulence kpsMTII et hra1 ont été associés à la métrite postpartum avec un rapport de cote de 4,3 chacun. La présence d'E. coli dans l'utérus avait une valeur prédictive positive de 18% tandis que la présence des gènes kpsMTII et hra1 avait une valeur prédictive positive de 36% et 31% respectivement. La détection de certains gènes de virulence d'E. coli dans les prélèvements utérins pourrait renseigner sur le risque de développement de la métrite postpartum chez la vache laitière. Les études ultérieures pourraient tester encore plus de gènes et viser à développer des tests de dépistage simple, facilement et rapidement applicable à la ferme.

Influence du microbiote intestinal sur le métabolisme et la virulence des Escherichia coli entérohémorragiques

Les Escherichia coli entérohémorragiques (EHEC) représentent un problème majeur de santé publique dans les pays développés. Les EHEC sont régulièrement responsables de toxi-infections alimentaires graves chez l’humain et causent des colites hémorragiques et le symptôme hémolytique et urémique, mortel chez les enfants en bas âge. Les EHEC les plus virulents appartiennent au sérotype O157:H7 et le bovin constitue leur réservoir naturel. À ce jour il n’existe aucun traitement pour éviter l’apparition des symptômes liés à une infection à EHEC. Par conséquent, il est important d’augmenter nos connaissances sur les mécanismes employés par le pathogène pour réguler sa virulence et coloniser efficacement la niche intestinale. Dans un premier temps, l’adaptation de la souche EHEC O157:H7 EDL933 à l’activité métabolique du microbiote intestinal a été étudiée au niveau transcriptionnel. Pour se faire, EDL933 a été cultivée dans les contenus caecaux de rats axéniques (milieu GFC) et dans ceux provenant de rats colonisés par le microbiote intestinal humain (milieu HMC). Le HMC est un milieu cécal conditionné in vivo par le microbiote. Dans le HMC par rapport au GFC, EDL933 change drastiquement de profile métabolique en réponse à l’activité du microbiote et cela se traduit par une diminution de l’expression des voies de la glycolyse et une activation des voies de l’anaplérose (voies métaboliques dont le rôle est d’approvisionner le cycle TCA en intermédiaires métaboliques). Ces résultats, couplés avec une analyse métabolomique ciblée sur plusieurs composés, ont révélé la carence en nutriments rencontrée par le pathogène dans le HMC et les stratégies métaboliques utilisées pour s’adapter au microbiote intestinal. De plus, l’expression des gènes de virulence incluant les gènes du locus d’effacement des entérocytes (LEE) codant pour le système de sécrétion de type III sont réprimés dans le HMC par rapport au GFC indiquant la capacité du microbiote intestinal à réprimer la virulence des EHEC. L’influence de plusieurs composés intestinaux présents dans les contenus caecaux de rats sur l’expression des gènes de virulence d’EDL933 a ensuite été étudiée. Ces résultats ont démontré que deux composés, l’acide N-acétylneuraminique (Neu5Ac) et le N-acétylglucosamine (GlcNAc) répriment l’expression des gènes du LEE. La répression induite par ces composés s’effectue via NagC, le senseur du GlcNAc-6-P intracellulaire et le régulateur du catabolisme du GlcNAc et du galactose chez E. coli. NagC est un régulateur transcriptionnel inactivé en présence de GlcNAc-6-P qui dérive du catabolisme du Neu5Ac et du transport GlcNAc. Ce travail nous a permis d’identifier NagC comme un activateur des gènes du LEE et de mettre à jour un nouveau mécanisme qui permet la synchronisation de la virulence avec le métabolisme chez les EHEC O157:H7. La concentration du Neu5Ac et du GlcNAc est augmentée in vivo chez le rat par le symbiote humain Bacteroides thetaiotaomicron, indiquant la capacité de certaines espèces du microbiote intestinal à relâcher les composés répresseurs de la virulence des pathogènes. Ce travail a permis l’identification des adaptations métaboliques des EHEC O157:H7 en réponse au microbiote intestinal ainsi que la découverte d’un nouveau mécanisme de régulation de la virulence en réponse au métabolisme. Ces données peuvent contribuer à l’élaboration de nouvelles approches visant à limiter les infections à EHEC.

Characterization and virulence potential of phenotypically diverse Aeromonas veronii isolates recovered from moribund freshwater ornamental fishes of Kerala, India

In the present study, we investigated the involvement of Aeromonas spp. in eliciting disease outbreaks in freshwater ornamental fishes across the state of Kerala, India. We investigated three incidences of disease, in which the moribund fishes exhibited clinical signs such as haemorrhagic septicemia (in gouramy, Trichogaster sp.), dropsy (in Oscar, Astronotus ocellatus) and tail rot/fin rot (in gold fish, Carassius carassius). Pure cultures (n = 20 from each fish; 60 in total) of Aeromonas spp. were recovered from the abdominal fluid as well as from internal organs of affected fishes, although they could not be identified to species level because of the variations in their phenotypic characters. The molecular fingerprinting of the isolates using Enterobacterial Repetitive Intergenic Consensus PCR proved the genetic diversity of the isolates from the three sites. The phylogenetic trees constructed using concatenated sequences (using 16S rRNA, gyrA, gyrB and rpoD genes) indicated that they were related to Aeromonas veronii. They exhibited marked cytotoxic and haemolytic activity, which were responsible for the pathogenic potential of the isolates. The isolates possessed multiple virulence genes such as enterotoxins (act and alt), haemolytic toxins (aerA and hlyA), genes involved in type III secretion system (ascV, aexT and ascF–ascG), glycerophospholipid-cholesterol acyltransferase (gcat) and a type IV pilus (tapA) gene, as determined by PCR. Virulence of representative isolates to goldfish was also tested, and we found LD50 values of 104.07–105.35 cfu/fish. Furthermore, the organisms could be recovered as pure cultures from the lesions as well as from the internal organs.

Characterisation of Escherichia fergusonii isolates from farm animals using an Escherichia coli virulence gene array and tissue culture adherence assays

Escherichia fergusonii has been associated with a wide variety of intestinal and extra-intestinal infections in both humans and animals but, despite strong circumstantial evidence, the degree to which the organism is responsible for the pathologies identified remains uncertain. Thirty isolates of E fergusonii collected between 2003 and 2004 were screened using an Escherichia coli virulence gene array to test for the presence of homologous virulence genes in E. fergusonii. The iss (increased serum survival) gene was present in 13/30 (43%) of the test strains and the prfB (P-related fimbriae regulatory) and ireA (siderophore receptor IreA) genes were also detected jointly in 3/30 (10%) strains. No known virulence genes were detected in 14/30 (47%) of strains. Following confirmatory PCR and sequence analysis, the E. fergusonii prfB, iss and ireA genes shared a high degree of sequence similarity to their counterparts in E. coli, and a particular resemblance was noted with the E. coli strain APEC O1 pathogenicity island. In tissue culture adherence assays, nine E. fergusonii isolates associated with HEp-2 cells with a 'localised adherence' or 'diffuse adherence' phenotype, and they proved to be moderately invasive. The E fergusonii isolates in this study possess both some phenotypic and genotypic features linked to known pathotypes of E coli, and support existing evidence that strains of E fergusonii may act as an opportunistic pathogens, although their specific virulence factors may need to be explored. Crown Copyright (c) 2008 Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.

Use of virulence determinants and seropathotypes to distinguish high- and low-risk Escherichia coli O157 and non-O157 isolates from Europe

The presence of 10 virulence genes was examined using polymerase chain reaction (PCR) in 365 European O157 and non-O157 Escherichia coli isolates associated with verotoxin production. Strain-specific PCR data were analysed using hierarchical clustering. The resulting dendrogram clearly separated O157 from non-O157 strains. The former clustered typical high-risk seropathotype (SPT) A strains from all regions, including Sweden and Spain, which were homogenous by Cramer's V statistic, and strains with less typical O157 features mostly from Hungary. The non-O157 strains divided into a high-risk SPTB harbouring O26, O111 and O103 strains, a group pathogenic to pigs, and a group with few virulence genes other than for verotoxin. The data demonstrate SPT designation and selected PCR separated verotoxigenic E. coli of high and low risk to humans; although more virulence genes or pulsed-field gel electrophoresis will need to be included to separate high-risk strains further for epidemiological tracing.

Virulence properties and antimicrobial susceptibility of Shiga toxin-producing Escherichia coli strains isolated from healthy cattle from Parana State, Brazil

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Virulence characteristics and epidemiology of Yersinia enterocolitica and Yersiniae other than Y-pseudotuberculosis and Y-pestis isolated from water and sewage

Aims: To determine the species, bio-sero-phagetypes, antimicrobial drug resistance and also the pathogenic potential of 144 strains of Yersinia spp. isolated from water sources and sewage in Brazil.Methods and Results: the 144 Yersinia strains were characterized biochemically, serologically and had their antibiotic resistance and phenotypic virulence markers determined by microbiological and serological standard techniques. The Y. enterocolitica strains related to human diseases were also tested for the presence of virulence genes, by the PCR technique. The isolates were classified as Y. enterocolitica, Y. intermedia, Y. frederiksenii, Y. kristensenii and Yersinia biochemically atypical. The 144 isolates belonged to various bio-serogroups. Half of the strains showed resistance to three or more drugs. The Y. enterocolitica strains related to human diseases exhibited phenotypic virulence characteristics and virulence genes.Conclusions: Water from various sources and sewage are contaminated with Yersinia spp. in Brasil. Among these bacteria, virulent strains of Y. enterocolitica were found, with biotypes and serogroups related to human diseases.Significance and Impact of the Study: This is the first documented description of the occurrence of pathogenic Y. enterocolitica in water sources and sewage in Brazil. The occurrence of virulence strains of Y. enterocolitica shows that the environment is a potential source of human infection by this species in this country.

Molecular typing and virulence markers of Yersinia enterocolitica strains from human, animal and food origins isolated between 1968 and 2000 in Brazil

Molecular typing and virulence markers were used to evaluate the genetic profiles and virulence potential of 106 Yersinia enterocolitica strains. of these strains, 71 were bio-serotype 4/O: 3, isolated from human and animal clinical material, and 35 were of biotype 1 A or 2 and of diverse serotypes, isolated from food in Brazil between 1968 and 2000. Drug resistance was also investigated. All the strains were resistant to three or more drugs. The isolates showed a virulence-related phenotype in the aesculin, pyrazinamidase and salicin tests, except for the food isolates, only two of which were positive for these tests. For the other phenotypic virulence determinants (autoagglutination, Ca++ dependence and Congo red absorption), the strains showed a diverse behaviour. The inv, ail and ystA genes were detected in all human and animal strains, while all the food isolates were positive for inv, and 3% of them positive for ail and ystA. The presence of virF was variable in the three groups of strains. The strains were better discriminated by PFGE than by enterobacterial repetitive intergenic consensus PCR (ERIC-PCR). A higher genomic similarity was observed among the 4/O: 3 strains, isolated from human and animal isolates, than among the food strains, with the exception of two food strains possessing the virulence genes and grouped close to the 4/O: 3 strains by ERIC-PCR. Unusually, the results revealed the virulence potential of a bio-serotype 1 A/O: 10 strain, suggesting that food contaminated with Y. enterocolitica biotype 1 A may cause infection. This also suggests that ERIC-PCR may be used as a tool to reveal clues about the virulence potential of Y. enterocolitica strains. Furthermore, the results also support the hypothesis that animals may act as reservoirs of Y. enterocolitica for human infections in Brazil, an epidemiological aspect that has not been investigated in this country, confirming data from other parts of the world.

Virulence factors in Escherichia coli strains isolated from urinary tract infection and pyometra cases and from feces of healthy dogs

The aim of this study was to compare the prevalence of virulence genes in 158 Escherichia coli strains isolated from 51 clinical cases of UTIs, 52 of pyometra and from 55 fecal samples from healthy dogs by PCR. papC was found in 12 (23.5%) strains isolated from UTIs, 19 (36.5%) from pyometra and 10 (18.2%) from feces. papGII was observed in 3 (5.8%) strains from pyometra, and papGIII in 10 (19.6%) from UTIs, 15 (28.8%) from pyometra and 9 (16.4%) from feces. sfaS was detected in 22 (43.1%) strains from UTIs, 24 (46.1%) from pyometra and 19 (34.5%) from feces. hlyA was observed in 17 (33.3%) strains from UTIs, 18 (34.6%) from pyometra and 7 (12.7%) from feces, while cnf-1 was detected in 11 (21.6%) from UTIs, 21 (40.4%) from pyometra and 9 (16.4%) from feces. iucD was observed in 12 (23.5%) strains from UTIs, 9 (17.3%) from pyometra and 1 (1.8%) from feces. usp was found 17 (33.3%) isolates from UTIs and 36 (69.9%) from pyometra. (c) 2008 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Prevalence of virulence factors in Escherichia coli strains isolated from the genital tract of healthy cows

Determinou-se a prevalência dos genes de virulência expressando fimbrias, produção de hemolisina, colicina e aerobactina em cepas de Escherichia coli obtidas do trato genital de vacas saudáveis que não apresentam sinais clínicos indicativos de infecção. A presença dos genes responsáveis pela expressão de fimbrias (pap, sfa, afa) foi avaliada através de reação em cadeia da polimerase utilizando primers especificos para cada um dos genes, nenhum deles foi detectado em qualquer uma das cepas isoladas. A prevalência dos fatores de virulência foi de 90,4%, 69,8%, 28,5% para colicina, hemolisina e aerobactina, respectivamente. A análise da patogenicidade das cepas do trato genital pode contribuir para o entendimento do comportamento das cepas de E. coli.