Identification and characterisation of a novel adhesin of Streptococcus suis and its use as a target of adhesion inhibition and bacterial detection

Streptococcus suis is an important pig pathogen but it is also zoonotic, i.e. capable of causing diseases in humans. Human S. suis infections are quite uncommon but potentially life-threatening and the pathogen is an emerging public health concern. This Gram-positive bacterium possesses a galabiose-specific (Galalpha1−4Gal) adhesion activity, which has been studied for over 20 years. P-fimbriated Escherichia coli−bacteria also possess a similar adhesin activity targeting the same disaccharide. The galabiose-specific adhesin of S. suis was identified by an affinity proteomics method. No function of the protein identified was formerly known and it was designated streptococcal adhesin P (SadP). The peptide sequence of SadP contains an LPXTG-motif and the protein was proven to be cell wall−anchored. SadP may be multimeric since in SDS-PAGE gel it formed a protein ladder starting from about 200 kDa. The identification was confirmed by producing knockout strains lacking functional adhesin, which had lost their ability to bind to galabiose. The adhesin gene was cloned in a bacterial expression host and properties of the recombinant adhesin were studied. The galabiose-binding properties of the recombinant protein were found to be consistent with previous results obtained studying whole bacterial cells. A live-bacteria application of surface plasmon resonance was set up, and various carbohydrate inhibitors of the galabiose-specific adhesins were studied with this assay. The potencies of the inhibitors were highly dependent on multivalency. Compared with P-fimbriated E. coli, lower concentrations of galabiose derivatives were needed to inhibit the adhesion of S. suis. Multivalent inhibitors of S. suis adhesion were found to be effective at low nanomolar concentrations. To specifically detect galabiose adhesin−expressing S. suis bacteria, a technique utilising magnetic glycoparticles and an ATP bioluminescence bacterial detection system was also developed. The identification and characterisation of the SadP adhesin give valuable information on the adhesion mechanisms of S. suis, and the results of this study may be helpful for the development of novel inhibitors and specific detection methods of this pathogen.

DPS-Like Peroxide Resistance Protein: Structural and Functional Studies on a Versatile Nanocontainer

Oxidative stress is a constant threat to almost all organisms. It damages a number of biomolecules and leads to the disruption of many crucial cellular functions. It is caused by reactive oxygen species (ROS), such as hydrogen peroxide (H2O₂), superoxide (•O₂ -), and hydroxyl radical (•OH). The most harmful of these compounds is •OH, which is only formed in cells in the presence of redox-cycling transition metals, such as iron and copper. Bacteria have developed a number of mechanisms to cope with ROS. One of the most widespread means employed by bacteria is the DNA-binding proteins from starved cells (Dps). Dps proteins protect the cells by binding and oxidizing Fe2+, thus greatly reducing the production of •OH. The oxidized iron is stored inside the protein as an iron core. In addition, Dps proteins bind directly to DNA forming a protective coating that shields DNA from harmful agents. Moreover, Dps proteins have been found to elicit other protective functions in cells and to participate in bacterial virulence. Dps proteins are of special importance to Streptococci owing to the lack of catalase in this genus of bacteria.This study was focused on structural and functional characterization of streptococcal Dpslike peroxide resistance (Dpr) proteins. Initially, crystal structures of Streptococcus pyogenes Dpr were determined. The data confirmed the presence of a di-metal ferroxidase center (FOC) in Dpr proteins and revealed the presence of a novel N-terminal helix as well as a surface metal-binding site. The crystal structures of Streptococcus suis Dpr complexed with transition metals demonstrated the metal specificity of the FOC. Solution binding studies also indicated the presence of a di-metal FOC. These results suggested a possible role for Dpr in the detoxification of various metals. Iron was found to mineralize inside the protein as ferrihydrite based on X-ray absorption spectroscopy data. The iron core was found to exhibit clear superparamagnetic behaviour using magnetic and Mössbauer measurements. The results from this study are expected to further increase our understanding on the binding, oxidation, and mineralization of iron and other metals in Dpr proteins. In particular, the structural and magnetic properties of the iron core can form a basis for potential new applications in nanotechnology. From the streptococcal viewpoint, the results would help in understanding better the complicated picture of bacterial pathogenesis. Dpr proteins may also provide a novel target for drug design due to their tight involvement in bacterial virulence.

Streptococcus agalactiae (GBS) PNA FISH -tekniikan soveltuminen B-ryhmän streptokokin tunnistukseen

B-ryhmän beetahemolyyttinen streptokokki (GBS = Group B Streptococcus, Streptococcus agalactiae)aiheuttaa vakavia infektioita yleensä astasyntyneillä. Tartunta saadaan yleensä synnytyskanavasta ja riskitekijöinä ovat muun muassa keskosuus, ennenaikainen lapsivedenmeno ja äidin runsas Bstreptokokkikolonisaatio emättimessä. Bakteerin tunnistukseen käytetään tällä hetkellä viljelytekniikkaa, jonka tulos saadaan vasta 24-48 tunnin kuluttua. Opinnäytetyöni tarkoituksena on tutkia uutta ja nopeampaa tunnistusmenetelmää: GBS PNA FISH - tekniikkaa (Peptide Nucleic Acid Fluorescence in Situ Hybridization). Tarkoituksena on tutkia tekniikan spesifiteettiä ja sensitiviteettiä. Tekniikan spesifiteettiä tutkitaan B-ryhmän beetahemolyyttisellä streptokokilla sekä kuudella muulla emättimen normaaliflooraan kuuluvalla bakteerilajilla. Yhteensä bakteerikantoja on tutkimuksessa mukana 48 kappaletta. Tämän lisäksi tutkitaan myös tekniikan sensitiviteettiä, jota tutkitaan bakteereista tehdyn laimennossarjan avulla. Sensitiviteetti tutkitaan bakteeriseoksesta, jonne on B-ryhmän beetahemolyyttisen streptokokin lisäksi lisätty muita emättimen normaaliflooran bakteereita. Lisäksi sensitiviteetti tutkitaan pelkällä B-ryhmän beetahemolyyttisellä streptokokilla käyttäen sekä normaalia että bakteerin rikastusmenetelmää. Testeistä saadut tulokset tulkitaan fluoresenssimikroskoopin avulla. GBS PNA FISH -tekniikan spesifiteetti todettiin erittäin hyväksi. Tekniikka tunnisti kaikki B-ryhmän beetahemolyyttiset streptokokit positiivisiksi ja kaikki muut lajit antoivat negatiivisen tuloksen. B-streptokokin positiivisuus oli erotettavissa mikroskopoitaessa vahvana fluoresointina, kun taas muut lajit eivät fluoresoineet lainkaan. GBS PNA FISH -tekniikan sensitiivisyyden tulokset eivät kuitenkaan täyttäneet odotuksia. Ainoastaan bakteerin rikastusmenetelmällä saadut tulokset olivat loistavia, mutta bakteeriseoksella ja pelkällä B-ryhmän beetahemolyyttisellä streptokokilla saadut tulokset olivat lähes olemattomia. Rikastusmenetelmän kaikki laimennokset fluoresoivat positiivisina, kun taas muissa tapauksissa vain vahvin liuos antoi jonkinlaista positiivista fluoresointia. GBS PNA FISH -tekniikan spesifiteetti todettiin hyväksi. Tekniikan sensitiviteetti ei kuitenkaan vastaa käyttötarkoitusta ja todellisessa tilanteessa tekniikka ei pystyisi tunnistamaan sille spesifistä bakteeria muiden bakteerien joukosta.

Verus modus quo mores populorum, ex propriis suis causis prudenter eruendi sunt

Invocatio: Favente Jehovah.

Ethicae praecipua praecepta & nobiliores plerasque controversias brevibus suis cum explicationibus

Variantti B.

Ethicae praecipua praecepta & nobiliores plerasque controversias brevibus suis cum explicationibus

Variantti A.

Je suis Charlie, moi non plus

Sosiologian tulevaisuus.

Infective Endocarditis in a Finnish Teaching Hospital. 25 Years of Experience of Adult Patients

Infektiivinen endokardiitti yliopistollisessa keskussairaalassa vuosina 1980-2004 hoidetuilla aikuispotilailla Tausta: Infektiivinen endokardiitti on edelleen vakava sairaus. Huolimatta siitä, että taudin diagnostiikka ja hoito ovat kehittyneet, siihen liittyy edelleen merkittävää sairastuvuutta ja kuolleisuutta. Endokardiitin taudinkuvassa on viime vuosina tapahtunut muutoksia monissa maissa. Tavoitteet: Tutkia endokardiitin kliinista kuvaa ja ennustetta suomalaisessa yliopistosairaalassa vuosina 1980-2004 endokardiitin vuoksi hoidetuilla aikuispotilailla. Aineisto: Osatyössä I endokardiitin todennäköisyyttä analysoitiin 222:lla vuosina 1980-1995 endokardiittiepäilyn vuoksi hoidetulla potilaalla käyttäen apuna sekä Duken että von Reyn diagnostisia kriteereitä. Osatyössä II tutkittiin endokardiittiin liittyviä neurologisia komplikaatioita 218 varmassa tai mahdollisessa endokardiittiepisodissa. Osatyössä III tutkittiin seerumin C-reaktiivisen proteiinin (CRP) käyttökelpoisuutta hoitovasteen arvioinnissa 134:ssä varmaksi luokitellussa endokardiittiepisodissa. Osatyössä IV tutkittiin yleisbakteeri-PCRmenetelmän käyttökelpoisuutta etiologisessa diagnostiikassa 56:lla endokardiittiepäilyn vuoksi leikatulla potilaalla. Osatöissä V ja VI analysoitiin kaikki vuosina 1980-2004 hoidetut 303 endokardiittipotilasta lyhytaikais- ja 1-vuotisennusteen suhteen sekä tutkittiin endokardiitin taudinkuvassa tapahtuneita muutoksia sairaalassamme. Tulokset: Duken kriteerit osoittautuivat von Reyn kriteereitä herkemmiksi endokardiitin diagnostiikassa: 243 tutkitusta episodista 114 luokiteltiin varmoiksi endokardiiteiksi Duken kriteereillä, kun vastaavasti ainoastaan 64 luoteltiin varmoiksi von Reyn kriteereillä (p<0.001). Lisäksi peräti 115 episodissa endokardiitin diagnoosi hylättiin von Reyn kriteereillä, kun diagnoosi hylättiin Duken kriteereillä ainoastaan 37 episodissa (p<0.001). Neurologinen komplikaatio ilmeni ennen mikrobilääkehoidon aloittamista 76 %:ssa episodeja ollen ensimmäinen oire 47 %:ssa. Kuolema oli merkitsevästi yhteydessä neurologisiin komplikaatioihin. Hoitovastetta seurattaessa seerumin CRP:n lasku oli merkitsevästi nopeampaa komplikaatioitta toipuvilla potilailla kuin niillä, joille kehittyi komplikaatioita tai jotka menehtyivät tautiinsa. PCR-tutkimus poistetusta läpästä antoi ainoana menetelmänä etiologisen diagnoosin neljässä tapauksessa (2 stafylokokkilajia, 1 Streptococcus bovis,1 Bartonella quintana), joissa kaikissa mikrobilääkehoito oli ollut käytössä ennen näytteiden ottamista. Koko aineistossa kahden läpän infektio tai neurologisten komplikaatioiden, perifeeristen embolioiden tai sydämen vajaatoiminnan kehittyminen ennustivat sekä sairaalakuolleisuutta että 1-vuotiskuolleisuutta, kun taas ≥65 vuoden ikä ja sydämen ultraäänitutkimuksessa todettu vegetaatio tai Duken luokittelun mukainen pääkriteeri ennustivat kuolemaa vuoden sisällä. Korkea CRP-taso sairaalaan tullessa ennusti sekä sairaalakuolleisuutta että 1-vuotiskuolleisuutta. Huumeiden käyttäjien endokardiitit lisääntyivät tutkimusaikana merkitsevästi (p<0.001). Päätelmät: Tässä työssä vahvistetaan Duken kriteerien käyttökelpoisuus endokardiitin diagnostiikassa. Lisäksi vahvistui käsitys, että nopea diagnoosi ja mikrobilääkehoidon aloittaminen ovat parhaat keinot ehkäistä neurologisia komplikaatioita ja parantaa endokardiittipotilaiden ennustetta. CRP:n normalisoituminen on endokardiittipotilailla hyvän ennusteen merkki. Suoraan läppäkudoksesta tehty PCR-tutkimus on hyödyllinen, kun taudin aiheuttaja on kasvuominaisuuksiltaan vaativa tai potilas on saanut mikrobilääkehoitoa ennen viljelynäytteiden ottamista. Muutamat aiemmissa tutkimuksissa todetut huonon ennusteen merkit ennustavat huonoa ennustetta myös tämän tutkimuksen potilailla. Uutena löydöksenä ilmeni, että korkea CRP-arvo sairaalaan tullessa merkitsee sekä huonoa lyhyt- että pitkäaikaisennustetta. Huumeiden käyttäjien endokardiittien ilmaantuminen on tärkein epidemiologinen muutos 25 vuoden tutkimusaikana.

Childhood community-acquired pneumonia

Background: Community-acquired pneumonia is a leading cause of morbidity and mortality in children worldwide. New, rapid methods are needed to improve the microbiologic diagnosis of pneumonia in clinical practice. The increasing incidence of parapneumonic empyema in children accentuates the importance of the identification of the causative agent and clinical predictors of empyema. Aims and methods: Two prospective studies were conducted to find feasible diagnostic methods for the detection of causative agents of pneumonia. The usefulness of pneumolysin-targeted real-time PCR in the diagnosis of pneumococcal disease was studied in children with pneumonia and empyema, and the clinical utility of induced sputum analysis in the microbiologic diagnosis of pneumonia was investigated in children with pneumonia. In addition, two retrospective clinical studies were performed to describe the frequency and clinical profile of influenza pneumonia in children and the frequency, clinical profile and clinical predictors of empyema in children. Results: Pneumolysin-PCR in pleural fluid significantly improved the microbiologic diagnosis of empyema by increasing the detection rate of pneumococcus almost tenfold to that of pleural fluid culture (75 % vs. 8 %). In whole blood samples, PCR detected pneumococcus in only one child with pneumonia and one child with pneumococcal empyema. Sputum induction provided good-quality sputum specimens with high microbiologic yield. Streptococcus pneumoniae (46 %) and rhinovirus (29 %) were the most common microbes detected. The quantification results of the paired sputum and nasopharyngeal aspirate specimens provided support that the majority of the bacteria (79 %) and viruses (55 %) found in sputum originated from the lower airways. Pneumonia was detected in 14 % of children with influenza infection. A history of prolonged duration of fever, tachypnea, and pain on abdominal palpation were found to be independently significant predictors of empyema. Conclusions: Pneumolysin-targeted real-time PCR is a useful and rapid method for the diagnosis of pneumococcal empyema in children. Induced sputum analysis with paired nasopharyngeal aspirate analysis can be of clinical value in the microbiologic diagnosis of pneumonia. Influenza pneumonia is an infrequent and generally benign disease in children with rare fatalities. Repeat chest radiograph and ultrasound imaging are recommended in children with pneumonia presenting with clinical predictors of empyema and in children with persistent fever and high CRP levels during hospitalization.

Probiotic lactobacilli and bifidobacteria in the mouth – in vitro studies on saliva-mediated functions and acid production

Probiotic lactobacilli and bifidobacteria in the mouth – in vitro studies on saliva-mediated functions and acid production Probiotics are viable bacteria which, when used in adequate amounts, are beneficial to the health of the host. Although most often related to intestinal health, probiotic bacteria can be found also in the mouth after consumption of products that contain them. This study aimed at evaluating the oral effects of probiotic bacteria already in commercial use. In a series of in vitro studies, the oral colonisation potential of different probiotic bacteria, their acid production and potential saliva-mediated effects on oral microbial ecology were investigated. The latter included effects on the salivary pellicle, the adhesion of other bacteria, and the activation of the peroxidase system. Streptococcus mutans, Streptococcus gordonii, Aggregatibacter actinomycetemcomitans and Helicobacter pylori were used as bacterial indicators of the studied phenomena. There were significant differences between the probiotic strains in their colonisation potential. They all were acidogenic, although using different sugars and sugar alcohols. However, their acid production could be inhibited by the peroxidase system. Based on the results, it can be suggested that probiotic bacteria might influence the oral microbiota by different, partly species or strain-specific means. These include the inhibition of bacterial adhesion, modification of the enamel pellicle, antimicrobial activity, and activation of the peroxidase system. To conclude, probiotic strains differed from each other in their colonisation potential and other oral effects as evaluated in vitro. Both positive and potentially harmful effects were observed, but the significance of the perceived results needs to be further evaluated in vivo.

Pienen lapsen uloshengitysvaikeus

Tausta: Uloshengitysvaikeus on pienten lasten tavallinen sairaus. Monissa tutkimuksissa sen yleisimmäksi aiheuttajaksi on todettu respiratory syncytial virus infektio (RSV). Muiden virusten ja bakteereiden merkitys on vähemmän tunnettu. Pienten lasten uloshengitysvaikeuden hoito on vakiintumaton. Systeemisen prednisolonihoidon tehoa uloshengitysvaikeuksissa ei ole tutkittu muiden virusinfektioiden kuin RSV:n yhteydessä. Tavoitteet: Tutkimuksen tavoitteena oli selvittää lasten sairaalahoitoa edellyttäneen uloshengitysvaikeuden virusetiologia ja siihen liittyvät bakteeri-infektiot sekä systeemisen prednisolonihoidon teho suhteessa eri viruksiin. Lisäksi tavoitteena oli etsiä toistuvan uloshengitysvaikeuden riskitekijöitä ja selvittää prednisolonin teho riskiryhmiin kuuluvilla lapsilla. Menetelmät: Vuosien 2000–2002 aikana selvitettiin Turun yliopistollisessa keskussairaalassa uloshengitysvaikeuden vuoksi hoidetun 293 iältään 3 kuukauden - 16 vuotiaan lapsen tautietiologia. Nenänielun imulimanäytteestä tutkittiin viruksia viljelyn, antigeenin osoituksen sekä genomin monistustekniikan (PCR) avulla. Taudin akuutissa ja toipilasvaiheessa analysoitiin seeruminäytteistä vasta-ainepitoisuudet viruksia ja bakteereita vastaan. Bakteeri-infektioita etsittiin myös kliinisten, hematologisten ja radiologisten tutkimusten avulla. Satunnaistetulla, kaksoissokolla lumekontrolloidulla tutkimuksella selvitettiin prednisolonin kliinistä tehoa RSV- ja rinovirusinfektioissa alle 3 vuoden ikäisillä lapsilla. Toistuvan uloshengitysvaikeuden esiintymistä selvitettiin seuraamalla vuoden ajan 118 lasta, joilla oli ollut ensimmäinen uloshengitysvaikeuskohtaus. Tulokset: Todennäköinen uloshengitysvaikeuden aiheuttava virus löytyi 88 %:lta lapsista. Yleisimmät virukset olivat RSV (27 %) ja rinovirus (24 %). Kahden tai kolmen viruksen infektio todettiin 19 %:lla lapsista. Yleisin todennäköinen bakteeri-infektio oli akuutti välikorvatulehdus, joka todettiin 44 %:lla lapsista. Bakteeri-infektion serologinen osoitus saatiin 18 %:lla lapsista. Tavallisimmat bakteerit olivat Streptococcus pneumoniae (8 %) ja Mycoplasma pneumoniae (5 %). Nenän sivuontelotulehdus todettiin 17 %:lla ja alveolaarinen keuhkokuume 3 %:lla lapsista. Prednisolonihoito ei vaikuttanut lasten sairaalahoitoajan pituuteen, mutta se vähensi uusien kohtausten määrää lapsilla, joilla oli rinovirusinfektio ja sairaalaan tulohetkellä veren eosinofiilisten solujen määrä  0,2 • 109/l. Toistuvan uloshengitysvaikeuden riskitekijöitä olivat alle vuoden ikä, atopia ja äidin astma. Prednisoloni vähensi merkitsevästi toistuvan uloshengitysvaikeuden esiintymistä lapsilla, joilla oli rinovirusinfektio (HR = 0,19; 95 %:n LV, 0,05 – 0,71) tai lääkärin toteama ihottuma (0,15; 95 %:n LV, 0,04 – 0,63). Päätelmät: Lähes kaikilla lapsilla on todettavissa virusinfektio uloshengitysvaikeuden aikana. Tavallisin pienten lasten kliininen bakteerikomplikaatio on akuutti välikorvatulehdus. Prednisolonihoidolla ei ole vaikutusta sairaalahoidon pituuteen, mutta se näyttäisi vähentävän uusien kohtausten esiintymistä rinoviruspositiivisilla ja ihottumaisilla lapsilla.