Effect of fatty acids on hyphal growth in the pathogenic yeast Candida albicans

Candida albicans est une levure pathogène qui, à l’état commensal, colonise les muqueuses de la cavité orale et du tractus gastro-intestinal. De nature opportuniste, C. albicans cause de nombreuses infections, allant des candidoses superficielles (muguet buccal, vulvo-vaginite) aux candidoses systémiques sévères. C. albicans a la capacité de se développer sous diverses morphologies, telles que les formes levures, pseudohyphes et hyphes. Des stimuli environnementaux mimant les conditions retrouvées chez l’hôte (température de 37°C, pH neutre, présence de sérum) induisent la transition levure-à-hyphe (i.e. morphogenèse ou filamentation). Cette transition morphologique contribue à la pathogénicité de C. albicans, du fait que des souches présentant un défaut de filamentation sont avirulentes. Non seulement la morphogenèse est un facteur de virulence, mais elle constituerait aussi une cible pour le développement d’antifongiques. En effet, il a déjà été démontré que l’inhibition de la transition levure-à-hyphe atténuait la virulence de C. albicans lors d’infections systémiques. Par ailleurs, des études ont démontré que de nombreuses molécules pouvaient moduler la morphogenèse. Parmi ces molécules, certains acides gras, dont l’acide linoléique conjugué (CLA), inhibent la formation d’hyphes. Ainsi, le CLA posséderait des propriétés thérapeutiques, du fait qu’il interfère avec un déterminant de pathogénicité de C. albicans. Par contre, avant d’évaluer son potentiel thérapeutique dans un contexte clinique, il est essentiel d’étudier son mode d’action. Ce projet vise à caractériser l’activité anti-filamentation des acides gras et du CLA et à déterminer le mécanisme par lequel ces molécules inhibent la morphogenèse chez C. albicans. Des analyses transcriptomiques globales ont été effectuées afin d’obtenir le profil transcriptionnel de la réponse de C. albicans au CLA. L’acide gras a entraîné une baisse des niveaux d’expression de gènes encodant des protéines hyphes-spécifiques et des régulateurs de morphogenèse, dont RAS1. Ce gène code pour la GTPase Ras1p, une protéine membranaire de signalisation qui joue un rôle important dans la transition levure-à-hyphe. Des analyses de PCR quantitatif ont confirmé que le CLA inhibait l’induction de RAS1. De plus, le CLA a non seulement causé une baisse des niveaux cellulaires de Ras1p, mais a aussi entraîné sa délocalisation de la membrane plasmique. En affectant les niveaux et la localisation cellulaire de Ras1p, le CLA nuit à l’activation de la voie de signalisation Ras1p-dépendante, inhibant ainsi la morphogenèse. Il est possible que le CLA altère la structure de la membrane plasmique et affecte indirectement la localisation membranaire de Ras1p. Ces travaux ont permis de mettre en évidence le mode d’action du CLA. Le potentiel thérapeutique du CLA pourrait maintenant être évalué dans un contexte d’infection, permettant ainsi de vérifier qu’une telle approche constitue véritablement une stratégie pour le traitement des candidoses.

L’entérotoxine STb d’Escherichia coli affecte les jonctions serrées des cellules intestinales épithéliales

La toxine thermostable d’E.coli (STb) est une cause de diarrhée chez l’homme et l’animal. STb se lie au sulfatide, son récepteur, puis s’internalise. Dans le cytoplasme, par une cascade d’événements, STb déclenche l’ouverture des canaux ioniques permettant la sécrétion des ions et la perte d’eau menant à la diarrhée. Les jonctions serrées forment une barrière physique intercellulaire dans les cellules épithéliales intestinales, contrôlant ainsi le flux paracellulaire des ions et de l’eau. Les jonctions serrées sont affectées par divers pathogènes et par leurs toxines. À ce jour, l’effet de STb sur les jonctions serrées n’a pas été étudié. L’étude entreprise visait à explorer l’effet de STb sur les jonctions serrées et la barrière épithéliale des cellules intestinales. Des cellules épithéliales intestinales du colon humain (T84) ont été traitées pendant 24h soit avec la toxine STb purifiée soit avec une souche d’E.coli exprimant STb. La résistance transépithéliale (TER), le flux de marqueurs paracellulaires et la microscopie confocale ont été utilisés pour analyser les effets de STb sur les jonctions serrées. Les monocouches traitées par la souche E.coli exprimant STb et la toxine STb purifiée ont manifesté une forte réduction de TER (p<0.0001) parallèlement à une augmentation significative de la perméabilité paracellulaire à l’Albumine de Sérum Bovin marqué avec l’IsoThioCyanate Fluoroscéine, BSA-FITC (p<0.0001) comparativement aux cellules non traitées et aux cellules traitées par une souche d’E.coli commensale non-toxinogène. L’augmentation de la perméabilité paracellulaire induite par STb a été associée à une dissolution générale et une condensation des fibres de stress centrales des filaments d’actine. Le réarrangement des filaments d’actine a été accompagné par une redistribution et une fragmentation des protéines des jonctions serrées dont l’occludine, la claudine-1 et la Zonula Occludens-1. Les mêmes modifications on été observées après l’intoxication des cellules T84 avec un octapeptide synthétique retrouvé dans la séquence de STb correspondant à une séquence consensus de la toxine ZOT de Vibrio cholerae, impliquée dans la réorganisation des jonctions serrées. Cet effet n’a pas été observé lorsque les cellules ont été traitées avec un octapeptide synthétique comportant les mêmes acides aminés mais distribués de façon aléatoire ou avec la toxine mutée (D30V). Nos résultats montrent pour la première fois que STb induit le dysfonctionnement de la barrière épithéliale intestinale en modifiant la distribution des protéines des jonctions serrées. Ces résultats ouvrent une nouvelle voie pour la compréhension de la pathogenèse de diarrhée causée par la toxine STb.

Étude de la résistance aux antibiotiques des entérocoques d'origine animale du Québec

Les entérocoques font partie de la flore normale intestinale des animaux et des humains. Plusieurs études ont démontré que les entérocoques d’origine animale pouvaient représenter un réservoir de gènes de résistance aux antibiotiques pour la communauté humaine et animale. Les espèces Enterococcus faecalis et Enterococcus faecium sont importantes en santé publique; elles sont responsables d’environ 12% de toutes les infections nosocomiales aux États-Unis. Au Canada, les cas de colonisation et/ou d’infections à entérocoques résistants à la vancomycine ont plus que triplé de 2005 à 2009. Un total de 387 isolats E. faecalis et E. faecium aviaires, et 124 isolats E. faecalis porcins ont été identifiés et analysés pour leur susceptibilité aux antibiotiques. De hauts pourcentages de résistance envers les macrolides et les tétracyclines ont été observés tant chez les isolats aviaires que porcins. Deux profils phénotypiques prédominants ont été déterminés et analysés par PCR et séquençage pour la présence de gènes de résistance aux antibiotiques. Différentes combinaisons de gènes de résistance ont été identifiées dont erm(B) et tet(M) étant les plus prévalents. Des extractions plasmidiques et des analyses par hybridation ont permis de déterminer, pour la première fois, la colocalisation des gènes erm(B) et tet(M) sur un plasmide d’environ 9 kb chez des isolats E. faecalis porcins, et des gènes erm(B) et tet(O) sur un plasmide de faible poids moléculaire d’environ 11 kb chez des isolats E. faecalis aviaires. De plus, nous avons démontré, grâce à des essais conjugatifs, que ces plasmides pouvaient être transférés. Les résultats ont révélé que les entérocoques intestinaux aviaires et porcins, lesquels peuvent contaminer la viande à l’abattoir, pouvaient représenter un réservoir de gènes de résistance envers la quinupristine-dalfopristine, la bacitracine, la tétracycline et les macrolides. Afin d’évaluer l’utilisation d’un antisérum polyclonal SA dans l’interférence de la résistance à de fortes concentrations de bacitracine (gènes bcrRAB), lors d’un transfert conjugatif répondant aux phéromones, un isolat multirésistant E. faecalis aviaire a été sélectionné. Après induction avec des phéromones produites par la souche réceptrice E. faecalis JH2-2, l’agrégation de la souche donatrice E. faecalis 543 a été observée ainsi que des fréquences de transfert élevées en bouillon lors d’une courte période de conjugaison. Le transfert conjugatif des gènes asa1, traB et bcrRAB ainsi que leur colocalisation a été démontré chez le donneur et un transconjugant T543-1 sur un plasmide de 115 kb par électrophorèse à champs pulsé (PFGE) et hybridation. Une CMI de > 2 048 µg/ml envers la bacitracine a été obtenue tant chez le donneur que le transconjuguant tandis que la souche réceptrice JH2-2 démontrait une CMI de 32 µg/ml. Le séquençage des gènes asa1, codant pour la substance agrégative, et traB, une protéine régulant négativement la réponse aux phéromones, a révélé une association de cet élément génétique avec le plasmide pJM01. De plus, cette étude présente qu’un antisérum polyclonal SA peut interférer significativement dans le transfert horizontal d’un plasmide répondant aux phéromones codant pour de la résistance à de fortes doses de bacitracine d’une souche E. faecalis aviaire multirésistante. Des isolats cliniques E. faecium d’origine humaine et canine ont été analysés et comparés. Cette étude rapporte, pour la première fois, la caractérisation d’isolats cliniques E. faecium résistants à l’ampicilline (EFRA) d’origine canine associés à CC17 (ST17) au Canada. Ces isolats étaient résistants à la ciprofloxacine et à la lincomycine. Leur résistance envers la ciprofloxacine a été confirmée par la présence de substitutions dans la séquence en acides aminés des gènes de l’ADN gyrase (gyrA/gyrB) et de la topoisomérase IV (parC/parE). Des résistances élevées envers la gentamicine, la kanamycine et la streptomycine, et de la résistance envers les macrolides et les lincosamides a également été observées. La fréquence de résistance envers la tétracycline était élevée tandis que celle envers la vancomycine n’a pas été détectée. De plus, aucune résistance n’a été observée envers le linézolide et la quinupristine-dalfopristine. Les données ont démontré une absence complète des gènes esp (protéine de surface des entérocoques) et hyl (hyaluronidase) chez les isolats canins EFRA testés tandis qu’ils possédaient tous le gène acm (adhésine de liaison au collagène d’E. faecium). Aucune activité reliée à la formation de biofilm ou la présence d’éléments CRISPR (loci de courtes répétitions palindromiques à interespaces réguliers) n’a été identifiée chez les isolats canins EFRA. Les familles de plasmide rep6 and rep11 ont significativement été associées aux isolats d’origine canine. Les profils PFGE des isolats d’origine humaine et canine n'ont révélé aucune relation (≤ 80%). Ces résultats illustrent l'importance d'une utilisation judicieuse des antibiotiques en médecine vétérinaire afin d’éviter la dissémination zoonotique des isolats EFRA canins. Nous pensons que ces résultats contribueront à une meilleure compréhension des mécanismes de résistance aux antibiotiques et de leurs éléments mobiles ainsi qu’à de nouvelles stratégies afin de réduire le transfert horizontal de la résistance aux antibiotiques et des facteurs de virulence.

Caractérisation phénotypique et génotypique de Campylobacter jejuni et évaluation d’une stratégie de contrôle de la colonisation du poulet de chair par ce pathogène alimentaire

Campylobacter jejuni est l’agent causal de la campylobactériose, infection bactérienne importante en santé publique. Un des vecteurs de transmission de C. jejuni pour l’humain est le poulet via la chaîne alimentaire. Les mécanismes impliqués dans colonisation caecale commensale des oiseaux par C. jejuni sont toujours peu caractérisés, bien qu’une meilleure compréhension de ces mécanismes puisse apporter des solutions pour le contrôle du pathogène à la ferme. Cette étude avait pour buts de caractériser les propriétés phénotypiques et les facteurs génétiques impliqués dans la colonisation du poulet par C. jejuni et d’identifier de nouveaux mécanismes impliqués dans cette association. Des souches, issues d’élevages conventionnels échantillonnés en 2003 et en 2008 ainsi que d’élevages biologiques, ont été caractérisées afin d’obtenir leur profil de résistance aux antibiotiques, leur autoagglutination et leur chimiotactisme. Les souches des élevages conventionnels ont de plus été caractérisées pour leur capacité à adhérer et envahir une culture primaire de cellules caecales de poulet. Une puce à ADN a été développée pour détecter la présence de 254 gènes et variants associés à la colonisation des poulets ainsi qu’à la résistance aux antibiotiques chez les souches issues d’élevages conventionnels. Les propriétés phénotypiques et la présence de certains gènes chez les souches ont par la suite été comparées. Finalement, des souches ayant des caractéristiques différentes ont été utilisées dans un modèle de colonisation du poulet pour évaluer l’efficacité d’un nouvel additif alimentaire à base d’acides organiques et d’huiles essentielles sur le contrôle de C. jejuni. Les propriétés phénotypiques des souches étaient très variées et n’étaient pas corrélées entre elles, à l’exception de l’adhésion et de l’invasion. L’analyse génétique a révélé que le contenu en gènes des souches était variable, notamment au niveau des gènes de l’enveloppe bactérienne, au flagelle, aux récepteurs du chimiotactisme et à la résistance à l’arsenic. Les souches de 2003 et de 2008 étaient semblables lorsque leur contenu en gènes ainsi que leurs propriétés phénotypiques étaient comparés. Des gènes possiblement associés à un fort ou un faible potentiel de colonisation ont été identifiés. L’additif alimentaire a diminué la contamination des carcasses bien qu’une augmentation de la colonisation intestinale ait été observée pour certaines souches. La moitié des lots de poulets d’origine biologique étaient positifs pour C. jejuni. Les souches issues de ce type d’élevage étaient peu résistantes aux antibiotiques et possédaient des phénotypes variés. Cette étude a permis de mieux définir les caractéristiques importantes de C. jejuni qui sont associées à la colonisation intestinale du poulet. Elle a établi pour la première fois au Canada la présence du pathogène dans les élevages de poulets biologiques. Cette étude fait partie des quelques études qui décrivent la présence des gènes de colonisation et de résistance aux antibiotiques dans une collection de souches issues uniquement du poulet. Elle a également remis en doute l’importance de certains gènes dans la colonisation. La caractérisation exhaustive des souches a également permis d’identifier de nouveaux gènes possiblement associés à la colonisation de poulet par C. jejuni. Finalement, elle a indiqué que l’utilisation d’un mélange d’huiles essentielles et d’acide organique encapsulés pouvait être efficace pour réduire la contamination des carcasses de poulet par C. jejuni et que son effet était souche-dépendant.

Interaction d'Escherichia coli entérohémorragique (EHEC) avec Acanthamoeba castellanii et rôle du régulon Pho chez les EHEC

Les EHEC de sérotype O157:H7 sont des agents zoonotiques d’origine alimentaire ou hydrique. Ce sont des pathogènes émergeants qui causent chez l’humain des épidémies de gastro-entérite aiguë et parfois un syndrome hémolytique-urémique. Les EHEC réussissent leur transmission à l’humain à partir de leur portage commensal chez l’animal en passant par l’étape de survie dans l’environnement. L’endosymbiose microbienne est une des stratégies utilisées par les bactéries pathogènes pour survivre dans les environnements aquatiques. Les amibes sont des protozoaires vivants dans divers écosystèmes et connus pour abriter plusieurs agents pathogènes. Ainsi, les amibes contribueraient à transmettre les EHEC à l'humain. La première partie de mon projet de thèse est centrée sur l'interaction de l’amibe Acanthamoeba castellanii avec les EHEC. Les résultats montrent que la présence de cette amibe prolonge la persistance des EHEC, et ces dernières survivent à leur phagocytose par les amibes. Ces résultats démontrent le potentiel réel des amibes à héberger les EHEC et à contribuer à leur transmission. Cependant, l’absence de Shiga toxines améliore leur taux de survie intra-amibe. Par ailleurs, les Shiga toxines sont partiellement responsables de l’intoxication des amibes par les EHEC. Cette implication des Shiga toxines dans le taux de survie intracellulaire et dans la mortalité des amibes démontre l’intérêt d’utiliser les amibes comme modèle d'interaction hôte/pathogène pour étudier la pathogénicité des EHEC. Durant leur cycle de transmission, les EHEC rencontrent des carences en phosphate inorganique (Pi) dans l’environnement. En utilisant conjointement le système à deux composantes (TCS) PhoB-R et le système Pst (transport spécifique de Pi), les EHEC détectent et répondent à cette variation en Pi en activant le régulon Pho. La relation entre la virulence des EHEC, le PhoB-R-Pst et/ou le Pi environnemental demeure inconnue. La seconde partie de mon projet explore le rôle du régulon Pho (répondant à un stress nutritif de limitation en Pi) dans la virulence des EHEC. L’analyse transcriptomique montre que les EHEC répondent à la carence de Pi par une réaction complexe impliquant non seulement un remodelage du métabolisme général, qui est critique pour sa survie, mais aussi en coordonnant sa réponse de virulence. Dans ces conditions le régulateur PhoB contrôle directement l’expression des gènes du LEE et de l’opéron stx2AB. Ceci est confirmé par l’augmentation de la sécrétion de l’effecteur EspB et de la production et sécrétion de Stx2 en carence en Pi. Par ailleurs, l’activation du régulon Pho augmente la formation de biofilm et réduit la motilité chez les EHEC. Ceci corrèle avec l’induction des gènes régulant la production de curli et la répression de la voie de production d’indole et de biosynthèse du flagelle et du PGA (Polymère β-1,6-N-acétyle-D-glucosamine).

Évaluation de l'acquisition de la résistance à la colistine chez Escherichia coli O149 chez le porc.

La diarrhée post-sevrage est une maladie d’importance dans l’industrie porcine et est principalement causée Escherichia coli O149. Le traitement habituellement utilisé est la néomycine. Cependant, en raison de l’antibiorésistance, les vétérinaires se tournent vers la colistine sulfate (CS). La CS lie les lipopolysaccharides (LPS) et provoque un déplacement des cations divalents causant la formation de pores entrainant la mort cellulaire. Le système à deux composantes PmrA/PmrB est le plus incriminé dans la résistance à la colistine en ajoutant un groupement 4-amino-4-déoxy-L-arabinose (L-Ara4N) au lipide A des LPS, augmentant ainsi la charge du LPS et diminuant son affinité pour la CS. L’objectif principal est d’évaluer l’acquisition de la résistance à la CS d’E. coli in vitro et dans un modèle in vivo. Nous avons utilisé des souches associées à des cas cliniques d’E. coli O149 et avons créé 22 mutants résistants à la CS. La concentration minimale inhibitrice (CMI) a été mesurée par une méthode de double dilution et comparée au seuil de résistance. Suite au séquençage des gènes pmrA/pmrB, nous avons identifié sept nouveaux polymorphismes, trois dans PmrA : A80V, N128I, S144G et quatre dans PmrB : V87E, D148Y, D148V et T156M. Pour l’essai in vivo, nous avons suivi une souche expérimentale ETEC:F4 (E. coli O149) et isolé des E. coli de la flore commensale. Le séquençage des gènes pmrA et pmrB de ces isolats a montré un polymorphisme spécifique, G15R et T156M respectivement. Cependant, plusieurs souches récoltées possédaient une résistance à la CS, mais sans polymorphisme de PmrA/PmrB, suggérant d’autre(s) mécanisme(s) de résistance.

Perspectives de l'usage de poudre de jaunes d’oeuf comme additif alimentaire contre Campylobacter jejuni chez le poulet : mode d'immunisation et effet de l’encapsulation

La campylobactériose est une zoonose causée par Campylobacter jejuni, une bactérie commensale du poulet, considérée comme la principale source de contamination humaine. C. jejuni est rarement retrouvé dans le tube digestif des poulets avant deux ou trois semaines d'âge. Ce qui pourrait s'expliquer par la transmission d'une immunité maternelle (anticorps IgY) transmise aux poussins via le jaune d'œuf. À la Chaire de recherche en Salubrité des Viandes (CRSV), la caractérisation d'anticorps IgY extraits de jaunes d'œufs frais a montré des niveaux de production d’anticorps différents selon le mode d’immunisation et suggère, in vitro, des effets sur ce pathogène. Ce qui laisse penser qu'en tant qu'additif alimentaire, une poudre de jaunes d'œuf potentialisée permettrait de lutter contre C. jejuni chez le poulet à griller. Dans ce travail, le processus de fabrication de l'additif (déshydratation par « Spray dry » puis encapsulation) a été évalué et les différents modes d'immunisation des poules pondeuses ont également été comparés. Les anticorps ont été extraits des différentes poudres de jaunes d'œuf ou du produit final encapsulé, et caractérisés in vitro (dosage / ELISA, test de mobilité, bactéricidie, western blot). Puis, une évaluation in vivo de la capacité de ces poudres encapsulées, incorporée à 5 % dans la moulée, afin de réduire ou de bloquer la colonisation intestinale des oiseaux par C. jejuni a été testée. In vitro, les résultats ont montré des concentrations d'anticorps et d'efficacité variables selon le type de vaccination. Dans cette étude, on a observé que le « Spray dry » a concentré les anticorps dans les poudres et que ces anticorps sont restés fonctionnels contre C. jejuni. On a également observé que l'encapsulation n’entraîne pas une perte quantitative des anticorps contenus dans les poudres. Malgré les résultats in vitro encourageants, les résultats in vivo ne révèlent aucune inhibition ou réduction de la colonisation des oiseaux par C. jejuni. L’absence d’efficacité la poudre de jaunes d’œuf encapsulée dans notre étude n’est pas due à une perte quantitative et/ou qualitative des anticorps comme soutenu dans les expériences in vitro. Ce qui démontre que les recherches doivent être poursuivies afin de déterminer les conditions optimales de l'utilisation de la poudre de jaune d'œuf in vivo, en tant qu'additif alimentaire chez les poulets

Studies on the Microbial spoilage of Penaeus indicus

The aim of the present investigation is to build up the knowledge on the role of commensal bacteria present on the prawns during storage at various temperatures. The study Evaluates the nature of spoilage of prawns during storage at three different temperatures (28:2OC, 4°C and -18°C) by organoleptic assessment, accumulation of trim ethylamine, ammonia content, changes in the flesh pH and total heterotrophic bacterial population at various time intervals and to find out the changes in the proximate composition (protein, carbohydrate, lipid, ash and moisture) of the prawns during storage at various temperatures by estimating the contents at different time intervals along with spoilage assessment. The researcher studies the occurrence and role of various bacterial genera which form the component of spoilage flora during storage and determines the distribution of various hydrolytic enzyme producing bacteria by evaluating their ability to produce enzymes such as caseinase, gelatinase, amylase, lipase and urease. to assess the spoilage potential of the bacteria by testing their ability to reduce trimethylamine oxide (TMAO) to trimethylamine (TMA) and to produce odour in flesh broth and halos in flesh agar media.The researcher also gives stress on the growth kinetics of selected potential spoilers by growing_them in different media and to assess the effect of sodium chloride concentrations, temperature and pH on their growth, survival and. generation time.

Studies On Pobtunid Crabs [Crustacea Decapoda Brachyura)

True crabs are the most fascinating group of organisms among the decapod crustaceans. Great importance is attached at present to the increased exploitation of these animals and therefore there is great scope for further development of their fishery. They have a broad and hard carapace, massive chelate legs, bent abdomen and exhibit high degree of adaptation to the environment. They show pelagic, benthic, intertidal, burrowing and terrestrial modes of life. Their commensal association with other invertebrates, their breeding behaviour and life history are of great interest to biologists. More than six hundred species of crabs are known to occur in Indian waters and among them about eight species form a regular fishery along the entire stretch of peninsular India (Rao §§_al., 1973) round the year. Crab fishery in India is fast developing and there is vast scope for them as there are many more potential species. Among the various crustacean diets, crabs are celebrated for deliciousness and for nutritional richness. In recent days, crab food items have become more popular and gained global reception. These resources can also be augmented further by culturing them in ponds in the future. Information on biology and ecology of constituent species go a long way not only in effective exploitation and regulation of the respective fishery resources but also helps in evolving a suitable gear for their capture. Information collected on the national level in various aspects as reproduction, growth rate, larval development, parasites, diseases, nutritive values etc. will be of help in evolving a national policy for the effective utilisation and conservation of this resource. They also provide the baseline information for undertaking any purposeful and meaningful culture activities. Information on the various aspects mentioned above is very much restricted in true crabs and hence the present study

Selected topics in probiotics and prebiotics: meeting report for the 2004 international scientific association for probiotics and prebiotics

On August 2931, 2004, 84 academic and industry scientists from 16 countries gathered in Copper Mountain, Colorado USA to discuss certain issues at the forefront of the science of probiotics and prebiotics. The format for this invitation only meeting included six featured lectures: engineering human vaginal lactobacilli to express HIV inhibitory molecules (Peter Lee, Stanford University), programming the gut for health (Thaddeus Stappenbeck, Washington University School of Medicine), immune modulation by intestinal helminthes (Joel Weinstock, University of Iowa Hospitals and Clinics), hygiene as a cause of autoimmune disorders (G. A. Rook, University College London), prebiotics and bone health (Connie Weaver, Purdue University) and prebiotics and colorectal cancer risk (Ian Rowland, Northern Ireland Centre for Food and Health). In addition, all participants were included in one of eight discussion groups on the topics of engineered probiotics, host-commensal bacteria communication, 'omics' technologies, hygiene and immune regulation, biomarkers for healthy people, prebiotic and probiotic applications to companion animals, development of a probiotic dossier, and physiological relevance of prebiotic activity. Brief conclusions from these discussion groups are summarized in this paper.

New scientific paradigms for probiotics and prebiotics

The inaugural meeting of the International Scientific Association for Probiotics and Prebiotics (ISAPP) was held May 3 to May 5 2002 in London, Ontario, Canada. A group of 63 academic and industrial scientists from around the world convened to discuss current issues in the science of probiotics and prebiotics. ISAPP is a non-profit organization comprised of international scientists whose intent is to strongly support and improve the levels of scientific integrity and due diligence associated with the study, use, and application of probiotics and prebiotics. In addition, ISAPP values its role in facilitating communication with the public and healthcare providers and among scientists in related fields on all topics pertinent to probiotics and prebiotics. It is anticipated that such efforts will lead to development of approaches and products that are optimally designed for the improvement of human and animal health and well being. This article is a summary of the discussions, conclusions, and recommendations made by 8 working groups convened during the first ISAPP workshop focusing on the topics of: definitions, intestinal flora, extra-intestinal sites, immune function, intestinal disease, cancer, genetics and genomics, and second generation prebiotics. Humans have evolved in symbiosis with an estimated 1014 resident microorganisms. However, as medicine has widely defined and explored the perpetrators of disease, including those of microbial origin, it has paid relatively little attention to the microbial cells that constitute the most abundant life forms associated with our body. Microbial metabolism in humans and animals constitutes an intense biochemical activity in the body, with profound repercussions for health and disease. As understanding of the human genome constantly expands, an important opportunity will arise to better determine the relationship between microbial populations within the body and host factors (including gender, genetic background, and nutrition) and the concomitant implications for health and improved quality of life. Combined human and microbial genetic studies will determine how such interactions can affect human health and longevity, which communication systems are used, and how they can be influenced to benefit the host. Probiotics are defined as live microorganisms which, when administered in adequate amounts confer a health benefit on the host.1 The probiotic concept dates back over 100 years, but only in recent times have the scientific knowledge and tools become available to properly evaluate their effects on normal health and well being, and their potential in preventing and treating disease. A similar situation exists for prebiotics, defined by this group as non-digestible substances that provide a beneficial physiological effect on the host by selectively stimulating the favorable growth or activity of a limited number of indigenous bacteria. Prebiotics function complementary to, and possibly synergistically with, probiotics. Numerous studies are providing insights into the growth and metabolic influence of these microbial nutrients on health. Today, the science behind the function of probiotics and prebiotics still requires more stringent deciphering both scientifically and mechanistically. The explosion of publications and interest in probiotics and prebiotics has resulted in a body of collective research that points toward great promise. However, this research is spread among such a diversity of organisms, delivery vehicles (foods, pills, and supplements), and potential health targets such that general conclusions cannot easily be made. Nevertheless, this situation is rapidly changing on a number of important fronts. With progress over the past decade on the genetics of lactic acid bacteria and the recent, 2,3 and pending, 4 release of complete genome sequences for major probiotic species, the field is now armed with detailed information and sophisticated microbiological and bioinformatic tools. Similarly, advances in biotechnology could yield new probiotics and prebiotics designed for enhanced or expanded functionality. The incorporation of genetic tools within a multidisciplinary scientific platform is expected to reveal the contributions of commensals, probiotics, and prebiotics to general health and well being and explicitly identify the mechanisms and corresponding host responses that provide the basis for their positive roles and associated claims. In terms of human suffering, the need for effective new approaches to prevent and treat disease is paramount. The need exists not only to alleviate the significant mortality and morbidity caused by intestinal diseases worldwide (especially diarrheal diseases in children), but also for infections at non-intestinal sites. This is especially worthy of pursuit in developing nations where mortality is too often the outcome of food and water borne infection. Inasmuch as probiotics and prebiotics are able to influence the populations or activities of commensal microflora, there is evidence that they can also play a role in mitigating some diseases. 5,6 Preliminary support that probiotics and prebiotics may be useful as intervention in conditions including inflammatory bowel disease, irritable bowel syndrome, allergy, cancer (especially colorectal cancer of which 75% are associated with diet), vaginal and urinary tract infections in women, kidney stone disease, mineral absorption, and infections caused by Helicobacter pylori is emerging. Some metabolites of microbes in the gut may also impact systemic conditions ranging from coronary heart disease to cognitive function, suggesting the possibility that exogenously applied microbes in the form of probiotics, or alteration of gut microecology with prebiotics, may be useful interventions even in these apparently disparate conditions. Beyond these direct intervention targets, probiotic cultures can also serve in expanded roles as live vehicles to deliver biologic agents (vaccines, enzymes, and proteins) to targeted locations within the body. The economic impact of these disease conditions in terms of diagnosis, treatment, doctor and hospital visits, and time off work exceeds several hundred billion dollars. The quality of life impact is also of major concern. Probiotics and prebiotics offer plausible opportunities to reduce the morbidity associated with these conditions. The following addresses issues that emerged from 8 workshops (Definitions, Intestinal Flora, Extra-Intestinal Sites, Immune Function, Intestinal Disease, Cancer, Genomics, and Second Generation Prebiotics), reflecting the current scientific state of probiotics and prebiotics. This is not a comprehensive review, however the study emphasizes pivotal knowledge gaps, and recommendations are made as to the underlying scientific and multidisciplinary studies that will be required to advance our understanding of the roles and impact of prebiotics, probiotics, and the commensal microflora upon health and disease management.

In vitro studies on colonization resistance of the human gut microbiota to Candida albicans and the effects of tetracycline and Lactobacillus plantarum LPK

An anaerobic three-vessel continuous-flow culture system, which models the three major anatomical regions of the human colon, was used to study the persistence of Candida albicans in the presence of a faecal microbiota. During steady state conditions, overgrowth of C. albicans was prevented by commensal bacteria indigenous to the system. However antibiotics, such as tetracycline have the ability to disrupt the bacterial populations within the gut. Thus, colonization resistance can be compromised and overgrowth of undesirable microorganisms like C. albicans can then occur. In this study, growth of C. albicans was not observed in the presence of an established faecal microbiota. However, following the addition of tetracycline to the growth medium, significant growth of C. albicans occurred. A probiotic Lactobacillus plantarum LPK culture was added to the system to investigate whether this organism had any effects upon the Candida populations. Although C. albicans was not completely eradicated in the presence of this bacterium, cell counts were markedly reduced, indicating a compromised physiological function. This study shows that the normal gut flora can exert 'natural' resistance to C. albicans, however this may be diminished during antibiotic intake. The use of probiotics can help fortify natural resistance.

Application of molecular biological methods for studying probiotics and the gut flora

Increasingly, the microbiological scientific community is relying on molecular biology to define the complexity of the gut flora and to distinguish one organism from the next. This is particularly pertinent in the field of probiotics, and probiotic therapy, where identifying probiotics from the commensal flora is often warranted. Current techniques, including genetic fingerprinting, gene sequencing, oligonucleotide probes and specific primer selection, discriminate closely related bacteria with varying degrees of success. Additional molecular methods being employed to determine the constituents of complex microbiota in this area of research are community analysis, denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE)/temperature gradient gel electrophoresis (TGGE), fluorescent in situ hybridisation (FISH) and probe grids. Certain approaches enable specific aetiological agents to be monitored, whereas others allow the effects of dietary intervention on bacterial populations to be studied. Other approaches demonstrate diversity, but may not always enable quantification of the population. At the heart of current molecular methods is sequence information gathered from culturable organisms. However, the diversity and novelty identified when applying these methods to the gut microflora demonstrates how little is known about this ecosystem. Of greater concern is the inherent bias associated with some molecular methods. As we understand more of the complexity and dynamics of this diverse microbiota we will be in a position to develop more robust molecular-based technologies to examine it. In addition to identification of the microbiota and discrimination of probiotic strains from commensal organisms, the future of molecular biology in the field of probiotics and the gut flora will, no doubt, stretch to investigations of functionality and activity of the microflora, and/or specific fractions. The quest will be to demonstrate the roles of probiotic strains in vivo and not simply their presence or absence.

In vitro immunomodulatory activity of Lactobacillus fermentum CECT5716 and Lactobacillus salivarius CECT5713: two probiotic strains isolated from human breast milk

Commensal bacteria, including some species of lactobacilli commonly present in human breast milk, appear to colonize the neonatal gut and contribute to protection against infant infections, suggesting that lactobacilli could potentially modulate immunity. In this study, we evaluated the potential of two Lactobacillus strains isolated from human milk to modulate the activation and cytokine profile of peripheral blood mononuclear cell (PBMC) subsets in vitro. Moreover, these effects were compared to the same probiotic species of non-milk origin. Lactobacillus salivarius CECT5713 and Lactobacillus fermentum CECT5716 at 105, 106 and 107 bacteria/mL were co-cultured with PBMC (106/mL) from 8 healthy donors for 24 h. Activation status (CD69 and CD25 expressions) of natural killer (NK) cells (CD56+), total T cells (CD3+), cytotoxic T cells (CD8+) and CD4+ T cells was determined by flow cytometry. Regulatory T cells (Treg) were also quantified by intracellular Foxp3 evaluation. Regarding innate immunity, NK cells were activated by addition of both Lactobacillus strains, and in particular, the CD8+ NK subset was preferentially induced to highly express CD69 (90%, p<0.05). With respect to acquired immunity, approximately 9% of CD8+ T cells became activated after co-cultivation with L. fermentum or L salivarius. Although CD4+ T cells demonstrated a weaker response, there was a preferential activation of Treg cells (CD4+CD25+Foxp3+) after exposure to both milk probiotic bacteria (p<0.05). Both strains significantly induced the production of a number of cytokines and chemokines, including TNFα, IL-1β, IL-8, MIP-1α, MIP-1β, and GM-CSF, but some strain-specific effects were apparent. This work demonstrates that L salivarius CECT5713 and L. fermentum CECT5716 enhanced both natural and acquired immune responses, as evidenced by the activation of NK and T cell subsets and the expansion of Treg cells, as well as the induction of a broad array of cytokines.

A high prevalence of antimicrobial resistant Escherichia coli isolated from pigs and a low prevalence of antimicrobial resistant E-coli from cattle and sheep in Great Britain at slaughter

The incidence of antimicrobial resistance and expressed and unexpressed resistance genes among commensal Escherichia coli isolated from healthy farm animals at slaughter in Great Britain was investigated. The prevalence of antimicrobial resistance among the isolates varied according to the animal species; of 836 isolates from cattle tested only 5.7% were resistant to one or more antimicrobials, while only 3.0% of 836 isolates from sheep were resistant to one or more agents. However, 92.1% of 2480 isolates from pigs were resistant to at least one antimicrobial. Among isolates from pigs, resistance to some antimicrobials such as tetracycline (78.7%), sulphonamide (66.9%) and streptomycin (37.5%) was found to be common, but relatively rare to other agents such as amikacin (0.1%), ceftazidime ( 0.1%) and coamoxiclav (0.2%). The isolates had a diverse range of resistance gene profiles, with tet(B), sul2 and strAB identified most frequently. Seven out of 615 isolates investigated carried unexpressed resistance genes. One trimethoprim-susceptible isolate carried a complete dfrA17 gene but lacked a promoter for it. However, in the remaining six streptomycin-susceptible isolates, one of which carried strAB while the others carried aadA, no mutations or deletions in gene or promoter sequences were identified to account for susceptibility. The data indicate that antimicrobial resistance in E. coli of animal origin is due to a broad range of acquired genes.