Escherichia coli from Crohn’s disease patient displays virulence features of enteroinvasive (EIEC), enterohemorragic (EHEC), and enteroaggregative (EAEC) pathotypes

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Prevalência e caracterização de amostras de Escherichia coli diarreiogênica isoladas de crianças na cidade de Botucatu, São Paulo

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Persistência de cepas de Escherichia coli genérica e de Stec não-O157 em solos agricultáveis

Pós-graduação em Microbiologia Agropecuária - FCAV

P-220-Escherichia coli displaying virulence features of multiple diarrheogenic pathotypes detected in a Crohn's disease patient

Background: The number of Escherichia coli in the gut of Crohn's disease (CD) patients is higher than that of normal subjects, but the virulence potential of these bacteria is not fully known. Previous studies have shown that these E. coli are closely related to extraintestinal pathogenic categories (ExPEC), are able to invade epithelial cells, and usually do not produce exotoxins. We report here the detection, in a CD patient, of an E. coli which belongs to a classical enteropathogenic (EPEC) serotype and displays virulence markers of enteroinvasive (EIEC), enteroaggregative (EAEC) and enterohemorrhagic (EHEC) pathotypes. Methods: The E. coli strain was isolated, in 2009, by classical bacteriological procedures from a 56 year old woman who underwent ileo-terminal resection 1 year before, due to intestinal obstruction. The bacterial characterization was carried out by in vitro adhesion and invasion assays to cultured epithelial cells and macrophages and screening by PCR to identify virulence genetic markers of diarrheogenic E. coli (DEC) and to detect one of the gene combinations which define the phylogroups of the E. coli reference (EcoR) collection. The strain was also tested for the ability to produce biofilm and shiga cytotoxins and had its whole genome sequenced by Ion Torrent Sequencing Technology. Results: The studied strain, which was detected both in ileum biopsies and the stools of the patient, displayed the aggregative adherence (AA) phenotype to Hep-2 cells and an ability to enter Caco-2 cells 3x as high as that of EIEC reference strain and 89% of that of the prototype AIEC LF82 strain. Although it could invade cultured macrophages, the strain was unable to replicate inside these cells. PCR screening revealed the presence of eae, aggR and stx1. Tests with bacterial culture supernatants in Vero cells demonstrating cytotoxicity suggested the production of Stx1. In addition, the strain revealed to be a strong biofilm producer, belonged to the B2 EcoR phylogroup, to the O126:H27 serogroup and to the multilocus sequencing type (MLST) ST3057. The 2 later features were deduced from the whole genome sequence of the strain. Conclusions: The characterization of this E. coli isolate from a CD patient revealed a combination of virulence markers of distinct DEC pathotypes, namely eae and stx1 of EHEC, AA, aggR and biofilm formation of EAEC, and invasiveness of EIEC. These features along with its serotype and phylogroup identity seem to suggest a potential to be involved in CD, an observation which should be tested with additional studies.

'Syrah' vine on different rootstocks in winter cycle in the south of Minas Gerais State, Brazil

The objective of this work was to evaluate rootstock influence on agronomical, ecophysiological and qualitative characteristics of 'Syrah' vines managed by double pruning. Grapevines were grafted onto 'SO4', '110 Richter' and '1103 Paulsen' rootstocks and trained in vertical shoot position, with no irrigation. Ecophysiological characteristics, yield and composition of ripe grapes were evaluated in three crop seasons (2007, 2008 and 2010). Rootstocks did not affect pre-dawn water potential, with values close to -0.2 MPa, indicating that there was no soil water deficit at the end of ripening (June). There was also no significant effect of rootstocks on yield. The rootstock '1103 Paulsen' induced lower vegetative growth, lower photosynthetic rate and the best results for berry maturation for crop seasons with lower amount of rainfall. The rootstocks '110 Richter' and 'SO4' showed higher vigor under the meteorological conditions of 2010 and the greatest photosynthetic rates in the same period. Meteorological conditions significantly affected technological and phenolic ripeness, with best results observed in drought years. The '1103 Paulsen' rootstock provides better balance between vigor and yield, increasing grape quality.

The role of the C-terminal region of pulchellin A-chain in the interaction with membrane model systems

Pulchellin is a Ribosome Inactivating Protein containing an A-chain (PAC), whose toxic activity requires crossing the endoplasmic reticulum (ER) membrane. In this paper, we investigate the interaction between recombinant PAC (rPAC) and Langmuir monolayers of dipalmitoyl phosphatidyl glycerol (DPPG), which served as membrane model. Three catalytically active, truncated PACs with increasing deletion of the C-terminal region, possessing 244,239 and 236 residues (rPAC(244), rPAC(239) and rPAC(236)), were studied. rPAC had the strongest interaction with the DPPG monolayer, inducing a large expansion in its surface pressure-area isotherm. The affinity to DPPG decreased with increased deletion of the C-terminal region. When the C-terminal region was deleted completely (rPAC(236)), the interaction was recovered, probably because other hydrophobic regions were exposed to the membrane. Using Polarization Modulated-Infrared Reflection Absorption Spectroscopy (PM-IRRAS) we observed that at a bare air/water interface rPAC comprised mainly alpha-helix structures, the C-terminal region had unordered structures when interacting with DPPG. For rPAC(236) the alpha-helices were preserved even in the presence of DPPG. These results confirm the importance of the C-terminal region for PAC-ER membrane interaction. The partial unfolding only with preserved C-terminal appears a key step for the protein to reach the cytosol and develop its toxic activity. (C) 2011 Elsevier B.V. All rights reserved.

Videira 'Syrah' sobre diferentes porta-enxertos em ciclo de inverno no sul de Minas Gerais

O objetivo deste trabalho foi avaliar a influência de porta-enxertos sobre as características agronômicas, ecofisiológicas e qualitativas da videira 'Syrah' manejada por meio da técnica da dupla poda. As videiras foram enxertadas nos porta-enxertos 'SO4', '110 Richter' e '1103 Paulsen', e sustentadas em sistema espaldeira sem irrigação. Foram avaliadas as características ecofisiológicas, de produção e de composição físico-química das bagas maduras em três safras (2007, 2008 e 2010). Os porta-enxertos não exerceram influência sobre o potencial hídrico de base, que apresentou valores próximos a -0,2 MPa, o que indica que não houve restrição hídrica no solo ao final da maturação (junho). Também não houve diferença significativa quanto à produção. O porta-enxerto '1103 Paulsen' conferiu menor vigor, menor taxa fotossintética e melhores resultados de maturação, para as safras com menores precipitações. Os porta-enxertos '110 Richter' e 'SO4' apresentaram maior vigor nas condições meteorológicas de 2010 e as maiores taxas fotossintéticas para o mesmo período. As condições meteorológicas tiveram efeito significativo na maturação tecnológica e fenólica, com os melhores resultados para os anos mais secos. O porta-enxerto '1103 Paulsen' fornece melhor equilíbrio entre vigor e produção, o que aumenta a qualidade da uva.

Untersuchungen zur induzierbaren Expression des Adhäsionsmoleküls E-Selektin und dessen potentieller Bedeutung bei der Tumormetastasierung

In der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass sowohl die durch TNFalpha-, als auch durch Röntgenstrahlen vermittelte Expression des Adhäsionsmoleküls E-Selektin in Endothelzellen durch kleine GTPasen der Rho-Proteinfamilie reguliert ist. Hemmung dieser kleinen G-Proteine z.B. durch HMG-CoA Reduktase-Inhibitoren (Statine) oder clostridiale Toxine führt zu verminderter Expression von E-Selektin in humanen Endothelzellen (HUVEC; EA.hy-926). Aus den in der Arbeit erhaltenen Ergebnissen kann außerdem die Schlussfolgerung gezogen werden, dass die Regulation der zytokininduzierten E-Selektin-Genexpression von der gamma-Strahlen-vermittelten Expression des E-Selektingens differiert. Für die strahleninduzierte endotheliale E-Selektin-Expression scheint beispielsweise der Transkriptionsfaktor AP-1 als ein weiterer Kontrollfaktor neben NF-kappaB zu fungieren. Des Weiteren konnte in der vorliegenden Arbeit gezeigt werden, dass eine gesteigerte E-Selektin-Proteinexpression mit erhöhter Tumorzelladhäsion und -transmigration an bzw. durch humane Endothelzellen korreliert. Hemmung der TNFalpha- bzw. gamma-Strahlen-induzierten Expression von E-Selektin durch Statine oder Retinsäuren ist ausreichend, sowohl Tumorzelladhäsion als auch Tumorzelldiapedese zu reduzieren. Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass das Adhäsionsmolekül E-Selektin eine vielversprechende Zielstruktur ist, über deren kontrollierte Beeinflussung es auch in vivo möglich sein sollte, das Risiko der Metastasierung zu reduzieren. Mit Statinen und Retinsäurederivaten wurden somit Pharmaka identifiziert, die durch Hemmung der Rho-regulierten E-Selektin-Expression der Tumorzellmetastasierung vorbeugen könnten. Um diese Hypothese in zukünftigen tierexperimentelle Studien zu bestätigen, wurde im Rahmen dieser Arbeit mit der Generierung transgener Tiermodelle begonnen.

Clostridium difficile: Entdeckung und Charakterisierung der autokatalytischen Prozessierung von Toxin B

Clostridium difficile, der Auslöser der nosokomialen Antibiotika-assoziierten Durchfälle und der Pseudomembranösen Kolitis, besitzt zwei Hauptvirulenzfaktoren: die Toxine A und B. In vorangegangenen Veröffentlichungen wurde gezeigt, dass Toxin B durch einen zytosolischen Faktor der eukaryotischen Zielzelle während des Aufnahmeweges in die Zelle gespalten wird. Nur die N-terminale katalytische Domäne erreicht das Zytosol. Hierbei wurde davon ausgegangen, dass eine Protease der Zielzelle die Spaltung katalysiert. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass die Spaltung von Toxin B ein intramolekularer Prozess ist, der zytosolisches Inositolphosphat der Zielzelle als Kofaktor zur Aktivierung der intrinsischen Protease benötigt. Die Freisetzung der katalytischen Domäne durch Inositolphosphat-induzierte Spaltung ist nicht nur das Prinzip des Clostridium difficile Toxin B sondern auch des Toxin A, als auch des alpha Toxin von Clostridium novyi und das Letale Toxin von Clostridium sordellii. Der kovalente Inhibitor von Aspartatproteasen 1,2-epoxy-3-(p-nitrophenoxy)propan (EPNP), wurde dazu verwendet die intrinsische Protease von Toxin B zu blockieren und ermöglichte die Identifikation des katalytischen Zentrums. EPNP modifiziertes Toxin B verliert die intrinsische Proteaseaktivität und Zytotoxizität, aber wenn es direkt in das Zytosol der Wirtszelle injiziert ist, bleibt die Toxizität erhalten. Diese ist damit der erste Bericht eines bakteriellen Toxins, das eukaryotische Signale zur induzierten Autoproteolyse nutzt, um seine katalytisch-toxische Domäne in das Zytosol der Zielzelle freizusetzen. Durch diese Ergebnisse kann das Modell der Toxin-Prozessierung nun um einen weiteren entscheidenden Schritt vervollständigt werden.

Escherichia coli alpha-Hämolysin: Untersuchungen zur Struktur und Porenbildung

Escherichia coli α-Hämolysin (HlyA) ist ein Prototyp der RTX-Toxine, die zu den α-porenbildenden Toxinen gehören. HlyA bildet Poren in einer Vielzahl eukaryontischer Zielzellen. Das 107 kDa große Protein besteht aus 1024 Aminosäuren, die gemeinsam mit den Proteinen für posttranslationale Modifikation und Sekretion in einem Operon codiert werden. Die N-terminale Hälfte von HlyA besteht aus mehreren amphipathischen α –Helices, die mit der Porenbildung assoziiert werden, gefolgt von der Calcium-bindenden RTX-Domäne in der C-terminalen Hälfte des Moleküls. Über den porenbildenen Mechanismus ist wenig bekannt. Die vorliegende Arbeit fokussierte sich auf die Frage, ob dieser Prozess eine Oligomerisierung mehrerer HlyA-Moleküle beinhaltet, oder ob die membranschädigende Struktur von einem Monomer gebildet wird. Drei unabhängige biochemische Methoden wurden in dem Versuch eingesetzt, HlyA-Oligomere in permeabilisierten Membranen zu detektieren. In allen drei Ansätzen wurden negative Ergebnisse erreicht, was das Konzept bestätigt, dass die Pore von HlyA von einem Monomer gebildet wird. PCR-basierte Cysteinsubstitutionen wurden durchgeführt, um den N-terminus von HlyA zu charakterisieren. Einzelne Cysteinreste wurden an 21 Positionen innerhalb der Aminosäuresequenz 13-55 eingeführt, und mit dem umgebungssensitiven Fluorophor Badan markiert. Spektrofluorimetrische Messungen zeigten, dass alle untersuchten Aminosäuren innerhalb dieser Domäne unabhängig von der porenbildenden Aktivität in die Membran inserieren. Deletionen der Aminosäuren 1-50 hatten keinen Einfluß auf die lytische Aktivität, während die Deletion der Aminosäuren 1-100 in einer fast vollständig inaktiven Toxinmutante resultierte. Die Einführung von Prolinen durch PCR-basierte Mutagenese wurde durchgeführt, um die Beteiligung vorhergesagter α-Helices innerhalb der N-terminalen Hälfte von HlyA an der hämolytischen Aktivität zu untersuchen. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Struktur von mindestens vier vorhergesagten Helices bedeutend für die hämolytische Aktivität ist.

Dynamics of epithelial monolayers assessed by acoustic and impedimetric whole cell biosensors

Mit der Zielsetzung der vorliegenden Arbeit wurde die detailierten Analyse von Migrationsdynamiken epithelilaler Monolayer anhand zweier neuartiger in vitro Biosensoren verfolgt, der elektrischen Zell-Substrat Impedanz Spektroskopie (electrical cell-substrate impedance sensing, ECIS) sowie der Quarz Kristall Mikrowaage (quartz crystal microbalance, QCM). Beide Methoden erwiesen sich als sensitiv gegenüber der Zellmotilität und der Nanozytotoxizität.rnInnerhalb des ersten Projektes wurde ein Fingerprinting von Krebszellen anhand ihrer Motilitätsdynamiken und der daraus generierten elektrischen oder akkustischen Fluktuationen auf ECIS oder QCM Basis vorgenommen; diese Echtzeitsensoren wurdene mit Hilfe klassicher in vitro Boyden-Kammer Migrations- und Invasions-assays validiert. Fluktuationssignaturen, also Langzeitkorrelationen oder fraktale Selbstähnlichkeit aufgrund der kollektiven Zellbewegung, wurden über Varianz-, Fourier- sowie trendbereinigende Fluktuationsanalyse quantifiziert. Stochastische Langzeitgedächtnisphänomene erwiesen sich als maßgebliche Beiträge zur Antwort adhärenter Zellen auf den QCM und ECIS-Sensoren. Des weiteren wurde der Einfluss niedermolekularer Toxine auf die Zytoslelettdynamiken verfolgt: die Auswirkungen von Cytochalasin D, Phalloidin und Blebbistatin sowie Taxol, Nocodazol und Colchicin wurden dabei über die QCM und ECIS Fluktuationsanalyse erfasst.rnIn einem zweiten Projektschwerpunkt wurden Adhäsionsprozesse sowie Zell-Zell und Zell-Substrat Degradationsprozesse bei Nanopartikelgabe charackterisiert, um ein Maß für Nanozytotoxizität in Abhangigkeit der Form, Funktionalisierung Stabilität oder Ladung der Partikel zu erhalten.rnAls Schlussfolgerung ist zu nennen, dass die neuartigen Echtzeit-Biosensoren QCM und ECIS eine hohe Zellspezifität besitzen, auf Zytoskelettdynamiken reagieren sowie als sensitive Detektoren für die Zellvitalität fungieren können.

Advances in methods to detect, isolate and quantify foodborne pathogens

Foodborne diseases impact human health and economies worldwide in terms of health care and productivity loss. Prevention is necessary and methods to detect, isolate and quantify foodborne pathogens play a fundamental role, changing continuously to face microorganisms and food production evolution. Official methods are mainly based on microorganisms growth in different media and their isolation on selective agars followed by confirmation of presumptive colonies through biochemical and serological test. A complete identification requires form 7 to 10 days. Over the last decades, new molecular techniques based on antibodies and nucleic acids allow a more accurate typing and a faster detection and quantification. The present thesis aims to apply molecular techniques to improve official methods performances regarding two pathogens: Shiga-like Toxin-producing Escherichia coli (STEC) and Listeria monocytogenes. In 2011, a new strain of STEC belonging to the serogroup O104 provoked a large outbreak. Therefore, the development of a method to detect and isolate STEC O104 is demanded. The first objective of this work is the detection, isolation and identification of STEC O104 in sprouts artificially contaminated. Multiplex PCR assays and antibodies anti-O104 incorporated in reagents for immunomagnetic separation and latex agglutination were employed. Contamination levels of less than 1 CFU/g were detected. Multiplex PCR assays permitted a rapid screening of enriched food samples and identification of isolated colonies. Immunomagnetic separation and latex agglutination allowed a high sensitivity and rapid identification of O104 antigen, respectively. The development of a rapid method to detect and quantify Listeria monocytogenes, a high-risk pathogen, is the second objective. Detection of 1 CFU/ml and quantification of 10–1,000 CFU/ml in raw milk were achieved by a sample pretreatment step and quantitative PCR in about 3h. L. monocytogenes growth in raw milk was also evaluated.

Untersuchung multimerer Proteinkomplexe mit oberflächenanalytischen und röntgenspektroskopischen Methoden

Zusammenfassung rnrnIn dieser Arbeit wurden Untersuchungen an zwei verschiedenen multimeren Proteinkomplexen durchgeführt: Zum einen am Hämocyanin aus Homarus americanus mittels Röntgen-L-Kantenspektroskopie und zum anderen am α-Toxin aus Staphylococcus aureus, hinsichtlich der Interaktion an speziellen Raft-artigen Membranabschnitten, mittels AFM.rnFür das Hämocyanin aus Homarus americanus konnte ein neuer Aspekt bezüglich der Bindung von Sauerstoff aufgezeigt werden. Ein zuvor nicht in Betracht gezogener und diskutierter Einfluss von Wassermolekülen auf diesen Vorgang konnte mittels der Methode der Röntgen-L-Kantenspektroskopie dargestellt werden. Erstmals war es möglich die beiden verschiedenen Beladungszustände (Oxy-, Deoxy-Zustand) des Hämocyanin mittels dieser Methode in physiologisch ähnlicher Umgebung zu untersuchen. Vergleiche der erhaltenen L-Kanten-Spektren mit denen anorganischer Vergleichslösungen ließen auf eine Interaktion von Wassermolekülen mit den beiden Kupferatomen des aktiven Zentrums schließen. Dadurch wurde erstmals ein möglicher Einfluss des Wassers auf den Oxygenierungsprozess des Hämocyanins auf elektronischer Ebene aufgezeigt. Vergleichende Betrachtungen von Röntgenkristallstrukturen verschiedener Typ-3-Kupferproteine bestätigten, dass auch hier ein Einfluss von Wassermolekülen auf die aktiven Zentren möglich ist. Vorgeschlagen wird dabei, dass an Stelle der Überlappung der 3d-Orbitale des Kupfers mit den 2p-Orbitalen des Sauerstoffs, wie sie im sauerstoffbeladenen Zustand auftritt, im sauerstoffunbeladenen Zustand eine Wechselwirkung der 3d-Orbitale des Kupfers mit den LUMOS der Wassermoleküle möglich wird, und ein Elektronen- bzw. Ladungstransfer von den Kupfern auf die Wassermoleküle erfolgen kann. rnAFM-Untersuchungen hinsichtlich der Interaktion des α-Toxins aus Staphylococcus aureus mit oberflächenunterstützten Modellmembranen wiesen darauf hin, dass eine bevorzugte Anbindung und zumindest teilweise Integration der α-Toxine in Raft-artige Membranbereiche stattfindet. Für verschiedene ternäre Lipidsysteme konnten phasenseparierte Modellmembranen abgebildet und die unterschiedlichen Domänenformen zugeordnet werden. Der Anbindungsprozess der Toxine an diese oberflächenunterstützte Modellmembranen erfolgte dann wahrscheinlich vornehmlich an den speziellen Raft-artigen Domänen, wohingegen die Insertion der Poren vorrangig an den Grenzbereichen zwischen den Domänen auftrat. Mögliche Ursache dafür sind die räumlichen Besonderheiten dieser Grenzflächen. Membranen weisen an den Schnittstellen zwischen zwei Domänenformen eine erhöhte Unordnung auf, was sich u.a. in einer geringeren Packungsdichte der Phospholipide und dem erhöhten Freiheitsgrad ihrer Kopfgruppen bemerkbar macht. Außerdem kommt es auf Grund der Interaktion der beteiligten Membranbestandteile Sphingomyelin und Cholesterol untereinander zu einer speziellen Ausrichtung der Phosphocholin-Kopfgruppen und innerhalb der Raft-artigen Domänen zu einer erhöhten Packungsdichte der Phospholipide. Die in dieser Arbeit präsentierten Ergebnisse unterstützten demnach die in der Literatur postulierte Vermutung der bevorzugten Interaktion und Integration der Toxin-Moleküle mit Raft-artigen Membrandomänen. Die Insertion der Pore erfolgt aber wahrscheinlich bevorzugt an den Grenzbereichen zwischen den auftretenden Domänen.rn

Hemolytic-uremic syndrome in Switzerland: a nationwide surveillance 1997-2003

Hemolytic-uremic syndrome (HUS) is a leading cause of acute renal failure in childhood. In its typical presentation, it is preceded by an episode of diarrhea mostly due to Shiga-toxin-producing Escherichia coli. There is important geographical variation of many aspects of this syndrome. Nationwide data on childhood HUS in Switzerland have not been available so far. In a prospective national study through the Swiss Pediatric Surveillance Unit 114 cases (median age 21 months, 50% boys) were reported between April 1997 and March 2003 by 38 pediatric units (annual incidence 1.42 per 10(5) children < or =16 years). Shiga-toxin-producing E. coli were isolated in 32 (60%) of tested stool samples, serotype O157:H7 in eight. Sixteen children presented with only minimal renal involvement, including three with underlying urinary tract infection. Six patients presented with atypical hemolytic-uremic syndrome, and six with HUS due to invasive Streptococcus pneumoniae infection. Mortality was 5.3%, including two out of six children with S. pneumoniae infection. The severity of thrombocytopenia and the presence of central nervous system involvement significantly correlated with mortality. In conclusion, childhood HUS is not rare in Switzerland. Contrasting other countries, E. coli O157:H7 play only a minor role in the etiology. Incomplete manifestation is not uncommon.

A qualitative risk assessment approach for Swiss dairy products: opportunities and limitations

Switzerland implemented a risk-based monitoring of Swiss dairy products in 2002 based on a risk assessment (RA) that considered the probability of exceeding a microbiological limit value set by law. A new RA was launched in 2007 to review and further develop the previous assessment, and to make recommendations for future risk-based monitoring according to current risks. The resulting qualitative RA was designed to ascertain the risk to human health from the consumption of Swiss dairy products. The products and microbial hazards to be considered in the RA were determined based on a risk profile. The hazards included Campylobacter spp., Listeria monocytogenes, Salmonella spp., Shiga toxin-producing Escherichia coli, coagulase-positive staphylococci and Staphylococcus aureus enterotoxin. The release assessment considered the prevalence of the hazards in bulk milk samples, the influence of the process parameters on the microorganisms, and the influence of the type of dairy. The exposure assessment was linked to the production volume. An overall probability was estimated combining the probabilities of release and exposure for each combination of hazard, dairy product and type of dairy. This overall probability represents the likelihood of a product from a certain type of dairy exceeding the microbiological limit value and being passed on to the consumer. The consequences could not be fully assessed due to lack of detailed information on the number of disease cases caused by the consumption of dairy products. The results were expressed as a ranking of overall probabilities. Finally, recommendations for the design of the risk-based monitoring programme and for filling the identified data gaps were given. The aims of this work were (i) to present the qualitative RA approach for Swiss dairy products, which could be adapted to other settings and (ii) to discuss the opportunities and limitations of the qualitative method.