A new pathway for the secretion of virulence factors by bacteria: The flagellar export apparatus functions as a protein-secretion system

Biogenesis of the flagellum, a motive organelle of many bacterial species, is best understood for members of the Enterobacteriaceae. The flagellum is a heterooligomeric structure that protrudes from the surface of the cell. Its assembly initially involves the synthesis of a dedicated protein export apparatus that subsequently transports other flagellar proteins by a type III mechanism from the cytoplasm to the outer surface of the cell, where oligomerization occurs. In this study, the flagellum export apparatus was shown to function also as a secretion system for the transport of several extracellular proteins in the pathogenic bacterium Yersinia enterocolitica. One of the proteins exported by the flagellar secretion system was the virulence-associated phospholipase, YplA. These results suggest type III protein secretion by the flagellar system may be a general mechanism for the transport of proteins that influence bacterial–host interactions.

The insect endosymbiont Sodalis glossinidius utilizes a type III secretion system for cell invasion

Sodalis glossinidius is a maternally transmitted secondary endosymbiont residing intracellularly in tissues of the tsetse flies, Glossina spp. In this study, we have used Tn5 mutagenesis and a negative selection procedure to derive a S. glossinidius mutant that is incapable of invading insect cells in vitro and is aposymbiotic when microinjected into tsetse. This mutant strain harbors Tn5 integrated into a chromosomal gene sharing high sequence identity with a type III secretion system invasion gene (invC) previously identified in Salmonella enterica. With the use of degenerate PCR, we have amplified a further six Sodalis inv/spa genes sharing high sequence identity with type III secretion system genes encoded by Salmonella pathogenicity island 1. Phylogenetic reconstructions based on the inv/spa genes of Sodalis and other members of the family Enterobacteriaceae have consistently identified a well-supported clade containing Sodalis and the enteric pathogens Shigella and Salmonella. These results suggest that Sodalis may have evolved from an ancestor with a parasitic intracellular lifestyle, possibly a latter-day entomopathogen. These observations lend credence to a hypothesis suggesting that vertically transmitted mutualistic endosymbionts evolve from horizontally transmitted parasites through a parasitism–mutualism continuum.

A novel application of gene arrays: Escherichia coli array provides insight into the biology of the obligate endosymbiont of tsetse flies

Symbiotic associations with microorganisms are pivotal in many insects. Yet, the functional roles of obligate symbionts have been difficult to study because it has not been possible to cultivate these organisms in vitro. The medically important tsetse fly (Diptera: Glossinidae) relies on its obligate endosymbiont, Wigglesworthia glossinidia, a member of the Enterobacteriaceae, closely related to Escherichia coli, for fertility and possibly nutrition. We show here that the intracellular Wigglesworthia has a reduced genome size smaller than 770 kb. In an attempt to understand the composition of its genome, we used the gene arrays developed for E. coli. We were able to identify 650 orthologous genes in Wigglesworthia corresponding to ≈85% of its genome. The arrays were also applied for expression analysis using Wigglesworthia cDNA and 61 gene products were detected, presumably coding for some of its most abundant products. Overall, genes involved in cell processes, DNA replication, transcription, and translation were found largely retained in the small genome of Wigglesworthia. In addition, genes coding for transport proteins, chaperones, biosynthesis of cofactors, and some amino acids were found to comprise a significant portion, suggesting an important role for these proteins in its symbiotic life. Based on its expression profile, we predict that Wigglesworthia may be a facultative anaerobic organism that utilizes ammonia as its major source of nitrogen. We present an application of E. coli gene arrays to obtain broad genome information for a closely related organism in the absence of complete genome sequence data.

Applicazione della spettrometria di massa MALDI-TOF in microbiologia clinica

Riassunto La spettrometria di massa (MS) nata negli anni ’70 trova oggi, grazie alla tecnologia Matrix-Assisted Laser Desorption Ionization-Time of Flight (MALDI-TOF), importanti applicazioni in diversi settori: biotecnologico (per la caratterizzazione ed il controllo di qualità di proteine ricombinanti ed altre macromolecole), medico–clinico (per la diagnosi di laboratorio di malattie e per lo sviluppo di nuovi trattamenti terapeutici mirati), alimentare ed ambientale. Negli ultimi anni, questa tecnologia è diventata un potente strumento anche per la diagnosi di laboratorio in microbiologia clinica, rivoluzionando il flusso di lavoro per una rapida identificazione di batteri e funghi, sostituendo l’identificazione fenotipica convenzionale basata su saggi biochimici. Attualmente mediante MALDI-TOF MS sono possibili due diversi approcci per la caratterizzazione dei microrganismi: (1) confronto degli spettri (“mass spectra”) con banche dati contenenti profili di riferimento (“database fingerprints”) e (2) “matching” di bio-marcatori con banche dati proteomiche (“proteome database”). Recentemente, la tecnologia MALDI-TOF, oltre alla sua applicazione classica nell’identificazione di microrganismi, è stata utilizzata per individuare, indirettamente, meccanismi di resistenza agli antibiotici. Primo scopo di questo studio è stato verificare e dimostrare l’efficacia identificativa della metodica MALDI-TOF MS mediante approccio di comparazione degli spettri di differenti microrganismi di interesse medico per i quali l’identificazione risultava impossibile a causa della completa assenza o presenza limitata, di spettri di riferimento all’interno della banca dati commerciale associata allo strumento. In particolare, tale scopo è stato raggiunto per i batteri appartenenti a spirochete del genere Borrelia e Leptospira, a miceti filamentosi (dermatofiti) e protozoi (Trichomonas vaginalis). Secondo scopo di questo studio è stato valutare il secondo approccio identificativo basato sulla ricerca di specifici marcatori per differenziare parassiti intestinali di interesse medico per i quali non è disponibile una banca dati commerciale di riferimento e la sua creazione risulterebbe particolarmente difficile e complessa, a causa della complessità del materiale biologico di partenza analizzato e del terreno di coltura nei quali questi protozoi sono isolati. Terzo ed ultimo scopo di questo studio è stata la valutazione dell’applicabilità della spettrometria di massa con tecnologia MALDI-TOF per lo studio delle resistenze batteriche ai carbapenemi. In particolare, è stato messo a punto un saggio di idrolisi dei carbapenemi rilevata mediante MALDI-TOF MS in grado di determinare indirettamente la produzione di carbapenemasi in Enterobacteriaceae. L’efficacia identificativa della metodica MALDI-TOF mediante l’approccio di comparazione degli spettri è stata dimostrata in primo luogo per batteri appartenenti al genere Borrelia. La banca dati commerciale dello strumento MALDI-TOF MS in uso presso il nostro laboratorio includeva solo 3 spettri di riferimento appartenenti alle specie B. burgdorferi ss, B. spielmani e B. garinii. L’implementazione del “database” con specie diverse da quelle già presenti ha permesso di colmare le lacune identificative dovute alla mancanza di spettri di riferimento di alcune tra le specie di Borrelia più diffuse in Europa (B. afzelii) e nel mondo (come ad esempio B. hermsii, e B. japonica). Inoltre l’implementazione con spettri derivanti da ceppi di riferimento di specie già presenti nel “database” ha ulteriormente migliorato l’efficacia identificativa del sistema. Come atteso, il ceppo di isolamento clinico di B. lusitaniae (specie non presente nel “database”) è stato identificato solo a livello di genere corroborando, grazie all’assenza di mis-identificazione, la robustezza della “nuova” banca dati. I risultati ottenuti analizzando i profili proteici di ceppi di Borrelia spp. di isolamento clinico, dopo integrazione del “database” commerciale, indicano che la tecnologia MALDI-TOF potrebbe essere utilizzata come rapida, economica ed affidabile alternativa ai metodi attualmente utilizzati per identificare ceppi appartenenti a questo genere. Analogamente, per il genere Leptospira dopo la creazione ex-novo della banca dati “home-made”, costruita con i 20 spettri derivati dai 20 ceppi di riferimento utilizzati, è stata ottenuta una corretta identificazione a livello di specie degli stessi ceppi ri-analizzati in un esperimento indipendente condotto in doppio cieco. Il dendrogramma costruito con i 20 MSP-Spectra implementati nella banca dati è formato da due rami principali: il primo formato dalla specie non patogena L. biflexa e dalla specie a patogenicità intermedia L. fainei ed il secondo che raggruppa insieme le specie patogene L. interrogans, L. kirschneri, L. noguchii e L. borgpetersenii. Il secondo gruppo è ulteriormente suddiviso in due rami, contenenti rispettivamente L. borgpetersenii in uno e L. interrogans, L. kirschneri e L. noguchii nell’altro. Quest’ultimo, a sua volta, è suddiviso in due rami ulteriori: il primo comprendente la sola specie L. noguchii, il secondo le specie L. interrogans e L. kirshneri non separabili tra loro. Inoltre, il dendrogramma costruito con gli MSP-Spectra dei ceppi appartenenti ai generi Borrelia e Leptospira acquisiti in questo studio, e appartenenti al genere Brachyspira (implementati in un lavoro precedentemente condotto) mostra tre gruppi principali separati tra loro, uno per ogni genere, escludendo possibili mis-identificazioni tra i 3 differenti generi di spirochete. Un’analisi più approfondita dei profili proteici ottenuti dall’analisi ha mostrato piccole differenze per ceppi della stessa specie probabilmente dovute ai diversi pattern proteici dei distinti sierotipi, come confermato dalla successiva analisi statistica, che ha evidenziato picchi sierotipo-specifici. È stato, infatti, possibile mediante la creazione di un modello statistico dedicato ottenere un “pattern” di picchi discriminanti in grado di differenziare a livello di sierotipo sia i ceppi di L. interrogans sia i ceppi di L. borgpetersenii saggiati, rispettivamente. Tuttavia, non possiamo concludere che i picchi discriminanti da noi riportati siano universalmente in grado di identificare il sierotipo dei ceppi di L. interrogans ed L. borgpetersenii; i picchi trovati, infatti, sono il risultato di un’analisi condotta su uno specifico pannello di sierotipi. È stato quindi dimostrato che attuando piccoli cambiamenti nei parametri standardizzati come l’utilizzo di un modello statistico e di un programma dedicato applicato nella routine diagnostica è possibile utilizzare la spettrometria di massa MALDI-TOF per una rapida ed economica identificazione anche a livello di sierotipo. Questo può significativamente migliorare gli approcci correntemente utilizzati per monitorare l’insorgenza di focolai epidemici e per la sorveglianza degli agenti patogeni. Analogamente a quanto dimostrato per Borrelia e Leptospira, l’implementazione della banca dati dello spettrometro di massa con spettri di riferimento di miceti filamentosi (dermatofiti) si è rilevata di particolare importanza non solo per l’identificazione di tutte le specie circolanti nella nostra area ma anche per l’identificazione di specie la cui frequenza nel nostro Paese è in aumento a causa dei flussi migratori dalla zone endemiche (M. audouinii, T. violaceum e T. sudanense). Inoltre, l’aggiornamento del “database” ha consentito di superare la mis-identificazione dei ceppi appartenenti al complesso T. mentagrophytes (T. interdigitale e T. mentagrophytes) con T. tonsurans, riscontrata prima dell’implementazione della banca dati commerciale. Il dendrogramma ottenuto dai 24 spettri implementati appartenenti a 13 specie di dermatofiti ha rivelato raggruppamenti che riflettono quelli costruiti su base filogenetica. Sulla base dei risultati ottenuti mediante sequenziamento della porzione della regione ITS del genoma fungino non è stato possibile distinguere T. interdigitale e T. mentagrophytes, conseguentemente anche gli spettri di queste due specie presentavano picchi dello stesso peso molecoalre. Da sottolineare che il dendrogramma costruito con i 12 profili proteici già inclusi nel database commerciale e con i 24 inseriti nel nuovo database non riproduce l’albero filogenetico per alcune specie del genere Tricophyton: gli spettri MSP già presenti nel database e quelli aggiunti delle specie T. interdigitale e T. mentagrophytes raggruppano separatamente. Questo potrebbe spiegare le mis-identificazioni di T. interdigitale e T. mentagrophytes con T. tonsurans ottenute prima dell’implementazione del database. L’efficacia del sistema identificativo MALDI-TOF è stata anche dimostrata per microrganismi diversi da batteri e funghi per i quali la metodica originale è stata sviluppata. Sebbene tale sistema identificativo sia stato applicato con successo a Trichomonas vaginalis è stato necessario apportare modifiche nei parametri standard previsti per l’identificazione di batteri e funghi. Le interferenze riscontrate tra i profili proteici ottenuti per i due terreni utilizzati per la coltura di questo protozoo e per i ceppi di T. vaginalis hanno, infatti, reso necessario l’utilizzo di nuovi parametri per la creazione degli spettri di riferimento (MSP-Spectra). L’importanza dello sviluppo del nuovo metodo risiede nel fatto che è possibile identificare sulla base del profilo proteico (e non sulla base di singoli marcatori) microorganismi cresciuti su terreni complessi che potrebbero presentare picchi nell'intervallo di peso molecolare utilizzato a scopo identificativo: metaboliti, pigmenti e nutrienti presenti nel terreno possono interferire con il processo di cristallizzazione e portare ad un basso punteggio identificativo. Per T. vaginalis, in particolare, la “sottrazione” di picchi dovuti a molecole riconducibili al terreno di crescita utilizzato, è stata ottenuta escludendo dall'identificazione l'intervallo di peso molecolare compreso tra 3-6 kDa, permettendo la corretta identificazione di ceppi di isolamento clinico sulla base del profilo proteico. Tuttavia, l’elevata concentrazione di parassita richiesta (105 trofozoiti/ml) per una corretta identificazione, difficilmente ottenibile in vivo, ha impedito l’identificazione di ceppi di T. vaginalis direttamente in campioni clinici. L’approccio identificativo mediante individuazione di specifici marcatori proteici (secondo approccio identificativo) è stato provato ed adottato in questo studio per l’identificazione e la differenziazione di ceppi di Entamoeba histolytica (ameba patogena) ed Entamoeba dispar (ameba non patogena), specie morfologiacamente identiche e distinguibili solo mediante saggi molecolari (PCR) aventi come bersaglio il DNA-18S, che codifica per l’RNA della subunità ribosomiale minore. Lo sviluppo di tale applicazione ha consentito di superare l’impossibilità della creazione di una banca dati dedicata, a causa della complessità del materiale fecale di partenza e del terreno di coltura impiagato per l’isolamento, e di identificare 5 picchi proteici in grado di differenziare E. histolytica da E. dispar. In particolare, l’analisi statistica ha mostrato 2 picchi specifici per E. histolytica e 3 picchi specifici per E. dispar. L’assenza dei 5 picchi discriminanti trovati per E. histolytica e E. dispar nei profili dei 3 differenti terreni di coltura utilizzati in questo studio (terreno axenico LYI-S-2 e terreno di Robinson con e senza E. coli) permettono di considerare questi picchi buoni marcatori in grado di differenziare le due specie. La corrispondenza dei picchi con il PM di due specifiche proteine di E. histolytica depositate in letteratura (Amoebapore A e un “unknown putative protein” di E. histolytica ceppo di riferimento HM-1:IMSS-A) conferma la specificità dei picchi di E. histolytica identificati mediante analisi MALDI-TOF MS. Lo stesso riscontro non è stato possibile per i picchi di E. dispar in quanto nessuna proteina del PM di interesse è presente in GenBank. Tuttavia, va ricordato che non tutte le proteine E. dispar sono state ad oggi caratterizzate e depositate in letteratura. I 5 marcatori hanno permesso di differenziare 12 dei 13 ceppi isolati da campioni di feci e cresciuti in terreno di Robinson confermando i risultati ottenuti mediante saggio di Real-Time PCR. Per un solo ceppo di isolamento clinico di E. histolytica l’identificazione, confermata mediante sequenziamento della porzione 18S-rDNA, non è stata ottenuta mediante sistema MALDI-TOF MS in quanto non sono stati trovati né i picchi corrispondenti a E. histolytica né i picchi corrispondenti a E. dispar. Per questo ceppo è possibile ipotizzare la presenza di mutazioni geno/fenotipiche a livello delle proteine individuate come marcatori specifici per E. histolytica. Per confermare questa ipotesi sarebbe necessario analizzare un numero maggiore di ceppi di isolamento clinico con analogo profilo proteico. L’analisi condotta a diversi tempi di incubazione del campione di feci positivo per E. histolytica ed E. dipar ha mostrato il ritrovamento dei 5 picchi discriminanti solo dopo 12 ore dall’inoculo del campione nel terreno iniziale di Robinson. Questo risultato suggerisce la possibile applicazione del sistema MALDI-TOF MS per identificare ceppi di isolamento clinico di E. histolytica ed E. dipar nonostante la presenza di materiale fecale che materialmente può disturbare e rendere difficile l’interpretazione dello spettro ottenuto mediante analisi MALDI-TOF MS. Infine in questo studio è stata valutata l’applicabilità della tecnologia MALDI-TOF MS come saggio fenotipico rapido per la determinazione di ceppi produttori di carbapenemasi, verificando l'avvenuta idrolisi del meropenem (carbapeneme di riferimento utilizzato in questo studio) a contatto con i ceppi di riferimento e ceppi di isolamento clinico potenzialmente produttori di carbapenemasi dopo la messa a punto di un protocollo analitico dedicato. Il saggio di idrolisi del meropenem mediante MALDI-TOF MS ha dimostrato la presenza o l’assenza indiretta di carbapenemasi nei 3 ceppi di riferimento e nei 1219 (1185 Enterobacteriaceae e 34 non-Enterobacteriaceae) ceppi di isolamento clinico inclusi nello studio. Nessuna interferenza è stata riscontrata per i ceppi di Enterobacteriaceae variamente resistenti ai tre carbapenemi ma risultati non produttori di carbapenemasi mediante i saggi fenotipici comunemente impiegati nella diagnostica routinaria di laboratorio: nessuna idrolisi del farmaco è stata infatti osservata al saggio di idrolisi mediante MALDI-TOF MS. In un solo caso (ceppo di K. pneumoniae N°1135) è stato ottenuto un profilo anomalo in quanto presenti sia i picchi del farmaco intatto che quelli del farmaco idrolizzato. Per questo ceppo resistente ai tre carbapenemi saggiati, negativo ai saggi fenotipici per la presenza di carbapenemasi, è stata dimostrata la presenza del gene blaKPC mediante Real-Time PCR. Per questo ceppo si può ipotizzare la presenza di mutazioni a carico del gene blaKPC che sebbene non interferiscano con il suo rilevamento mediante PCR (Real-Time PCR positiva), potrebbero condizionare l’attività della proteina prodotta (Saggio di Hodge modificato e Test di Sinergia negativi) riducendone la funzionalità come dimostrato, mediante analisi MALDI-TOF MS, dalla presenza dei picchi relativi sia all’idrolisi del farmaco sia dei picchi relativi al farmaco intatto. Questa ipotesi dovrebbe essere confermata mediante sequenziamento del gene blaKPC e successiva analisi strutturale della sequenza amminoacidica deducibile. L’utilizzo della tecnologia MALDI-TOF MS per la verifica dell’avvenuta idrolisi del maropenem è risultato un saggio fenotipico indiretto in grado di distinguere, al pari del test di Hodge modificato impiegato comunemente nella routine diagnostica in microbiologia, un ceppo produttore di carbapenemasi da un ceppo non produttore sia per scopi diagnostici che per la sorveglianza epidemiologica. L’impiego del MALDI-TOF MS ha mostrato, infatti, diversi vantaggi rispetto ai metodi convenzionali (Saggio di Hodge modificato e Test di Sinergia) impiegati nella routine diagnostica di laboratorio i quali richiedono personale esperto per l’interpretazione del risultato e lunghi tempi di esecuzione e di conseguenza di refertazione. La semplicità e la facilità richieste per la preparazione dei campioni e l’immediata acquisizione dei dati rendono questa tecnica un metodo accurato e rapido. Inoltre, il metodo risulta conveniente dal punto di vista economico, con un costo totale stimato di 1,00 euro per ceppo analizzato. Tutte queste considerazioni pongono questa metodologia in posizione centrale in ambito microbiologico anche nel caso del rilevamento di ceppi produttori di carbapenemasi. Indipendentemente dall’approccio identificativo utilizzato, comparato con i metodi convenzionali il MALDI-TOF MS conferisce in molti casi un guadagno in termini di tempo di lavoro tecnico (procedura pre-analititca per la preparazione dei campioni) e di tempo di ottenimento dei risultati (procedura analitica automatizzata). Questo risparmio di tempo si accentua quando sono analizzati in contemporanea un maggior numero di isolati. Inoltre, la semplicità e la facilità richieste per la preparazione dei campioni e l’immediata acquisizione dei dati rendono questo un metodo di identificazione accurato e rapido risultando più conveniente anche dal punto di vista economico, con un costo totale di 0,50 euro (materiale consumabile) per ceppo analizzato. I risultati ottenuti dimostrano che la spettrometria di massa MALDI-TOF sta diventando uno strumento importante in microbiologia clinica e sperimentale, data l’elevata efficacia identificativa, grazie alla disponibilità sia di nuove banche dati commerciali sia di aggiornamenti delle stesse da parte di diversi utenti, e la possibilità di rilevare con successo anche se in modo indiretto le antibiotico-resistenze.

Persistência de plasmídeos que codificam carbapenemases do tipo New-Delhi-Metalo-β-Lactamase

As metalo-β-lactamases (MBL) são capazes de hidrolisar os carbapenêmicos, a classe de antimicrobianos com maior potência para o tratamento de infecções graves e de maior uso clinico. Dentre as MBL, o grupo mais recentemente descrito e que apresentou rápida disseminação em todo o mundo é o da New-Delhi-Metalo- β-lactamases (NDM). Nas enterobactérias, os genes que codificam essas enzimas estão mais frequentemente localizados em plasmídeos. O estudo da estabilidade de plasmídeos que albergam o gene blaNDM-1 é importante para entender a predominância de espécies que carregam esses plasmídeos, desvendar mecanismos moleculares envolvidos na sua persistência e para desenvolver novas drogas que possam diminuir a sua persistência. Estudos recentes sobre estabilidade plasmidial evidenciaram que a maprotilina é capaz de induzir perda plasmidial de até 90% em E. coli K12. Neste trabalho, foi estudado o efeito da maprotilina na indução de cura de plasmídeos, que albergam o gene blaNDM-1, em diferentes espécies da família Enterobacteriaceae. Nove isolados pertencentes a diferentes espécies foram incluídas no estudo. Os plasmídeos foram caracterizados quanto ao seu tamanho por eletroforese e por sequenciamento de DNA no sistema Illumina. A persistência plasmidial foi determinada pelo método de contagem em placa em LB ágar com e sem tratamento com maprotilina em concentrações sub-inibitórias (50mg/L). O experimento foi conduzido por 10 dias, representando aproximadamente 100 gerações. Neste estudo evidenciou-se que o grupo das enterobactérias estão envolvidas na disseminação de plasmídeos com blaNDM-1, sendo que plasmídeos do grupo IncF estão mais relacionados a essa dispersão. A maprotilina teve efeito de cura plasmidial em todos os isolados exceto em E. hormaechei \"subsp. oharae\" e C. freundii. O isolado P. rettgeri apresentou maior taxa de perda plasmidial e a análise comparativa da sequência nucleotídica do plasmídeo indicou que a presença da IS5 pode estar relacionada com a diminuição da persistência plasmidial. Diferenças na persistência plasmidial, quando tratados com maprotilina, entre E. hormaechei \"subsp. steigerwaltii\" e E. hormaechei \"subsp. oharae\" sugerem que E. hormaechei \"subsp. oharae\" pode ser um possível disseminador de plasmídeos albergando blaNDM-1, devido a processos de adaptação co-evolutivos.

Studies on coliform bacteria discharged from the Hyperion outfall : final bacteriological report /

Mode of access: Internet.

Isolation and identification of Salmonella [and] Shigella /

Tables.

Recovery of coliforms by the MPN and MF techniques using a 2n - factorial experimental design /

Bibliography: p. 37-39.

Characterization of Pantoea dispersa UQ68J: producer of a highly efficient sucrose isomerase for isomaltulose biosynthesis

Aims: Isolation, identification and characterization of a highly efficient isomaltulose producer. Methods and Results: After an enrichment procedure for bacteria likely to metabolize isomaltulose in sucrose-rich environments, 578 isolates were screened for efficient isomaltulose biosynthesis using an aniline/diphenylamine assay and capillary electrophoresis. An isolate designated UQ68J was exceptionally efficient in sucrose isomerase activity. Conversion of sucrose into isomaltulose by UQ68J (enzyme activity of 90-100 U mg(-1) DW) was much faster than the current industrial strain Protaminobacter rubrum CBS574.77 (41-66 U mg(-1) DW) or a reference strain of Erwinia rhapontici (0.3-0.9 U mg(-1) DW). Maximum yield of isomaltulose at 78-80% of supplied sucrose was achieved in less than half the reaction time needed by CBS574.77, and the amount of contaminating trehalulose (4%) was the lowest recorded from an isomaltulose-producing microbe. UQ68J is a Gram negative, facultatively anaerobic, motile, noncapsulate, straight rod-shaped bacterium producing acid but no gas from glucose. Based on 16S rDNA analysis UQ68J is closest to Klebsiella oxytoca, but it differs from Klebsiella in defining characteristics and most closely resembles Pantoea dispersa in phenotype. Significance and Impact of Study: This organism is likely to have substantial advantage over previously characterized sucrose isomerase producers for the industrial production of isomaltulose.

Canine model for investigating the impact of oral enrofloxacin on commensal coliforms and colonization with multidrug-resistant Escherichia coli

A model was developed in dogs to determine the impact of oral enrofloxacin administration on the indigenous coliform population in the gastrointestinal tract and subsequent disposition to colonization by a strain of multidrug-resistant Escherichia coli (MDREC). Dogs given a daily oral dose of 5 mg enrofloxacin kg(-1) for 21 consecutive days showed a significant decline in faecal coliforms to levels below detectable limits by 72 In of administration. Subsequently, faecal coliforms remained suppressed throughout the period of enrofloxacin dosing. Upon termination of antibiotic administration, the number of excreted faecal coliforms slowly returned over an 8-day period, to levels comparable to those seen prior to antibiotic treatment. Enrofloxacin-treated dogs were more effectively colonized by MDREC, evidenced by a significantly increased count of MDREC in the faeces (7.1 +/- 1.5 log(10) g(-1)) compared with non-antibiotic-treated dogs (5.2 +/- 1.2; P = 0.003). Furthermore, antibiotic treatment also sustained a significantly longer period of MDREC excretion in the faeces (26.8 +/- 10.5 days) compared with animals not treated with enrofloxacin (8.5 +/- 5.4 days; P = 0.0215). These results confirm the importance of sustained delivery of an antimicrobial agent to maintain and expand the colonization potential of drug-resistant bacteria in vivo, achieved in part by reducing the competing commensal coliforms in the gastrointestinal tract to below detectable levels in the faeces. Without in vivo antimicrobial selection pressure, commensal coliforms dominated the gastrointestinal tract at the expense of the MDREC population. Conceivably, the model developed could be used to test the efficacy of novel non-antibiotic strategies aimed at monitoring and controlling gastrointestinal colonization by multidrug-resistant members of the Enterobacteriaceae that cause nosocomial infections.

Isolation and characterisation of bacteria associated with flying insects in hospitals, with particualr emphasis on Clostridum difficile

Clostridium difficile is a bacterial healthcare-associated infection, which houseflies Musca domestica may transfer due to their synanthropic nature. The aims of this thesis were to determine the ability of M. domestica to transfer C. difficile mechanically and to collect and identify flying insects in UK hospitals and classify any associated bacteria. M. domestica exposed to independent suspensions of vegetative cells and spores of C. difficile were able to mechanically transfer the bacteria on to agar for up to 4 hours following exposure. C. difficile could be recovered from fly excreta for 96hrs and was isolated from the M. domestica alimentary canal. Also confirmed was the carriage of C. difficile by M. domestica larvae, although it was not retained in the pupae or in the adults that subsequently developed. Flying insects were collected from ultra-violet light flytraps in hospitals. Flies (order Diptera) were the most commonly identified. Chironomidae were the most common flies, Calliphora vicina were the most common synanthropic fly and ‘drain flies’ were surprisingly numerous and represent an emerging problem in hospitals. External washings and macerates of flying insects were prepared and inoculated onto a variety of agars and following incubation bacterial colonies identified by biochemical tests. A variety of flying insects, including synanthropic flies (e.g. M. domestica and C. vicina) collected from UK hospitals harboured pathogenic bacteria of different species. Enterobacteriaceae were the group of bacteria most commonly isolated, followed by Bacillus spp, Staphylococci, Clostridia, Streptococci and Micrococcus spp. This study highlights the potential for M. domestica to contribute to environmental persistence and spread of C. difficile in hospitals. Also illustrated is the potential for flying insects to contribute to environmental persistence and spread of other pathogenic bacteria in hospitals and therefore the need to implement pest control as part of infection control strategies.

Characterization of the amp genes involved in the regulation of beta-lactamase expression in Pseudomonas aeruginosa

Antibiotic resistance, production of alginate and virulence factors, and altered host immune responses are the hallmarks of chronic Pseudomonas aeruginosa infection. Failure of antibiotic therapy has been attributed to the emergence of P. aeruginosa strains that produce β-lactamase constitutively. In Enterobacteriaceae, β-lactamase induction involves four genes with known functions: ampC, ampR, ampD, and ampG, encoding the enzyme, transcriptional regulator, amidase and permease, respectively. In addition to all these amp genes, P. aeruginosa possesses two ampG paralogs, designated ampG and ampP. In this study, P. aeruginosa ampC, ampR, ampG and ampP were analyzed. Inactivation of ampC in the prototypic PAO1 failed to abolish the β-lactamase activity leading to the discovery of P. aeruginosa oxacillinase PoxB. Cloning and expression of poxB in Escherichia coli confers β-lactam resistance. Both AmpC and PoxB contribute to P. aeruginosa resistance against a wide spectrum of β-lactam antibiotics. The expression of PoxB and AmpC is regulated by a LysR-type transcriptional regulator AmpR that up-regulates AmpC but down-regulates PoxB activities. Analyses of P. aeruginosa ampR mutant demonstrate that AmpR is a global regulator that modulates the expressions of Las and Rhl quorum sensing (QS) systems, and the production of pyocyanin, LasA protease and LasB elastase. Introduction of the ampR mutation into an alginate-producing strain reveals the presence of a complex co-regulatory network between antibiotic resistance, QS alginate and other virulence factor production. Using phoA and lacZ protein fusion analyses, AmpR, AmpG and AmpP were localized to the inner membrane with one, 16 and 10 transmembrane helices, respectively. AmpR has a cytoplasmic DNA-binding and a periplasmic substrate binding domains. AmpG and AmpP are essential for the maximal expression of β-lactamase. Analysis of the murein breakdown products suggests that AmpG exports UDP-N-acetylmuramyl-L-alanine-γ-D-glutamate-meso-diaminopimelic acid-D-alanine-D-alanine (UDP-MurNAc-pentapeptide), the corepressor of AmpR, whereas AmpP imports N-acetylglucosaminyl-beta-1,4-anhydro-N-acetylmuramic acid-Ala-γ-D-Glu-meso-diaminopimelic acid (GlcNAc-anhMurNAc-tripeptide) and GlcNAc-anhMurNAc-pentapeptide, the co-inducers of AmpR. This study reveals a complex interaction between the Amp proteins and murein breakdown products involved in P. aeruginosa β-lactamase induction. In summary, this dissertation takes us a little closer to understanding the P. aeruginosa complex co-regulatory mechanism in the development of β-lactam resistance and establishment of chronic infection. ^

Pseudomonas aeruginosa AMPR transcriptional regulatory network

In Enterobacteriaceae, the transcriptional regulator AmpR, a member of the LysR family, regulates the expression of a chromosomal β-lactamase AmpC. The regulatory repertoire of AmpR is broader in Pseudomonas aeruginosa, an opportunistic pathogen responsible for numerous acute and chronic infections including cystic fibrosis. Previous studies showed that in addition to regulating ampC, P. aeruginosa AmpR regulates the sigma factor AlgT/U and production of some quorum sensing (QS)-regulated virulence factors. In order to better understand the ampR regulon, the transcriptional profiles generated using DNA microarrays and RNA-Seq of the prototypic P. aeruginosa PAO1 strain with its isogenic ampR deletion mutant, PAOΔampR were analyzed. Transcriptome analysis demonstrates that the AmpR regulon is much more extensive than previously thought influencing the differential expression of over 500 genes. In addition to regulating resistance to β-lactam antibiotics via AmpC, AmpR also regulates non-β-lactam antibiotic resistance by modulating the MexEF-OprN efflux pump. Virulence mechanisms including biofilm formation, QS-regulated acute virulence, and diverse physiological processes such as oxidative stress response, heat-shock response and iron uptake are AmpR-regulated. Real-time PCR and phenotypic assays confirmed the transcriptome data. Further, Caenorhabditis elegans model demonstrates that a functional AmpR is required for full pathogenicity of P. aeruginosa. AmpR, a member of the core genome, also regulates genes in the regions of genome plasticity that are acquired by horizontal gene transfer. The extensive AmpR regulon included other transcriptional regulators and sigma factors, accounting for the extensive AmpR regulon. Gene expression studies demonstrate AmpR-dependent expression of the QS master regulator LasR that controls expression of many virulence factors. Using a chromosomally tagged AmpR, ChIP-Seq studies show direct AmpR binding to the lasR promoter. The data demonstrates that AmpR functions as a global regulator in P. aeruginosa and is a positive regulator of acute virulence while negatively regulating chronic infection phenotypes. In summary, my dissertation sheds light on the complex regulatory circuit in P. aeruginosa to provide a better understanding of the bacterial response to antibiotics and how the organism coordinately regulates a myriad of virulence factors.