Lausannevirus Seroprevalence among Asymptomatic Young Adults.

Objectives: The giant Lausannevirus was recently identified as a parasite of amoeba that replicates rapidly in these professional phagocytes. This study aimed at assessing Lausannevirus seroprevalence among asymptomatic young men in Switzerland and hopefully identifying possible sources of contact with this giant virus. Methods: The presence of anti-Lausannevirus antibodies was assessed in sera from 517 asymptomatic volunteers who filled a detailed questionnaire. The coreactivity between Lausannevirus and amoeba-resisting bacteria was assessed. Results: Lausannevirus prevalence ranged from 1.74 to 2.51%. Sporadic condom use or multiple sexual partners, although frequent (53.97 and 60.35%, respectively), were not associated with anti-Lausannevirus antibodies. On the contrary, frequent outdoor sport practice as well as milk consumption were significantly associated with positive Lausannevirus serologies (p = 0.0066 and 0.028, respectively). Coreactivity analyses revealed an association between Criblamydia sequanensis (an amoeba-resisting bacterium present in water environments) and Lausannevirus seropositivity (p = 0.001). Conclusions: Lausannevirus seroprevalence is low in asymptomatic Swiss men. However, the association between virus seropositivity and frequent sport practice suggests that this member of the Megavirales may be transmitted by aerosols and/or exposure to specific outdoor environments. Milk intake was also associated with seropositivity. Whether the coreactivity observed for C. sequanensis and Lausannevirus reflects a common mode of acquisition or some unexpected cross-reactivity remains to be determined. © 2013 S. Karger AG, Basel.

Predator-prey chemical warfare determines the expression of biocontrol genes by rhizosphere-associated Pseudomonas fluorescens.

Soil bacteria are heavily consumed by protozoan predators, and many bacteria have evolved defense strategies such as the production of toxic exometabolites. However, the production of toxins is energetically costly and therefore is likely to be adjusted according to the predation risk to balance the costs and benefits of predator defense. We investigated the response of the biocontrol bacterium Pseudomonas fluorescens CHA0 to a common predator, the free-living amoeba Acanthamoeba castellanii. We monitored the effect of the exposure to predator cues or direct contact with the predators on the expression of the phlA, prnA, hcnA, and pltA genes, which are involved in the synthesis of the toxins, 2,4-diacetylphloroglucinol (DAPG), pyrrolnitrin, hydrogen cyanide, and pyoluteorin, respectively. Predator chemical cues led to 2.2-, 2.0-, and 1.2-fold increases in prnA, phlA, and hcnA expression, respectively, and to a 25% increase in bacterial toxicity. The upregulation of the tested genes was related to the antiprotozoan toxicity of the corresponding toxins. Pyrrolnitrin and DAPG had the highest toxicity, suggesting that bacteria secrete a predator-specific toxin cocktail. The response of the bacteria was elicited by supernatants of amoeba cultures, indicating that water-soluble chemical compounds were responsible for induction of the bacterial defense response. In contrast, direct contact of bacteria with living amoebae reduced the expression of the four bacterial toxin genes by up to 50%, suggesting that protozoa can repress bacterial toxicity. The results indicate that predator-prey interactions are a determinant of toxin production by rhizosphere P. fluorescens and may have an impact on its biocontrol potential.

Burkholderia sartisoli sp. nov., isolated from a polycyclic aromatic hydrocarbon-contaminated soil.

A Gram-negative, rod-shaped, aerobic bacterium, designated strain RP007(T), was isolated from a polycyclic aromatic hydrocarbon-contaminated soil in New Zealand. Two additional strains were recovered from a compost heap in Belgium (LMG 18808) and from the rhizosphere of maize in the Netherlands (LMG 24204). The three strains had virtually identical 16S rRNA gene sequences and whole-cell protein profiles, and they were identified as members of the genus Burkholderia, with Burkholderia phenazinium as their closest relative. Strain RP007(T) had a DNA G+C content of 63.5 mol% and could be distinguished from B. phenazinium based on a range of biochemical characteristics. Strain RP007(T) showed levels of DNA-DNA relatedness towards the type strain of B. phenazinium and those of other recognized Burkholderia species of less than 30 %. The results of 16S rRNA gene sequence analysis, DNA-DNA hybridization experiments and physiological and biochemical tests allowed the differentiation of strain RP007(T) from all recognized species of the genus Burkholderia. Strains RP007(T), LMG 18808 and LMG 24204 are therefore considered to represent a single novel species of the genus Burkholderia, for which the name Burkholderia sartisoli sp. nov. is proposed. The type strain is RP007(T) (=LMG 24000(T) =CCUG 53604(T) =ICMP 13529(T)).

Bacillus subtilis contains two small c-type cytochromes with homologous heme domains but different types of membrane anchors.

We demonstrate that the cccB gene, identified in the Bacillus subtilis genome sequence project, is the structural gene for a 10-kDa membrane-bound cytochrome c(551) lipoprotein described for the first time in B. subtilis. Apparently, CccB corresponds to cytochrome c(551) of the thermophilic bacterium Bacillus PS3. The heme domain of B. subtilis cytochrome c(551) is very similar to that of cytochrome c(550), a protein encoded by the cccA gene and anchored to the membrane by a single transmembrane polypeptide segment. Thus, B. subtilis contains two small, very similar, c-type cytochromes with different types of membrane anchors. The cccB gene is cotranscribed with the yvjA gene, and transcription is repressed by glucose. Mutants deleted for cccB or yvjA-cccB show no apparent growth, sporulation, or germination defect. YvjA is not required for the synthesis of cytochrome c(551), and its function remains unknown.

Oral insecticidal activity of root colonizing Pseudomonas fluorescens CHA0: a biocontrol agent with potential to control plant pests and diseases

The application of microbial biocontrol agents for the control of fungal plant diseases and plant insect pests is a promising approach in the development of environmentally benign pest management strategies. The ideal biocontrol organism would be a bacterium or a fungus with activity against both, insect pests and fungal pathogens. Here we demonstrate the oral insecticidal activity of the root colonizing Pseudomonas fluorescens CHA0, which is so far known for its capacity to efficiently suppress fungal plant pathogens. Feeding assays with CHA0-sprayed leaves showed that this strain displays oral insecticidal activity and is able to efficiently kill larvae of three important insect pests. We further show data indicating that the Fit insect toxin produced by CHA0 and also metabolites controlled by the global regulator GacA contribute to oral insect toxicity.

On the use of reporter bacteria for measuring availability of organic contaminants

Natural environments are constantly challenged by the release of hydrophobic organic contaminants, which represent a threat for both the ecosystem and human health. Despite a substantial degradation by naturally occurring micro-organisms, a non negligible fraction of these pollutants tend to persist in soil and sediments due to their reduced accessibility to microbial degraders. This lack of 'bioavailability' is acknowledged as a key parameter for the natural and stimulated clean-up (bioremediation) of contaminated sites. We developed a bacterial bioreporter that responds to the presence of polyaromatic hydrocarbons (PAHs) by the production of the green fluorescent protein (GFP), based on the PAH-degrading bacterium Burkholderia sartisoli. We showed in this study that the bacterial biosensor B. sartisoli strain RP037 was faithfully reporting the degradation of naphthalene and phenanthrene (two PAHs of low molecular weight) via the production of GFP. What is more, the magnitude of GFP induction was influenced by change in the PAH flux triggered by a variety of physico-chemical parameters, such as the contact surface between the pollutant and the aqueous suspension. Further experiments permitted to test the influence of dissolved organic matter, which is an important component of natural habitats and can interact with organic pollutants. In addition, we tested the influence of two types of biosurfactants (tensio-active agents produced by living organisms) on phenanthrene's degradation by RP037. Interestingly, the surfactant's effects on the biodegradation rate appeared to depend on the type of biosurfactant and probably on the type of bacterial strain. Finally, we tagged B. sartisoli strain RP037 with a constitutively expressed mCherry fluorescent protein. The presence of mCherry allowed us to visualize the bacteria in complex samples even when GFP production was not induced. The new strain RP037-mChe embedded in a gel patch was used to detect PAH fluxes from a point source, such as a non-aqueous liquid or particles of contaminated soil. In parallel, we also developed and tested a so-called multiwell bacterial biosensor platform, which permitted the simultaneous use of four different reporter strains for the detection of major crude oil components (e.g., saturated hydrocarbons, mono- and polyaromatics) in aqueous samples. We specifically constructed the strain B. sartisoli RP007 (pPROBE-phn-luxAB) for the detection of naphthalene and phenanthrene. It was equipped with a reporter plasmid similar to the one in strain RP037, except that the gfp gene was replaced by the genes luxAB, which encoded the bacterial luciferase. The strain was implemented in the biosensor platform and detected an equivalent naphthalene concentration in oil spilled-sea water. We also cloned the gene for the transcriptional activator AlkS and the operator/promoter region of the operon alkSB1GHJ from the alkane-degrader bacterium Alcanivorax borkumensis strain SK2 in order to construct a new bacterial biosensor with higher sensitivity towards long-chain alkanes. However, the resulting strain showed no increased light emission in presence of tetradecane (C14), while it still efficiently reported low concentrations of octane (C8). RÉSUMÉ : Les écosystèmes naturels sont constamment exposés à nombre de contaminants organiques hydrophobes (COHs) d'origine industrielle, agricole ou même naturelle. Les COHs menacent à la fois l'environnement, le bien-être des espèces animales et végétales et la santé humaine, mais ils peuvent être dégradés par des micro-organismes tels que les bactéries et les champignons, qui peuvent être capables des les transformer en produits inoffensifs comme le gaz carbonique et l'eau. La biodégradation des COHs est cependant fréquemment limitée par leur pauvre disponibilité envers les organismes qui les dégradent. Ainsi, bien que la biodégradation opère partiellement, les COHs persistent dans l'environnement à de faibles concentrations qui potentiellement peuvent encore causer des effets toxiques chroniques. Puisque la plupart des COHs peuvent être métabolisés par l'activité microbienne, leur persistance a généralement pour origine des contraintes physico-chimiques plutôt que biologiques. Par exemple, leur solubilité dans l'eau très limitée réduit leur prise par des consommateurs potentiels. De plus, l'adsorption à la matière organique et la séquestration dans les micropores du sol participent à réduire leur disponibilité envers les microbes. Les processus de biodisponibilité, c'est-à-dire les processus qui gouvernent la dissolution et la prise de polluants par les organismes vivants, sont généralement perçus comme des paramètres clés pour la dépollution (bioremédiation) naturelle et stimulée des sites contaminés. Les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAPs) sont un modèle de COH produits par les activités aussi bien humaines que naturelles, et listés comme des contaminants chroniques de l'air, des sols et des sédiments. Ils peuvent être dégradés par un vaste nombre d'espèces bactériennes mais leur taux de biodégradation est souvent limité par les contraintes mentionnées ci-dessus. Afin de comprendre les processus de biodisponibilité pour les cellules bactériennes, nous avons décidé d'utiliser les bactéries elles-mêmes pour détecter et rapporter les flux de COH. Ceci a été réalisé par l'application d'une stratégie de conception visant à produire des bactéries `biocapteurs-rapporteurs', qui littéralement s'allument lorsqu'elles détectent un composé cible pour lequel elles ont été conçues. En premier lieu, nous nous sommes concentrés sur Burkholderia sartisoli (souche RP007), une bactérie isolée du sol et consommatrice de HAP .Cette souche a servi de base à la construction d'un circuit génétique permettant la formation de la protéine autofluorescente GFP dès que les cellules détectent le naphtalène ou le phénanthrène, deux HAP de faible masse moléculaire. En effet, nous avons pu montrer que la bactérie obtenue, la souche RP037 de B. sartisoli, produit une fluorescence GFP grandissante lors d'une exposition en culture liquide à du phénanthrène sous forme cristalline (0.5 mg par ml de milieu de culture). Nous avons découvert que pour une induction optimale il était nécessaire de fournir aux cellules une source additionnelle de carbone sous la forme d'acétate, ou sinon seul un nombre limité de cellules deviennent induites. Malgré cela, le phénanthrène a induit une réponse très hétérogène au sein de la population de cellules, avec quelques cellules pauvrement induites tandis que d'autres l'étaient très fortement. La raison de cette hétérogénéité extrême, même dans des cultures liquides mélangées, reste pour le moment incertaine. Plus important, nous avons pu montrer que l'amplitude de l'induction de GFP dépendait de paramètres physiques affectant le flux de phénanthrène aux cellules, tels que : la surface de contact entre le phénanthrène solide et la phase aqueuse ; l'ajout de surfactant ; le scellement de phénanthrène à l'intérieur de billes de polymères (Model Polymer Release System) ; la dissolution du phénanthrène dans un fluide gras immiscible à l'eau. Nous en avons conclu que la souche RP037 détecte convenablement des flux de phénantrène et nous avons proposé une relation entre le transfert de masse de phénanthrène et la production de GFP. Nous avons par la suite utilisé la souche afin d'examiner l'effet de plusieurs paramètres chimiques connus dans la littérature pour influencer la biodisponibilité des HAP. Premièrement, les acides humiques. Quelques rapports font état que la disponibilité des HAP pourrait être augmentée par la présence de matière organique dissoute. Nous avons mesuré l'induction de GFP comme fonction de l'exposition des cellules RP037 au phénanthrène ou au naphtalène en présence ou absence d'acides humiques dans la culture. Nous avons testé des concentrations d'acides humiques de 0.1 et 10 mg/L, tandis que le phénanthrène était ajouté via l'heptamethylnonane (HMN), un liquide non aqueux, ce qui au préalable avait produit le plus haut flux constant de phénanthrène aux cellules. De plus, nous avons utilisé des tests en phase gazeuse avec des concentrations d'acides humiques de 0.1, 10 et 1000 mg/L mais avec du naphtalène. Contrairement à ce que décrit la littérature, nos résultats ont indiqué que dans ces conditions l'expression de GFP en fonction de l'exposition au phénanthrène dans des cultures en croissance de la souche RP037 n'était pas modifiée par la présence d'acides humiques. D'un autre côté, le test en phase gazeuse avec du naphtalène a montré que 1000 mg/L d'acides humiques abaissent légèrement mais significativement la production de GFP dans les cellules de RP037. Nous avons conclu qu'il n'y a pas d'effet général des acides humiques sur la disponibilité des HAP pour les bactéries. Par la suite, nous nous sommes demandé si des biosurfactants modifieraient la disponibilité du phénanthrène pour les bactéries. Les surfactants sont souvent décrits dans la littérature comme des moyens d'accroître la biodisponibilité des COHs. Les surfactants sont des agents tensio-actifs qui augmentent la solubilité apparente de COH en les dissolvant à l'intérieur de micelles. Nous avons ainsi testé si des biosurfactants (des surfactants produits par des organismes vivants) peuvent être utilisé pour augmenter la biodisponibilité du phénanthrène pour la souche B. sartisoli RP037. Premièrement, nous avons tenté d'obtenir des biosurfactants produits par une autre bactérie vivant en co-culture avec les biocapteurs bactériens. Deuxièmement, nous avons utilisé des biosurfactants purifiés. La co-cultivation en présence de la bactérie productrice de lipopeptide Pseudomonas putida souche PCL1445 a augmenté l'expression de GFP induite par le phénanthrène chez B. sartisoli en comparaison des cultures simples, mais cet effet n'était pas significativement différent lorsque la souche RP037 était co-cultivée avec un mutant de P. putida ne produisant pas de lipopeptides. L'ajout de lipopeptides partiellement purifiés dans la culture de RP037 a résulté en une réduction de la tension de surface, mais n'a pas provoqué de changement dans l'expression de GFP. D'un autre côté, l'ajout d'une solution commerciale de rhamnolipides (un autre type de biosurfactants produits par Pseudomonas spp.) a facilité la dégradation du phénanthrène par la souche RP037 et induit une expression de GFP élevée dans une plus grande proportion de cellules. Nous avons ainsi conclu que les effets des biosurfactants sont mesurables à l'aide de la souche biocapteur, mais que ceux-ci sont dépendants du type de surfactant utilisé conjointement avec le phénanthrène. La question suivante que nous avons abordée était si les tests utilisant des biocapteurs peuvent être améliorés de manière à ce que les flux de HAP provenant de matériel contaminé soient détectés. Les tests en milieu liquide avec des échantillons de sol ne fournissant pas de mesures, et sachant que les concentrations de HAP dans l'eau sont en général extrêmement basses, nous avons conçu des tests de diffusion dans lesquels nous pouvons étudier l'induction par les HAPs en fonction de la distance aux cellules. Le biocapteur bactérien B. sartisoli souche RP037 a été marqué avec une seconde protéine fluorescente (mCherry), qui est constitutivement exprimée dans les cellules et leur confère une fluorescence rouge/rose. La souche résultante RP037-mChe témoigne d'une fluorescence rouge constitutive mais n'induit la fluorescence verte qu'en présence de naphtalène ou de phénanthrène. La présence d'un marqueur fluorescent constitutif nous permet de visualiser les biocapteurs bactériens plus facilement parmi des particules de sol. Un test de diffusion a été conçu en préparant un gel fait d'une suspension de cellules mélangées à 0.5 % d'agarose. Des bandes de gel de dimensions 0.5 x 2 cm x 1 mm ont été montées dans des chambres d'incubation et exposées à des sources de HAP (soit dissouts dans du HMN ou en tant que matériel solide, puis appliqués à une extrémité de la bande). En utilisant ce montage expérimental, le naphtalène ou le phénanthrène (dissouts dans du HMN à une concentration de 2.5 µg/µl) ont induit un gradient d'intensité de fluorescence GFP après 24 heures d'incubation, tandis que la fluorescence mCherry demeurait comparable. Un sol contaminé par des HAPs (provenant d'un ancien site de production de gaz) a induit la production de GFP à un niveau comparable à celui du naphtalène. Des biocapteurs bactériens individuels ont également détecté un flux de phénanthrène dans un gel contenant des particules de sol amendées avec 1 et 10 mg/g de phénanthrène. Ceci a montré que le test de diffusion peut être utilisé pour mesurer des flux de HAP provenant de matériel contaminé. D'un autre côté, la sensibilité est encore très basse pour plusieurs sols contaminés, et l'autofluorescence de certains échantillons rend difficile l'identification de la réponse de la GFP chez les cellules. Pour terminer, un des points majeurs de ce travail a été la production et la validation d'une plateforme multi-puits de biocapteurs bactériens, qui a permis l'emploi simultané de plusieurs souches différentes de biocapteurs pour la détection des constituants principaux du pétrole. Pour cela nous avons choisi les alcanes linéaires, les composés mono-aromatiques, les biphényls et les composés poly-aromatiques. De plus, nous avons utilisé un capteur pour la génotoxicité afin de détecter la `toxicité globale' dans des échantillons aqueux. Plusieurs efforts d'ingénierie ont été investis de manière à compléter ce set. En premier lieu, chaque souche a été équipée avec soit gfp, soit luxAB en tant que signal rapporteur. Deuxièmement, puisqu'aucune souche de biocapteur n'était disponible pour les HAP ou pour les alcanes à longues chaînes, nous avons spécifiquement construit deux nouveaux biocapteurs. L'un d'eux est également basé sur B. sartisoli RP007, que nous avons équipé avec le plasmide pPROBE-phn-luxAB pour la détection du naphtalène et du phénanthrène mais avec production de luciférase bactérienne. Un autre est un nouveau biocapteur bactérien pour les alcanes. Bien que nous possédions une souche Escherichia coli DHS α (pGEc74, pJAMA7) détectant les alcanes courts de manière satisfaisante, la présence des alcanes à longues chaînes n'était pas rapportée efficacement. Nous avons cloné le gène de l'activateur transcriptionnel A1kS ainsi que la région opérateur/promoteur de l'opéron alkSB1GHJ chez la bactérie dégradant les alcanes Alcanivorax borkumensis souche SK2, afin de construire un nouveau biocapteur bactérien bénéficiant d'une sensibilité accrue envers les alcanes à longues chaînes. Cependant, la souche résultante E. coli DHSα (pAlk3} n'a pas montré d'émission de lumière augmentée en présence de tétradécane (C14), tandis qu'elle rapportait toujours efficacement de basses concentrations d'octane (C8). De manière surprenante, l'utilisation de A. borkumensis en tant que souche hôte pour le nouveau plasmide rapporteur basé sur la GFP a totalement supprimé la sensibilité pour l'octane, tandis que la détection de tétradécane n'était pas accrue. Cet aspect devra être résolu dans de futurs travaux. Pour calibrer la plateforme de biocapteurs, nous avons simulé une fuite de pétrole en mer dans une bouteille en verre ouverte de 5L contenant 2L d'eau de mer contaminée avec 20 ml (1%) de pétrole brut. La phase aqueuse a été échantillonée à intervalles réguliers après la fuite durant une période allant jusqu'à une semaine tandis que les principaux contaminants pétroliers étaient mesurés via les biocapteurs. L'émission de bioluminescence a été mesurée de manière à déterminer la réponse des biocapteurs et une calibration intégrée faite avec des inducteurs types a servi à calculer des concentrations d'équivalents inducteurs dans l'échantillon. E. coli a été utilisée en tant que souche hôte pour la plupart des spécificités des biocapteurs, à l'exception de la détection du naphtalène et du phénanthrène pour lesquels nous avons utilisé B. sartisoli. Cette souche, cependant, peut être employée plus ou moins selon la même procédure. Il est intéressant de noter que le pétrole répandu a produit une apparition séquentielle de composés dissouts dans la phase aqueuse, ceux-ci .étant détectables par les biocapteurs. Ce profil contenait d'abord les alcanes à courtes chaînes et les BTEX (c'est-à dire benzène, toluène, éthylbenzène et xylènes), apparaissant entre des minutes et des heures après que le pétrole a été versé. Leurs concentrations aqueuses ont par la suite fortement décru dans l'eau échantillonnée après 24 heures, à cause de la volatilisation ou de la biodégradation. Après quelques jours d'incubation, ces composés sont devenus indétectables. Les HAPs, en revanche, sont apparus plus tard que les alcanes et les BTEX, et leur concentration a augmenté de pair avec un temps d'incubation prolongé. Aucun signal significatif n'a été mis en évidence avec le biocapteur pour le biphényl ou pour la génotoxicité. Ceci démontre l'utilité de ces biocapteurs, spécifiquement pour la détection des composés pétroliers, comprenant les alcanes à courtes chaînes, les BTEX et les HAPs légers.

Biochemical, immunological and toxicological characteristics of the crystal proteins of Bacillus thuringiensis subsp. medellin

Characterization of the insecticidal and hemolytic activity of solubilized crystal proteins of Bacillus thuringiensis (Bt) subsp. medellin (Btmed) was performed and compared to solubilized crystal proteins of isolates 1884 of B. thuringiensis subsp. israelensis (Bti) and isolate PG-14 of B. thuringiensis subsp. morrisoni (Btm). In general, at acid pH values solubilization of the Bt crystalline parasporal inclusions (CPI) was lower than at alkaline pH. The larvicidal activity demonstrated by the CPI of Btmed indicated that optimal solubilization of CPI takes place at a pH value of 11.3, in Bti at pH values from 5.03 to 11.3 and in Btm at pH values from 9.05 to 11.3. Hemolytic activity against sheep red blood cells was mainly found following extraction at pH 11.3 in all Bt strains tested. Polyacrylamide gel electrophoresis under denaturing conditions revealed that optimal solubilization of the CPI in all Bt strains takes place at the alkaline pH values from 9.05 to 11.3. An enriched preparation of Btmed crystals was obtained, solubilized and crystal proteins were separated on a size exclusion column (Sephacryl S-200). Three main protein peaks were observed on the chromatogram. The first peak had two main proteins that migrate between 90 to 100 kDa. These proteins are apparently not common to other Bt strains isolated to date. The second and third peaks obtained from the size exclusion column yielded polypeptides of 68 and 28-30 kDa, respectively. Each peak independently, showed toxicity against 1st instar Culex quinquefasciatus larvae. Interestingly, combinations of the fractions corresponding to the 68 and 30 kDa protein showed an increased toxicity. These results suggest that the 94 kDa protein is an important component of the Btmed toxins with the highest potency to kill mosquito larvae. When crystal proteins of Bti were probed with antisera raised independently against the three main protein fractions of Btmed, the only crystal protein that showed cross reaction was the 28 kDa protein. These data suggest that Btmed could be an alternative bacterium for mosquito control programs in case mosquito larval resistance emerges to Bti toxic proteins.

Insight into cross-talk between intra-amoebal pathogens.

Abstract: Background: Amoebae are phagocytic protists where genetic exchanges might take place between amoeba-resistant bacteria. These amoebal pathogens are able to escape the phagocytic behaviour of their host. They belong to different bacterial phyla and often show a larger genome size than human-infecting pathogens. This characteristic is proposed to be the result of frequent gene exchanges with other bacteria that share a sympatric lifestyle and contrasts with the genome reduction observed among strict human pathogens.Results: We sequenced the genome of a new amoebal pathogen, Legionella drancourtii, and compared its gene content to that of a Chlamydia-related bacterium, Parachlamydia acanthamoebae. Phylogenetic reconstructions identified seven potential horizontal gene transfers (HGTs) between the two amoeba-resistant bacteria, including a complete operon of four genes that encodes an ABC-type transporter. These comparisons pinpointed potential cases of gene exchange between P. acanthamoebae and Legionella pneumophila, as well as gene exchanges between other members of the Legionellales and Chlamydiales orders. Moreover, nine cases represent possible HGTs between representatives from the Legionellales or Chlamydiales and members of the Rickettsiales order.Conclusions: This study identifies numerous gene exchanges between intracellular Legionellales and Chlamydiales bacteria, which could preferentially occur within common inclusions in their amoebal hosts. Therefore it contributes to improve our knowledge on the intra-amoebal gene properties associated to their specific lifestyle.

Cloning, Expression and Toxicity of a Mosquitocidal Toxin Gene of Bacillus thuringiensis subsp. medellin

Bacillus thuringiensis (Bt) subsp. medellin (Btmed) produces parasporal crystalline inclusions which are toxic to mosquito larvae. It has been shown that the inclusions of this bacterium contain mainly proteins of 94, 68 and 28-30 kDa. EcoRI partially digested total DNA of Btmed was cloned by using the Lambda Zap II cloning kit. Recombinant plaques were screened with a mouse policlonal antibody raised against the 94 kDa crystal protein of Btmed. One of the positive plaques was selected, and by in vivo excision, a recombinant pBluescript SK(-) was obtained. The gene encoding the 94 kDa toxin of Btmed DNA was cloned in a 4.4 kb DNA fragment. Btmed DNA was then subcloned as a EcoRI/EcoRI fragment into the shuttle vector pBU4 producing the recombinant plasmid pBTM3 and used to transform by electroporation Bt subsp. israelensis (Bti) crystal negative strain 4Q2-81. Toxicity to mosquito larvae was estimated by using first instar laboratory reared Aedes aegypti, and Culex quinquefasciatus larvae challenged with whole crystals. Toxicity results indicate that the purified inclusions from the recombinant Bti strain were toxic to all mosquito species tested, although the toxicity was not as high as the one produced by the crystal of the Btmed wild type strain. Poliacrylamide gel electrophoresis indicate that the inclusions produced by the recombinant strain Bti (pBTM3) were mainly composed of the 94 kDa protein of Btmed, as it was determined by Western blot

Intracellular bacteria and adverse pregnancy outcomes.

Clin Microbiol Infect 2011; 17: 1312-1322 ABSTRACT: This review considers the role of intracellular bacteria in adverse pregnancy outcomes, such as miscarriage, stillbirths, and preterm labour. The cause of miscarriage, stillbirth and preterm labour often remains unexplained. Intracellular bacteria that grow either poorly or not at all on media used routinely to detect human pathogens could be the aetiological agents of these obstetric conditions. For example, Listeria monocytogenes and Coxiella burnetti are intracellular bacteria that have a predilection for the fetomaternal unit and may induce fatal disease in the mother and/or fetus. Both are important foodborne or zoonotic pathogens in pregnancy. Preventive measures, diagnostic tools and treatment will be reviewed. Moreover, we will also address the importance in adverse pregnancy outcomes of other intracellular bacteria, including Brucella abortus and various members of the order Chlamydiales. Indeed, there is growing evidence that Chlamydia trachomatis, Chlamydia abortus and Chlamydia pneumoniae infections may also result in adverse pregnancy outcomes in humans and/or animals. Moreover, newly discovered Chlamydia-like organisms have recently emerged as new pathogens of both animals and humans. For example, Waddlia chondrophila, a Chlamydia-related bacterium isolated from aborted bovine fetuses, has also been implicated in human miscarriages. Future research should help us to better understand the pathophysiology of adverse pregnancy outcomes caused by intracellular bacteria and to determine the precise mode of transmission of newly identified bacteria, such as Waddlia and Parachlamydia. These emerging pathogens may represent the tip of the iceberg of a large number of as yet unknown intracellular pathogenic agents.

Peroxisome proliferator-activated receptors mediate host cell proinflammatory responses to Pseudomonas aeruginosa autoinducer.

The pathogenic bacterium Pseudomonas aeruginosa utilizes the 3-oxododecanoyl homoserine lactone (3OC(12)-HSL) autoinducer as a signaling molecule to coordinate the expression of virulence genes through quorum sensing. 3OC(12)-HSL also affects responses in host cells, including the upregulation of genes encoding inflammatory cytokines. This proinflammatory response may exacerbate underlying disease during P. aeruginosa infections. The specific mechanism(s) through which 3OC(12)-HSL influences host responses is unclear, and no mammalian receptors for 3OC(12)-HSL have been identified to date. Here, we report that 3OC(12)-HSL increases mRNA levels for a common panel of proinflammatory genes in murine fibroblasts and human lung epithelial cells. To identify putative 3OC(12)-HSL receptors, we examined the expression patterns of a panel of nuclear hormone receptors in these two cell lines and determined that both peroxisome proliferator-activated receptor beta/delta (PPARbeta/delta) and PPARgamma were expressed. 3OC(12)-HSL functioned as an agonist of PPARbeta/delta transcriptional activity and an antagonist of PPARgamma transcriptional activity and inhibited the DNA binding ability of PPARgamma. The proinflammatory effect of 3OC(12)-HSL in lung epithelial cells was blocked by the PPARgamma agonist rosiglitazone, suggesting that 3OC(12)-HSL and rosiglitazone are mutually antagonistic negative and positive regulators of PPARgamma activity, respectively. These data identify PPARbeta/delta and PPARgamma as putative mammalian 3OC(12)-HSL receptors and suggest that PPARgamma agonists may be employed as anti-inflammatory therapeutics for P. aeruginosa infections.

Genomics of "chlamydia"-related bacteria

AbstractThe Chlamydiales order is an important bacterial phylum that comprises some of the most successful human pathogens such as Chlamydia trachomatis, the leading infectious cause of blindness worldwide. Since some years, several new bacteria related to Chlamydia have been discovered in clinical or environmental samples and might represent emerging pathogens. The genome sequencing of classical Chlamydia has brought invaluable information on these obligate intracellular bacteria otherwise difficult to study due to the lack of tools to perform basic genetic manipulation. The recent emergence of high-throughput sequencing technologies yielding millions of reads in a short time lowered the costs of genome sequencing and thus represented a unique opportunity to study Chlamydia-re\ated bacteria. Based on the sequencing and the analysis of Chlamydiales genomes, this thesis provides significant insights into the genetic determinants of the intracellular lifestyle, the pathogenicity, the metabolism and the evolution of Chlamydia-related bacteria. A first approach showed the efficacy of rapid sequencing coupled to proteomics to identify immunogenic proteins. This method, particularly useful for an emerging pathogen such as Parachlamydia acanthamoebae, enabled us to discover good candidates for the development of diagnostic tools that would permit to evaluate at larger scale the role of this bacterium in disease. Second, the complete genome of Waddlia chondrophila, a potential agent of miscarriage, encodes numerous virulence factors to manipulate its host cell and resist to environmental stresses. The reconstruction of metabolic pathways showed that the bacterium possesses extensive capabilities compared to related organisms. However, it is still incapable of synthesizing some essential components and thus has to import them from its host. Third, the genome comparison of Protochlamydia naegleriophila to its closest known relative Protochlamydia amoebophila revealed a particular evolutionary dynamic with the occurrence of an unexpected genome rearrangement. Fourth, a phylogenetic analysis of P. acanthamoebae and Legionella drancourtii identified several genes probably exchanged by horizontal gene transfer with other intracellular bacteria that might occur within their amoebal host. These genes often encode mechanisms for resistance to metal or toxic compounds. As a whole, the analysis of the different genomes enabled us to highlight a large diversity in size, GC percentage, repeat content as well as plasmid organization. The abundant genomic data obtained during this thesis have a wide impact since they provide the necessary bases for detailed investigations on countless aspects of the biology and the evolution of Chlamydia-related bacteria, whether in wet lab or by bioinformatical analyses.RésuméL'ordre des Chlamydiales est un important phylum bactérien qui comprend de nombreuses espèces pathogènes pour l'homme et les animaux, dont Chlamydia trachomatis, responsable du trachome, la cause majeure de cécité d'origine infectieuse à travers le monde. Durant ces dernières décennies, de nombreuses bactéries apparentées aux Chlamydia ont été découvertes dans des échantillons environnementaux ou cliniques mais leur éventuel rôle pathogène dans le développement de maladies reste peu connu. Ces bactéries sont des intracellulaires obligatoires car elles ont besoin d'une cellule hôte pour se multiplier, ce qui rend leur étude particulièrement difficile. Le développement de nouvelles technologies permettant de séquencer le génome d'un organisme rapidement et à moindre coût ainsi que l'essor des méthodes d'analyse s'y rapportant représentent une opportunité exceptionnelle d'étudier ces organismes. Dans ce contexte, cette thèse démontre l'utilité de la génomique pour développer de nouveaux outils diagnostiques ainsi que pour étudier le métabolisme de ces bactéries, leurs facteurs de virulence et leur évolution.Ainsi, une première approche a illustré l'utilité d'un séquençage rapide pour obtenir les informations nécessaires à l'identification de protéines qui sont reconnues par des anticorps humains ou animaux. Cette méthode, particulièrement utile pour un pathogène émergent tel que Parachlamydia acanthamoebae, a permis de découvrir de bons candidats pour le développement d'un outil diagnostique qui permettrait d'évaluer à plus large échelle le rôle de cette bactérie notamment dans la pneumonie. L'analyse du contenu génique de Waddlia chondrophila, un autre germe qui pourrait être impliqué dans les avortements et tes fausses-couches, a en outre mis en évidence la présence de nombreux facteurs connus qui lui permettent de manipuler son hôte. Cette bactérie possède de plus grandes capacités métaboliques que les autres Chlamydia, mais elle est incapable de synthétiser certains composants et doit donc les importer de son hôte pour subvenir à ses besoins. La comparaison du génome de Protochlamydia naegleriophila à son plus proche parent, Protochlamydia amoebophila, a dévoilé une évolution dynamique particulière avec l'occurrence d'un réarrangement majeur inattendu après la séparation de ces deux espèces. En outre, ces études ont montré l'occurrence de plusieurs transferts de gène avec d'autres organismes plus éloignés, notamment d'autres intracellulaires d'amibes, souvent pour l'acquisition de mécanismes de résistances à des composés toxiques. Les données génomiques acquises durant ce travail posent les fondements nécessaires a de nombreuses analyses qui permettront progressivement de mieux comprendre de nombreux aspects de ces bactéries fascinantes.

Early expression of the type III secretion system of Parachlamydia acanthamoebae during a replicative cycle within its natural host cell Acanthamoeba castellanii.

The type three secretion system (T3SS) operons of Chlamydiales bacteria are distributed in different clusters along their chromosomes and are conserved at both the level of sequence and genetic organization. A complete characterization of the temporal expression of multiple T3SS components at the transcriptional and protein levels has been performed in Parachlamydia acanthamoebae, replicating in its natural host cell Acanthamoeba castellanii. The T3SS components were classified in four different temporal clusters depending on their pattern of expression during the early, mid- and late phases of the infectious cycle. The putative T3SS transcription units predicted in Parachlamydia are similar to those described in Chlamydia trachomatis, suggesting that T3SS units of transcriptional expression are highly conserved among Chlamydiales bacteria. The maximal expression and activation of the T3SS of Parachlamydia occurred during the early to mid-phase of the infectious cycle corresponding to a critical phase during which the intracellular bacterium has (1) to evade and/or block the lytic pathway of the amoeba, (2) to differentiate from elementary bodies (EBs) to reticulate bodies (RBs), and (3) to modulate the maturation of its vacuole to create a replicative niche able to sustain efficient bacterial growth.

Regulation of horizontal gene transfer of the catabolic island ICEclc

ICEclc is a mobile genetic element found in two copies on the chromosome of the bacterium Pseudomonas knackmussii B13. ICEclc harbors genes encoding metabolic pathways for the degradation of chlorocatechols (CLC) and 2-aminophenol (2AP). At low frequencies, ICEclc excises from the chromosome, closes into a circular DNA molecule which can transfer to another bacterium via conjugation. Once in the recipient cell, ICEclc can reintegrate into the chromosome by site-specific recombination. This thesis aimed at identifying the regulatory network underlying the decisions for ICEclc horizontal transfer (HGT). The first chapter is an introduction on integrative and conjugative elements (ICEs) more in general, of which ICEclc is one example. In particular I emphasized the current knowledge of regulation and conjugation machineries of the different classes of ICE. In the second chapter, I describe a transcriptional analysis using microarrays and other experiments to understand expression of ICEclc in exponential and stationary phase. By overlaying transcriptomic profiles with Northern hybridizations and RT- PCR data, we established a transcription map for the entire core region of ICEclc, a region assumed to encode the ICE conjugation process. We also demonstrated how transcription of the ICEclc core is maximal in stationary phase, which correlates to expression of reporter genes fused to key ICEclc promoters. In the third chapter, I present a transcriptome analysis of ICEclc in a variety of different host species, in order to explore whether there are species-specific differences. In the fourth chapter, I focus on the role of a curious ICEclc-encoded TetR-type transcriptional repressor. We find that this gene, which we name mfsR, not only controls its own expression but that of a set of genes for a putative multi-drug efflux pump (mfsABC) as well. By using a combination of biochemical and molecular biology techniques, I could show that MfsR specifically binds to operator boxes in two ICEclc promoters (PmfsR and PmfsA), inhibiting the transcription of both the mfsR and mfsABC-orf38184 operons. Although we could not detect a clear phenotype of an mfsABC deletion, we discuss the implications of pump gene reorganizations in ICEclc and close relatives. In the fifth chapter, we find that mfsR not only controls its own expression and that of the mfsABC operon, but is also indirectly controlling ICEclc transfer. Using gene deletions, microarrays, transfer assays and microscopy-based reporter fusions, we demonstrate that mfsR actually controls a small operon of three regulatory genes. The last gene of this mfsR operon, orf17162, encodes a LysR-type activator that when deleted strongly impairs ICEclc transfer. Interestingly, deletion of mfsR leads to transfer competence in almost all cells, thereby overruling the bistability process in the wild-type. In the final sixth chapter, I discuss the relevance of the present thesis and the resulting perspectives for future studies.

High throughput sequencing and proteomics to identify immunogenic proteins of a new pathogen: the dirty genome approach.

With the availability of new generation sequencing technologies, bacterial genome projects have undergone a major boost. Still, chromosome completion needs a costly and time-consuming gap closure, especially when containing highly repetitive elements. However, incomplete genome data may be sufficiently informative to derive the pursued information. For emerging pathogens, i.e. newly identified pathogens, lack of release of genome data during gap closure stage is clearly medically counterproductive. We thus investigated the feasibility of a dirty genome approach, i.e. the release of unfinished genome sequences to develop serological diagnostic tools. We showed that almost the whole genome sequence of the emerging pathogen Parachlamydia acanthamoebae was retrieved even with relatively short reads from Genome Sequencer 20 and Solexa. The bacterial proteome was analyzed to select immunogenic proteins, which were then expressed and used to elaborate the first steps of an ELISA. This work constitutes the proof of principle for a dirty genome approach, i.e. the use of unfinished genome sequences of pathogenic bacteria, coupled with proteomics to rapidly identify new immunogenic proteins useful to develop in the future specific diagnostic tests such as ELISA, immunohistochemistry and direct antigen detection. Although applied here to an emerging pathogen, this combined dirty genome sequencing/proteomic approach may be used for any pathogen for which better diagnostics are needed. These genome sequences may also be very useful to develop DNA based diagnostic tests. All these diagnostic tools will allow further evaluations of the pathogenic potential of this obligate intracellular bacterium.