The Elucidation of the involvement of endonuclease DNase y in reducing DNA transfection efficiency in mammalian cells

Gene therapy is predicated upon efficient gene transfer. While viral vectors are the method of choice for transformation efficiency, the immunogenicity and safety concerns remain problematic. Non-viral vectors, on the other hand, have shown high degrees of safety and are mostly non-immunogenic in nature. However, non-viral vectors usually suffer from low levels oftransformation efficiency and transgene expression. Thus, increasing transformation efficiency ofnon-viral vectors, in particular by calcium phosphate co-precipitation technique, is a way of generating a suitable vector for gene therapy and is the aim of this study. It is a long known fact that different cell lines have different transfection efficiencies regardless oftransfection methodology (Lin et a!., 1994). Using commonly available cell lines Madine-Darby Bovine Kidney (MDBK), HeLa and Human Embryonic Kidney (HEK-293), we have shown a decreasing trend ofDNase activity based on a plasmid digestion assay. From densitometry studies, as much as a 40% reduction in DNase activity was observed when comparing HEK-293 (least active) to MDBK (most active). Using various biochemical assays, it was determined that DNase y, in particular, was expressed more highly in MDBK cells than both HeLa and HEK-293. Upon cloning of the bovine DNase y gene, we utilized the sequence information to construct antisense expressing plasmids via both traditional antisense RNA (pASDGneoM) and siRNA (psiRNA-S4, psiRNA-S11 and psiRNA-S16). For the construction ofpASDGneoM, the 3' end of the DNase y was inserted in opposite orientation under a cytomegalovirus (CMV) promoter such that the expression ofRNA complementary to the DNase 2 ymRNA occurred. For siRNA plasmids, the sequence was screened to yield optimal short sequences for siRNA inhibition. The silencing ofbovine DNase y led to an increase in transfection efficiency based on traditional calcium phosphate co-precipitation technique; stable clones of siRNA-producing MDBK cell lines (psiRNA-S4 Bland psiRNA-S4 B4) both demol).strated 4-fold increases in transfection efficiency. Furthermore, serial transfection of antisense DNase y plasmid pASDGneoM and reporter pCMV-~ showed a maximum of 8-fold increase in transfection efficiency when the two separate transfections were carried out 4 hours apart (i.e. transfection ofpASDGneoM, separated by four hours, then transfection ofpCMV-~). Together, these results demonstrate the involvement ofDNase y in reducing transfection efficiency, at least by traditional calcium phosphate technique.

Isolation and characterization of genomic DNA sequences that enhance the stability of plasmid DNA in mammalian cells /

The ease of production and manipulation has made plasmid DNA a prime target for its use in gene transfer technologies such as gene therapy and DNA vaccines. The major drawback of plasmid however is its stability within mammalian cells. Plasmid DNA is usually lost by cellular mechanisms or as a result of mitosis by simple dilution. This study set out to search for mammalian genomic DNA sequences that would enhance the stability of plasmid DNA in mammalian cells.Creating a plasmid based genomic DNA library, we were able to screen the human genome by transfecting the library into Human Embryonic Kidney (HEK 293) Cells. Cells that contained plasmid DNA were selected, using G418 for 14 days. The resulting population was then screened for the presence of biologically active plasmid DNA using the process of transformation as a detector.A commercially available plasmid DNA isolation kit was modified to extract plasmid DNA from mammalian cells. The standardized protocol had a detection limit of -0.6 plasmids per cell in one million cells. This allowed for the detection of 45 plasmids that were maintained for 32 days in the HEK 293 cells. Sequencing of selected inserts revealed a significantly higher thymine content in comparison to the human genome. Sequences with high A/T content have been associated with Scaffold/Matrix Attachment Region (S/MAR) sequences in mammalian cells. Therefore, association with the nuclear matrix might be required for the stability of plasmids in mammalian cells.

Phylogénomique des Archées

Les transferts horizontaux de gènes (THG) ont été démontrés pour jouer un rôle important dans l'évolution des procaryotes. Leur impact a été le sujet de débats intenses, ceux-ci allant même jusqu'à l'abandon de l'arbre des espèces. Selon certaines études, un signal historique dominant est présent chez les procaryotes, puisque les transmissions horizontales stables et fonctionnelles semblent beaucoup plus rares que les transmissions verticales (des dizaines contre des milliards). Cependant, l'effet cumulatif des THG est non-négligeable et peut potentiellement affecter l'inférence phylogénétique. Conséquemment, la plupart des chercheurs basent leurs inférences phylogénétiques sur un faible nombre de gènes rarement transférés, comme les protéines ribosomales. Ceux-ci n'accordent cependant pas autant d'importance au modèle d'évolution utilisé, même s'il a été démontré que celui-ci est important lorsqu'il est question de résoudre certaines divergences entre ancêtres d'espèces, comme pour les animaux par exemple. Dans ce mémoire, nous avons utilisé des simulations et analyser des jeux de données d'Archées afin d'étudier l'impact relatif des THG ainsi que l'impact des modèles d'évolution sur la précision phylogénétique. Nos simulations prouvent que (1) les THG ont un impact limité sur les phylogénies, considérant un taux de transferts réaliste et que (2) l'approche super-matrice est plus précise que l'approche super-arbre. Nous avons également observé que les modèles complexes expliquent non seulement mieux les données que les modèles standards, mais peuvent avoir un impact direct sur différents groupes phylogénétiques et sur la robustesse de l'arbre obtenu. Nos résultats contredisent une publication récente proposant que les Thaumarchaeota apparaissent à la base de l'arbre des Archées.

Implication de MEK1 et MEK2 dans l'initiation et la progression du cancer colorectal

Une dérégulation de la voie de signalisation Ras/Raf/MEK/ERK1/2 est observée dans plus de 30% des cancers et des mutations activatrices de RAS sont observées dans 30% à 50% des adénomes colorectaux. À la suite d’une analyse extensive de biopsies de tumeurs colorectales humaines par micromatrices tissulaires (TMA), nous avons observé que 44% des tissus cancéreux exprimaient MEK1/2 phosphorylés, contre 10% des tissus normaux. L'analyse des TMA a également révélé que 79% des tumeurs arboraient un marquage nucléaire de MEK1/2 phosphorylés, contre 4 % pour les tissus normaux. Bien que la voie MEK/ERK1/2 soit fréquemment activée dans les cancers, le rôle précis des isoformes de MEK1 et de MEK2 n'a jamais été clairement établie. De même, l'impact de cette localisation nucléaire aberrante de phospho-MEK1/2, dans l'initiation et la progression des cancers colorectaux, est inconnu. Lors d'un premier projet, nous avons démontré, que l’expression de MEK1 ou MEK2 activé est suffisante pour transformer in vitro des cellules intestinales épithéliales de rat (IEC-6). L'expression des mutants actifs de MEK1 ou MEK2 est suffisante pour induire une dérégulation de la prolifération cellulaire et engendrer la formation d'adénocarcinomes invasifs dans un modèle de greffe orthotopique du côlon chez la souris. Nous avons également démontré que l'inhibition de MEK2 par shRNA supprime complètement la prolifération des lignées humaines de cancer du côlon, alors que la suppression de MEK1 a peu d'effet sur la capacité de prolifération. Le deuxième projet, nous a permis d'observer que l'expression d'un mutant nucléaire de MEK1 dans les cellules IEC-6 transforme drastiquement les cellules. Une augmentation de prolifération, une résistance à l'anoikose, un dérèglement du cycle cellulaire, de l'instabilité chromosomique (CIN), de la tétra/aneuploïdie sont observés. La caractérisation des mécanismes responsables de cette localisation aberrante de MEK1/2 phosphorylés, a permis d'identifier la protéine Sef, un régulateur de la localisation cytoplasmique de MEK/ERK1/2. Nous avons démontré que l'expression d'une forme oncogénique de Ras (H-RasV12) inhibe l'expression de Sef, engendrant alors une accumulation nucléaire de MEK1/2 activés. Plus encore, la réexpression de Sef restaure la localisation cytoplasmique de MEK1/2 et renverse les propriétés tumorigéniques ainsi que l'aneuploïdie induite par Ras activé. Un troisième projet, visant la caractérisation des mécanismes associés à la CIN et à l'aneuploïde engendrés par l'activation aberrante de la voie de Ras-ERK1/2, a permis d'observer que l'hyperactivation de ERK1/2 induit des anomalies mitotiques menant à la binucléation. Une localisation erronée et une surexpression de la kinase Aurora A, de même que des protéines de passage du complexe chromosomique (CPC), Aurora B, Survivine et INCENP, sont observées. L'inhibition partielle de l'activation de ERK1/2 par de faible dose de PD184352, un inhibiteur de MEK1/2, est suffisante pour renverser la surexpression de ces régulateurs mitotiques, de même que corriger les anomalies de la mitose et réduire la tétra/aneuploïdie engendrée par Ras oncogénique. Ainsi, nous avons démontré, pour la première fois, que la voie des MAP kinases ERK1/2 est impliquée dans la CIN, la tétraploïdie et l'aneuploïdie. Nos résultats suggèrent que la perte de Sef est un événement oncogénique précoce, qui contribue à la localisation nucléaire aberrante de MEK1/2 qui est observée dans les tumeurs colorectales. Cette localisation anormale de MEK1/2 est associée à l'initiation de la transformation, la progression tumorale et la CIN, via l'activité soutenue de ERK1/2. Ces informations sont capitales et démontrent l’importance de la voie de signalisation Ras/Raf/MEK/ERK1/2 dans le processus de tumorigénèse colorectale.

Optimisation du vecteur adénoviral pour la thérapie génique de la dystrophie musculaire de Duchenne

La dystrophie musculaire de Duchenne (DMD) est une maladie très sévère, progressive et sans traitement vraiment efficace. Elle est caractérisée par l’absence fonctionnelle de la dystrophine, une protéine essentielle au maintien des muscles squelettiques. La thérapie génique est actuellement envisagée comme approche thérapeutique pour livrer la dystrophine dans les muscles. Les vecteurs adénoviraux de troisième génération (Helper-dependent adenoviral vector, HD) sont des véhicules de transfert génique très prometteurs pour traiter la DMD. Puisque les gènes adénoviraux ont été enlevés complètement du HD, ils sont peu toxiques, faiblement immunogéniques et ils possèdent un espace cargo suffisant pour transporter l’ADN codant complet de la dystrophine. Bien que le HD puisse fournir la dystrophine de façon thérapeutique chez des souris dystrophiques (mdx), l’expression du gène thérapeutique est progressivement perdue plusieurs mois suivant l’injection intramusculaire. Deux stratégies innovantes furent explorées dans cette thèse dans le but de stabiliser l’expression de la dystrophine. La première stratégie vise à l’intégration de l’ADN du HD dans les chromosomes cellulaires, ce qui pourrait le protéger contre son élimination progressive des muscles. Une intégrase site-spécifique issue du phage ΦC31 a été utilisée pour catalyser l’intégration d’un HD transportant un marqueur de sélection. Dans les cellules humaines et les myoblastes murins, l’activité de l’intégrase a été évaluée d’après son efficacité d’intégration (après sélection) et sa spécificité (dans les clones résistants). L’efficacité atteint jusqu’à 0,5 % par cellule et jusqu’à 76 % des événements d’intégration ont été réalisés de façon site-spécifique. Bien que des délétions aient été trouvées aux extrémités du vecteur, 70 % des clones analysés montraient une seule copie du vecteur intégré (le nombre attendu). Seulement une petite augmentation du nombre de brisures double-brin a été mesurée dans les myoblastes exprimant l’intégrase. En conclusion, l’intégration du HD est relativement efficace, spécifique et sécuritaire. Cette méthode est très prometteuse, car la dystrophine peut être livrée dans le muscle avec l’aide du HD et l’intégration de l’ADN du HD pourrait stabiliser son expression in vivo. La deuxième stratégie implique l’utilisation d’un nouveau promoteur musculospécifique (ΔUSEx3) pour réduire la toxicité induite liée à une expression trop étendue de la dystrophine. Dans cette étude, nous avons investigué l’effet du contexte viral sur l’activité du promoteur. Un HD et un vecteur lentiviral (LV) ont été construits avec le promoteur ΔUSEx3 pour contrôler l’expression d’un gène rapporteur. Les résultats démontrent que ΔUSEx3 confère une expression puissante, musculospécifique et stable (via le LV) in vitro. L’injection intramusculaire du HD a conduit à une expression puissante du transgène. Ces résultats contrastent avec ceux du LV, car après l’injection de ce dernier, l’expression était faible. La livraison du HD dans le muscle, mais aussi dans plusieurs organes démontre la musculospécificité de ΔUSEx3. Par conséquent, le contexte du vecteur et l’environnement musculaire modulent tous les deux l’activité de ΔUSEx3. Bien que ΔUSEx3 soit musculospécifique, d’autres études sont requises pour déterminer si le promoteur peut stabiliser l’expression de la dystrophine in vivo.

La recherche sur le transfert des connaissances en santé publique dans les pays à faible revenu : une synthèse exploratoire

Essai doctoral présenté à la Faculté des études supérieures en vue de l’obtention du doctorat clinique en psychologie (D.Psy)

La génomique évolutive mitochondriale révèle des échanges génétiques et la ségrégation chez les Gloméromycètes

Les champignons mycorhiziens à arbuscules (CMA) sont des organismes microscopiques du sol qui jouent un rôle crucial dans les écosystèmes naturels et que l’on retrouve dans tous les habitats de la planète. Ils vivent en relation symbiotique avec la vaste majorité des plantes terrestres. Ils sont des biotrophes obligatoires, c'est-à-dire qu'ils ne peuvent croître qu'en présence d'une plante hôte. Cette symbiose permet entre autres à la plante d'acquérir des nutriments supplémentaires, en particulier du phosphore et du nitrate. Malgré le fait que cette symbiose apporte des services importants aux écosystèmes, la richesse des espèces, la structure des communautés, ainsi que la diversité fonctionnelle des CMA sont mal connues et l'approfondissement des connaissances dans ces domaines dépend d’outils de diagnostic moléculaire. Cependant, la présence de polymorphisme nucléaire intra-isolat combiné à un manque de données génomiques dans différents groupes phylogénétique de ces champignons complique le développement de marqueurs moléculaires et la détermination de l'affiliation évolutive à hauts niveaux de résolution (c.a.d. entre espèces génétiquement similaires et/ou isolats de la même espèce). . Pour ces raisons, il semble une bonne alternative d’utiliser un système génétique différent en ciblant le génome mitochondrial, qui a été démontré homogène au sein d'un même isolat de CMA. Cependant, étant donné le mode de vie particulier de ces organismes, une meilleure compréhension des processus évolutifs mitochondriaux est nécessaire afin de valoriser l'utilisation de tels marqueurs dans des études de diversité et en génétique des populations. En ce sens, mon projet de doctorat consistait à investiguerétudier: i) les vecteurs de divergences inter-isolats et -espèces génétiquement rapprochéesphylogénétiquement apparentées, ii) la plasticité des génomes mitochondriaux, iii) l'héritabilité mitochondriale et les mécanismes potentiels de ségrégation, ainsi que iv) la diversité mitochondriale intra-isolat in situ. À l'aide de la génomique mitochondriale comparative, en utilisant le séquençage nouvelle génération, on a démontré la présence de variation génétique substantielle inter-isolats et -espèces, engendrées par l'invasion d'éléments mobiles dans les génomes mitochondriaux des CMA, donnant lieu à une évolution moléculaire rapide des régions intergéniques. Cette variation permettait de développer des marqueurs spécifiques à des isolats de la même espèce. Ensuite, à l'aide d'une approche analytique par réseaux de gènes sur des éléments mobiles, on a été en mesure de démontrer des évènements de recombinaisons homologues entre des haplotypes mitochondriaux distincts, menant à des réarrangements génomiques. Cela a permis d'ouvrir les perspectives sur la dynamique mitochondriale et l'hétéroplasmie dans un même isolatsuggère une coexistence de différents haplotypes mitochondriaux dans les populations naturelles et que les cultures monosporales pourraient induirent une sous-estimation de la diversité allélique mitochondriale. Cette apparente contradiction avec l'homogénéité mitochondriale intra-isolat généralement observée, a amené à investiguer étudier les échanges génétiques à l'aide de croisements d'isolats génétiquement distincts. Malgré l'observation de quelques spores filles hétéroplasmiques, l'homoplasmie était le statut par défaut dans toutes les cultures monosporales, avec un biais en faveur de l'un des haplotypes parentaux. Ces résultats suggèrent que la ségrégation opère durant la formation de la spore et/ou le développement de la coloniedu mycélium. De plus, ils supportent la présence d'une machinerie protéique de ségrégation mitochondriale chez les CMAAMF, où l'ensemble des gènes impliqués dans ce mécanisme ont été retrouvé et sont orthologues aux autres champignons. Finalement, on est revenue aux sources avecon a étudié le polymorphisme mitochondrial intra-isolat à l'aide d'une approche conventionnelle de PCR en utilisant une Taq polymérase de haute fidélité, suivie de clonage et de séquençage Sanger, sur deux isolats de R. irregularis. Cela a permis l'observation d'hétéroplasmie in situ, ainsi que la co-expression de variantes de variantes de protéines'ARNm dans une souche in vitro. Les résultats suggèrent que d'autres études basées sur le séquençage nouvelle génération aurait potentiellement ignorée cette variation, offrant ainsi plusieurs nouveaux arguments permettant de considérer les CMA comme des organismes possédant une population de génomes mitochondriaux et nucléaires distincts.

Production of Alkaline Protease by Free and Immobilised Cells of VIBRIO sp. Under Different Fermentation Systems and Its Application on Deproteinisation of Prawn Shell Waste for Chitin Recovery

This thesis presents a detailed account of a cost - effective approach towards enhanced production of alkaline protease at profitable levels using different fermentation designs employing cheap agro-industrial residues. It involves the optimisation of process parameters for the production of a thermostable alkaline protease by Vibrio sp. V26 under solid state, submerged and biphasic fermentations, production of the enzyme using cell immobilisation technology and the application of the crude enzyme on the deproteinisation of crustacean waste.The present investigation suggests an economic move towards Improved production of alkaline protease at gainful altitudes employing different fermentation designs utilising inexpensive agro-industrial residues. Moreover, the use of agro-industrial and other solid waste substrates for fermentation helps to provide a substitute in conserving the already dwindling global energy resources. Another alternative for accomplishing economically feasible production is by the use of immobilisation technique. This method avoids the wasteful expense of continually growing microorganisms. The high protease producing potential of the organism under study ascertains their exploitation in the utilisation and management of wastes. However, strain improvement studies for the production of high yielding variants using mutagens or by gene transfer are required before recommending them to Industries.Industries, all over the world, have made several attempts to exploit the microbial diversity of this planet. For sustainable development, it is essential to discover, develop and defend this natural prosperity. The Industrial development of any country is critically dependent on the intellectual and financial investment in this area. The need of the hour is to harness the beneficial uses of microbes for maximum utilisation of natural resources and technological yields. Owing to the multitude of applications in a variety of industrial sectors, there has always been an increasing demand for novel producers and resources of alkaline proteases as well as for innovative methods of production at a commercial altitude. This investigation forms a humble endeavour towards this perspective and bequeaths hope and inspiration for inventions to follow.

Studies on isolation and molecular characterization of plasmids from Vibrios

While the seriousness of the problem of antibiotic resistance is now recognized, the complex web of resistance linking humans, animals, and the environment is getting realized. More often, antibiotics are used as a preventive measure against diseases. Antibiotic use for agriculture leads to the increased resistance in the environment since antibiotics are inevitable element during agriculture/aquaculture and antibiotic residues are excreted as waste that is frequently spread onto farmland as organic fertilizer. Fecal bacteria survive long periods in the environment and spread through runoff into groundwater, rivers, and marine ecosystems.However, horizontal gene transfer occurs in the animals and guts of humans and in a variety of ecosystems, creating a pool of resistance in the rice fields and open waters. Even if people are not in direct contact with resistant disease through food animals, there are chances of contact with resistant fecal pathogens from the environment. Additionally, pathogens that are autochthonous to the environment can acquire resistance genes from the environment. Our study revealed that autochthonous , bacteria Vibrio spp gained antibiotic resistance in the environment. Further, it was evident that horizontal gene transfer occurs in Vibrio by means of plasmids, which further augments the gravity of the problem. Non-pathogenic bacteria may also acquire resistance genes and serve as a continuing source of resistance for other bacteria, both in the environment, and in the human gut. As the effectiveness of antibiotics for medical applications decline, the indiscriminate use of in aquaculture and in humans can have disastrous conditions in future due to horizontal gene transfer and the spread of resistant organisms: We must recognize and deal with the threat posed by overuse of antibiotics.

Studies on Ribotyping, Integron Genes and Pathogenicity of Marine Vibrios

A rare horizontal gene transfer event could be traced. The movement of the SXT element among the Vibrionaceae could be followed. This element was first reported from Vibrio cholerae and in this study the same could be confirmed in Vibrio alginolyticus. Events such as these, which take place with respect to other virulence/virulence associated genes, may lead to the emergence of pathogenic strains from hitherto non-pathogens or may even give rise to new pathogens. The results generated in the course of this study paves way for further characterization and detailed study, especially with respect to those strains which showed gastric fluid accumulation in the in vivo suckling mouse assay. Antibiotic resistance pattern shown by a sample population of Vibrios can be used for deciding treatment options. There is enough scope for further research on these topics towards generating basic knowledge, which can be of immense significance in human and aquaculture health.

“Development of lymphoid cell culture system from Penaeus monodon and molecular approaches for its transformation

Unveiling the molecular and regulatory mechanisms that prevent in vitro transformation in shrimp remains elusive in the development of continuous cell lines, with an arduous history of over 25 years (Jayesh et al., 2012). Despite presenting challenges to researchers in developing a cell line, the billion dollar aquaculture industry is under viral threat. In addition, the regulatory mechanisms that prevent in vitro transformation and carcinoma in shrimps might provide new leads for the development of anti-ageing and anti-cancer interventions in human (Vogt, 2011) and in higher vertebrates. This highlights the importance of developing shrimp cell lines, to bring out effective prophylactics against shrimp viruses and for understanding the mechanism that induce cancer and ageing in human.. Advances in molecular biology and various gene transfer technologies for immortalization of cells have resulted in the development of hundreds of cell lines from insects and mammals, but yet not a single cell line has been developed from shrimp and other marine invertebrates. With this backdrop, the research described in this thesis attempted to develop molecular tools for induced in vitro transformation in lymphoid cells from Penaeus monodon and for the development of continuous cell lines using conventional and novel technologies to address the problems at cellular and molecular level.

Establishment of Shrimp Cell Lines: Perception and Orientation

Development of continuous shrimp cell lines for effective investigation on shrimp viruses remains elusive with an arduous history of over 25 years. Despite presenting challenges to researchers in developing a cell line, the billion dollar aquaculture industry is under viral threat. Advances in molecular biology and various gene transfer technologies for immortalization of cells have resulted in the development of hundreds of cell lines from insects and mammals, but yet not a single cell line has been developed from shrimp and other marine invertebrates. Though improved growth and longevity of shrimp cells in vitro could be achieved by using modified growth media this did not make any leap to spontaneous transformation; probably due to the fact that shrimp cells inhibited neoplastic transformations. Oncogenic induction and immortalization are considered as the possible ways, and an exclusive medium for shrimp cell culture and an appropriate mode of transformation are crucial. In this review status of shrimp cell line development and its future orientation are discussed

Characterization and Pathogenicity of Vibrio cholerae and Vibrio vulnificus from Marine environments

The genus Vibrioof the family Vibrionaceae are Gram negative, oxidasepositive, rod- or curved- rodshaped facultative anaerobes, widespread in marine and estuarine environments. Vibrio species are opportunistic human pathogens responsible for diarrhoeal disease, gastroenteritis, septicaemia and wound infections and are also pathogens of aquatic organisms, causing infections to crustaceans, bivalves and fishes. In the present study, marine environmental samples like seafood and water and sediment samples from aquafarms and mangroves were screened for the presence of Vibrio species. Of the134 isolates obtained from the various samples, 45 were segregated to the genus Vibrio on the basis of phenotypic characterization.like Gram staining, oxidase test, MoF test and salinity tolerance. Partial 16S rDNA sequence analysis was utilized for species level identification of the isolates and the strains were identified as V. cholerae(N=21), V. vulnificus(N=18), V. parahaemolyticus(N=3), V. alginolyticus (N=2) and V. azureus (N=1). The genetic relatedness and variations among the 45 Vibrio isolates were elucidated based on 16S rDNA sequences. Phenotypic characterization of the isolates was based on their response to 12 biochemical tests namely Voges-Proskauers’s (VP test), arginine dihydrolase , tolerance to 3% NaCl test, ONPG test that detects β-galactosidase activity, and tests for utilization of citrate, ornithine, mannitol, arabinose, sucrose, glucose, salicin and cellobiose. The isolates exhibited diverse biochemical patterns, some specific for the species and others indicative of their environmental source.Antibiogram for the isolates was determined subsequent to testing their susceptibility to 12 antibiotics by the disc diffusion method. Varying degrees of resistance to gentamycin (2.22%), ampicillin(62.22%), nalidixic acid (4.44%), vancomycin (86.66), cefixime (17.77%), rifampicin (20%), tetracycline (42.22%) and chloramphenicol (2.22%) was exhibited. All the isolates were susceptible to streptomycin, co-trimoxazole, trimethoprim and azithromycin. Isolates from all the three marine environments exhibited multiple antibiotic resistance, with high MAR index value. The molecular typing methods such as ERIC PCR and BOX PCR revealed intraspecies relatedness and genetic heterogeneity within the environmental isolatesof V. cholerae and V. vulnificus. The 21 strains of V. choleraewere serogroupedas non O1/ non O139 by screening for the presence O1rfb and O139 rfb marker genes by PCR. The virulence/virulence associated genes namely ctxA, ctxB, ace, VPI, hlyA, ompU, rtxA, toxR, zot, nagst, tcpA, nin and nanwere screened in V. cholerae and V. vulnificusstrains.The V. vulnificusstrains were also screened for three species specific genes viz., cps, vvhand viu. In V. cholerae strains, the virulence associated genes like VPI, hlyA, rtxA, ompU and toxR were confirmed by PCR. All the isolates, except for strain BTOS6, harbored at least one or a combination of the tested genes and V. choleraestrain BTPR5 isolated from prawn hosted the highest number of virulence associated genes. Among the V. vulnificusstrains, only 3 virulence genes, VPI, toxR and cps, were confirmed out of the 16 tested and only 7 of the isolates had these genes in one or more combinations. Strain BTPS6 from aquafarm and strain BTVE4 from mangrove samples yielded positive amplification for the three genes. The toxRgene from 9 strains of V. choleraeand 3 strains of V. vulnificus were cloned and sequenced for phylogenetic analysis based on nucleotide and the amino acid sequences. Multiple sequence alignment of the nucleotide sequences and amino acid sequences of the environmental strains of V. choleraerevealed that the toxRgene in the environmental strains are 100% homologous to themselves and to the V. choleraetoxR gene sequence available in the Genbank database. The 3 strains of V. vulnificus displayed high nucleotide and amino acid sequence similarity among themselves and to the sequences of V. cholerae and V. harveyi obtained from the GenBank database, but exhibited only 72% homology to the sequences of its close relative V. vulnificus. Structure prediction of the ToxR protein of Vibrio cholerae strain BTMA5 was by PHYRE2 software. The deduced amino acid sequence showed maximum resemblance with the structure of DNA-binding domain of response regulator2 from Escherichia coli k-12 Template based homology modelling in PHYRE2 successfully modelled the predicted protein and its secondary structure based on protein data bank (PDB) template c3zq7A. The pathogenicity studies were performed using the nematode Caenorhabditiselegansas a model system. The assessment of pathogenicity of environmental strain of V. choleraewas conducted with E. coli strain OP50 as the food source in control plates, environmental V. cholerae strain BTOS6, negative for all tested virulence genes, to check for the suitability of Vibrio sp. as a food source for the nematode;V. cholerae Co 366 ElTor, a clinical pathogenic strain and V. cholerae strain BTPR5 from seafood (Prawn) and positive for the tested virulence genes like VPI, hlyA, ompU,rtxA and toxR. It was found that V. cholerae strain BTOS6 could serve as a food source in place of E. coli strain OP50 but behavioral aberrations like sluggish movement and lawn avoidance and morphological abnormalities like pharyngeal and intestinal distensions and bagging were exhibited by the worms fed on V. cholerae Co 366 ElTor strain and environmental BTPR5 indicating their pathogenicity to the nematode. Assessment of pathogenicity of the environmental strains of V. vulnificus was performed with V. vulnificus strain BTPS6 which tested positive for 3 virulence genes, namely, cps, toxRand VPI, and V. vulnificus strain BTMM7 that did not possess any of the tested virulence genes. A reduction was observed in the life span of worms fed on environmental strain of V. vulnificusBTMM7 rather than on the ordinary laboratory food source, E. coli OP50. Behavioral abnormalities like sluggish movement, lawn avoidance and bagging were also observed in the worms fed with strain BTPS6, but the pharynx and the intestine were intact. The presence of multi drug resistant environmental Vibrio strainsthat constitute a major reservoir of diverse virulence genes are to be dealt with caution as they play a decisive role in pathogenicity and horizontal gene transfer in the marine environments.

Molecular Epidemiology of Escherichia coli isolates from Environmental, Food and Clinical Sources

In the present study diversity of E. coli in the water samples of Cochin estuary were studied for a period of 3 years ranging from January 2010- December 2012. The stations were selected based on the closeness to satellite townships and waste input. Two of the stations (Chitoor and Thevara) were fixed upstream, two in the central part of the estuary namely Bolgatty and Off Marine Science Jetty, and one at the Barmouth. Diversity was assessed in terms of serotypes, phylogenetic groups and genotypes. Two groups of seafood samples such as fish and shellfish collected from the Cochin estuary were used for isolation of E. coli. One hundred clinical E. coli isolates were collected from one public health centre, one hospital and five medical labs in and around Cochin City, Kerala. From our results it was clear that pathogen cycling is occurring through food, water and clinical sources. Pathogen cycling through food is very common and fish and shellfish that harbour these strains might pose potential health risk to consumer. Estuarine environment is a melting pot for various kinds of wastes, both organic and inorganic. Mixing up of waste water from various sources such as domestic, industries, hospitals and sewage released into these water bodies resulting in the co-existence of E. coli from various sources thus offering a conducive environment for horizontal gene transfer. Opportunistic pathogens might acquire genes for drug resistance and virulence turning them to potential pathogens. Prevalence of ExPEC in the Cochin estuary, pose threat to people who use this water for fishing and recreation. Food chain also plays an important role in the transit of virulence genes from the environments to the human. Antibiotic resistant E. coli are widespread in estuarine water, seafood and clinical samples, for reasons well known such as indiscriminate use of antibiotics in animal production systems, aquaculture and human medicine. Since the waste water from these sources entering the estuary provides selection pressure to drug resistant mutants in the environment. It is high time that the authorities concerned should put systems in place for monitoring and enforcement to curb such activities. Microbial contamination can limit people’s enjoyment of coastal waters for contact recreation or shellfish-gathering. E. coli can make people sick if they are present in high levels in water used for contact recreation or shellfish gathering. When feeding, shellfish can filter large volumes of seawater, so any microorganisms present in the water become accumulated and concentrated in the shellfish flesh. If E. coli contaminated shellfish are consumed the impact to human health includes gastroenteritis, urinary tract infections (UTIs), and bacteraemia. In conclusion, the high prevalence of various pathogenic serotypes and phylogenetic groups, multidrug-resistance, and virulence factor genes detected among E. coli isolates from stations close to Cochin city is a matter of concern, since there is a large reservoir of antibiotic resistance genes and virulence traits within the community, and that the resistance genes and plasmid-encoded genes for virulence were easily transferable to other strains. Given the severity of the clinical manifestations of the disease in humans and the inability and/or the potential risks of antibiotic administration for treatment, it appears that the most direct and effective measure towards prevention of STEC and ExPEC infections in humans and ensuring public health may be considered as a priority.