Facilitated diffusion of fructose via the phosphoenolpyruvate/glucose phosphotransferase system of Escherichia coli

From mutants of Escherichia coli unable to utilize fructose via the phosphoenolpyruvate/glycose phosphotransferase system (PTS), further mutants were selected that grow on fructose as the sole carbon source, albeit with relatively low affinity for that hexose (Km for growth ≈8 mM but with Vmax for generation time ≈1 h 10 min); the fructose thus taken into the cells is phosphorylated to fructose 6-phosphate by ATP and a cytosolic fructo(manno)kinase (Mak). The gene effecting the translocation of fructose was identified by Hfr-mediated conjugations and by phage-mediated transduction as specifying an isoform of the membrane-spanning enzyme IIGlc of the PTS, which we designate ptsG-F. Exconjugants that had acquired ptsG+ from Hfr strains used for mapping (designated ptsG-I) grew very poorly on fructose (Vmax ≈7 h 20 min), even though they were rich in Mak activity. A mutant of E. coli also rich in Mak but unable to grow on glucose by virtue of transposon-mediated inactivations both of ptsG and of the genes specifying enzyme IIMan (manXYZ) was restored to growth on glucose by plasmids containing either ptsG-F or ptsG-I, but only the former restored growth on fructose. Sequence analysis showed that the difference between these two forms of ptsG, which was reflected also by differences in the rates at which they translocated mannose and glucose analogs such as methyl α-glucoside and 2-deoxyglucose, resided in a substitution of G in ptsG-I by T in ptsG-F in the first position of codon 12, with consequent replacement of valine by phenylalanine in the deduced amino acid sequence.

Yeast and human genes that affect the Escherichia coli SOS response

The sequencing of the human genome has led to the identification of many genes whose functions remain to be determined. Because of conservation of genetic function, microbial systems have often been used for identification and characterization of human genes. We have investigated the use of the Escherichia coli SOS induction assay as a screen for yeast and human genes that might play a role in DNA metabolism and/or in genome stability. The SOS system has previously been used to analyze bacterial and viral genes that directly modify DNA. An initial screen of meiotically expressed yeast genes revealed several genes associated with chromosome metabolism (e.g., RAD51 and HHT1 as well as others). The SOS induction assay was then extended to the isolation of human genes. Several known human genes involved in DNA metabolism, such as the Ku70 end-binding protein and DNA ligase IV, were identified, as well as a large number of previously unknown genes. Thus, the SOS assay can be used to identify and characterize human genes, many of which may participate in chromosome metabolism.

Microbial iron transport via a siderophore shuttle: A membrane ion transport paradigm

A mechanism of ion transport across membranes is reported. Microbial transport of Fe3+ generally delivers iron, a growth-limiting nutrient, to cells via highly specific siderophore-mediated transport systems. In contrast, iron transport in the fresh water bacterium Aeromonas hydrophila is found to occur by means of an indiscriminant siderophore transport system composed of a single multifunctional receptor. It is shown that (i) the siderophore and Fe3+ enter the bacterium together, (ii) a ligand exchange step occurs in the course of the transport, and (iii) a redox process is not involved in iron exchange. To the best of our knowledge, there have been no other reports of a ligand exchange mechanism in bacterial iron transport. The ligand exchange step occurs at the cell surface and involves the exchange of iron from a ferric siderophore to an iron-free siderophore already bound to the receptor. This ligand exchange mechanism is also found in Escherichia coli and seems likely to be widely distributed among microorganisms.

Measuring the forces involved in polyvalent adhesion of uropathogenic Escherichia coli to mannose-presenting surfaces

Mechanisms of bacterial pathogenesis have become an increasingly important subject as pathogens have become increasingly resistant to current antibiotics. The adhesion of microorganisms to the surface of host tissue is often a first step in pathogenesis and is a plausible target for new antiinfective agents. Examination of bacterial adhesion has been difficult both because it is polyvalent and because bacterial adhesins often recognize more than one type of cell-surface molecule. This paper describes an experimental procedure that measures the forces of adhesion resulting from the interaction of uropathogenic Escherichia coli to molecularly well defined models of cellular surfaces. This procedure uses self-assembled monolayers (SAMs) to model the surface of epithelial cells and optical tweezers to manipulate the bacteria. Optical tweezers orient the bacteria relative to the surface and, thus, limit the number of points of attachment (that is, the valency of attachment). Using this combination, it was possible to quantify the force required to break a single interaction between pilus and mannose groups linked to the SAM. These results demonstrate the deconvolution and characterization of complicated events in microbial adhesion in terms of specific molecular interactions. They also suggest that the combination of optical tweezers and appropriately functionalized SAMs is a uniquely synergistic system with which to study polyvalent adhesion of bacteria to biologically relevant surfaces and with which to screen for inhibitors of this adhesion.

Prediction of operons in microbial genomes

Operon structure is an important organization feature of bacterial genomes. Many sets of genes occur in the same order on multiple genomes; these conserved gene groupings represent candidate operons. This study describes a computational method to estimate the likelihood that such conserved gene sets form operons. The method was used to analyze 34 bacterial and archaeal genomes, and yielded more than 7600 pairs of genes that are highly likely (P ≥ 0.98) to belong to the same operon. The sensitivity of our method is 30–50% for the Escherichia coli genome. The predicted gene pairs are available from our World Wide Web site http://www.tigr.org/tigr-scripts/operons/operons.cgi.

Exploitation of host cells by enteropathogenic Escherichia coli

Microbial pathogens have evolved many ingenious ways to infect their hosts and cause disease, including the subversion and exploitation of target host cells. One such subversive microbe is enteropathogenic Escherichia coli (EPEC). A major cause of infantile diarrhea in developing countries, EPEC poses a significant health threat to children worldwide. Central to EPEC-mediated disease is its colonization of the intestinal epithelium. After initial adherence, EPEC causes the localized effacement of microvilli and intimately attaches to the host cell surface, forming characteristic attaching and effacing (A/E) lesions. Considered the prototype for a family of A/E lesion-causing bacteria, recent in vitro studies of EPEC have revolutionized our understanding of how these pathogens infect their hosts and cause disease. Intimate attachment requires the type III-mediated secretion of bacterial proteins, several of which are translocated directly into the infected cell, including the bacteria's own receptor (Tir). Binding to this membrane-bound, pathogen-derived protein permits EPEC to intimately attach to mammalian cells. The translocated EPEC proteins also activate signaling pathways within the underlying cell, causing the reorganization of the host actin cytoskeleton and the formation of pedestal-like structures beneath the adherent bacteria. This review explores what is known about EPEC's subversion of mammalian cell functions and how this knowledge has provided novel insights into bacterial pathogenesis and microbe-host interactions. Future studies of A/E pathogens in animal models should provide further insights into how EPEC exploits not only epithelial cells but other host cells, including those of the immune system, to cause diarrheal disease.

Inhibition of Escherichia coli viability by external guide sequences complementary to two essential genes

Narrow spectrum antimicrobial activity has been designed to reduce the expression of two essential genes, one coding for the protein subunit of RNase P (C5 protein) and one for gyrase (gyrase A). In both cases, external guide sequences (EGS) have been designed to complex with either mRNA. Using the EGS technology, the level of microbial viability is reduced to less than 10% of the wild-type strain. The EGSs are additive when used together and depend on the number of nucleotides paired when attacking gyrase A mRNA. In the case of gyrase A, three nucleotides unpaired out of a 15-mer EGS still favor complete inhibition by the EGS but five unpaired nucleotides do not.

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.

Nucleator-dependent intercellular assembly of adhesive curli organelles in Escherichia coli.

Bacterial adhesion to other bacteria, to eukaryotic cells, and to extracellular matrix proteins is frequently mediated by cell surface-associated polymers (fimbriae) consisting of one or more subunit proteins. We have found that polymerization of curlin to fimbriae-like structures (curli) on the surface of Escherichia coli markedly differs from the prevailing model for fimbrial assembly in that it occurs extracellularly through a self-assembly process depending on a specific nucleator protein. The cell surface-bound nucleator primes the polymerization of curlin secreted by the nucleator-presenting cell or by adjacent cells. The addition of monomers to the growing filament seems to be driven by mass action and guided only by the diffusion gradient between the source of secreted monomer and the surface of monomer condensation.

Three-dimensional tracking of motile bacteria near a solid planar surface.

Knowing how motile bacteria move near and along a solid surface is crucial to understanding such diverse phenomena as the migration of infectious bacteria along a catheter, biofilm growth, and the movement of bacteria through the pore spaces of saturated soil, a critical step in the in situ bioremediation of contaminated aquifers. In this study, a tracking microscope is used to record the three-dimensional motion of Escherichia coli near a planar glass surface. Data from the tracking microscope are analyzed to quantify the effects of bacteria-surface interactions on the swimming behavior of bacteria. The speed of cells approaching the surface is found to decrease in agreement with the mathematical model of Ramia et al. [Ramia, M., Tullock, D. L. & Phan-Tien, N. (1993) Biophys J. 65,755-778], which represents the bacteria as spheres with a single polar flagellum rotating at a constant rate. The tendency of cells to swim adjacent to the surface is shown in computer-generated reproductions of cell traces. The attractive interaction potential between the cells and the solid surface is offered as one of several possible explanations for this tendency.

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.

Analyse de la distribution d'Escherichia coli, utilisée comme un marqueur microbiologique, dans un réseau de production porcin

La présence d’Escherichia coli pathogènes en élevages porcins entraine des retards de croissance et la mortalité. La transmission des E. coli pathogènes entre les élevages et l'abattoir d’un même réseau de production n'est pas bien décrite. La détection des gènes de virulence des E. coli pathogènes pourrait permettre d’identifier un marqueur de contamination dans le réseau. L’objectif de cette étude a été d’identifier un marqueur de contamination E. coli dans un réseau de production porcine défini afin de décrire certains modes de transmission des E. coli pathogènes. Pour ce faire, une région géographique comprenant 10 fermes d’engraissement, un abattoir et un réseau de transport a été sélectionnée. Trois lots de production consécutifs par ferme ont été suivis pendant 12 mois. Des échantillons environnementaux ont été prélevés à l’intérieur et à l’extérieur des fermes (3 visites d’élevage), dans la cour de l’abattoir (2 visites lors de sorties de lot) et sur le camion de transport. La détection des gènes de virulence (eltB, estA, estB, faeG, stxA, stx2A, eae, cnf, papC, iucD, tsh, fedA) dans les échantillons a été réalisée par PCR multiplexe conventionnelle. La distribution temporelle et spatiale des gènes de virulence a permis d’identifier le marqueur de contamination ETEC/F4 défini par la détection d’au moins un gène d’entérotoxine ETEC (estB, estA et eltB) en combinaison avec le gène de l’adhésine fimbriaire (faeG). La distribution des échantillons positifs ETEC/F4 qualifie la cour de l’abattoir comme un réservoir de contamination fréquenté par les transporteurs, vecteurs de contamination entre les élevages. Ceci suggère le lien microbiologique entre l’élevage, les transporteurs et l’abattoir jouant chacun un rôle dans la dissémination des microorganismes pathogènes et potentiellement zoonotiques en production porcine.

Enrichment of nitrifying microbial communities from shrimp farms and commercial inocula

Nitrifying bacteria were selected from shrimp farm water and sediment (natural seed) in Thailand and from commercial seed cultures. The microbial consortia from each source giving the best ammonia removal during batch culture pre-enrichments were used as inocula for two sequencing batch reactors (SBRs). Nitrifiers were cultivated in the SBRs with 100 mg NH4-N/I and artificial wastewater containing 25 ppt salinity. The two SBRs were operated at a 7 d hydraulic retention time (HRT) for 77 d after which the HRT was reduced to 3.5 d. The amounts of ammonia removed from the influent by microorganisms sourced from the natural seed were 85% and 92% for the 7 d HIRT and the 3.5 d HRT, respectively. The ammonia removals of microbial consortia from the commercial seed were 71% and 83% for these HRTs respectively. The quantity of ammonia-oxidizing bacteria (AOB) and nitrite-oxidizing bacteria (NOB) was determined in the SBRs using the most probable number (MPN) technique. Both AOB and NOB increased in number over the long-term operation of both SBRs. According to quantitative fluorescence in situ hybridisation (FISH) probing, AOB from the natural seed and commercial seed comprised 21 +/- 2% and 30 +/- 2%, respectively of all bacteria. NOB could not be detected with currently-reported FISH probes, suggesting that novel NOB were enriched from both sources. Taken collectively, the results from this study provide an indication that the nitrifiers from shrimp farm sources are more effective at ammonia removal than those from commercial seed cultures.

The prevalence and concentration of Escherichia coli O157 in faeces of cattle from different production systems at slaughter

Aims: To determine the prevalence and concentration of Escherichia coli O157 shed in faeces at slaughter, by beef cattle from different production systems. Methods and Results: Faecal samples were collected from grass-fed (pasture) and lot-fed (feedlot) cattle at slaughter and tested for the presence of E. coli O157 using automated immunomagnetic separation (AIMS). Escherichia coli O157 was enumerated in positive samples using the most probable number (MPN) technique and AIMS and total E. coli were enumerated using Petrifilm. A total of 310 faecal samples were tested (155 from each group). The geometric mean count of total E. coli was 5 x 10(5) and 2.5 x 10(5) CFU g(-1) for lot- and grass-fed cattle, respectively. Escherichia coli O157 was isolated from 13% of faeces with no significant difference between grass-fed (10%) and lot-fed cattle (15%). The numbers of E. coli O157 in cattle faeces varied from undetectable (