Identification and characterization of novel virulence factors from the swine pathogen and zoonotic agent streptococcus suis

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Caractérisation et délétion de tous les systèmes d'adhésion connus de Salmonella enterica sérovar Typhi

Les fimbriae sont des structures protéiques extracellulaires retrouvées chez une vaste diversité de bactéries. Ces structures ont fait l’objet de nombreuses études et sont maintenant reconnus pour leur implication dans l’adhésion et l’invasion aux cellules eucaryotes, mais aussi dans la production de biofilms. Ils sont groupés selon leur voie de sécrétion. Certains utilisent une machinerie spécifique et individuelle, c’est le cas des pili de type IV, tandis que d’autres utilisent la voie de sécrétion générale suivit d’une voie spécifique telle que la voie du chaperon-placier (« Chaperon Usher Pathway ») (fimbriae CUP) ou la voie de nucléation précipitation (« nucleation precipitation pathway ») (Curli). Malgré toutes les connaissances actuelles concernant les fimbriae, très peu d’informations sont disponibles quant aux fimbriae de Salmonella enterica sérovar Typhi (S. Typhi). Ce pathogène unique à l’homme est l’agent étiologique de la fièvre typhoïde. Puisque les fimbriae sont reconnus pour être impliqués dans l’adaptation à l’hôte, nous avons décidé d’étudier davantage l’arsenal fimbriaire de S. Typhi, dans l’espoir d’identifier des facteurs de virulence uniques à S. Typhi et impliqués dans la ségrégation de l’hôte. La souche S. Typhi ISP1820 possède 14 opérons codant pour des systèmes d’adhésion, mais plusieurs contiennent des pseudogènes et leur expression n’a jamais été observée in vitro. Afin d’étudier les systèmes d’adhésion de S. Typhi, nous avons supprimé chaque opéron du génome individuellement et cumulativement à l’aide une technique de mutagénèse par échange allélique. Ainsi, nous avons testé chaque mutant individuel et la souche mutante pour tous les systèmes d’adhésion dans plusieurs essais tels que des infections de cellules épithéliales et de macrophages, de mobilité et de formation de biofilm. Nous avons aussi évalué l’expression des fimbriae lors de différentes conditions de croissance en laboratoire par RT-PCR. Tous les tests réalisés nous ont permis de découvrir que plusieurs opérons fimbriaires de S. Typhi sont opérationnels et utilisés pour différentes fonctions par la bactérie.

Untersuchungen zum Vorkommen und molekularen Mechanismus der Biofilm-Bildung bei Enterokokken aus verschiedenen klinischen Bereichen

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde eine größere Anzahl an E. faecalis Isolaten aus Vaginalabstrichen, erstmals insbesondere von Patientinnen, die an Bakterieller Vaginose litten, untersucht und mit E. faecalis Stämme aus verschiedenen anderen klinischen Bereichen auf das Vorkommen von Virulenzfaktoren verglichen. Weiterhin wurden Korrelationen zwischen bestimmten Faktoren und der Menge an produziertem Biofilm erstellt, um mögliche Zusammenhänge zum Mechanismus der Biofilm-Bildung zu erfassen. Mittels statistischer Analysen konnte hinsichtlich der 150 untersuchten E. faecalis Isolate nachgewiesen werden, dass keine signifikanten Unterschiede der Inzidenzen von Virulenzfaktoren (esp, asa1, gelE, GelE, cylA, β-Hämolyse) zwischen den Stämmen der verschiedenen Herkunftsbereiche bestanden. In Bezug auf das Auftreten von Biofilm-Bildung zeigte sich ein erhöhtes Vorkommen bei Stämmen aus Urin sowie invasiver Herkunft (insgesamt jeweils ca. 70 % mäßige und starke Biofilm-Bildner) im Vergleich zu E. faecalis Isolaten aus Wunden oder Faeces (je ca. 40 %). Statistische Auswertungen bzgl. des Zusammenhangs eines oder einer Kombination von Virulenzfaktoren mit der Menge an gebildetem Biofilm wiesen darauf hin, dass Isolate, die das esp Gen besaßen, in erhöhtem Maße zur Biofilm-Bildung befähigt waren. Dies zeigte einen gewissen Einfluss des Zellwandproteins auf die Fähigkeit zur Biofilm-Bildung bei E. faecalis. Allerdings wurden stets auch Stämme identifiziert, die die Fähigkeit zur Biofilm-Bildung trotz des Fehlens der jeweils untersuchten genetischen Determinante bzw. der Determinanten aufwiesen, so dass auf das Vorhandensein weiterer, unbekannter Einflussfaktoren auf den Mechanismus der Biofilm-Bildung bei E. faecalis geschlossen werden konnte. Unter 78 untersuchten E. faecium Isolaten aus verschiedenen klinischen Bereichen konnte lediglich ein Stamm (1,3 %) als mäßiger Biofilm-Bildner charakterisiert werden, so dass die Fähigkeit bei dieser Spezies in der hier untersuchten Region unter diesen Bedingungen kaum nachgewiesen werden konnte. Einen Schwerpunkt dieser Arbeit bildete die Untersuchung zum Vorkommen von Virulenzfaktoren und Biofilm-Bildung bei E. faecalis Isolaten aus Vaginalabstrichen. Bzgl. des Auftretens von Virulenzfaktoren und Biofilm-Produktion konnte kein Unterschied zwischen Stämmen assoziiert mit Bakterieller Vaginose und Isolaten einer Vergleichsgruppe festgestellt werden. Allerdings zeigte eine Gegenüberstellung mit den untersuchten E. faecalis Stämmen aus anderen klinischen Bereichen, dass die 80 Isolate aus Vaginalabstrichen eine ähnlich hohe Inzidenz bestimmter Virulenzfaktoren wie Stämme aus Faeces, Urin, Wunden oder invasiver Herkunft sowie eine mit den Isolaten aus Urin und invasiver Herkunft vergleichbar hohe Fähigkeit zur Biofilm-Bildung aufwiesen (ca. 75 % mäßige und starke Biofilm-Bildner). Dies deutete auf eine Verbreitung der Biofilm-Bildungsfähigkeit bei E. faecalis Stämmen der Vaginalflora und somit auf eine große Bedeutung der Eigenschaft für Isolate dieser Herkunft hin. Die statistische Auswertung der Korrelationen von Virulenzfaktoren mit der Menge an gebildetem Biofilm lieferte ähnliche Ergebnisse wie die Analysen bzgl. der 150 E. faecalis Isolate aus anderen klinischen Bereichen und untermauerte die Annahme, dass zusätzliche Faktoren zu den hier untersuchten Determinanten bei E. faecalis vorhanden sein müssen, die Einfluss auf den Mechanismus der Biofilm-Bildung nehmen. Deshalb konzentrierte sich ein weiterer Teil der vorliegenden Arbeit auf die Herstellung und Charakterisierung von E. faecalis Biofilm-Spontanmutanten, um bisher noch ungeklärte Mechanismen oder neue Faktoren zu erkennen, die Einfluss auf die Biofilm-Bildung bei E. faecalis nehmen. Die Untersuchung einer Mutante (1.10.16) und ihres Wildtypstamms lieferte erstmals den phänotypischen Nachweis des HMW-Komplexes der drei Bee-Proteine sowie die Identifizierung konservierter Pili-Motive dieser Proteine. Des Weiteren schien die in diesem Cluster ebenfalls codierte Sortase-1 dasjenige Enzym zu sein, das höchstwahrscheinlich die Bindung des Proteins Bee-2 innerhalb dieses HMW-Komplexes katalysiert. Insofern lieferten diese Untersuchungen neue, konkrete Hinweise zur Rolle des bee Genclusters bei der Pili-Biogenese und Biofilm-Bildung von E. faecalis. Darüber hinaus stellen Erkenntnisse aus der Charakterisierung von zwei weiteren hergestellten Biofilm-Spontanmutanten viel versprechende Ausgangspunkte für zukünftige Untersuchungen dar, die ein weitergehendes Verständnis der molekularen Mechanismen der Biofilm-Bildung bei E. faecalis erzielen könnten.

Untersuchungen zur Biofilmbildung bei dem klinischen Isolat Enterococcus faecalis 1.10

In der vorliegenden Arbeit wurde die Biofilmbildung bei einem klinischen Isolat von Enterococcus faecalis untersucht. Der Prozess der Biofilmbildung ist in mehrere Abschnitte unterteilt und beinhaltet zu Beginn eine Anhaftung von Zellen an Oberflächen. Dieser adhäsive Schritt wird unter anderem durch Pili vermittelt. Pili bei Grampositiven Mikroorganismen sind kovalent mit der Zellwand verknüpfte Proteinstrukturen, die eine Anheftung an biotische und abiotische Oberflächen sowie den Zell-Zell-Kontakt vermitteln. Bei den Analysen dieser Doktorarbeit lag ein besonderes Interesse bei eben diesen Pili, die für Enterococcus faecalis die Namen Ebp (endocarditis and biofilm associated pili) und Bee (biofilm enhancer in enterococci) tragen. Codiert werden sie durch die entsprechenden ebp-/bee-Loci, deren Aufbau unter den Grampositiven Mikroorganismen hochkonserviert ist. Die Loci bestehen aus Pilusuntereinheiten-codierenden Genen und colokalisierten Pilus-spezifischen Sortase Genen. Während in der Regel drei verschiedene Pilusuntereinheiten vorliegen, kann die Anzahl der Sortasen zwischen einer und zwei variieren. Bei den Experimenten wurde neben einer Komplementationsstudie zu einer Bee-Pilus Defekt-Mutante (1.10.16) das Hauptaugenmerk auf die Analyse des zweiten Pilus (Ebp) gelegt, um die Pilisituation bei Isolat 1.10 im Detail darzustellen Zusätzlich sollten weitere Oberflächenassoziierte Proteinstrukturen bei Isolat 1.10 detektiert werden, die gegebenenfalls an der Biofilmbildung beteiligt sind. Weitere Versuche zur Charakterisierung des Bee-Pilus wurden im Laufe dieser Arbeit durchgeführt, blieben jedoch bisher erfolglos. Die Biofilm-/Pilus-Defekt-Mutante 1.10.16 zeigte aufgrund einer Punktmutation (Pm) in der Pilus-spezifischen Sortase 1 des bee-Locus eine geschwächte Fähigkeit zur Anheftung an abiotische Oberflächen, sowie das Fehlen der Bee2 Untereinheit im Pilus. Nach Komplementation der Mutante (1.10.16K) mit dem Wildtyp-srt1 Gen, wurde die starke Biofilmbildungsfähigkeit zurück erlangt. Die Experimente zeigten, dass der Pilus-Defekt auf die Pm im srt1 Gen zurückzuführen war und der Bee-Pilus in Stamm 1.10.16K wieder korrekt gebildet wurde. Zu sehen war dies in Rasterelektronenmikroskopischen Aufnahmen und ebenfalls im massenspektrometrischen Nachweis aller 3 Pilusuntereinheiten im Bee-Pilus charakteristischen High-Molecular-Weight Komplex (~ 250 kDa). Durch Sequenzierungen konnte gezeigt werden, dass zwei Gene des ebp-Locus (ebpR und ebpC) bei Isolat 1.10 durch die Insertion von IS-Elementen IS1062 und IS6770 inaktiviert wurden. Der proteinbiochemische Nachweis über Pilusspezifische Antikörper gegen die Untereinheiten des Ebp-Pilus verlief negativ. Zusätzlich konnte gezeigt werden, dass die mRNA der beiden inaktivierten Gene nicht gebildet wurde. Dies führte folglich zum vollständigen Verlust des Ebp-Pilus bei Isolat 1.10. Zusammen mit den Ergebnissen der Komplementation konnte somit der große Einfluss mindestens eines intakten Pilus auf die Biofilmbildung gezeigt werden. Sind beide Pili durch Insertionen bzw. Mutationen inaktiviert, kommt es zu einer deutlichen Abnahme der Biofilmbildungsstärke. Dass trotzdem noch ein Biofilm gebildet wurde, zeigt den multifaktoriellen Zusammenhang bzw. Einfluss im Biofilmbildungsprozess. Über das gezielte Markieren von Oberflächenproteinen intakter Zellen mittels der Oberflächenbiotinylierung, konnten in der SDS-PAGE Unterschiede im Bandenmuster im Vergleich zur unbehandelten Probe erkannt werden. Die massenspektrometrische Identifikation dieser Proteine erfolgte bisher nicht, jedoch sind diese vorläufigen Ergebnisse vielversprechender Natur für die Identifikation und Aufklärung der Oberflächenproteinsituation bei Isolat 1.10.

Novetats Editorial Documenta

Presentació de dues novetats publicades a Documenta: Practicum de Psicologia. Fonaments, reflexions i propostes, d'Esperanza Villar Hoz (Ed.), i Donar, rebre i compartir. L'estructura de l'aprenentatge cooperatiu a l'aula, de Dolors Guix i Feixas i Pili Serra i Joaniquet

El Contracte pedagògic dins l’estructura del treball cooperatiu. De la teoria a la pràctica en les diferents etapes educatives

El nostre estudi és fruit del treball conjunt entre professorat universitari, d’infantil, primària i secundària i alumnat del Màster d’Art i Educació: un enfocament construccionista, dins del projecte ARIE 2008, de la Universitat de Girona: “El desenvolupament de la competència comunicativa, cultural i artística. Una experiència cooperativa en Xarxa”

Memòria del seminari d'educació visual i plàstica. 'Memoria del seminario de educación visual y plástica'.

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Memòria del seminari d'educació visual i plàstica de Sant Boi de Llobregat. 'Memoria del seminario de educación visual y plástica de Sant Boi de Llobregat'.

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SPI-23 of S.Derby: role in adherence and invasion of porcine tissues

Salmonella enterica serovars Derby and Mbandaka are isolated from different groups of livestock species in the UK. S. Derby is predominantly isolated from pigs and turkeys and S. Mbandaka is predominantly isolated from cattle and chickens. Alignment of the genome sequences of two isolates of each serovar led to the discovery of a new putative Salmonella pathogenicity island, SPI-23, in the chromosome sequence of S. Derby isolates. SPI-23 is 37 kb in length and contains 42 ORFs, ten of which are putative type III effector proteins. In this study we use porcine jejunum derived cell line IPEC-J2 and in vitro organ culture of porcine jejunum and colon, to characterise the association and invasion rates of S. Derby and S. Mbandaka, and tissue tropism of S. Derby respectively. We show that S. Derby invades and associates to an IPEC-J2 monolayer in significantly greater numbers than S. Mbandaka, and that S. Derby preferentially attaches to porcine jejunum over colon explants. We also show that nine genes across SPI-23 are up-regulated to a greater degree in the jejunum compared to the colon explants. Furthermore, we constructed a mutant of the highly up-regulated, pilV-like gene, potR, and find that it produces an excess of surface pili compared to the parent strain which form a strong agglutinating phenotype interfering with association and invasion of IPEC-J2 monolayers. We suggest that potR may play a role in tissue tropism.

Selection experiments reveal trade-offs between swimming and twitching motilities in pseudomonas aeruginosa

Bacteria possess a range of mechanisms to move in different environments, and these mechanisms have important direct and correlated impacts on the virulence of opportunistic pathogens. Bacteria use two surface organelles to facilitate motility: a single polar flagellum, and type IV pili, enabling swimming in aqueous habitats and twitching along hard surfaces, respectively. Here, we address whether there are trade-offs between these motility mechanisms, and hence whether different environments could select for altered motility. We experimentally evolved initially isogenic Pseudomonas aeruginosa under conditions that favored the different types of motility, and found evidence for a trade-off mediated by antagonistic pleiotropy between swimming and twitching. Moreover, changes in motility resulted in correlated changes in other behaviors, including biofilm formation and growth within an insect host. This suggests environmental origins of a particular motile opportunistic pathogen could predictably influence motility and virulence

Clonal Relationship among Atypical Enteropathogenic Escherichia coli Strains Isolated from Different Animal Species and Humans

Forty-nine typical and atypical enteropathogenic Escherichia coli (EPEC) strains belonging to different serotypes and isolated from humans, pets (cats and dogs), farm animals (bovines, sheep, and rabbits), and wild animals (monkeys) were investigated for virulence markers and clonal similarity by pulsed-field gel electrophoresis (PFGE) and multilocus sequence typing (MLST). The virulence markers analyzed revealed that atypical EPEC strains isolated from animals have the potential to cause diarrhea in humans. A close clonal relationship between human and animal isolates was found by MLST and PFGE. These results indicate that these animals act as atypical EPEC reservoirs and may represent sources of infection for humans. Since humans also act as a reservoir of atypical EPEC strains, the cycle of mutual infection of atypical EPEC between animals and humans, mainly pets and their owners, cannot be ruled out since the transmission dynamics between the reservoirs are not yet clearly understood.

The iron stimulon of Xylella fastidiosa includes genes for type IV pilus and colicin V-like bacteriocins

Xylella fastidiosa is the etiologic agent of a wide range of plant diseases, including citrus variegated chlorosis (CVC), a major threat to citrus industry. The genomes of several strains of this phytopathogen were completely sequenced, enabling large-scale functional studies. DNA microarrays representing 2,608 (91.6%) coding sequences (CDS) of X. fastidiosa CVC strain 9a5c were used to investigate transcript levels during growth with different iron availabilities. When treated with the iron chelator 2,2`-dipyridyl, 193 CDS were considered up-regulated and 216 were considered down-regulated. Upon incubation with 100 mu M ferric pyrophosphate, 218 and 256 CDS were considered up- and down-regulated, respectively. Differential expression for a subset of 44 CDS was further evaluated by reverse transcription-quantitative PCR. Several CDS involved with regulatory functions, pathogenicity, and cell structure were modulated under both conditions assayed, suggesting that major changes in cell architecture and metabolism occur when X. fastidiosa cells are exposed to extreme variations in iron concentration. Interestingly, the modulated CDS include those related to colicin V-like bacteriocin synthesis and secretion and to functions of pili/fimbriae. We also investigated the contribution of the ferric uptake regulator Fur to the iron stimulon of X. fastidiosa. The promoter regions of the strain 9a5c genome were screened for putative Fur boxes, and candidates were analyzed by electrophoretic mobility shift assays. Taken together, our data support the hypothesis that Fur is not solely responsible for the modulation of the iron stimulon of X fastidiosa, and they present novel evidence for iron regulation of pathogenicity determinants.

Identification of an Operon, Pil-Chp, That Controls Twitching Motility and Virulence in Xylella fastidiosa

Xylella fastidiosa is an important phytopathogenic bacterium that causes many serious plant diseases, including Pierce`s disease of grapevines. Disease manifestation by X. fastidiosa is associated with the expression of several factors, including the type IV pili that are required for twitching motility. We provide evidence that an operon, named Pil-Chp, with genes homologous to those found in chemotaxis systems, regulates twitching motility. Transposon insertion into the pilL gene of the operon resulted in loss of twitching motility (pilL is homologous to cheA genes encoding kinases). The X. fastidiosa mutant maintained the type IV pili, indicating that the disrupted pilL or downstream operon genes are involved in pili function, and not biogenesis. The mutated X. fastidiosa produced less biofilm than wild-type cells, indicating that the operon contributes to biofilm formation. Finally, in planta the mutant produced delayed and less severe disease, indicating that the Pil-Chp operon contributes to the virulence of X. fastidiosa, presumably through its role in twitching motility.

Avaliação da eficiência de um probiótico no controle de diarréia e no ganho de peso de bezerros

Foram utilizadas 99 vacas prenhes distribuídas em oito grupos que receberam os seguintes tratamentos: grupo I, com 29 vacas não vacinadas e seus bezerros que não receberam probiótico, ficando como controle; grupo II, com 10 vacas vacinadas e seus bezerros que não receberam probiótico; grupos III, IV e V, com 10 animais cada, vacas vacinadas e seus bezerros que receberam probiótico durante 5, 15 e 30 dias, respectivamente; os grupos VI, VII e VIII, com 10 animais cada, vacas não vacinadas e seus bezerros que receberam probiótico durante 5, 15 e 30 dias, respectivamente. Cada animal dos grupos vacinados recebeu duas doses vacinais contendo os pili K99 e A14 de Escherichia coli na dose de 5,0ml por via subcutânea. O probiótico contendo Ruminobacter amylophilum, Ruminobacter succinogenes, Succinovibrio dextrinosolvens, Bacillus cereus, Lactobacillus acidophilus e Streptococcus faecium, na dose de 3,0× 10(8) células vivas (UFC) de cada amostra em 250ml de leite, era adiministrado por via oral. Os animais foram observados diariamente e foram determinados os títulos de anticorpos anti-K99 e anti-A14 no soro e no colostro. Anotaram-se os pesos dos bezerros ao nascimento e aos 30 dias. Os resultados mostraram que a associação de vacina com probiótico administrado por 15 e 30 dias foram os tratamentos mais eficientes no controle da diarréia e ganho de peso.