Epidemiologia molecular de Escherichia coli patogênica em diversas etapas do abate bovino

Pós-graduação em Medicina Veterinária - FCAV

Quorum sensing controls expression of the type III secretion gene transcription and protein secretion in enterohemorrhagic and enteropathogenic Escherichia coli

Enterohemorrhagic Escherichia coli O157:H7 and enteropathogenic E. coli cause a characteristic histopathology in intestinal cells known as attaching and effacing. The attaching and effacing lesion is encoded by the Locus of Enterocyte Effacement (LEE) pathogenicity island, which encodes a type III secretion system, the intimin intestinal colonization factor, and the translocated intimin receptor protein that is translocated from the bacterium to the host epithelial cells. Using lacZ reporter gene fusions, we show that expression of the LEE operons encoding the type III secretion system, translocated intimin receptor, and intimin is regulated by quorum sensing in both enterohemorrhagic E. coli and enteropathogenic E. coli. The luxS gene recently shown to be responsible for production of autoinducer in the Vibrio harveyi and E. coli quorum-sensing systems is responsible for regulation of the LEE operons, as shown by the mutation and complementation of the luxS gene. Regulation of intestinal colonization factors by quorum sensing could play an important role in the pathogenesis of disease caused by these organisms. These results suggest that intestinal colonization by E. coli O157:H7, which has an unusually low infectious dose, could be induced by quorum sensing of signals produced by nonpathogenic E. coli of the normal intestinal flora.

A Loop-mediated Isothermal Amplification Method for Rapid Direct Detection and Differentiation of Non-pathogenic and Verocytotoxigenic Escherichia coli in Beef and Bovine Faeces

The aim of this study was to develop a multiplex loop-mediated isothermal amplification (LAMP) method capable of detecting Escherichia coli generally and verocytotoxigenic E. coli (VTEC) specifically in beef and bovine faeces. The LAMP assay developed was highly specific (100%) and able to distinguish between E. coli and VTEC based on the amplification of the phoA, and stx1 and/or stx2 genes, respectively. In the absence of an enrichment step, the limit of detection 50% (LOD50) of the LAMP assay was determined to be 2.83, 3.17 and 2.83-3.17 log CFU/g for E. coli with phoA, stx1 and stx2 genes, respectively, when artificially inoculated minced beef and bovine faeces were tested. The LAMP calibration curves generated with pure cultures, and spiked beef and faeces, suggested that the assay had good quantification capability. Validation of the assay, performed using retail beef and bovine faeces samples, demonstrated good correlation between counts obtained by the LAMP assay and by a conventional culture method, but suggested the possibility of false negative LAMP results for 12.5-14.7% of samples tested. The multiplex LAMP assay developed potentially represents a rapid alternative to culture for monitoring E.coli levels in beef or faeces and it would provide additional information on the presence of VTEC. However, some further optimisation is needed to improve detection sensitivity.

Avaliação da interação de Escherichia coli enterohemorrágica (EHEC) pertencente ao sorotipo O157: H7 isoladas de bovinos assintomáticos e de doença humana com células enterocíticas humanas (linhagem Caco-2)

Reconhecida como agente de doença humana em 1982, E.coli enterohemorrágica (EHEC) pode causar diarréia sanguinolenta, colite hemorrágica e síndrome hemolítica urêmica (SHU). EHEC constitui um subgrupo especialmente virulento das E.coli produtoras de toxina de Shiga (Stx). O fator crítico da sua virulência é a toxina Shiga, capaz de interromper a síntese proteica da célula eucariótica. São conhecidos dois subgrupos de Stx, Stx1 e Stx2. Stx1 possui duas variantes Stx1c e Stx1d. Stx2 possui muitas variantes. Estudos epidemiológicos sugerem que cepas com os perfis toxigênicos Stx2 ou Stx2/Stx2c seriam mais frequentemente associadas a pacientes com SHU. Além da expressão de Stx, EHEC do sorotipo O157:H7 colonizam a mucosa intestinal induzindo a formação de lesões denominadas attaching/effacing (A/E). Para a produção da lesão A/E, é necessária a presença de uma ilha de patogenicidade cromossômica denominada LEE, composta por cinco operons, LEE 1 a LEE5. Em LEE 5 são codificadas a adesina intimina e o seu receptor Tir, o qual é translocado por um sistema de secreção tipo III (SSTT) e em LEE 4 são codificadas as proteínas secretadas EspA,B e D. Em EHEC O157:H7 são descritos muitos fatores de virulência, codificados em ilhas de patogenicidade, no cromossomo e no megaplasmídio pO157. Bovinos são o principal reservatório deste patógeno e alimentos de origem bovina e produtos contaminados com fezes de bovinos são causadores de surtos epidêmicos. Em nosso país EHEC O157:H7 é isolada do reservatório animal mas é muito rara a sua ocorrência em doença humana. Notamos que nas cepas bovinas predomina Stx2c, enquanto nas cepas humanas predomina o perfil toxigenico Stx2/Stx2c. Quanto a interação com enterocitos humanos cultivados in vitro (linhagem Caco-2), verificamos que tanto cepas bovinas quanto humanas mostram idêntica capacidade de invadir e persistir no compartimento intracelular das células Caco-2. No entanto, em comparação com as cepas humanas, as cepas bovinas mostram uma reduzida capacidade de produzir lesões A/E. Empregamos qPCR para aferir a transcrição de três diferentes locus (eae, espA e tir) situados nos operons LEE4 e LEE5 de cepas bovinas e humanas, durante a infecção de células Caco-2. Verificamos diferenças na expressão dos genes, especialmente espA, entre cepas bovinas e humanas com maior expressão para estas ultimas, em linha com os achados dos testes FAS. Através de clonagem e expressão de proteínas recombinantes, purificamos as proteínas Eae, EspA e Tir e obtivemos anticorpos específicos, empregados para acompanhar a sua expressão ao longo da infecção de células Caco-2, por imunofluorescencia. Verificamos que as três proteínas são detectadas tanto em cepas bovinas quanto humanas, mas nestas ultimas, a marcação é precoce e torna-se mais intensa com o avanço da infecção. Nossos resultados indicam que cepas EHEC O157:H7 isoladas do reservatório bovino em nosso país apresentam diferenças importantes em relação ao perfil toxigenico e a capacidade de indução de lesões A/E, características apontadas na literatura como relevantes para a virulência do micro-organismo. Por outro lado, nossos achados quanto a capacidade de invadir e multiplicar-se no interior de enterócitos pode explicar a persistência do patógeno no reservatório animal e a sua capacidade de transmissão horizontal.

EfeUOB (YcdNOB) is a tripartite, acid-induced and CpxAR-regulated, low-pH Fe2+ transporter that is cryptic in Escherichia coli K-12 but functional in E-coli O157 : H7

Escherichia coli possesses iron transporters specific for either Fe2+ or Fe3+. Although Fe2+ is far more soluble than Fe3+, it rapidly oxidizes aerobically at pH >= 7. Thus, FeoAB, the major Fe2+ transporter of E. coli, operates anaerobically. However, Fe2+ remains stable aerobically under acidic conditions, although a low-pH Fe2+ importer has not been previously identified. Here we show that ycdNOB (efeUOB) specifies the first such transporter. efeUOB is repressed at high pH by CpxAR, and is Fe2+-Fur repressed. EfeU is homologous to the high-affinity iron permease, Ftr1p, of Saccharomyces cerevisiae and other fungi. EfeO is periplasmic with a cupredoxin N-terminal domain; EfeB is also periplasmic and is haem peroxidase-like. All three Efe proteins are required for Efe function. The efeU gene of E. coli K-12 is cryptic due to a frameshift mutation - repair of the single-base-pair deletion generates a functional EfeUOB system. In contrast, the efeUOB operon of the enterohaemorrhagic strain, O157:1147, lacks any frameshift and is functional. A 'wild-type' K-12 strain bearing a functional EfeUOB displays a major growth advantage under aerobic, low-pH, low-iron conditions when a competing metal is provided. Fe-55 transport assays confirm the ferrous iron specificity of EfeUOB.

Interaction between attaching-effacing Escherichia coli O26:K60 and O157:H7 in young lambs

Recent surveys have shown that Escherichia coli O26 is prevalent in ruminants compared with E. coli O157. These serogroups share common colonisation factors and we hypothesised that prior colonisation by E. coli O26 may show reduced colonisation by E. coli O157. To test this hypothesis, strains of E. coli O26:K6O and O157:H7 were tested in competitive in vitro and in vivo studies. Using an established 6-week-old lamb model, an experimental group of lambs was dosed orally with E. coli O26:K6O and then E. coli O157:147 four days later. The faecal shedding of O26:K6O and O157:H7 organisms from this experimental group was compared with that from animals dosed with either O26:K6O alone or O157:H7 alone. Shedding data indicated that counts for O157:H7 were unaffected by the competition from O26:K6O, whereas the O26:K6O counts were lower when competing with O157:H7. (C) 2008 Elsevier Ltd. All rights reserved.

The role of intimin in the adherence of enterohaemorrhagic Escherichia coli (EHEC) O157:H7 to HEp-2 tissue culture cells and to bovine gut explant tissues

Intimin, an outer membrane protein encoded by eaeA, is a key determinant for the formation of attaching and effacing (AE) lesions by enterohaemorrhagic Escherichia coli (EHEC). To investigate the role of intimin in adherence, the eaeA gene was insertionally inactivated in three EHEC O157:H7 strains of diverse origin. The absence or presence of intimin did not correlate with the extent of adhesion of mutant or wild-type O157:H7 in tissue culture and neonatal calf gut tissue explant adherence assays. Adherence of the eaeA mutants to HEp-2 cells was diffuse with no evidence of intimate attachment whereas wild-type bacteria formed microcolonies and AE lesions. Intimin-independent adherence to neonatal calf gut explants was demonstrated by eaeA mutants and wild-type strains which adhered in the greatest numbers to colon but least well to rumen tissue. These results confirm that intimin is necessary for intimate attachment and that additional adherence factors are involved in intimin-independent adherence.

Interaction between attaching and effacing Escherichia coli serotypes O157:H7 and O26:K60 in cell culture

Ruminants harbour both O157:H7 and non-O157 Attaching Effacing Escherichia coli (AEEC) strains but to date only nonO157 AEEC have been shown to induce attaching effacing lesions in naturally infected animals. However, O157 may induce lesions in deliberate oral inoculation studies and persistence is considered dependent upon the bacterially encoded locus for enterocyte effacement. In concurrent infections in ruminants it is unclear whether non-O157 AEEC contribute either positively or negatively to the persistence of E. coli O157:H7. To investigate this, and prior to animal studies, E. coli O157:H7 NCTC 12900, a non-toxigenic strain that persists in conventionally reared sheep, and non-toxigenic AEEC O26:K60 isolates of sheep origin were tested for adherence to Hep-2 tissue culture alone and in competition one with another. Applied together, both strains adhered in similar numbers but lower than when either was applied separately. Pre-incubation of tissue culture with either one strain reduced significantly (P < 0.05) the extent of adherence of the strain that was applied second. It was particularly noticeable that AEEC O26 when applied first reduced adherence and inhibited microcolony formation, as demonstrated by confocal microscopy, of E. coli 01 57:H7. The possibility that prior colonisation of a ruminant by non-O157 AEEC such as O26 may antagonise O157 colonisation and persistence in ruminants is discussed. (C) 2004 Elsevier B.V. All rights reserved.

Shigatoxigenic Escherichia coli serogroups O157, O111 and O113 in feces, water and milk samples from dairy farms

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Fate of non O157 Shiga toxigenic Escherichia coli in composted cattle manure

Determinou-se o tempo necessário para a eliminação de Escherichia coli Shigatoxigênica (STEC) não-O157 em esterco bovino composto, obtido de fezes frescas de três vacas portadoras de cepas STEC não-O157 que apresentavam o gene stx 2. Foram utilizados dois sistemas de compostagem, o primeiro foi um buraco de 0,6m escavado no solo e o segundo um monte apresentando uma arquitetura piramidal com um metro de altura. Todos os dias, durante os primeiros 10 dias e a cada cinco dias durante um mês, uma amostra de três pontos diferentes dos dois sistemas de compostagem foram coletadas e semeadas para determinar a presença de E. coli e a presença do gene stx 2 nas células, sendo que em cada coleta a temperatura do sistema de compostagem foi determinada. Células de STEC não-O157 sobreviveram por 8, 25 e 30 dias nas temperaturas de 42, 40 e 38ºC, respectivamente, no sistema enterrado no solo, enquanto que no sistema de monte as células foram detectadas por 4, 4 e 7 dias em temperaturas de 65, 58 e 52ºC, respectivamente. A temperatura e os microrganismos presentes na microbiota do sistema de compostagem parecem ser os responsáveis pela eliminação do patógeno. Pode-se concluir que os dois sistemas de compostagem utilizados mostraram-se eficientes na eliminação de células de STEC. A aplicação de esterco após compostagem deve diminuir o risco de contaminação ambiental e a disseminação do patógeno.

Occurrence of non-O157 Shiga toxin-producing Escherichia coli in dogs with diarrhea

Escherichia coli Shiga toxigênica (STEC) e E. coli Attaching- effacing (AEEC) têm sido associadas à doença diarréica em cachorros. Entre janeiro e dezembro de 2006, 92 cepas de E. coli isoladas de 25 cachorros diarréicos foram examinadas. As cepas foram analisadas para a detecção dos genes produtores de Shiga toxina (stx 1 e stx 2) e da intimina (eae). Por meio de PCR foi observado que sete cepas (7,6%) portavam o gene stx 1, cinco cepas (5,4%) carregavam o gene stx 2 e nenhum cepa apresentou ambos os genes associados. Nove cepas de E. coli (9,8%) apresentaram o gene eae isoladamente. Treze das cepas (62,0%) que apresentaram os genes stx ou eae também apresentaram a produção de a hemolisina. As cepas que apresentaram genes de virulência foram também examinadas em relação à resistência a 12 agentes antimicrobianos. As resistências mais comuns foram para cefalotina (85,7%), estreptomicina (81,0%), amoxicilina (71,4%) e gentamicina (71,4%).

Eliminação de Escherichia coli Shigatoxigênica não-O157 em compostagem de esterco bovino

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Fate of non O157 Shigatoxigenic Escherichia coli in ovine manurecomposting

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Persistência de cepas de Escherichia coli genérica e de Stec não-O157 em solos agricultáveis

Pós-graduação em Microbiologia Agropecuária - FCAV