Étude des gènes d'Actinobacillus pleuropneumoniae exprimés en conditions d'infection

Actinobacillus pleuropneumoniae est l’agent étiologique de la pleuropneumonie porcine. La bactérie se transmet par voies aériennes et contacts directs. Plusieurs facteurs de virulence ont été identifiés, nommément les polysaccharides capsulaires, les lipopolysaccharide, les exotoxines ApxI à IV et de nombreux mécanismes d’acquisition du fer. Aucun vaccin efficace contre tous les sérotypes de la bactérie n’a encore été élaboré. Afin de mieux comprendre de quelle façon A. pleuropneumoniae régule la transcription de ses nombreux facteurs de virulence et de découvrir de nouvelles cibles potentielles pour l’élaboration de vaccins efficaces, le profil transcriptomique de la bactérie a été étudié dans des conditions simulant l’infection ainsi qu’à la suite d’une infection naturelle aiguë chez l’animal. Des biopuces de première et de seconde génération (AppChip1 et AppChip2) comportant respectivement 2025 cadres de lecture ouverts (ORF) de la version préliminaire du génome d’A. pleuropneumoniae sérotype 5b souche L20 et 2033 ORF de la version finale annotée du même génome ont été utilisées. Dans un premier temps, des expériences réalisées dans des conditions de concentration restreinte en fer ont permis d’identifier 210 gènes différentiellement exprimés, dont 92 étaient surexprimés. Plusieurs nouveaux mécanismes d’acquisition du fer ont pu être identifiés, incluant un système homologue au système YfeABCD de Yersinia pestis, impliqué dans l’acquisition du fer chélaté, ainsi que des gènes homologues aux composantes du système HmbR de Neisseria meningitidis impliqué dans l’acquisition du fer à partir de l’hémoglobine. Dans des conditions de culture permettant la formation de biofilms, les gènes tadC et tadD d’un opéron tad (« tight adherence locus ») putatif, les gènes pgaBC impliqués dans la synthèse d’un polysaccharide de la matrice du biofilm ainsi que deux gènes présentant de fortes homologies avec un gène codant pour l’adhésine auto-transporteur Hsf retrouvée chez Haemophilus influenzae ont montré une surexpression significative. Plusieurs de ces gènes ont également été retrouvés lors d’expériences réalisées avec des cellules épithéliales d’origine pulmonaire en culture, qui ont permis d’identifier 170 gènes différentiellement exprimés après la croissance planctonique au-dessus des cellules, et 131 autres suite à l’adhésion à ces cellules. Parmis les gènes surexprimés, les gènes tadB et rcpA de l’opéron tad putatif, les gènes pgaBC ainsi que le gène codant pour l’homologue d’Hsf ont été retrouvés. En présence de liquide de lavage broncho-alvéolaire (BALF), 156 gènes ont montré un profil d’expression modifié, et le gène apxIVA, identifié comme étant surexprimé, a pu être détecté pour la première fois dans des conditions de croissance in vitro. Finalement, des expériences visant à déterminer les gènes utilisés directement chez l’animal en phase aiguë de la pleuropneumonie porcine ont permis d’identifier 150 gènes qui étaient différentiellement exprimés. En plus d’identifier des gènes d’un possible opéron codant pour un fimbriae de type IV, 3 des 72 gènes surexprimés sont conservés chez tous les sérotypes d’A. pleuropneumoniae et codent pour des protéines ou lipoprotéines de surface. Nos expériences ont permis d’identifier plusieurs nouveaux facteurs de virulence potentiels chez A. pleuropneumoniae ainsi que plusieurs nouvelles cibles potentielles pour l’élaboration de vaccins efficaces contre tous les sérotypes.

Modèles cellulaires pour étudier les interactions entre Actinobacillus pleuropneumoniae et le virus du syndrome reproducteur et respiratoire porcin

Durant une infection pulmonaire, les porcs sont souvent infectés par plus d’un microorganisme. Actinobacillus pleuropneumoniae et le virus du syndrome reproducteur et respiratoire porcin (VSRRP) sont des pathogènes qui peuvent infecter de manière simultanée les porcs. L’objectif du présent projet est d’étudier l’interaction entre ces pathogènes. Les deux lignées cellulaires permissives au VSRRP utilisées sont les cellules « St-Jude porcine lung » (SJPL) et MARC-145. Les cellules ont été pré-infectées avec le VSRRP, puis infectées avec A. pleuropneumoniae. Un dosage de la lactate déshydrogénase a montré qu’une co-infection VSRRP-A. pleuropneumoniae comparée à une infection simple augmente significativement la cytotoxicité. Dans les mêmes conditions expérimentales, une pré-infection virale ne semble pas affecter l’adhérence d’A. pleuropneumoniae aux cellules. À l’aide de tests ELISA, il a été possible de démontrer la production d’IL-8 et d’INF-γ lorsqu’il y a infection des cellules. Pour ce qui est du TNF-α, d’IL-6 et d’IL-10, ces cytokines ne sont pas détectées en présence des pathogènes étudiés. Des expériences de pré-infection bactérienne suivie d’infection virale ont également été réalisées. Il a été démontré que la pré-infection avec A. pleuropneumoniae diminuait la réplication du VSRRP chez la lignée cellulaire SJPL, mais cela n’est pas observé avec la lignée cellulaire MARC-145. Les résultats préliminaires ont démontré que cette diminution de la réplication serait causée par une molécule de faible poids moléculaire sécrétée dans le surnageant bactérien et celle-ci serait résistante à la chaleur. Les lignées cellulaires SJPL et MARC-145 représentent de bons modèles pour l’étude des infections mixtes des voies respiratoires du porc.

Sélection de mutations affectant la formation de biofilm chez Actinobacillus pleuropneumoniae

Actinobacillus pleuropneumoniae (App) est l’agent étiologique de la pleuropneumonie porcine, une infection pulmonaire contagieuse chez les porcs. Parmi les nombreux mécanismes de virulence retrouvés chez les bactéries, la formation de biofilms joue souvent un rôle important dans la pathogenèse. Il a été récemment démontré qu’App avait la capacité de former des biofilms in vitro. Dans notre laboratoire, la formation de biofilms par App a été évaluée en microplaques dans différents milieux de culture. Nous avons démontré que la souche de référence de sérotype 1 est capable de former des biofilms. Le but de ce travail est d’identifier des gènes impliqués dans la biosynthèse et dans la régulation de l’expression des biofilms chez App. L’objectif de cette étude était de générer une banque de mutants d’App 4074NalR à l’aide du transposon mini-Tn10. Cette banque de 1200 mutants a été criblée à l’aide du modèle in vitro de formation de biofilms en microplaques et en tubes : 24 mutants démontrant une formation de biofilms modifiée par rapport à la souche mère App 4074NalR ont été sélectionnés et identifiés, nous permettant ainsi de localiser le site d’insertion du transposon. Une analyse a permis d’identifier de nouveaux gènes impliqués dans la biosynthèse et dans la régulation de l’expression des biofilms chez App. Notre criblage a permis d’identifier 16 gènes connus impliqués dans la formation de biofilms chez App (hns) ou chez d’autres pathogènes (potD2, ptsI, tig and rpmF) mais également de nouveaux gènes impliqués dans la formation de biofilm (APL_0049, APL_0637 and APL_1572). Une caractérisation plus poussée de ces gènes nous permettra d’améliorer la compréhension des mécanismes impliqués dans la formation de biofilm chez App.

Rôle du lipopolysaccharide dans la pathogenèse d'actinobacillus pleuropneumoniae et dans son interaction avec le système immunitaire inné

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

Interaction entre le virus SRRP et Actinobacillus pleuropneumoniae dans un modèle d'infection en culture cellulaire

Le virus du syndrome reproducteur et respiratoire porcin (VSRRP) est un pathogène d’importance dans l’industrie porcine et est responsable d’importantes pertes économiques. Il n’existe pas d’antiviral efficace contre celui-ci. Il a récemment été mis en évidence que le surnageant de culture d’Actinobacillus pleuropneumoniae, l’agent étiologique de la pleuropneumonie porcine, possédait une activité antivirale in vitro contre le VSRRP dans la lignée cellulaire SJPL. Les objectifs de mon projet sont (i) d’étudier les mécanismes cellulaires menant à l’activité antivirale causée par le surnageant de culture d’A. pleuropneumoniae, et (ii) de caractériser les molécules actives présentes dans le surnageant de culture d’A. pleuropneumoniae. Dans un premier temps, des analyses de protéome ont été effectuées et ont permis d’observer que le surnageant de culture modulait la régulation du cycle cellulaire. Dans le but d’analyser le cycle cellulaire des cellules SJPL, la cytométrie en flux a été utilisée et a permis de démontrer que le surnageant de culture induisait un arrêt du cycle cellulaire en phase G2/M. Deux inhibiteurs de la phase G2/M ont alors été utilisé. Il s'est avéré que ces inhibiteurs avaient la capacité d’inhiber le VSRRP dans les cellules SJPL. Enfin, la spectrométrie de masse a été utilisée dans le but de caractériser les molécules actives présentes dans le surnageant de culture d’A. pleuropneumoniae et d’identifier deux molécules. Ce projet a permis de démontrer pour la première fois qu’A. pleuropneumoniae est capable de perturber le cycle cellulaire et que ce dernier était un élément important dans l’effet antiviral contre le VSRRP.

Characterization of Actinobacillus pleuropneumoniae antiviral effect against porcine reproductive and respiratory syndrome virus in porcine alveolar macrophages.

Le syndrome reproducteur et respiratoire porcin (SRRP) est la maladie infectieuse la plus économiquement importante de l’industrie porcine. Une étude récente a démontré que le surnageant de culture d’Actinobacillus pleuropneumoniae (App) inhibe l’infection du virus SRRP (VSRRP) in vitro dans des cellules de singe. L’objectif de cette étude est de démontrer l’effet antiviral d’App contre le VSRRP dans les cellules cibles du virus in vivo: les macrophages alvéolaires porcins (MAPs) et d’étudier les mécanismes spécifiques impliqués lors de l’inhibition virale. Les MAPs ont été traités avec App, avant et après l’infection avec le VSRRP. À différents temps post-infection, la réplication et la transcription du génome viral ont été quantifiées. L’expression des interférons (IFN) type I et II, ainsi que le profil protéomique en présence ou absence d’App ont été évalués. L’expression de certaines protéines a été confirmée par immunobuvardage et immunofluorescence (IF). Les résultats ont démontré que l’effet antiviral d’App n’est pas via l’induction des IFN type I et II. App inhibe l’infection virale dans MAPs avant la réplication et la transcription du génome viral, ce qui indique qu’App inhibe précocement le cycle réplicatif viral. Le profil protéomique a révélé qu’App augmentait l’expression de la cofiline, une protéine qui provoque la dépolymérisation de l’actine. De plus, ce phénomène de dépolymérisation a été confirmé par IF. Le traitement des MAPs avec la cytochalasin D (un composé qui provoque la fragmentation des microfilments) a démontré que comme pour App, cette drogue inhibe la réplication virale. Les résultats obtenus suggèrent que l’effet antiviral d’App est via l'activation de la cofiline et dépolymérisation de l’actine, affectant probablement l’endocytose du VSRRP.

Actinobacillus pleuropneumoniae Possesses an Antiviral Activity against Porcine Reproductive and Respiratory Syndrome Virus

Pigs are often colonized by more than one bacterial and/or viral species during respiratory tract infections. This phenomenon is known as the porcine respiratory disease complex (PRDC). Actinobacillus pleuropneumoniae (App) and porcine reproductive and respiratory syndrome virus (PRRSV) are pathogens that are frequently involved in PRDC. The main objective of this project was to study the in vitro interactions between these two pathogens and the host cells in the context of mixed infections. To fulfill this objective, PRRSV permissive cell lines such as MARC-145, SJPL, and porcine alveolar macrophages (PAM) were used. A pre-infection with PRRSV was performed at 0.5 multiplicity of infection (MOI) followed by an infection with App at 10 MOI. Bacterial adherence and cell death were compared. Results showed that PRRSV preinfection did not affect bacterial adherence to the cells. PRRSV and App co-infection produced an additive cytotoxicity effect. Interestingly, a pre-infection of SJPL and PAM cells with App blocked completely PRRSV infection. Incubation of SJPL and PAM cells with an App cell-free culture supernatant is also sufficient to significantly block PRRSV infection. This antiviral activity is not due to LPS but rather by small molecular weight, heat-resistant App metabolites (,1 kDa). The antiviral activity was also observed in SJPL cells infected with swine influenza virus but to a much lower extent compared to PRRSV. More importantly, the PRRSV antiviral activity of App was also seen with PAM, the cells targeted by the virus in vivo during infection in pigs. The antiviral activity might be due, at least in part, to the production of interferon c. The use of in vitro experimental models to study viral and bacterial co-infections will lead to a better understanding of the interactions between pathogens and their host cells, and could allow the development of novel prophylactic and therapeutic tools.

Actinobacillus pleuropneumoniae induces SJPL cell cycle arrest in G2/M-phase and inhibits porcine reproductive and respiratory syndrome virus replication

Background: Porcine reproductive and respiratory syndrome virus (PRRSV) is one of the most important pathogens in the swine industry and causes important economic losses. No effective antiviral drugs against it are commercially available. We recently reported that the culture supernatant of Actinobacillus pleuropneumoniae, the porcine pleuropneumonia causative agent, has an antiviral activity in vitro against PRRSV in SJPL cells. Objectives of this study were (i) to identify the mechanism behind the antiviral activity displayed by A. pleuropneumoniae and (ii) to characterize the active molecules present in the bacterial culture supernatant. Methods: Antibody microarray analysis was used in order to point out cellular pathways modulated by the A. pleuropneumoniae supernatant. Subsequent, flow cytometry analysis and cell cycle inhibitors were used to confirm antibody microarray data and to link them to the antiviral activity of the A. pleuropneumoniae supernatant. Finally, A. pleuropneumoniae supernatant characterization was partially achieved using mass spectrometry. Results: Using antibody microarray, we observed modulations in G2/M-phase cell cycle regulation pathway when SJPL cells were treated with A. pleuropneumoniae culture supernatant. These modulations were confirmed by a cell cycle arrest at the G2/M-phase when cells were treated with the A. pleuropneumoniae culture supernatant. Furthermore, two G2/M-phase cell cycle inhibitors demonstrated the ability to inhibit PRRSV infection, indicating a potential key role for PRRSV infection. Finally, mass spectrometry lead to identify two molecules (m/z 515.2 and m/z 663.6) present only in the culture supernatant. Conclusions: We demonstrated for the first time that A. pleuropneumoniae is able to disrupt SJPL cell cycle resulting in inhibitory activity against PRRSV. Furthermore, two putative molecules were identified from the culture supernatant. This study highlighted the cell cycle importance for PRRSV and will allow the development of new prophylactic or therapeutic approaches against PRRSV.

Genotipificação de amostras sorotipificáveis e não sorotipificáveis de Actinobacillus pleuropneumoniae através de RAPD.

Actinobacillus pleuropneumoniae é o agente etiológico da pleuropneumonia suína, enfermidade amplamente distribuída no rebanho suíno mundial, responsável por prejuízos econômicos relevantes. Possui 12 sorotipos, determinados por técnicas de sorotipificação. Além disso é descrita a ocorrência de amostras não sorotipificáveis. O conhecimento do sorotipo prevalente nos surtos da enfermidade é necessário aos programas de profilaxia. Procurando contornar as dificuldades normalmente encontradas na sorotipificação de A. pleuropneumpnoae, a técnica de RAPD foi avaliada na genotipificação de amostras sorotipificáveis e não sorotipificáveis do agente. Foram utilizados amostras ATCC dos 12 sorotipos e amostras dos sorotipos, 1, 3, 5a, 5b, 7, 11 e 12 isolados no Brasil. Os primers OPG e OPG-19, utilizados individualmente nas reações, foram mais adequados para a diferenciação dos sorotipos. O primer OPG-19 detectou polimorfismos semelhantes entrer os sorotipos 1, 3, 4, 5 e 11; e sorotipos 7 e 12. O perfil de RAPD detectado pelo primier OPGF-10 diferenciou os isolados de campo dos sorotipos 1, 7, 11 e 12. Os sorotipos 3 e 5 apresentaram padrão de RAPD semelhantes, sendo diferenciados pelo perfil de exotoxinas característico, determinado previamente através de PCR. Este primer identificou quatro diferentes perfis de RAPD no sorotipo 3. Um destes foi semelhante ao obtido como sorotipo 11. Neste isolado, foi detecta a presença dos genes para ApxI e ApxII, características do sorotipo 11. As amostras do sorotipo 4 apresentaram perfil de RAPD semelhante ao identificado nos sorotipos 3 ou 5 com o primeir OPG-10, sendo identificada, por PCR, a presença dos genes para ApxI e ApxI, os quais não são característicos do sorotipo. Estas amostras foram isoladas em anos posteriores à amostras dos sorotipos 3 e 5 analisadas. Foi possível caracterizar 14 das 14 amostras não sorotipificáveis de A.pleuropneumpniae obtidas de suínos com sinais da doença. Entre as 4 amostras não sorotipificáveis isoladas de leitões sem sinais clínicos, apenas uma foi caracterizada através de RAPD. É possível que as demais amostras sejam outrtas bactérias NAD-dependente isoladas do trato respiratório de suínos. Amostras caracterizadas como A. minor e A. indolicus apresentaram perfis de RAPD divergentes dos identificados em isolados puros de A. pleuropneumoniae, comprovando a capacidade da técnica na caracterização do agente. Diferentes amostras do mesmo sorotipo de A. pleuropneumoniae apresentaram polimorfismos de RAPD idênticos, demonstrando reprodutividade da técnica. Os resultados comprovam a capacidade de tipificação de A. Pleuropneumoniae através de RAPD. A pesquisa de primers adequados para a diferenciação dos sorotipos 3, 4 e 5 aprimorar sua caracterização, o que pode vir a contribuir com as técnicas de sorotipificação tradicionalmente utilizados, ou permitir o uso como método de confirmação nas amostras cuja sorotipificação é problemática.

Padronização de três ELISAs polivalentes com lipopolissacarídeos de cadeia longa dos sorotipos 1 e 5, 2, 3 e 7 ou 10 e 12 de Actinobacillus pleuropneumoniae

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

Distribution of biotypes and leukotoxic activity of Aggregatibacter actinomycetemcomitans isolated from Brazilian patients with chronic periodontitis

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

Occurrence of Aggregatibacter actinomycetemcomitans in Brazilian indians from Umutina Reservation, Mato Grosso, Brazil

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

A dominant function of p38 mitogen-activated protein kinase signaling in receptor activator of nuclear factor-kappa B ligand expression and osteoclastogenesis induction by Aggregatibacter actinomycetemcomitans and Escherichia coli lipopolysaccharide

Background and Objective: Lipopolysaccharide from gram-negative bacteria is one of the microbial-associated molecular patterns that initiate the immune/inflammatory response, leading to the tissue destruction observed in periodontitis. The aim of this study was to evaluate the role of the p38 mitogen-activated protein kinase (MAPK) signaling pathway in lipopolysaccharide-induced receptor activator of nuclear factor-kappa B ligand (RANKL) expression by murine periodontal ligament cells.Material and Methods: Expression of RANKL and osteoprotegerin mRNA was studied by reverse transcription-polymerase chain reaction upon stimulation with lipopolysaccharide from Escherichia coli and Aggregatibacter actinomycetemcomitans. The biochemical inhibitor SB203580 was used to evaluate the contribution of the p38 MAPK signaling pathway to lipopolysaccharide-induced RANKL and osteoprotegerin expression. Stable cell lines expressing dominant-negative forms of MAPK kinase (MKK)-3 and MKK6 were generated to confirm the role of the p38 MAPK pathway. An osteoclastogenesis assay using a coculture model of the murine monocytic cell line RAW 264.7 was used to determine if osteoclast differentiation induced by lipopolysaccharide-stimulated periodontal ligament was correlated with RANKL expression.Results: Inhibiting p38 MAPK prior to lipopolysaccharide stimulation resulted in a significant decrease of RANKL mRNA expression. Osteoprotegerin mRNA expression was not affected by lipopolysaccharide or p38 MAPK. Lipopolysaccharide-stimulated periodontal ligament cells increased osteoclast differentiation, an effect that was completely blocked by osteoprotegerin and significantly decreased by inhibition of MKK3 and MKK6, upstream activators of p38 MAPK. Conditioned medium from murine periodontal ligament cultures did not increase osteoclast differentiation, indicating that periodontal ligament cells produced membrane-bound RANKL.Conclusion: Lipopolysaccharide resulted in a significant increase of RANKL in periodontal ligament cells. The p38 MAPK pathway is required for lipopolysaccharide-induced membrane-bound RANKL expression in these cells.

Leukotoxicity of Aggregatibacter actinomycetemcomitans in generalized aggressive periodontitis in Brazilians and their family members

Objective: The purpose of this study was to examine the leukotoxin promoter types of Aggregatibacter actinomycetemcomitans clones in subjects with generalized aggressive periodontitis (GAgP) and in their family members (FM). Material and Methods: Thirty-five patients with GAgP (33.9+/-7.1 years), 33 of their FM (22.8+/-11.4 years), and 41 patients with chronic periodontitis (CP) (44.1+/-9.4 years) were clinically analyzed using the plaque index, gingival index, probing depth (PD), and clinical attachment level (CAL). Subgingival biofilm samples were collected from four interproximal periodontal sites (>PD and >CAL) of each patient. The presence of A. actinomycetemcomitans and its leukotoxic clone was confirmed by polymerase chain reaction (PCR). Results: A. actinomycetemcomitans was observed in 23 (51.1%) GAgP patients and 16 (30.1%) CP patients. Thirty-seven (94.8%) patients showed minimally leukotoxic strains and 2 (5.1%) showed highly leukotoxic strains. In the FM group, 10 (30.3%) had aggressive periodontitis (AgP), 12 (36.3%) had CP, 11 (33.3%) were periodontally healthy or had gingivitis, and 12.2% were A. actinomycetemcomitans positive. Greater full mouth PD and CAL were observed in GAgP patients positive for the bacteria than those negative for it (p<0.05), and the presence of A. actinomycetemcomitans positively correlated with GAgP (Odds ratio, 3.1; confidence interval, 1.4-7.0; p=0.009). Conclusions: The presence of A. actinomycetemcomitans was associated with the clinical condition of GAgP, with most patients exhibiting a generalized form of the disease and minimally leukotoxic clones. Most of the relatives of GAgP patients presented either CP or AgP.