Análise do perfil de genes relacionados ao SST5 e SST6, formação de biofilme e invasão em cepas de Escherichia coli enteroagregativa

A Escherichia coli enteroagregativa (EAEC) é um patotipo emergente e heterogêneo que causa a diarréia aguda ou persistente em indivíduos de diferentes faixas etárias e em pacientes imunocomprometidos. Além disso, EAEC é um dos principais agentes etiológicos da diarréia dos viajantes. O padrão de aderência agregativa de EAEC está associado ao plasmídeo de aderência agregativa (pAA). Genes presentes no plasmídeo e no cromossomo codificam proteínas envolvidas na secreção extracelular de fatores de virulência na superfície ou diretamente na célula hospedeira. A capacidade de produção de muco e biofilme, elaboração de toxinas, aderência e indução de inflamação intensa na mucosa intestinal são importantes características da patogenicidade de EAEC. Nesse estudo, determinamos o perfil genotípico de genes do sistema de secreção Tipo V (SST5) e sistema de secreção Tipo VI (SST6) em cepas de EAEC. Os genes do SST5 ocorreram com mais frequência que os genes do SST6. A presença de pelo menos um gene do SST5 foi detectada em 79% das cepas, enquanto que os genes relacionados ao SST6 foram detectados em apenas 42% das cepas analisadas. A produção de biofilme foi observada em teste quantitativo e verificamos que 67% das cepas produziram biofilme. No teste qualitativo, o tipo de biofilme que predomina é o biofilme moderado (11 cepas), seguido do biofilme forte (9 cepas) e do biofilme discreto (4 cepas). A presença ou ausência de genes do SST5 e SST6 não parece interferir com a capacidade de produção de biofilme, nem com o tipo de biofilme formado. Em ensaios de citotoxicidade, apenas 25% das cepas EAEC (sobrenadante) causaram redução significativa na viabilidade de células T84 avaliada pelo teste de redução com MTT. Nossos resultados mostram que as cepas EAEC isoladas de crianças com diarréia aguda ou de grupo controle são invasoras para células T84. Ao compararmos a capacidade invasora das cepas clinicas e controle, observamos que a média do índice de internalização obtido nas 15 cepas do grupo clinico foi de 5,7% 1,7 e para as 9 cepas do grupo controle foi de 2.4 % 0,7; entretanto essa diferença observada não foi estatisticamente significativa. Não foi possível correlacionar o perfil genotípico dos genes do SST5 e SST6 com o perfil fenotípico analisado (formação de biofilme, citotoxicidade e invasão).O que pode ser atribuído a heterogeneidade genotípica e fenotípica, uma característica relevante de cepas EAEC.

Distribuição e conservação dos genes que codificam as proteínas VgrG e Hcp em espécies de Aeromonas

Aeromonas spp. são bastonetes Gram negativos amplamente distribuídos nos ambientes aquáticos, com relatos de isolamento em água de abastecimento público e alimentos. Este micro-organismo possui potencial de causar doenças intestinais e extraintestinais cuja patogenicidade está associada a sua virulência multifatorial. Diversos determinantes de virulência de Aeromonas já foram identificados, incluindo sistemas de secreção de proteínas. O sistema de secreção tipo VI (SST6) é o mais recente sistema de secreção de proteínas identificado em bactérias cuja presença em estirpes no gênero Aeromonas pode implicar atividades de citotoxicidade para o hospedeiro, pois esse sistema é capaz de injetar moléculas efetoras dentro da célula, interferindo diretamente nos processos celulares. A fim de determinar a presença e analisar a distribuição dos genes hcp e vgrG codificadores das proteínas efetoras do SST6 em Aeromonas spp. o presente estudo examinou 119 cepas isoladas de diversas origens pela técnica da PCR após o desenho de oligonucleotídeos iniciadores específicos. Objetivamos ainda analisar a variabilidade genética interespecífica dos genes hcp e vgrG a partir de dados de sequenciamento. Os resultados obtidos indicaram a distribuição dos genes vgrG e hcp em 46% das cepas de Aeromonas hydrophila e Aeromonas caviae de diferentes origens. Entre as cepas de A. hydrophila a maior frequência foi observada nas cepas isoladas de humanos, onde todas foram positivas para os iniciadores que amplificaram um produto de 541 pb do gene vgrG e 418 pb do gene hcp. Entre as cepas de A. caviae, a incidência de genes vgrG e hcp foi mais elevada nas cepas isoladas de alface (60%) e peixes (50%). As cepas analisadas de origem ambiental apresentaram índice total de 36% de positividade, apresentando frequência de 60% e 22% em A. hydrophila e A. caviae, respectivamente. Os dados obtidos da análise de cepas de origem alimentar mostraram a presença dos genes vgrG e hcp em 67% (A. hydrophila) e 60% (A. caviae) das cepas isoladas de folhas de alface. Nas cepas isoladas de queijo os genes foram encontrados em 67% e 12,5% das cepas de A. hydrophila e de A. caviae, respectivamente. O alinhamento múltiplo entre as sequências dos segmentos dos genes hcp e vgrG obtidas no sequenciamento indicou grau de identidade nucleotídica de 75 a 100% entre as sequências de hcp e 80 a 100% entre as sequências de vgrG. Em conclusão, nossos resultados indicaram que os iniciadores desenhados foram capazes de detectar suas sequências alvo em cepas de A. caviae e outras espécies de Aeromonas, sugerindo a existência de homologia entre os genes nas diferentes espécies, confirmada após sequenciamento de DNA. Os dados indicaram que esses genes estão distribuídos em várias espécies de Aeromonas e em cepas isoladas de diversas fontes. Ressaltamos a prevalência de cepas de A. hydrophila PCR-positivas em isolados clínicos, sugerindo a participação do SST6 no complexo universo da virulência multifatorial que permeia esse micro-organismo

Diagnóstico sorológico da infecção pulmonar por Pseudomonas aeruginosa em crianças com Fibrose Cística

A Fibrose Cística (FC) é uma doença letal, de caráter autossômico recessivo, que acomete populações de diferentes etnias. A doença caracteriza-se pelo comprometimento sistêmico das glândulas exócrinas e, na maioria dos pacientes, a doença pulmonar acaba tornando-se a patologia predominante. A infecção por P. aeruginosa é a principal causa de mortalidade dos pacientes com FC. O Sistema de Secreção Tipo III da bactéria é expresso na fase aguda da doença e é responsável por injetar proteínas citotóxicas no interior da célula eucariótica. Há um grande interesse em se investigar a resposta de anticorpos anti P. aeruginosa em pacientes com FC a fim de diagnosticar a colonização e ou infecção pulmonar antes da cultura, permitindo a antibioticoterapia preventiva, a fim de se evitar a infecção pulmonar crônica. Nesta tese, investigamos a resposta de anticorpos (IgG+IgM+IgA) contra as proteínas do SSTT de P. aeruginosa, através do Western-Blot. Participaram do estudo 51 pacientes com FC, de 1.1 a 16.8 anos acompanhados no Departamento de Pneumologia do Instituto Fernandes Figueira - FioCruz, durante um período aproximado de 2 anos. De cada paciente foram coletadas de 1 a 4 amostras de sangue, com intervalo médio de 6 meses entre as coletas. O grupo controle negativo consistiu de 28 indivíduos não fibrocísticos, de 2 a 17 anos, atendidos no Hospital Universitário Pedro Ernesto - HUPE UERJ. As proteínas do SSTT foram extraídas das cepas PAO1 e PAOΔExsA (regulador da expressão do SSTT) de P. aeruginosa. Controles positivos e negativos foram utilizados em todas as reações. Para a identificação das proteínas do SSTT na reação utilizou-se antisoro de camundongos imunizados com a proteína recombinante PcrV. Doze (75%) dos 16 pacientes fibrocísticos considerados não infectados por P. aeruginosa tiveram a primeira sorologia positiva para PopB e 15 (93,75%) para ExoS/ExoT, indicando a colonização ou infecção por P. aeruginosa. Aproximadamente 25% e 35,7% dos soros do grupo controle mostraram reatividade fraca com PopB ou ExoS/ExoT, respectivamente. O tempo decorrido entre a primeira sorologia positiva e o primeiro isolamento de P. aeruginosa nestes pacientes variou de 18 a 30 meses. Concluindo, é possível fazer o diagnóstico sorológico da infecção pulmonar por P. aeruginosa antes do isolamento da bactéria pela cultura.

Ativação do estresse oxidativo e da resposta antioxidante por ExoU de Pseudomonas aeruginosa

ExoU, uma citotoxina produzida pelo patógeno oportunista Pseudomonas aeruginosa e translocada para o citosol de células hospedeiras via sistema de secreção do tipo III, é associada à gravidade de infecções agudas. No presente trabalho, o efeito de ExoU na ativação do estresse oxidativo e da resposta antioxidante foi avaliado em culturas de células epiteliais respiratórias humanas infectadas com a cepa PA103 de P. aeruginosa (produtora de ExoU), com a mutante deletada no gene exoU, PA103∆exoU, ou com a mutante complementada com exoU sem atividade tipo fosfolipase A2, PA103∆UT/S142A. Análises das dosagens de hidroperóxidos lipídicos e isoprostanos, considerados marcadores de estresse oxidativo, revelaram que ExoU promoveu um aumento em suas concentrações. Foi observado, também, que ExoU estimulou a produção de espécies reativas de oxigênio, óxido nítrico e peroxinitrito nas células infectadas, assim como a expressão de iNOS e eNOS, mas não de nNOS. Além disso, ExoU foi responsável pelo aumento da atividade de SOD1 e pela redução dos níveis de GSH, mas não afetou a atividade da catalase ou de NQO1. No modelo in vivo, a dosagem de malondialdeído, um subproduto da lipoperoxidação de membranas, evidenciou uma maior produção deste composto no pulmão de camundongos infectados pela cepa produtora de ExoU, em comparação ao pulmão de camundongos infectados pela cepa mutante. Em conjunto, estes resultados mostram que ExoU ativa a produção de espécies reativas de oxigênio e nitrogênio, levando à peroxidação lipídica e modulando o sistema de defesa antioxidante

Efeito do Sistema de Secreção do Tipo VI de Pseudomonas aeruginosa em modelo murino de pneumonia aguda

O Sistema de Secreção do Tipo VI (SST6), o mais recente maquinário de secreção descrito em bactérias Gram-negativas, é amplamente distribuído entre as diversas espécies deste grupo de microrganismos. Esse aparato de secreção é capaz de injetar efetores proteicos em células alvo, eucarióticas e procarióticas. Estudos sobre o papel do SST6 na virulência microbiana revelaram que este sistema secretório participa ativamente do estabelecimento de infecções, contribuindo para a sobrevivência das bactérias no interior de fagócitos. O genoma da cepa PAO1 de Pseudomonas aeruginosa apresenta três loci que codificam aparatos de SST6, denominados de H1-SST6, H2-SST6 e H3-SST6, Porém, pouco se sabe sobre a participação do SST6 na patogênese de infecções por P. aeruginosa. Assim, o presente estudo investigou o papel de H1-SST6, H2-SST6 e H3-SST6 durante a infecção pulmonar aguda de camundongos. Para isso, camundongos C57/BL6 foram infectados com diferentes doses de bactérias da cepa selvagem PAO1 ou das cepas mutantes PAO1∆H1, PAO1∆H2, PAO1∆H3 ou PAO1∆H1∆H2∆H3. Após 24 horas, os lavados broncoalveolares (LBAs) de animais controle e infectados foram recuperados para a contagem de leucócitos totais e polimorfonucleares e para a quantificação, por ELISA, da quimiocina para neutrófilos, KC, e das citocinas pró-inflamatórias IL-1β e TNF-α. Em outros experimentos, os pulmões, fígados, baços e rins dos animais foram macerados para a pesquisa da carga bacteriana e da disseminação sistêmica das bactérias. A citotoxicidade do SST6 foi determinada, in vitro, em neutrófilos humanos, pela marcação com iodeto de propídeo (PI) e anexina-V seguida da análise em citometria de fluxo. Os resultados mostraram que a inativação dos três SST6 reduziu significativamente a concentração de neutrófilos nos LBAs quando os animais foram infectados com 10⁷ Unidades Formadoras de Colônias de P. aeruginosa. Nesta dose, foi observado que as medianas do número de bactérias detectadas nos animais infectados com as mutantes no SST6 foram menores do que as detectadas nos animais infectados com a cepa parental PAO1. As mutações no SST6 não afetaram a disseminação sistêmica da bactéria. A pesquisa da secreção de citocinas pró-inflamatórias mostrou que, embora tenha sido observada uma redução nas medianas das concentrações de TNF-α nos LBAs de camundongos infectados com a cepa PAO1∆H1∆H2∆H3, em relação aos LBAs de camundongos infectados com a cepa parental, essa diferença não foi significativa. Como a pesquisa de IL-1β e KC não contribuiu para a elucidação dos mecanismos envolvidos na redução da concentração de neutrófilos nos LBAs dos camundongos infectados pela cepa tripla mutante, foi pesquisado o possível efeito do SST6 na morte de neutrófilos humanos. Os resultados mostraram que não houve diferenças significativas quando as diferentes amostras de células infectadas foram comparedas entre si. Em conclusão, os resultados do presente estudo mostraram que o SST6 pode interferir na resposta de neutrófilos durante a pneumonia aguda, mas estudos adicionais são necessários para determinar o papel deste mecanismo de secreção na patogênese de P. aeruginosa.

ExoU, uma proteína do sistema de secreção do tipo III de Pseudomonas aeruginosa, induz a secreção de eicosanóides por células epiteliais respiratórias. Papel dos corpúsculos lipídicos neste processo

Para pesquisar o papel de ExoU no desencadeamento de resposta inflamatória nas vias aéreas, células epiteliais respiratórias humanas (CERs) da linhagem BEAS-2B foram tratadas com AA radiomarcado e infectadas com a cepa PA103 de P. aeruginosa, que secreta ExoU, e com os mutantes PA103exoU (com deleção do gene exoU), PA103ΔUT/exoU (com deleção de exoU e complementação com o gene funcional) e PA103UT/S142A (com deleção de exoU e complementação com gene com mutagênese sítio-específica no domínio catalítico da enzima). Após 1 hora, a liberação de AA pelas culturas infectadas com as cepas produtoras de ExoU foi significativamente superior à observada em culturas infectadas pelas cepas não-produtoras ou por células controle. O tratamento das bactérias com MAFP, um inibidor de PLA2, resultou em significativa redução na liberação de AA. Células infectadas pelas cepas PA103 e PA103ΔUT/exoU secretaram PGE2 e LTB4 em concentrações significativamente maiores que as secretadas por células infectadas pelas demais cepas ou não infectadas. O tratamento com o MAFP reduziu significativamente a secreção de PGE2. A análise, por citometria de fluxo, de células infectadas e não infectadas tratadas com anticorpo anti-COX-2 mostrou que o percentual de células infectadas por PA103 marcadas foi significativamente superior ao percentual encontrado em culturas controle. Nenhuma diferença foi observada quanto ao percentual de células marcadas em culturas infectadas por PA103ΔexoU. O tratamento das culturas com NS-398 (um inibidor seletivo de COX-2) resultou na diminuição significativa da concentração de PGE2, secretada por células infectadas com PA103, mas não por células infectadas com PA103ΔexoU ou por células controle. Corpúsculos lipídicos (CLs) são domínios citoplasmáticos ricos em COX-2 e outras enzimas responsáveis pelo metabolismo do AA, sede da produção de eicosanóides. Como células infectadas pelas cepas produtoras de ExoU liberam AA livre, formulamos a hipótese de que a maior produção de eicosanóides por estas células seria dependente da indução do aumento no número dos CLs. No entanto, a análise por citometria de fluxo de células tratadas com uma sonda lipofílica com afinidade com os CLs mostrou que o percentual de células marcadas em culturas infectadas pelas cepas produtoras de ExoU foi significativamente inferior ao percentual em culturas controle ou infectadas pelas outras 2 cepas bacterianas. O tratamento das células com MAFP inibiu significativamente a redução do percentual de células contendo CLs. A análise, por citometria de fluxo, de células controle ou infectadas tratadas simultaneamente com a sonda lipofílica e com o anticorpo anti-PGE2, mostrou, em células infectadas com PA103, a redução da mediana da intensidade de marcação com a sonda lipofílica e o aumento da mediana da intensidade de marcação com o anticorpo anti-PGE2. Nossa hipótese é que a presença de ExoU nas células infectadas com a cepa PA103 resulte no metabolismo de glicerofosfolipídios presente nos CLs levando à diminuição da afinidade dos CLs pela sonda lipofílica e à síntese local de PGE2.

Construction and characterization of a live, attenuated esrB mutant of Edwardsiella tarda and its potential as a vaccine against the haemorrhagic septicaemia in turbot, Scophthamus maximus (L.)

The esrB gene of Edwardsiella tarda, which encodes a regulator protein of the type III secretion system, was mutated by the unmarked deletion method and reintroduced by allelic exchange into the chromosome of E. tarda LSE40 by means of the suicide vector pRE 112. The LSE40 esrB mutant was highly attenuated when inoculated intraperitoneally into turbot Scophthamus maximus L., showing a 50% lethal dose of 10(8.1) cfu/fish. The esrB mutants were not recoverable from the internal organs at 14 days post-inoculation. Vaccination with a single dose of 10(5)-10(7) cfu/fish of the esrB mutant elicited significant protection against the wildtype strain of E. tarda LSE40 (relative percentage survival > 50%). The protection correlated well with the antibody titres in the serum of vaccinated fish. (c) 2006 Elsevier Ltd. All rights reserved.

The role of metabolism in the pathogenesis of adherent invasive Escherichia coli (AIEC)

Crohn’s disease (CD) is a chronic, relapsing inflammatory condition affecting the gastrointestinal tract of humans, of which there is currently no cure. The precise etiology of CD is unknown, although it has become widely accepted that it is a multifactorial disease which occurs as a result of an abnormal immune response to commensal enteric bacteria in a genetically susceptible host. Recent studies have shown that a new group of Escherichia coli, called Adherent Invasive Escherichia coli (AIEC) are present in the guts of CD patients at a higher frequency than in healthy subjects, suggesting that they may play a role in the initiation and/or maintenance of the inflammation associated with CD. Two phenotypes define an AIEC and differentiate them from other groups of E. coli. Firstly, AIEC can adhere to and invade epithelial cells; and secondly, they can replicate in macrophages. In this study, we use a strain of AIEC which has been isolated from the colonic mucosa of a CD patient, called HM605, to examine the relationship between AIEC and the macrophage. We show, using a systematic mutational approach, that while the Tricarboxylic acid (TCA) cycle, the glyoxylate pathway, the Entner-Doudoroff (ED) pathway, the Pentose Phosphate (PP) pathway and gluconeogenesis are dispensable for the intramacrophagic growth of HM605, glycolysis is an absolute requirement for the ability of this organism to replicate intracellularly. We also show that HM605 activates the inflammasome, a major driver of inflammation in mammals. Specifically, we show that macrophages infected with HM605 produce significantly higher levels of the pro-inflammatory cytokine IL-1β than macrophages infected with a non-AIEC strain, and we show by immunoblotting that this is due to cleavage of caspase-1. We also show that macrophages infected with HM605 exhibit significantly higher levels of pyroptosis, a form of inflammatory cell death, than macrophages infected with a non-AIEC strain. Therefore, AIEC strains are more pro-inflammatory than non-AIEC strains and this may have important consequences in terms of CD pathology. Moreover, we show that while inflammasome activation by HM605 is independent of intracellular bacterial replication, it is dependent on an active bacterial metabolism. Through the establishment of a genetic screen aimed at identifying mutants which activate the inflammasome to lower levels than the wild-type, we confirm our observation that bacterial metabolism is essential for successful inflammasome activation by HM605 and we also uncover new systems/structures that may be important for inflammasome activation, such as the BasS/BasR two-component system, a type VI secretion system and a K1 capsule. Finally, in this study, we also identify a putative small RNA in AIEC strain LF82, which may be involved in modulating the motility of this strain. Overall this works shows that, in the absence of specialised virulence factors, the ability of AIEC to metabolise within the host cell may be a key determinant of its pathogenesis.

Burkholderia cenocepacia disrupts host cell actin cytoskeleton by inactivating Rac and Cdc42

Burkholderia cenocepacia, a member of the Burkholderia cepacia complex, is an opportunistic pathogen that causes devastating infections in patients with cystic fibrosis. The ability of B. cenocepacia to survive within host cells could contribute significantly to its virulence in immunocompromised patients. In this study, we explored the mechanisms that enable B. cenocepacia to survive inside macrophages. We found that B. cenocepacia disrupts the actin cytoskeleton of infected macrophages, drastically altering their morphology. Submembranous actin undergoes depolymerization, leading to cell retraction. The bacteria perturb actin architecture by inactivating Rho family GTPases, particularly Rac1 and Cdc42. GTPase inactivation follows internalization of viable B. cenocepacia and compromises phagocyte function: macropinocytosis and phagocytosis are markedly inhibited, likely impairing the microbicidal and antigen-presenting capability of infected macrophages. The type VI secretion system is essential for the bacteria to elicit these changes. This is the first report demonstrating inactivation of Rho family GTPases by a member of the B. cepacia complex.

The Burkholderia cenocepacia sensor kinase hybrid AtsR is a global regulator modulating quorum-sensing signalling

Burkholderia cenocepacia is commonly found in the environment and also as an important opportunistic pathogen infecting patients with cystic fibrosis. Successful infection by this bacterium requires coordinated expression of virulence factors, which is achieved through different quorum sensing (QS) regulatory systems. Biofilm formation and Type 6 secretion system (T6SS) expression in B. cenocepacia K56-2 are positively regulated by QS and negatively regulated by the sensor kinase hybrid AtsR. This study reveals that in addition to affecting biofilm and T6SS activity, the deletion of atsR in B. cenocepacia leads to overproduction of other QS-regulated virulence determinants including proteases and swarming motility. Expression of the QS genes, cepIR and cciIR, was upregulated in the ?atsR mutant and resulted in early and increased N-acylhomoserine lactone (AHL) production, suggesting that AtsR plays a role in controlling the timing and fine-tuning of virulence gene expression by modulating QS signalling. Furthermore, a ?atsR?cepI?cciI mutant could partially upregulate the same virulence determinants indicating that AtsR also modulates the expression of virulence genes by a second mechanism, independently of any AHL production. Together, our results strongly suggest that AtsR is a global virulence regulator in B. cenocepacia.

Activation of the pyrin inflammasome by intracellular Burkholderia cenocepacia

Burkholderia cenocepacia is an opportunistic pathogen that causes chronic infection and induces progressive respiratory inflammation in cystic fibrosis patients. Recognition of bacteria by mononuclear cells generally results in the activation of caspase-1 and processing of IL-1ß, a major proinflammatory cytokine. In this study, we report that human pyrin is required to detect intracellular B. cenocepacia leading to IL-1ß processing and release. This inflammatory response involves the host adapter molecule ASC and the bacterial type VI secretion system (T6SS). Human monocytes and THP-1 cells stably expressing either small interfering RNA against pyrin or YFP-pyrin and ASC (YFP-ASC) were infected with B. cenocepacia and analyzed for inflammasome activation. B. cenocepacia efficiently activates the inflammasome and IL-1ß release in monocytes and THP-1. Suppression of pyrin levels in monocytes and THP-1 cells reduced caspase-1 activation and IL-1ß release in response to B. cenocepacia challenge. In contrast, overexpression of pyrin or ASC induced a robust IL-1ß response to B. cenocepacia, which correlated with enhanced host cell death. Inflammasome activation was significantly reduced in cells infected with T6SS-defective mutants of B. cenocepacia, suggesting that the inflammatory reaction is likely induced by an as yet uncharacterized effector(s) of the T6SS. Together, we show for the first time, to our knowledge, that in human mononuclear cells infected with B. cenocepacia, pyrin associates with caspase-1 and ASC forming an inflammasome that upregulates mononuclear cell IL-1ß processing and release.

Lipopolysaccharide O antigen status of Yersinia enterocolitica O:8 is essential for virulence and absence of O antigen affects the expression of other Yersinia virulence factors

Lipopolysaccharide (LPS) is the major component of the outer membrane of Gram-negative bacteria. Although much attention has been given to the biological effects of its lipid A portion, a great body of evidence indicates that its O chain polysaccharide (O antigen) portion plays an important role in the bacterium-host interplay. In this work we have studied in-depth the role of the O antigen in Yersinia enterocolitica serotype O:8 pathogenesis. We made a detailed virulence analysis of three mutants having different O antigen phenotypes: (i) LPS with no O antigen (rough mutant); (ii) LPS with one O unit (semirough mutant) and (iii) LPS with random distribution of O antigen chain lengths. We demonstrated that these LPS O antigen mutants were attenuated in virulence regardless of the infection route used. Co-infection experiments revealed that the rough and semirough mutants were severely impaired in their ability to colonize the Peyer's patches and in contrast to the wild-type strain they did not colonize spleen and liver. The mutant with random distribution of O antigen chain lengths, however, survived better but started to be cleared from mouse organs after 8 days. As an explanation to this attenuation we present here evidence that other Yersinia virulence factors depend on the presence of O antigen for their proper function and/or expression. We demonstrated that in the rough mutant: (i) the YadA function but not its expression was altered; (ii) Ail was not expressed and (iii) inv expression was downregulated. On the other hand, expression of flhDC, the flagellar master regulatory operon, was upregulated in this mutant with a concomitant increase in the production of flagellins. Finally, expression of yplA, encoding for the Yersinia phospholipase A, was also upregulated accompanied by an increased flagellar type III secretion system mediated secretion of YplA to culture medium. Together these findings suggest that the absence of O antigen in the outer membrane of Yersinia either directly or indirectly, for example through a cellular or membrane stress, could act as a regulatory signal.

Pan-genome analysis of the emerging foodborne pathogen Cronobacter spp. suggests a species-level bidirectional divergence driven by niche adaptation

Background: Members of the genus Cronobacter are causes of rare but severe illness in neonates and preterm infants following the ingestion of contaminated infant formula. Seven species have been described and two of the species genomes were subsequently published. In this study, we performed comparative genomics on eight strains of Cronobacter, including six that we sequenced (representing six of the seven species) and two previously published, closed genomes.

Results: We identified and characterized the features associated with the core and pan genome of the genus Cronobacter in an attempt to understand the evolution of these bacteria and the genetic content of each species. We identified 84 genomic regions that are present in two or more Cronobacter genomes, along with 45 unique genomic regions. Many potentially horizontally transferred genes, such as lysogenic prophages, were also identified. Most notable among these were several type six secretion system gene clusters, transposons that carried tellurium, copper and/or silver resistance genes, and a novel integrative conjugative element.

Conclusions: Cronobacter have diverged into two clusters, one consisting of C. dublinensis and C. muytjensii (Cdub-Cmuy) and the other comprised of C. sakazakii, C. malonaticus, C. universalis, and C. turicensis, (Csak-Cmal-Cuni-Ctur) from the most recent common ancestral species. While several genetic determinants for plant-association and human virulence could be found in the core genome of Cronobacter, the four Cdub-Cmuy clade genomes contained several accessory genomic regions important for survival in a plant-associated environmental niche, while the Csak-Cmal-Cuni-Ctur clade genomes harbored numerous virulence-related genetic traits.

Functional Genomic Screen Identifies Klebsiella pneumoniae Factors Implicated in Blocking Nuclear Factor κB (NF-κB) Signaling

Klebsiella pneumoniae is etiologic agent of community-acquired and nosocomial pneumonia. It has been shown that K. pneumoniae infections are characterized by reduced early inflammatory response. Recently our group have shown that K. pneumoniae dampens the activation of inflammatory responses by antagonizing the activation of the NF-κB canonical pathway. Our results revealed that K. pneumoniae capsule (CPS) was necessary but not sufficient to attenuate inflammation. To identify additional Klebsiella factors required to dampen inflammation, we standardized and applied a high-throughput gain-on-function screen to examine a Klebsiella transposon mutant library. We identified 114 mutants that triggered the activation of NF-κB. Two gene ontology categories accounted for half of the loci identified in the screening, that of metabolism and transport (32% of the mutants), and of enveloperelated genes (17%). Characterization of the mutants revealed that the lack of the enterobactin siderophore was linked to a reduced CPS expression which in turn underlined the NF- κB activation induced by the mutant. The lipopolysaccharide (LPS) O-polysaccharide and the pullulanase (PulA) type 2 secretion system (T2SS) are required for full effectiveness of immune evasion. Importantly, these factors do not play a redundant role. The fact that LPS Opolysaccharide and T2SS mutants-induced responses were dependent on TLR2-TLR4- MyD88 activation suggested that LPS Opolysaccharide and PulA perturbed TLRdependent recognition of K. pneumoniae. Finally, we demonstrate that LPS O-polysaccharide and pulA mutants are attenuated in the pneumonia mouse model. We propose that LPS Opolysaccharide and PulA T2SS could be new targets for designing new antimicrobials. Increasing TLR-governed defence responses might provide also selective alternatives for the management of K. pneumoniae pneumonia.

Comparative analysis of Klebsiella pneumoniae genomes identifies a phospholipase D family protein as a novel virulence factor

BACKGROUND: Klebsiella pneumoniae strains are pathogenic to animals and humans, in which they are both a frequent cause of nosocomial infections and a re-emerging cause of severe community-acquired infections. K. pneumoniae isolates of the capsular serotype K2 are among the most virulent. In order to identify novel putative virulence factors that may account for the severity of K2 infections, the genome sequence of the K2 reference strain Kp52.145 was determined and compared to two K1 and K2 strains of low virulence and to the reference strains MGH 78578 and NTUH-K2044.

RESULTS: In addition to diverse functions related to host colonization and virulence encoded in genomic regions common to the four strains, four genomic islands specific for Kp52.145 were identified. These regions encoded genes for the synthesis of colibactin toxin, a putative cytotoxin outer membrane protein, secretion systems, nucleases and eukaryotic-like proteins. In addition, an insertion within a type VI secretion system locus included sel1 domain containing proteins and a phospholipase D family protein (PLD1). The pld1 mutant was avirulent in a pneumonia model in mouse. The pld1 mRNA was expressed in vivo and the pld1 gene was associated with K. pneumoniae isolates from severe infections. Analysis of lipid composition of a defective E. coli strain complemented with pld1 suggests an involvement of PLD1 in cardiolipin metabolism.

CONCLUSIONS: Determination of the complete genome of the K2 reference strain identified several genomic islands comprising putative elements of pathogenicity. The role of PLD1 in pathogenesis was demonstrated for the first time and suggests that lipid metabolism is a novel virulence mechanism of K. pneumoniae.