Electrochemical immunosensor for multiplexed detection of food-borne pathogens using nanocrystal bioconjugates and MWCNT screen-printed electrode

Bacterial food poisoning is an ever-present threat that can be prevented with proper care and handling of food products. A disposable electrochemical immunosensor for the simultaneous measurements of common food pathogenic bacteria namely Escherichia coli O157:H7 (E. coli), campylobacter and salmonella were developed. The immunosensor was fabricated by immobilizing the mixture of anti-E. coli, anticampylobacter and anti-salmonella antibodies with a ratio of 1:1:1 on the surface of the multiwall carbon nanotube-polyallylamine modified screen printed electrode (MWCNT-PAH/SPE). Bacteria suspension became attached to the immobilized antibodies when the immunosensor was incubated in liquid samples. The sandwich immunoassay was performed with three antibodies conjugated with specific nanocrystal ( -E. coli-CdS, -campylobacter-PbS and -salmonella-CuS) which has releasable metal ions for electrochemical measurements. The square wave anodic stripping voltammetry (SWASV) was employed to measure released metal ions from bound antibody nanocrystal conjugates. The calibration curves for three selected bacteria were found in the range of 1 × 103 – 5 × 105 cells mL−1 with the limit of detection (LOD) 400 cells mL−1 for salmonella, 400 cells mL−1 for campylobacter and 800 cells mL−1 for E. coli. The precision and sensitivity of this method show the feasibility of multiplexed determination of bacteria in milk samples.

Pesquisa de factores de virulência em estirpes de Escherichia coli em resíduos de produção animal

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do grau de Mestre em Biotecnologia

What you need to know about E. Coli 0157

E. coli O157 belongs to a large group of bacteria called Escherichia coli (or E. coli for short). Many E. coli are harmless and they occur naturally in the gut of animals and humans. One of these, E. coli O157, which is a harmless germ in cattle can cause a serious disease in humans.

Infectious Intestinal Diseases on the Island of Ireland

It is increasingly recognised that the burden of infectious intestinal diseases (IID) in a population is an important indicator of food safety. This report has examined four bacterial infections that frequently cause IID on the island of Ireland (IOI). Over the decade covered by this report, levels of Salmonella have declined substantially while levels of Campylobacter remain a real problem for Food Safety professionals on the IOI. Although much less common, the verocytotoxigenic Escherichia coli O157 (VTEC O157) and Listeria infections present an on-going challenge because of their severity and associated long-term sequelae. Northern Ireland (NI) has a higher reported crude incidence rate of three of the included pathogens (Salmonella, Campylobacter and Listeria) than the Republic of Ireland (ROI), while VTEC 0157 was the exception. This may reflect differences in health seeking behaviour and reporting between the two jurisdictions and/or actual differences in incidence rates.

Epithelial cell signaling responses to enterohemorrhagic Escherichia coli infection

Enterohemorrhagic Escherichia coli, including the serotype O157:H7 that is most commonly identified with human disease, cause both sporadic cases and outbreaks of non-bloody diarrhea and hemorrhagic colitis. In about 10% of infected subjects, the hemolytic uremic syndrome (hemolytic anemic, thrombocytopenia, and acute renal failure) develops, likely as a consequence of systemic spread of bacterial-derived toxins variously referred to as Shiga-like toxin, Shiga toxin, and Verotoxin. Increasing evidence points to a complex interplay between bacterial products - for example, adhesins and toxins - and host signal transduction pathways in mediating responses to infection. Identification of critical signaling pathways could result in the development of novel strategies for intervention to both prevent and treat this microbial infection in humans.

Health matters: what you need to know - E. coli

This factsheet for the general public�contains information on Vero cytotoxin producing E. coli (VTEC), a strain of bacteria that can cause severe disease in humans. E. coli O157 is the most common strain of VTEC in the UK.Information on prevention is included.

Production, characterization, and application of antibodies against heat-labile type-I toxin for detection of enterotoxigenic Escherichia coli

Strains of enterotoxigenic Escherichia coli (ETEC) are responsible for significant rates of morbidity and mortality among children, particularly in developing countries. The majority of clinical and public health laboratories are capable of isolating and identifying Salmonella, Shigella, Campylobacter, and Escherichia coli O157:H7 from stool samples, but ETEC cannot be identified by routine methods. The method most often used to identify ETEC is polymerase chain reaction for heat-stable and heat-labile enterotoxin genes, and subsequent serotyping, but most clinical and public health laboratories do not have the capacity or resources to perform these tests. In this study, polyclonal rabbit and monoclonal mouse IgG2b antibodies against ETEC heat-labile toxin-I (LT) were characterized and the potential applicability of a capture assay was analyzed. IgG-enriched fractions from rabbit polyclonal and the IgG2b monoclonal antibodies recognized LT in a conformational shape and they were excellent tools for detection of LT-producing strains. These findings indicate that the capture immunoassay could be used as a diagnostic assay of ETEC LT-producing strains in routine diagnosis and in epidemiological studies of diarrhea in developing countries as enzyme linked immunosorbent assay techniques remain as effective and economical choice for the detection of specific pathogen antigens in cultures.

Efecto de los contenidos de C, Mn y Si en el comportamiento a fluencia en caliente de aceros de construcción al carbono y microaleados: aplicación a la obtención de grano ultrafino en productos largos laminados

Després d’aplicar alguns tractaments d’elaboració i conservació als aliments, queden bacteris lesionats. Aquests bacteris perden la capacitat de créixer en els medis de cultiu selectiu convencionals, de manera que se’n subestima el recompte. Malgrat això, poden recuperar-se als aliments i suposar un risc per la salut, ja que alguns encara poden mantenir activitat metabòlica i integritat estructural. En aquest projecte, es van optimitzar protocols de preparació de mostres per citometria de flux (CF) per avaluar l’estat fisiològic de patògens alimentaris (Escherichia coli O157:H7, Salmonella Enteritidis i Listeria monocytogenes) sotmesos a estrès. Es van estudiar principalment dos paràmetres fisiològics: la integritat de membrana, mitjançant iodur de propidi i fluorocroms de la família SYTO; i l’activitat respiratòria, per la reducció intracel•lular d’una sal de tetrazole, el CTC. En primer lloc, es van avaluar variables de protocol, com la concentració de colorant, la ràtio entre colorants, la solució de tinció i el temps d’incubació, en mostres control (cèl•lules sanes i mortes). A continuació, els protocols optimitzats es van aplicar a suspensions bacterianes en medi de cultiu que prèviament havien estat sotmeses a estressos físics i fisicoquímics. Durant l’etapa final del projecte, els coneixements adquirits sobre la preparació de mostres per CF es van aplicar a l’anàlisi de mostres de matriu complexa: amanides comercials inoculades amb E. coli O157:H7. Als assajos amb indicadors d’integritat de membrana en suspensions bacterianes sotmeses a estrès, es van poder quantificar cèl•lules amb la membrana parcialment danyada (presumptes cèl•lules lesionades). El recompte de cèl•lules que mantingueren l’activitat respiratòria després de ser sotmeses a estrès va ser superior al que es va obtenir mitjançant recompte en placa convencional, cosa que va evidenciar la presència de cèl•lules actives però no cultivables. La introducció d’estratègies per reduir les interferències provocades per les partícules alimentàries i l’ús d’un anticòs amb marcatge fluorescent va permetre detectar selectivament les cèl•lules d’E. coli O157:H7 i avaluar-ne la integritat de membrana simultàniament. L’anàlisi de cèl•lules bacterianes per CF requereix de la exhaustiva optimització dels protocols, que són específics per cada soca i matriu. Malgrat això, i a diferència del mètode convencional per recompte en placa, ofereix la possibilitat d’obtenir una gran quantitat d’informació sobre el sovint complex estat fisiològic d’una mostra.

Occurrence of virulence-related sequences and phylogenetic analysis of commensal and pathogenic avian Escherichia coli strains (APEC)

The presence of iron uptake (irp-2, fyuA, sitA, fepC, iucA), adhesion (iha, lpfA O157/O141, lpfA O157/O154, efa, toxB) and invasion (inv, ial-related DNA sequences and assignment to the four main Escherichia coli phylogenetic groups (A, B1, B2 e D) were determined in 30 commensal E. coli strains isolated from healthy chickens and in 49 APEC strains isolated from chickens presenting clinical signs of septicemia (n=24) swollen head syndrome (n=14) and omphalitis (n=11) by PCR. None of the strains presented DNA sequences related to the inv, ial, efa, and toxB genes. DNA sequences related to lpfA O157/O154, iucA, fepC, and irp-2 genes were significantly found among pathogenic strains, where iucA gene was associated with septicemia and swollen head syndrome and fepC and irp-2 genes were associated with swollen head syndrome strains. Phylogenetic typing showed that commensal and omphalitis strains belonged mainly to phylogenetic Group A and swollen head syndrome to phylogenetic Group D. Septicemic strains were assigned in phylogenetic Groups A and D. These data could suggest that clonal lineage of septicemic APEC strains have a multiple ancestor origin; one from a pathogenic bacteria ancestor and other from a non-pathogenic ancestor that evolved by the acquisition of virulence related sequences through horizontal gene transfer. Swollen head syndrome may constitute a pathogenic clonal group. By the other side, omphalitis strains probably constitute a non-pathogenic clonal group, and could cause omphalitis as an opportunistic infection. The sharing of virulence related sequences by human pathogenic E. coli and APEC strains could indicate that APEC strains could be a source of virulence genes to human strains and could represent a zoonotic risk.

Ocorrência de Escherichia coli 0157:H7 em vegetais e resistência aos agentes de desinfecção de verduras

Foi feito um estudo da ocorrência de E.coli O157:H7 em vegetais que são normalmente consumidos crus no Brasil e uma avaliação da sua resistência aos sanitizantes disponíveis no mercado para desinfecção de verduras, equipamentos e utensílios, incluindo compostos clorados e compostos de amônio quaternário. Na avaliação da ocorrência em vegetais foram analisadas 869 amostras, não sendo detectada a presença do patógeno. Os imunoensaios enzimáticos (ELISA) utilizados nas análises (Reveal E.coli O157 Neogem e EHEC Test Kit 3M Company) apresentaram uma taxa de falsos resultados presuntivos de 13,6 e 11,8%, respectivamente, não confirmados como E.coli O157 nos testes bioquímicos posteriores. Na avaliação da resistência aos sanitizantes pelo método 960.9 da AOAC, observou-se que os tratamentos com 100 e 200ppm de hipoclorito de sódio, dicloroisocianurato de sódio e cloreto de benzalcônio/30s se mostraram eficazes contra E.coli ATCC 11229 e E.coli O157:H7 ATCC 43890, promovendo mais de 5 reduções decimais nas populações alvo.

Antimicrobial activity of amurca (olive oil lees) extract against selected foodborne pathogens

The antimicrobial activity of a methanolic extract of amurca (olive oil lees) was determined against both Gram-positive (L. monocytogenes and S. aureus) and Gram-negative (E. coli O157:H7 and S. enteritidis) foodborne pathogens at 10 °C or 37 °C using microdilution and disk diffusion methods, and its relative activity was compared to selected antibiotics. Minimum inhibitory (MIC) and minimum bactericidal (MBC) concentrations of amurca extract ranged from 60 to 80 µl/ml at 37 °C after 24 h against all tested strains. At 10 °C, amurca was more inhibitory with MIC and MBC values of 40 and 60 µl/ml, respectively, after 7 d against tested strains. Amurca at 40 µl/ml reduced numbers of tested pathogens by 2.5 to 3.2 log10 CFU/ml at 10 °C after 7 d, but was not inhibitory at 37 °C after 24 h. Protein prepared from amurca was not antimicrobial. The relative antimicrobial activity (inhibition zone ratio) of 80 µl/ml amurca methanolic extract compared to chloramphenicol, erythromycin, gentamycin and tetracycline ranged from 0.36 to 1.0 against Gram-negative and from 0.45 to 2.0 against Gram-positive bacteria. In addition, amurca extract inhibited E. coli O157:H7 02-0628 and S. aureus 26127 which were resistant to tetracycline and chloramphenicol, respectively.

Identification des gènes de Escherichia coli entérohémorragique exprimés pendant l'infection de macrophages humains

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Interaction d'Escherichia coli entérohémorragique (EHEC) avec Acanthamoeba castellanii et rôle du régulon Pho chez les EHEC

Les EHEC de sérotype O157:H7 sont des agents zoonotiques d’origine alimentaire ou hydrique. Ce sont des pathogènes émergeants qui causent chez l’humain des épidémies de gastro-entérite aiguë et parfois un syndrome hémolytique-urémique. Les EHEC réussissent leur transmission à l’humain à partir de leur portage commensal chez l’animal en passant par l’étape de survie dans l’environnement. L’endosymbiose microbienne est une des stratégies utilisées par les bactéries pathogènes pour survivre dans les environnements aquatiques. Les amibes sont des protozoaires vivants dans divers écosystèmes et connus pour abriter plusieurs agents pathogènes. Ainsi, les amibes contribueraient à transmettre les EHEC à l'humain. La première partie de mon projet de thèse est centrée sur l'interaction de l’amibe Acanthamoeba castellanii avec les EHEC. Les résultats montrent que la présence de cette amibe prolonge la persistance des EHEC, et ces dernières survivent à leur phagocytose par les amibes. Ces résultats démontrent le potentiel réel des amibes à héberger les EHEC et à contribuer à leur transmission. Cependant, l’absence de Shiga toxines améliore leur taux de survie intra-amibe. Par ailleurs, les Shiga toxines sont partiellement responsables de l’intoxication des amibes par les EHEC. Cette implication des Shiga toxines dans le taux de survie intracellulaire et dans la mortalité des amibes démontre l’intérêt d’utiliser les amibes comme modèle d'interaction hôte/pathogène pour étudier la pathogénicité des EHEC. Durant leur cycle de transmission, les EHEC rencontrent des carences en phosphate inorganique (Pi) dans l’environnement. En utilisant conjointement le système à deux composantes (TCS) PhoB-R et le système Pst (transport spécifique de Pi), les EHEC détectent et répondent à cette variation en Pi en activant le régulon Pho. La relation entre la virulence des EHEC, le PhoB-R-Pst et/ou le Pi environnemental demeure inconnue. La seconde partie de mon projet explore le rôle du régulon Pho (répondant à un stress nutritif de limitation en Pi) dans la virulence des EHEC. L’analyse transcriptomique montre que les EHEC répondent à la carence de Pi par une réaction complexe impliquant non seulement un remodelage du métabolisme général, qui est critique pour sa survie, mais aussi en coordonnant sa réponse de virulence. Dans ces conditions le régulateur PhoB contrôle directement l’expression des gènes du LEE et de l’opéron stx2AB. Ceci est confirmé par l’augmentation de la sécrétion de l’effecteur EspB et de la production et sécrétion de Stx2 en carence en Pi. Par ailleurs, l’activation du régulon Pho augmente la formation de biofilm et réduit la motilité chez les EHEC. Ceci corrèle avec l’induction des gènes régulant la production de curli et la répression de la voie de production d’indole et de biosynthèse du flagelle et du PGA (Polymère β-1,6-N-acétyle-D-glucosamine).

Influence du microbiote intestinal sur le métabolisme et la virulence des Escherichia coli entérohémorragiques

Les Escherichia coli entérohémorragiques (EHEC) représentent un problème majeur de santé publique dans les pays développés. Les EHEC sont régulièrement responsables de toxi-infections alimentaires graves chez l’humain et causent des colites hémorragiques et le symptôme hémolytique et urémique, mortel chez les enfants en bas âge. Les EHEC les plus virulents appartiennent au sérotype O157:H7 et le bovin constitue leur réservoir naturel. À ce jour il n’existe aucun traitement pour éviter l’apparition des symptômes liés à une infection à EHEC. Par conséquent, il est important d’augmenter nos connaissances sur les mécanismes employés par le pathogène pour réguler sa virulence et coloniser efficacement la niche intestinale. Dans un premier temps, l’adaptation de la souche EHEC O157:H7 EDL933 à l’activité métabolique du microbiote intestinal a été étudiée au niveau transcriptionnel. Pour se faire, EDL933 a été cultivée dans les contenus caecaux de rats axéniques (milieu GFC) et dans ceux provenant de rats colonisés par le microbiote intestinal humain (milieu HMC). Le HMC est un milieu cécal conditionné in vivo par le microbiote. Dans le HMC par rapport au GFC, EDL933 change drastiquement de profile métabolique en réponse à l’activité du microbiote et cela se traduit par une diminution de l’expression des voies de la glycolyse et une activation des voies de l’anaplérose (voies métaboliques dont le rôle est d’approvisionner le cycle TCA en intermédiaires métaboliques). Ces résultats, couplés avec une analyse métabolomique ciblée sur plusieurs composés, ont révélé la carence en nutriments rencontrée par le pathogène dans le HMC et les stratégies métaboliques utilisées pour s’adapter au microbiote intestinal. De plus, l’expression des gènes de virulence incluant les gènes du locus d’effacement des entérocytes (LEE) codant pour le système de sécrétion de type III sont réprimés dans le HMC par rapport au GFC indiquant la capacité du microbiote intestinal à réprimer la virulence des EHEC. L’influence de plusieurs composés intestinaux présents dans les contenus caecaux de rats sur l’expression des gènes de virulence d’EDL933 a ensuite été étudiée. Ces résultats ont démontré que deux composés, l’acide N-acétylneuraminique (Neu5Ac) et le N-acétylglucosamine (GlcNAc) répriment l’expression des gènes du LEE. La répression induite par ces composés s’effectue via NagC, le senseur du GlcNAc-6-P intracellulaire et le régulateur du catabolisme du GlcNAc et du galactose chez E. coli. NagC est un régulateur transcriptionnel inactivé en présence de GlcNAc-6-P qui dérive du catabolisme du Neu5Ac et du transport GlcNAc. Ce travail nous a permis d’identifier NagC comme un activateur des gènes du LEE et de mettre à jour un nouveau mécanisme qui permet la synchronisation de la virulence avec le métabolisme chez les EHEC O157:H7. La concentration du Neu5Ac et du GlcNAc est augmentée in vivo chez le rat par le symbiote humain Bacteroides thetaiotaomicron, indiquant la capacité de certaines espèces du microbiote intestinal à relâcher les composés répresseurs de la virulence des pathogènes. Ce travail a permis l’identification des adaptations métaboliques des EHEC O157:H7 en réponse au microbiote intestinal ainsi que la découverte d’un nouveau mécanisme de régulation de la virulence en réponse au métabolisme. Ces données peuvent contribuer à l’élaboration de nouvelles approches visant à limiter les infections à EHEC.

Role of NleH, a Type III Secreted Effector from Attaching and Effacing Pathogens, in Colonization of the Bovine, Ovine, and Murine Gut

The human pathogen enterohemorrhagic Escherichia coli (EHEC) O157:H7 colonizes human and animal gut via formation of attaching and effacing lesions. EHEC strains use a type III secretion system to translocate a battery of effector proteins into the mammalian host cell, which subvert diverse signal transduction pathways implicated in actin dynamics, phagocytosis, and innate immunity. The genomes of sequenced EHEC O157: H7 strains contain two copies of the effector protein gene nleH, which share 49% sequence similarity with the gene for the Shigella effector OspG, recently implicated in inhibition of migration of the transcriptional regulator NF-kappa B to the nucleus. In this study we investigated the role of NleH during EHEC O157: H7 infection of calves and lambs. We found that while EHEC Delta nleH colonized the bovine gut more efficiently than the wild-type strain, in lambs the wild-type strain exhibited a competitive advantage over the mutant during mixed infection. Using the mouse pathogen Citrobacter rodentium, which shares many virulence factors with EHEC O157: H7, including NleH, we observed that the wild-type strain exhibited a competitive advantage over the mutant during mixed infection. We found no measurable differences in T-cell infiltration or hyperplasia in colons of mice inoculated with the wild-type or the nleH mutant strain. Using NF-kappa B reporter mice carrying a transgene containing a luciferase reporter driven by three NF-kappa B response elements, we found that NleH causes an increase in NF-kappa B activity in the colonic mucosa. Consistent with this, we found that the nleH mutant triggered a significantly lower tumor necrosis factor alpha response than the wild-type strain.