A potentiometric magnetic immunoassay for rapid detection of Salmonella typhimurium

Potentiometric detection with homemade polymeric membrane microelectrodes was coupled to a magnetic sandwich immunoassay for Salmonella typhimurium determination. Cadmium and sodium ion selective electrodes were used respectively as indicator and pseudo-reference electrodes and were prepared in pipette tips to allow potentiometric measurements in microliter sample volumes. In the proposed method, the concentration of S. typhimurium was proportional to the amount of cadmium released upon dissolution of a CdS nanoparticle labeled to the secondary detection antibody. The limit of detection was 2 cells per 100 μL. The immunomagnetic assay with potentiometric detection is suitable for sensitive and rapid (average total time per assay of 75 minutes) detection of S. typhimurium in milk samples. The proposed method is easy to perform, safe, sensitive, and low cost and has potential for in situ analysis.

Salmonella enterica– Mechanisms of fluoroquinolone and macrolide resistance

Salmonella enterica – Fluorokinoloni- ja makrolidiresistenssimekanisimit Vakavia salmonellainfektioita on pitkään hoidettu fluorokinoloniantibiooteilla, kuten siprofloksasiinilla. Fluorokinolonien runsas käyttö niin ihmisillä kuin eläimilläkin on kuitenkin johtanut fluorokinoloniresistenttien salmonellakantojen lisääntymiseen. Vuoteen 2002 asti kaikki matalan tason fluorokinoloniresistenssiä ilmentävät salmonellakannat olivat resistenttejä nalidiksiinihapolle, joka on vanha ensimmäisen polven kinoloniantibiootti jota ei enää käytetä infektioiden hoidossa. Vuonna 2003 havaitsimme aivan uudentyyppisen resistenssifenotyypin salmonelloissa. Kaikki uuden fenotyypin kannat osoittivat matalaa fluorokinoloniresistenssiä (MIC ≥0.125 mg/L), mutta useat kannat olivat yllättäen aikaisempaa herkempiä nalidiksiinihapolle (MIC ≤32 mg/L). Ilmiöllä on suuri merkitys salmonellan antibioottiherkkyyksien määrittämisessä, sillä jos kanta on ollut nalidiksiinihapolle herkkä, sitä on pidetty herkkänä myös fluorokinoloneille. Väitöskirjatyössä määritettiin vuosina 2003–2007 Suomessa kerättyjen kotimaisten ja ulkomaalaisten S. enterica -kantojen fluorokinoloniresistenssiä sekä tutkittiin uuden salmonellafenotyypin epidemiologiaa ja resistenssimekanismeja. Lisäksi tutkittiin salmonellan hoidossa mahdollisesti käyttökelpoisen makrolidiantibioottijohdannaisen, atsitromysiinin tehoa salmonelloihin ja erityisesti matalaa fluorokinoloniresistenssiä ilmentäviin kantoihin. Tutkimuksessa havaittiin, että matalaa fluorokinoloniresistenssiä osoittavien salmonellakantojen määrä vähenee. Lasku oli voimakkainta Kaakkois-Aasiasta tuoduissa kannoissa. Uusi resistenssifenotyyppi on plasmidivälitteinen ja qnr-geenit olivat ainoa plasmidivälitteinen kinoloniresistenssimekanismi, joka kannoista löydettiin. Myöskään kromosomaalisten gyrA, gyrB ja parE -geenien QRDR-alueelta ei löydetty fluorokinoloniresistenssiä aiheuttavia mutaatioita. Transformaatiolla osoitettiin qnr-plasmidien olevan siirtyviä ja uusi resistenssifenotyyppi saatiin ilmennettyä myös herkässä vastaanottajakannassa. Nämä tulokset osoittavat, että vaikka S. enterican qnr-fenotyyppi on toistaiseksi levinnyt pääasiassa Kaakkois-Aasiaan, se siirtyy helposti bakteerista toiseen ja tulee todennäköisesti aiheuttamaan hoito-ongelmia myös muualla maailmassa. Uudentyyppinen qnr-fenotyyppi voi olla vaikea havaita perinteisellä herkkyysmäärityksellä. Siksi laboratorioissa tulisi aina määrittää sekä siprofloksasiiniettä nalidiksiinihappoherkkyydet. Atsitromysiinin osoitettiin olevan herkkyysmääritysten mukaan tehokas salmonelloja kohtaan mukaanlukien matala-asteista fluorokinoloniresistenssiä ilmentävät bakteerikannat.

Development and evaluation of a loop-mediated isothermal amplification (LAMP) assay for rapid detection of Actinobacillus pleuropneumoniae based the dsbE-like gene

This paper reports on the development and validation of a loop-mediated isothermal amplification assay (LAMP) for the rapid and specific detection of Actinobacillus pleuropneumoniae (A. pleuropneumoniae). A set of six primers were designed derived from the dsbE-like gene of A.pleuropneumoniae and validate the assay using 9 A. pleuropneumoniae reference/field strains, 132 clinical isolates and 9 other pathogens. The results indicated that positive reactions were confirmed for all A. pleuropneumoniae strains and specimens by LAMP at 63ºC for 60 min and no cross-reactivity were observed from other non-A.pleuropneumoniae including Haemophilus parasuis, Escherichia coli, Pasteurella multocida, Bordetella bronchiseptica, Streptococcus suis, Salmonella enterica, Staphylococcus, porcine reproductive and respiratory syndrome virus (PRRSV), and Pseudorabies virus. The detection limit of the conventional PCR was 10² CFU per PCR test tube, while that of the LAMP was 5 copies per tube. Therefore, the sensitivity of LAMP was higher than that of PCR. Moreover, the LAMP assay provided a rapid yet simple test of A. pleuropneumoniae suitable for laboratory diagnosis and pen-side detection due to ease of operation and the requirement of only a regular water bath or heat block for the reaction.

Caractérisation du produit du gène sty4221, unique à Salmonella enterica sérovar Typhi

Salmonella enterica sérovar Typhi (Typhi) est une bactérie pathogène spécifique à l’homme. Typhi est l’agent étiologique de la fièvre typhoïde chez l’humain, causant plus de 16 millions de nouveaux cas par année et plus de 600 000 morts. Il a été démontré que pour causer une infection systémique, Salmonella doit nécessairement survivre dans les macrophages de l'hôte. Paradoxalement, S. enterica sérovar Typhimurium, très apparenté à Typhi (près de 90 % d’homologie), n’a pas la capacité de se disséminer dans l’organisme humain et peut infecter plusieurs espèces animales. Nous avons antérieurement identifié 36 gènes uniques à Typhi (absents chez Typhimurium) situés sur 15 régions différentes et exprimés sélectivement lors de l’infection de macrophages humains. Ainsi, l’une de ces régions a suscité notre attention, soit la région sty4217-4222 et plus particulièrement le produit du gène sty4221, une aminotransférase hypothétique. Ce dernier gène est d’intérêt dû à l’homologie qu’il détient avec une hémolysine connue (Hly) produite par Treponema denticola, possédant elle-même une activité d’aminotransférase. Chez T. denticola, Hly dégrade la cystéine et produit du H2S qui est toxique pour l’hôte. Notre hypothèse est que la spécificité d’hôte et la capacité de produire une infection systémique de Typhi sont dues à l’expression de gènes qui ne se retrouvent pas chez d’autres salmonelles. Le but de cette étude était donc de caractériser le gène sty4221 quant à son activité hémolytique, cytotoxique et tenter de déterminer son rôle dans la virulence de cette bactérie. Le gène sty4221 a été cloné sous le contrôle d’un promoteur inductible à l’arabinose et exprimé par E. coli. L’activité hémolytique du clone a été déterminée par simple observation sur gélose sang. Ce clone a également permis d’observer l’effet cytotoxique du surnageant de culture sur différentes lignées cellulaires, par quantification de la relâche de LDH. Le gène sty4221 a été muté chez la souche sauvage de Typhi, ISP1820, l’implication pathogénique du gène a ainsi pu être étudiée. Des tests de phagocytose, d’invasion et de survie dans des macrophages humains ont été effectués, ainsi que des tests d’adhésion et d’invasion sur des cellules HeLa. Par ailleurs, une première tentative de purification de la protéine a été entreprise. En somme, nous savons maintenant que STY4221 a des propriétés hémolytiques, augmentées par la présence de cystéine. De plus, STY4221 a un effet cytotoxique sur les macrophages THP-I, mais aucun effet sur les HeLa. Or, sty4221 ne semble pas impliqué dans les étapes d’adhésion, d’invasion, de phagocytose ou de survie. La caractérisation de sty4221 permettra sans doute d’approfondir nos connaissances sur les toxines trouvées uniquement chez Typhi.

Caractérisation des souches de Salmonella Typhimurium responsables de septicémies chez le porc

Depuis quelques années, il y a émergence de souches de Salmonella enterica sérovar Typhimurium multirésistantes causant une septicémie et la mort chez le porc. Ceci constitue un problème majeur pour l’industrie porcine et possiblement pour la santé publique. L’objectif de ce projet était de comparer et de caractériser une souche capable de causer une septicémie chez le porc et une souche commensale, en observant l’interaction avec des cellules épithéliales, des macrophages humains et d’identifier des gènes exprimés par les souches septicémiques et les souches commensales. Tout d’abord, l’infection de cellules épithéliales permet d’observer l’adhérence et l’invasion des bactéries, pour ainsi mettre en évidence la capacité des souches à coloniser le tractus gastro-intestinal. La souche commensale possède un pouvoir d’adhésion supérieur à la souche septicémique. Par la suite, l’infection de macrophages permet de caractériser le niveau de phagocytose et de survie. L’importance de la survie dans les macrophages pourrait permettre de faire un lien avec la septicémie. Toutefois, aucune différence n’est observable dans les conditions qui ont été testé. Ensuite, la technique SCOTS (Selective Capture of Transcribed Sequences) est utilisée pour capturer des gènes uniques à la souche septicémique et un autre SCOTS est fait pour capturer les gènes spécifiques à la souche commensale. Finalement, les gènes sont clonés, leur spécificité face aux souches est analysé par dot blot et ils sont identifiés par séquençage suivient d’une analyses bioinformatiques. Les gènes identifiés par SCOTS, lors des captures pour la souche septicémique et la souche commensale, se trouvent à être des gènes communs aux Salmonella. Toutefois, la différence de pathologie causée par les deux souches, n’est peut-être pas l’acquisition de nouveaux gènes, mais plutôt une différence d’expression entre les deux souches.

Caractérisation et surexpression des fimbriae de type chaperon-placier de Salmonella enterica sérovar Typhi

Salmonella enterica sérovar Typhi (S. Typhi) est l’agent responsable de la fièvre typhoïde et cause environ 200 000 morts et 27 millions de cas annuellement. C’est un pathogène entérique dont le réservoir est restreint à l’Homme. Les raisons de cette restriction d’hôte sont méconnues et pourraient dépendre de l’expression de facteurs d’adhésion à des étapes importantes au cours de la pathogenèse. L’annotation bioinformatique du génome de S. Typhi identifie 12 fimbriae de type chaperon-placier (FCP), un curli ainsi qu’un pilus de type IV. L’objectif de ce projet de recherche est d’étudier ces systèmes d’adhésion peu caractérisés. D’abord, le niveau d’expression de ces gènes a été évalué dans différentes conditions de culture in vitro en utilisant une approche de gènes rapporteurs. L’expression des 14 systèmes d’adhésion a été détectée. Nos résultats indiquent qu’une carence en fer favorise l’expression des opérons bcf et csg. Indépendamment du fer, l’expression de bcf, csg, pil, sef, sta, stc, stg et sth est influencée par la richesse nutritive du milieu. L’incubation en milieu LB liquide favorise l’expression de la plupart des systèmes d’adhésion par rapport à un milieu LB liquide sans agitation ou un milieu LB solide. En somme, l’expression des systèmes d’adhésion de S. Typhi a été observée et est influencée par des conditions environnementales. Dans un second volet, nous avons tent de surexprimer les différents systèmes d’adhésion chez une souche d’E. coli ou de S. Typhi afimbriaire. Avec cette approche, nous avons été en mesure de démontrer que l’opéron tcf encode pour un fimbria fonctionnel que l’on a pu observer en microscopie électronique. L’expression de tcf chez une souche afimbriaire d’E. coli et S. Typhi a également diminué leur capacité d’adhésion à des cellules épithéliales intestinales humaines lors d’essais in vitro. Nos observations démontrent que l’expression des systèmes d’adhésion retrouvés chez S. Typhi est influencée par les conditions enviroi9onnementales. Au moins un de ces systèmes est fonctionnel. Ceci suggère une contribution des systèmes d’adhésion retrouvés chez S. Typhi lors de l’interaction de ce pathogène avec l’humain.

Biochemical and molecular investigations on Salmonella serovars from seafood

The present investigation was envisaged to determine the prevalence and identify the different Salmonella serovar in seafood from Cochin area. Though, the distribution of Salmonella serovars in different seafood samples of Cochin has been well documented, the present attempt was made to identify the different Salmonella serovars and determine its prevalence in various seafoods. First pan of this investigation involved the isolation and identification of Salmonella strains with the help of different conventional culture methods. The identified isolates were used for the further investigation i.e. serotyping, this provides the information about the prevalent serovars in seafood. The prevalent Salmonella strains have been further characterized based on the utilization of different sugars and amino acids, to identify the different biovar of a serovar.A major research gap was observed in molecular characterization of Salmonella in seafood. Though, previous investigations reported the large number of Salmonella serovars from food sources in India, yet, very few work has been reported regarding genetic characterization of Salmonella serovars associated with food. Second part of this thesis deals with different molecular fingerprint profiles of the Salmonella serovars from seafood. Various molecular typing methods such as plasmid profiling, characterization of virulence genes, PFGE, PCR- ribotyping, and ERIC—PCR have been used for the genetic characterization of Salmonella serovars.The conventional culture methods are mainly used for the identification of Salmonella in seafood and most of the investigations from India and abroad showed the usage of culture method for detection of Salmonella in seafood. Hence, development of indigenous, rapid molecular method is most desirable for screening of Salmonella in large number of seafood samples at a shorter time period. Final part of this study attempted to develop alternative, rapid molecular detection method for the detection of Salmonella in seafood. Rapid eight—hour PCR assay has been developed for detection of Salmonella in seafood. The performance of three different methods viz., culture, ELISA and PCR assays were evaluated for detection of Salmonella in seafood and the results were statistically analyzed. Presence of Salmonella cells in food and enviromnental has been reported low in number, hence, more sensitive method for enumeration of Salmonella in food sample need to be developed. A quantitative realtime PCR has been developed for detection of Salmonella in seafood. This method would be useful for quantitative detection of Salmonella in seafood.

Development of a miniaturised microarray-based assay for the rapid identification of antimicrobial resistance genes in Gram-negative bacteria

We describe the development of a miniaturised microarray for the detection of antimicrobial resistance genes in Gram-negative bacteria. Included on the array are genes encoding resistance to aminoglycosides, trimethoprim, sulphonamides, tetracyclines and beta-lactams, including extended-spectrum beta-lactamases. Validation of the array with control strains demonstrated a 99% correlation between polymerase chain reaction and array results. There was also good correlation between phenotypic and genotypic results for a large panel of Escherichia coli and Salmonella isolates. Some differences were also seen in the number and type of resistance genes harboured by E. coli and Salmonella strains. The array provides an effective, fast and simple method for detection of resistance genes in clinical isolates suitable for use in diagnostic laboratories, which in future will help to understand the epidemiology of isolates and to detect gene linkage in bacterial populations. (C) 2008 Published by Elsevier B.V. and the International Society of Chemotherapy.

Studies into the role of the SEF14 fimbrial antigen in the pathogenesis of Salmonella enteritidis

To investigate the role of the SEF14 fimbrial antigen in pathogenesis, a single defined sefA (SEF14(-)) inactivated mutant of Salmonella enteritidis strain LA5 was constructed and tested in a number of biological assay systems. There was no significant difference between the wild-type strain and the isogenic SEF14(-) mutant in their abilities to adhere to and invade HEp-2 epithelial cells or their survival in mouse peritoneal macrophages, whereas the SEF14(-) mutant was ingested more rapidly by isolated human PMN. Both the strains colonized the intestine, invaded and spread systemically in 1 day-old chicks, laying hens and BALB/c mice equally well. A significantly greater number of chicks excreted the wildtype SEF14(+) strain during the first week following infection as compared to those infected with the SEF14(-) mutant. However, similar numbers of chicks excreted the two strains between 2 and 7 weeks after infection. These results indicate that possession of SEF14 fimbriae alone do not appear to play a significant role in the pathogenesis of S. enteritidis although its contribution to virulence may be dependent on the host species infected. (C) 1996 Academic Press Limited

The role of flagella, but not fimbriae, in the adherence of Salmonella enterica serotype Enteritidis to chick gut explant

To gain an understanding of the role of fimbriae and flagella in the adherence and colonisation of Salmonella enterica serotype Enteritidis in chickens, an in-vitro gut adherence assay was developed and used to assess the adherence of a wild-type Enteritidis strain and isogenic non-fimbriate and non-flagellate mutant strains. Enteritidis strain S1400/94, a clinical isolate virulent in chickens, was shown to possess genes which encoded type 1, SEF14, SEF17, plasmid-encoded and long polar fimbriae. Mutant strains unable to elaborate these fimbriae were created by allelic exchange. Each fimbrial operon was inactivated by the insertion of an antibiotic resistance gene cassette. In addition, fliC, motAB and cheA loci, which encode the major subunit of the flagellum, the energy-translation system for motility and one of the chemotaxis signalling proteins, respectively, were similarly inactivated. Non-flagellate mutant strains were significantly less adherent than the wild-type strain, whereas mutant strains defective for the elaboration of any of the types of fimbriae adhered as well as the wild-type strain. A flagellate but non-motile (paralysed) mutant strain and a smooth-swimming chemotaxis-deficient mutant strain were shown to be less adherent than the wild-type strain, but that observation depended on the assay conditions used.

The role of SEF14 and SEF17 fimbriae in the adherence of Salmonella enterica serotype Enteritidis to inanimate surfaces

To gain an understanding of the role of fimbriae and flagella in the adherence of Salmonella enterica serotype Enteritidis to inanimate surfaces, the extent of adherence of viable wild-type strains to a polystyrene microtitration plate was determined by a crystal violet staining assay, Elaboration of surface antigens by adherent bacteria was assayed by fimbriae- and flagella-specific ELISAs, Wild-type Enteritidis strains adhered well at 37 degrees C and 25 degrees C when grown in microtitration wells in Colonisation Factor Antigen broth, but not in other media tested, At 37 degrees C, adherent bacteria elaborated copious quantities of SEF14 fimbrial antigen, whereas at 25 degrees C adherent bacteria elaborated copious quantities of SEF17 fimbrial antigen. Non-fimbriate and non-flagellate knock-out mutant strains were also assessed in the adherence assay. Mutant strains unable to elaborate SEF14 and SEF17 fimbriae adhered poorly at 37 degrees C and 25 degrees C, respectively, but adherence was not abolished. Non-motile mutant strains showed reduced adherence whilst type-1, PEF and LPF fimbriae appeared not to contribute to adherence in this assay. These data indicate that SEF17 and SEF14 fimbriae mediate bacterial cell aggregation on inanimate surfaces under appropriate growth conditions.

Detection of gyrA mutations in quinolone-resistant Salmonella enterica by denaturing high-performance liquid chromatography

Denaturing high-performance liquid chromatography (DHPLC) was evaluated as a rapid screening and identification method for DNA sequence variation detection in the quinolone resistance-determining region of gyrA from Salmonella serovars. A total of 203 isolates of Salmonella were screened using this method. DHPLC analysis of 14 isolates representing each type of novel or multiple mutations and the wild type were compared with LightCycler-based PCR-gyrA hybridization mutation assay (GAMA) and single-strand conformational polymorphism (SSCP) analyses. The 14 isolates gave seven different SSCP patterns, and LightCycler detected four different mutations. DHPLC detected 11 DNA sequence variants at eight different codons, including those detected by LightCycler or SSCP. One of these mutations was silent. Five isolates contained multiple mutations, and four of these could be distinguished from the composite sequence variants by their DHPLC profile. Seven novel mutations were identified at five different loci not previously described in quinolone-resistant salmonella. DHPLC analysis proved advantageous for the detection of novel and multiple mutations. DHPLC also provides a rapid, high-throughput alternative to LightCycler and SSCP for screening frequently occurring mutations.

Comparação de Meios de Enriquecimento e de Plaqueamento Utilizados na Pesquisa de Salmonella em Carcaças de Frango e Fezes de Aves

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

Efficacy of several vaccination programmes in commercial layer and broiler breeder hens against experimental challenge with Salmonella enterica serovar Enteritidis

Two experiments were performed to evaluate the protective effect of various vaccination combinations given at 5 and 9 weeks of age against experimental challenge with Salmonella enterica serovar Enteritidis ( SE) phage type 4 at 12 weeks of age. In Experiment 1, groups of commercial layers were vaccinated by one of the following programmes: Group 1, two doses of a SE bacterin (Layermune SE); Group 2, one dose of a live Salmonella enterica serovar Gallinarum vaccine (Cevac SG9R) followed by one dose of the SE bacterin; Group 3, one dose of each of two different multivalent inactivated vaccines containing SE cells (Corymune 4K and Corymune 7K; and Group 4, unvaccinated, challenged controls. In Experiment 2, groups of broiler breeders were vaccinated by the same programmes as Groups 1 and 2 above while Group 3 was an unvaccinated, challenged control group. All vaccination programmes and the challenge induced significant (P<0.05) seroconversion as measured by enzyme-linked immunosorbent assay. Overall, in both experiments, all vaccination schemes were significantly effective in reducing organ (spleen, liver and caeca) colonization by the challenge strain as well as reducing faecal excretion for at least 3 weeks. Vaccinated layers in Groups 1 and 2 and broiler breeders in Group 2 showed the greatest reduction in organ colonization and the least faecal excretion. In Experiment 1, layers vaccinated with multivalent inactivated vaccines containing a SE component (Group 3) were only moderately protected, indicating that such a vaccination programme may be useful in farms with good husbandry and housing conditions and low environmental infectious pressure by Salmonella.

Immunological evaluation of the intestinal mucosa of broiler chicks treated with Lactobacillus Spp. and challenged with Salmonella Enteritidis

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