A Burkholderia Type VI Effector Deamidates Rho GTPases to Activate the Pyrin Inflammasome

Burkholderia cenocepacia is an opportunistic pathogen of the cystic fibrosis lung that elicits a strong inflammatory response. B. cenocepacia employs a type VI secretion system (T6SS) to survive in macrophages by disarming Rho-type GTPases, causing actin cytoskeletal defects. Here, we identified TecA, a non-VgrG T6SS effector responsible for actin disruption. TecA and other bacterial homologs bear a cysteine protease-like catalytic triad, which inactivates Rho GTPases by deamidating a conserved asparagine in the GTPase switch-I region. RhoA deamidation induces caspase-1 inflammasome activation, which is mediated by the familial Mediterranean fever disease protein Pyrin. In mouse infection, the deamidase activity of TecA is necessary and sufficient for B. cenocepacia-triggered lung inflammation and also protects mice from lethal B. cenocepacia infection. Therefore, Burkholderia TecA is a T6SS effector that modifies a eukaryotic target through an asparagine deamidase activity, which in turn elicits host cell death and inflammation through activation of the Pyrin inflammasome.

Fatores de virulência em Aeromonas hydrophila causadora de septicémia em leitões

This work aims to contribute to determine the resistance profile to different antibiotics (ampicillin, gentamicin, penicillin G, oxytetracycline, lincomycin, neomycin, streptomycin, enrofloxacin, colistin sulfate, trimethoprim, sulfamide, tulathromycin, ceftiofur, amoxicillin/clavulanic acid), to assess genetic determinants associated to aminoglycoside antibiotics resistance, namely the presence of genes encoding acetyltransferases (AAC), phosphotransferases (APH) and nucletildiltranferases (ANT), determined by PCR studies, and to search for potentially pathogenic features as the production of extracellular lipases and proteases and the presence of genes encoding for putative virulence factors as aerolysin and related toxins, lipase proteins and type III secretion system component.

Comparison of virulence genes found in draft genomes of F. necrophorum

Fusobacterium necrophorum is a causative agent of persistent sore throat syndrome, tonsillar abscesses and Lemierre’s syndrome (LS) in humans. LS is characterised by thrombophlebitis of the jugular vein and bacteraemia. It is a Gram-negative, anaerobic bacterium which to date has no available reference genome. Draft genomes suggest it to be a single circular chromosome of approximately 2.2Mb. A reference strain of each of the two F. necrophorum subspecies and a clinical isolate from a LS patient were sequenced on a Roche 454 GS-FLX+. Sequence data was assembled using Roche GS Assembler and the resulting contigs annotated using xBASE, Pfam and BLAST. The annotation data was mined for gene products associated with virulence revealing a leukotoxin, haemolysin, filamentous haemagglutinnin, adhesin, hemin receptor, phage genes, CRISPR-associated proteins, ecotin and a putative type V secretion system. Data will be presented on comparative genomics of the three strains, with a focus on putative virulence genes. Tools such as Artemis Comparison Tool and ClustalO were used for sequence alignments and PhyML was used to generate phylogenetic trees. Conserved motifs associated with virulence were also located. Understanding variations at the genomic level may help to explain the increased virulence of some F. necrophorum strains.

Rôle de Paa dans la pathogénicité des Escherichia coli attachants et effaçants (AEEC)

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

Les autotransporteurs auto-associatifs d’Escherichia coli : de facteurs de virulence à déterminants sociaux

Les autotransporteurs monomériques représentent le système de sécrétion le plus simple et le plus utilisé chez les bactéries à Gram négatif. Les autotransporteurs monomériques sont des protéines modulaires qui contiennent toute l’information pour leur sécrétion dans leur séquence. Les phénotypes associés à l’expression d’un autotransporteur peuvent être très variés et, souvent, les autotransporteurs sont des protéines multifonctionnelles. C’est le cas notamment des autotransporteurs AIDA-I, TibA et Ag43 d’Escherichia coli qui promouvoient l’adhésion et l’invasion de cellules épithéliales, l’auto-agrégation des bactéries et la formation de biofilm. Ces trois autotransporteurs ont d’ailleurs été regroupés dans une même famille, appelée les autotransporteurs auto-associatifs (SAATs). À cause de leur fonctionnalité, les SAATs sont considérés comme étant d’importants facteurs de virulence d’Escherichia coli. Toutefois, il existe plusieurs différences entre les SAATs qui ne sont pas bien comprises, si bien que leur rôle pour les bactéries n’est toujours pas bien compris. Nous avons donc d’abord caractérisé TibA, le membre des SAATs le moins bien étudié à l’aide d’une étude structure-fonction. Nous avons observé que TibA était une protéine modulaire et que son domaine fonctionnel était composé de deux modules : un module d’auto-agrégation en N-terminal et un module d’adhésion en C-terminal. En comparant nos résultats avec ceux obtenus pour les autres SAATs, nous avons réalisé que l’organisation des trois SAATs était très variée, c’est-à-dire que les trois SAATs sont composés de modules différents. Nous avons par ailleurs observé cet arrangement en modules lorsque nous avons analysé plusieurs séquences d’aidA, suggérant qu’un mécanisme d’échange et d’acquisition de modules était à la base de l’évolution des SAATs. Sans surprise, nous avons aussi observé que la famille des SAATs ne se limitait pas à AIDA-I, TibA et Ag43 et ne se limitait pas à Escherichia coli. La comparaison a aussi révélé l’importance du phénotype d’auto-agrégation dans la fonctionnalité des SAATs. Nous avons donc entrepris une étude du mécanisme d’auto-agrégation. Nos résultats on montré que l’auto-agrégation était le résultat d’une interaction directe SAAT/SAAT et ont mis en évidence un mécanisme similaire à celui utilisé par les cadhérines eucaryotes. De plus, nous avons observé que, comme les cadhérines, les SAATs étaient impliqués dans des interactions homophiliques; un SAAT interagit donc spécifiquement avec lui-même et non avec un différent SAAT. Finalement, les SAATs font parties des quelques protéines qui sont glycosylées chez Escherichia coli. Nous avons déterminé que le rôle de la glycosylation de TibA était de stabiliser la protéine et de lui donner la flexibilité nécessaire pour moduler sa conformation et, ainsi, être pleinement fonctionnelle. Globalement, nos résultats suggèrent que les SAATs sont des molécules « cadhérines-like » qui permettent la reconnaissance de soi chez les bactéries. Une telle habilité à discriminer entre le soi et le non-soi pourrait donc être utilisée par les bactéries pour organiser les communautés bactériennes.

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.

Virulence Potential And Antibiotic Susceptibility Pattern Of Motile Aeromonads Associated With Freshwater Ornamental Fish Culture Systems: A Possible Threat To public Health

Aeromonas spp. are ubiquitous aquatic organisms, associated with multitude of diseases in several species of animals, including fishes and humans. In the present study, water samples from two ornamental fish culture systems were analyzed for the presence of Aeromonas. Nutrient agar was used for Aeromonas isolation, and colonies (60 No) were identified through biochemical characterization. Seven clusters could be generated based on phenotypic characters, analyzed by the programme NTSYSpc, Version 2.02i, and identified as: Aeromonas caviae (33.3%), A. jandaei (38.3%) and A. veronii biovar sobria (28.3%). The strains isolated produced highly active hydrolytic enzymes, haemolytic activity and slime formation in varying proportions. The isolates were also tested for the enterotoxin genes (act, alt and ast), haemolytic toxins (hlyA and aerA), involved in type 3 secretion system (TTSS: ascV, aexT, aopP, aopO, ascF–ascG, and aopH), and glycerophospholipid-cholesterol acyltransferase (gcat). All isolates were found to be associated with at least one virulent gene. Moreover, they were resistant to frequently used antibiotics for human infections. The study demonstrates the pathogenic potential of Aeromonas, associated with ornamental fish culture systems suggesting the emerging threat to public health

PtdIns(5)P activates the host cell PI3-kinase/Akt pathway during Shigella flexneri infection

The virulence factor IpgD, delivered into nonphagocytic cells by the type III secretion system of the pathogen Shigella flexneri, is a phosphoinositide 4-phosphatase generating phosphatidylinositol 5 monophosphate (PtdIns(5) P). We show that PtdIns(5) P is rapidly produced and concentrated at the entry foci of the bacteria, where it colocalises with phosphorylated Akt during the first steps of infection. Moreover, S. flexneri-induced phosphorylation of host cell Akt and its targets specifically requires IpgD. Ectopic expression of IpgD in various cell types, but not of its inactive mutant, or addition of short-chain penetrating PtdIns(5) P is sufficient to induce Akt phosphorylation. Conversely, sequestration of PtdIns(5) P or reduction of its level strongly decreases Akt phosphorylation in infected cells or in IpgD-expressing cells. Accordingly, IpgD and PtdIns(5) P production specifically activates a class IA PI 3-kinase via a mechanism involving tyrosine phosphorylations. Thus, S. flexneri parasitism is shedding light onto a new mechanism of PI 3-kinase/Akt activation via PtdIns(5) P production that plays an important role in host cell responses such as survival.

Comparative genome analysis provides insights into the evolution and adaptation of Pseudomonas syringae pv. aesculi on Aesculus hippocastanum.

A recently emerging bleeding canker disease, caused by Pseudomonas syringae pathovar aesculi (Pae), is threatening European horse chestnut in northwest Europe. Very little is known about the origin and biology of this new disease. We used the nucleotide sequences of seven commonly used marker genes to investigate the phylogeny of three strains isolated recently from bleeding stem cankers on European horse chestnut in Britain (E-Pae). On the basis of these sequences alone, the E-Pae strains were identical to the Pae type-strain (I-Pae), isolated from leaf spots on Indian horse chestnut in India in 1969. The phylogenetic analyses also showed that Pae belongs to a distinct clade of P. syringae pathovars adapted to woody hosts. We generated genome-wide Illumina sequence data from the three E-Pae strains and one strain of I-Pae. Comparative genomic analyses revealed pathovar-specific genomic regions in Pae potentially implicated in virulence on a tree host, including genes for the catabolism of plant-derived aromatic compounds and enterobactin synthesis. Several gene clusters displayed intra-pathovar variation, including those encoding type IV secretion, a novel fatty acid biosynthesis pathway and a sucrose uptake pathway. Rates of single nucleotide polymorphisms in the four Pae genomes indicate that the three E-Pae strains diverged from each other much more recently than they diverged from I-Pae. The very low genetic diversity among the three geographically distinct E-Pae strains suggests that they originate from a single, recent introduction into Britain, thus highlighting the serious environmental risks posed by the spread of an exotic plant pathogenic bacterium to a new geographic location. The genomic regions in Pae that are absent from other P. syringae pathovars that infect herbaceous hosts may represent candidate genetic adaptations to infection of the woody parts of the tree.

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.

Interaction of enterohemorrhagic Escherichia coli O157 : H7 with mouse intestinal mucosa

In this study, we used mouse ileal loops to investigate the interaction of enterohemorrhagic Escherichia coli (EHEC) O157:H7 with the mouse intestinal mucosa. With a dose of 10(9) and 3 h incubation, EHEC O157 was detected in the lumen and to a lesser extent associated with the epithelium. Typical attaching and effacing (A/E) lesions were seen, albeit infrequently. While the effector protein Tir was essential for A/E lesion formation, the bacterial type III secretion system adaptor protein TccP was dispensable. These results suggest that A/E lesions on mouse intestinal mucosa can be formed independently of robust actin polymerization.

Hcp2, a secreted protein of the phytopathogen Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000, is required for competitive fitness against bacteria and yeasts

When analysing the secretome of the plant pathogen Pseudomonas syringae pv. tomato (Pst) DC3000, we identified hemolysin co-regulated protein (Hcp) as one of the secreted proteins. Hcp is assumed to be an extracellular component of the type VI secretion system (T6SS). Two copies of hcp genes are present in the Pst DC3000 genome, hcp1 (PSPTO_2539) and hcp2 (PSPTO_5435). We studied the expression patterns of hcp genes and tested the fitness of hcp knock-out mutants in host plant colonization and in inter-microbial competition. We found that the hcp2 gene is expressed, most actively at the stationary growth phase, and that the Hcp2 protein is secreted via T6SS and appears in the culture medium as covalently linked dimers. Expression of hcp2 is not induced in planta and it does not contribute to virulence or colonisation in tomato or Arabidopsis plants. Instead, hcp2 is required for survival in competition with enterobacteria and yeasts, and its function is associated with suppression of the growth of these competitors. This is the first report on bacterial T6SS-associated genes functioning in competition against yeast. Our results suggest that the T6SS of P. syringae may play an important role in bacterial fitness, allowing this plant pathogen to survive in conditions where it has to compete with other micro-organisms for resources.

Co-ordination of pathogenicity island expression by the BipA GTPase in enteropathogenic Escherichia coli (EPEC)

BipA is a novel member of the ribosome binding GTPase superfamily and is widely distributed in bacteria and plants. We report here that it regulates -multiple cell surface- and virulence-associated -components in the enteropathogenic Escherichia coli (EPEC) strain E2348/69. The regulated components include bacterial flagella, the espC pathogenicity island and a type III secretion system specified by the locus of enterocyte effacement (LEE). BipA positively regulated the espC and LEE gene clusters through transcriptional control of the LEE-encoded regulator, Ler. Additionally, it affected the pattern of proteolysis of intimin, a key LEE-encoded adhesin specified by the LEE. BipA control of the LEE operated independently of the previously characterized regulators Per, integration host factor and H-NS. In contrast, it negatively regulated the flagella-mediated motility of EPEC and in a Ler-independent manner. Our results indicate that the BipA GTPase functions high up in diverse regulatory cascades to co-ordinate the expression of key pathogenicity islands and other virulence-associated factors in E. coli.

Isolation of recombinant antibodies against EspA and intimin of Escherichia coli O157:H7

Intimin, Tir, and EspA proteins are expressed by attaching-effacing Escherichia coli, which include enteropathogenic and enterohemorrhagic E. coli pathotypes. EspA proteins are part of the type three secretion system needle complex that delivers Tir to the host epithelial cell, while surface arrayed intimin docks the bacterium to the translocated Tir. This intimate attachment leads to attaching and effacing lesions. Recombinant forms of these effector proteins from enterohemorrhagic E. coli O157:H7 were produced by using E. coli expression vectors. Binding of intimin and Tir fragments in enzyme-linked immunosorbent assay (ELISAs) demonstrated the interaction of intimin fragments containing the C-terminal 282 or 188 amino acids to a Tir fragment containing amino acid residues 258 to 361. Recombinant intimin and EspA proteins were used to elicit immune responses in rabbits and immune phage-display antibody libraries were produced. Screening of these immune libraries by conventional phage-antibody panning and colony filter screening produced a panel of antibodies with specificity for EspA or intimin. Antibodies recognizing different C-terminal epitopes on intimin bound specifically to the gamma intimin of O157:H7 and not to other classes of intimin. Antibodies recognizing EspA from E. coli O157 also recognized the protein from the eae-deficient O157 mutant DM3 and from E. coli O111. Anti-intimin antibodies were also produced as fusion proteins coupled to the reporter molecule alkaline phosphatase, allowing the one-step detection of gamma intimin. The isolated recombinant monoclonal antibodies were functional in a range of assay formats, including ELISA, Western blotting, and dot blots, thus demonstrating their diagnostic potential.