Detection of virulence factors and antimicrobial resistance patterns in shiga toxin-producing Escherichia coli isolates from sheep

Abstract: In order to detect virulence factors in Shiga toxin-producing Escherichia coli (STEC) isolates and investigate the antimicrobial resistance profile, rectal swabs were collected from healthy sheep of the races Santa Inês and Dorper. Of the 115 E. coli isolates obtained, 78.3% (90/115) were characterized as STEC, of which 52.2% (47/90) carried stx1 gene, 33.3% (30/90) stx2 and 14.5% (13/90) both genes. In search of virulence factors, 47.7% and 32.2% of the isolates carried the genes saa and cnf1. According to the analysis of the antimicrobial resistance profile, 83.3% (75/90) were resistant to at least one of the antibiotics tested. In phylogenetic classification grouped 24.4% (22/90) in group D (pathogenic), 32.2% (29/90) in group B1 (commensal) and 43.3% (39/90) in group A (commensal). The presence of several virulence factors as well as the high number of multiresistant isolates found in this study support the statement that sheep are potential carriers of pathogens threatening public health.

Sähkö- ja lämpöenergian tuotantomenetelmien ympäristöllisen kilpailukyvyn määrittäminen alueellista energiajärjestelmää suunniteltaessa

Työssä tarkasteltiin sähkö- ja lämpöenergian tuotantomenetelmien ympäristöllistä kilpailukykyä osana yhdyskunnan energiajärjestelmää. Sähkö- lämpöenergian tuotantomenetelmiä vertailtiin keskenään aiheutuvien kasvihuonekaasupäästöjen perusteella. Tarkastelu toteutettiin elinkaariarviointimenetelmällä. Työssä mallinnettiin pääasiassa uusiutuviin energialähteisiin perustuvia menetelmiä yhdyskunnan vuotuisen sähkö- ja lämpöenergiantarpeen täyttämiseksi. Elinkaariarviointimallin avulla vertailtiin keskenään aurinko- ja tuulisähköpainotteista ja CHP-painotteista energiajärjestelmää. Lisäksi työssä arvioitiin aurinko- ja tuulisähköntuotantoa sekä CHP-tuotantoa nettoenergianäkökulmasta. Työn tulosten pohjalta voidaan olettaa, että kokonaisvaltaisesti paras energianhankintavaihtoehto on usean eri sähkö- ja lämpöenergiantuotantomenetelmän yhdistelmä. Alhainen päästötaso tietyssä kategoriassa on yhdentekevää, jos energiaa ei ole saatavissa silloin, kun sitä tarvitaan. Lisäksi on tärkeää huomata, että uusiutuvien energialähteiden hyödynnettävyys riippuu vahvasti alueellisista erityispiirteistä, kuten aurinko- ja tuuliolosuhteista. Tästä johtuen kestävän energiajärjestelmän suunnittelussa alueellisten ominaisuuksien huomiointi on tärkeää. Mikä tietyllä alueella osoittautuu parhaimmaksi ratkaisuksi, ei välttämättä ole sitä toisenlaisessa ympäristössä.

E. coli a-hemolysin: a membrane-active protein toxin

Alpha-Hemolysin is synthesized as a 1024-amino acid polypeptide, then intracellularly activated by specific fatty acylation. A second activation step takes place in the extracellular medium through binding of Ca2+ ions. Even in the absence of fatty acids and Ca2+ HlyA is an amphipathic protein, with a tendency to self-aggregation. However, Ca2+-binding appears to expose hydrophobic patches on the protein surface, facilitating both self-aggregation and irreversible insertion into membranes. The protein may somehow bind membranes in the absence of divalent cations, but only when Ca2+ (or Sr2+, or Ba2+) is bound to the toxin in aqueous suspensions, i.e., prior to its interaction with bilayers, can a-hemolysin bind irreversibly model or cell membranes in such a way that the integrity of the membrane barrier is lost, and cell or vesicle leakage ensues. Leakage is not due to the formation of proteinaceous pores, but rather to the transient disruption of the bilayer, due to the protein insertion into the outer membrane monolayer, and subsequent perturbations in the bilayer lateral tension. Protein or glycoprotein receptors for a-hemolysin may exist on the cell surface, but the toxin is also active on pure lipid bilayers.

Histopathological analysis of rat mesentery as a method for evaluating neutrophil migration: differential effects of dexamethasone and pertussis toxin

In the present study, histopathological analysis of rat mesentery was used to quantify the effect of two anti-inflammatory agents, dexamethasone (Dex) and pertussis toxin (Ptx), on leukocyte migration. The intravenous injection of Dex (1 mg/kg) and Ptx (1,200 ng) 1 h prior to the intraperitoneal injection of the inflammatory stimuli lipopolysaccharide (LPS) or formyl-methionyl-leucyl-phenylalanine (fMLP) significantly reduced the neutrophil diapedesis (LPS: Ptx = 0.86 ± 0.19 and Dex = 0.35 ± 0.13 vs saline (S) = 2.85 ± 0.59; fMLP: Ptx = 0.43 ± 0.09 and Dex 0.01 ± 0.01 vs S = 1.08 ± 0.15 neutrophil diapedesis/field) and infiltration (LPS: Ptx = 6.29 ± 1.4 and Dex = 3.06 ± 0.76 vs S = 15.94 ± 3.97; fMLP: Ptx = 3.85 ± 0.56 and Dex = 0.40 ± 0.16 vs S = 7.15 ± 1.17 neutrophils/field) induced by the two agonists in the rat mesentery. The inhibitory effect of Dex and Ptx was clearly visible in the fields nearest the venule (up to 200 µm), demonstrating that these anti-inflammatory agents act preferentially in the transmigration of neutrophils from the vascular lumen into the interstitial space, but not in cell movement in response to a haptotactic gradient. The mesentery of rats pretreated with Dex showed a decreased number of neutrophils within the venules (LPS: Dex = 1.50 ± 0.38 vs S = 4.20 ± 1.01; fMLP: Dex = 0.25 ± 0.11 vs S = 2.20 ± 0.34 neutrophils in the lumen/field), suggesting that this inhibitor may be acting at a step that precedes neutrophil arrival in the inflamed tissue. In contrast to that observed with Dex treatment, the number of neutrophils found in mesenteric venules was significantly elevated in animals pretreated with Ptx (LPS: Ptx = 9.85 ± 2.25 vs S = 4.20 ± 1.01; fMLP: Ptx = 4.66 ± 1.24 vs S = 2.20 ± 0.34 neutrophils in the lumen/field). This discrepancy shows that Ptx and Dex act via different mechanisms and suggests that Ptx prevents locomotion of neutrophils from the vascular lumen to the interstitial space. In conclusion, the method described here is useful for quantifying the inflammatory and anti-inflammatory effect of different substances. The advantage of this histopathological approach is that it provides additional information about the steps involved in leucocyte migration.

Carbon monoxide: from toxin to endogenous modulator of cardiovascular functions

Carbon monoxide (CO) is a pollutant commonly recognized for its toxicological attributes, including CNS and cardiovascular effects. But CO is also formed endogenously in mammalian tissues. Endogenously formed CO normally arises from heme degradation in a reaction catalyzed by heme oxygenase. While inhibitors of endogenous CO production can raise arterial pressure, heme loading can enhance CO production and lead to vasodepression. Both central and peripheral tissues possess heme oxygenases and generate CO from heme, but the inability of heme substrate to cross the blood brain barrier suggests the CNS heme-heme oxygenase-CO system may be independent of the periphery. In the CNS, CO apparently acts in the nucleus tractus solitarii (NTS) promoting changes in glutamatergic neurotransmission and lowering blood pressure. At the periphery, the heme-heme oxygenase-CO system can affect cardiovascular functions in a two-fold manner; specifically: 1) heme-derived CO generated within vascular smooth muscle (VSM) can promote vasodilation, but 2) its actions on the endothelium apparently can promote vasoconstriction. Thus, it seems reasonable that the CNS-, VSM- and endothelial-dependent actions of the heme-heme oxygenase-CO system may all affect cardiac output and vascular resistance, and subsequently blood pressure.

Effect of toxin-g from Tityus serrulatus scorpion venom on gastric emptying in rats

The effect of toxin-g from Tityus serrulatus scorpion venom on the gastric emptying of liquids was studied in 176 young adult male Wistar rats (2-3 months of age) divided into subgroups of 8 animals each. Toxin-g was injected iv at doses of 25, 37.5, 50 or 100 µg/kg and the effect on gastric emptying was assessed 30 min and 8 h later. A time-course study was also performed by injecting 50 µg of toxin-g /kg and measuring the effect on gastric emptying at times 0.25, 0.5, 1, 2, 4, 8, 24 and 48 h post-venom. Each envenomed animal was paired with its saline control and all received a saline test meal solution containing phenol red (60 µg/ml) as a marker. Ten minutes after administering the test meal by gavage the animals were sacrificed and gastric retention was determined by measuring the residual marker concentration of the test meal. A significant delay in gastric emptying, at 30 min and 8 h post-venom, was observed only after 50 and 100 µg of toxin-g /kg compared to control values. The responses to these two doses were significantly different after 8 h post-venom. Toxin-g (50 µg/kg) significantly delayed the gastric emptying of liquids at all times studied, with a peak response at 4 h after toxin administration compared to control values. These results indicate that the iv injection of toxin-g may induce a rapid, intense and sustained inhibition of gastric emptying 0.25 to 48 h after envenomation.

Inhibition of gastric emptying and intestinal transit in anesthetized rats by a Tityus serrulatus scorpion toxin

The effects of a fraction (T1) of Tityus serrulatus scorpion venom prepared by gel filtration on gastric emptying and small intestinal transit were investigated in male Wistar rats. Fasted animals were anesthetized with urethane, submitted to tracheal intubation and right jugular vein cannulation. Scorpion toxin (250 µg/kg) or saline was injected iv and 1 h later a bolus of saline (1.0 ml/100 g) labeled with 99m technetium-phytate (10 MBq) was administered by gavage. After 15 min, animals were sacrificed and the radioactivity remaining in the stomach was determined. Intestinal transit was evaluated by instillation of a technetium-labeled saline bolus (1.0 ml) through a cannula previously implanted in the duodenum. After 60 min, the progression of the marker throughout 7 consecutive gut segments was estimated by the geometric center method. Gastric retention of the liquid test meal in rats injected with scorpion toxin (median: 88%; range: 52-95%) was significantly higher (P<0.02) than in controls (54%; 21-76%), an effect which was not modified by gastric secretion blockade with ranitidine. The progression of the isotope marker throughout the small intestine was significantly slower (P<0.05) in rats treated with toxin (1.2; 1.0-2.5) than in control animals (2.3; 1.0-3.2). Inhibition of both gastric emptying and intestinal transit in rats injected with scorpion toxin suggests an increased resistance to aboral flow, which might be caused by abnormal neurotransmitter release or by the local effects of venom on smooth muscle cells.

Crotoxin, the major toxin from the rattlesnake Crotalus durissus terrificus, inhibits ³H-choline uptake in guinea pig ileum

We examined the effect of crotoxin, the neurotoxic complex from the venom of the South American rattlesnake Crotalus durissus terrificus, on the uptake of ³H-choline in minces of smooth muscle myenteric plexus from guinea pig ileum. In the concentration range used (0.03-1 µM) and up to 10 min of treatment, crotoxin decreased ³H-choline uptake by 50-75% compared to control. This inhibition was time dependent and did not seem to be associated with the disruption of the neuronal membrane, because at least for the first 20 min of tissue exposure to the toxin (up to 1 µM) the levels of lactate dehydrogenase (LDH) released into the supernatant were similar to those of controls. Higher concentrations of crotoxin or more extensive incubation times with this toxin resulted in elevation of LDH activity detected in the assay supernatant. The inhibitory effect of crotoxin on ³H-choline uptake seems to be associated with its phospholipase activity since the equimolar substitution of Sr2+ for Ca2+ in the incubation medium or the modification of the toxin with p-bromophenacyl bromide substantially decreased this effect. Our results show that crotoxin inhibits ³H-choline uptake with high affinity (EC25 = 10 ± 5 nM). We suggest that this inhibition could explain, at least in part, the blocking effect of crotoxin on neurotransmission.

Sähkö- ja hybridibussien tilanneselvitys

Työn tavoitteena on selvittää, minkälaisia sähkö- ja hybridibusseja maailmalla on käytössä. Työssä tutustutaan sähkö- ja hybridibussien tekniikkaan yleisellä tasolla. Tarkastellaan eri valmistajien bussien tekniikoita myös yksityiskohtaisemmin. Vertaillaan hieman bussien suorituskykyjä. Tuloksena tarkasteltavien bussien tärkeimmät ominaisuudet kerättiin taulukoihin ja vertailtiin niitä. Saatiin selville, että sähkö- ja hybridibussivalikoima on hyvin laaja. Yhtä optimaalista sähkö- tai hybridijärjestelmää ei ole vielä kehitetty vaan busseissa käytetään erilaisia sovelluksia esimerkiksi moottorin, voimansiirron ja energiavaraston osalta.

Siirtohinnoittelun kehittäminen etäluettavilta mittareilta saatavan datan avulla sähkönjakeluyhtiö Mäntsälän Sähkö Oy:lle

Sähkönsiirtomaksuilla katetaan luonnollisena alueellisena monopolina toimivan paikallisen sähkönjakeluyhtiön toiminta. Koska sähköverkkoyhtiöt toimivat monopoliasemassa, niiden toimintaa valvoo Energiavirasto. Energiavirasto valvoo pääasiassa verkkoyhtiöiden liikevaihtoa ja toiminnan tehokkuutta. Verkkoyhtiöiden toimintaa säätää Suomessa sähkömarkkinalaki. Verkkoyhtiöiden kustannusrakenne on hyvin sidottu verkoston kustannuksiin. Koska sähköverkoston kustannukset ovat pitkän käyttöiän ja suurien alkuinvestointien vuoksi vuosittain kiinteät ja merkittävän suuret, olisi verkkoyhtiön kannalta tärkeää, että vuosittaiset tulot eivät suuresti vaihtelisi. Nykyisellä hinnoittelumallilla kuitenkin verkkoyhtiöiden tulot jäävät hyvin riippuvaisiksi talven kylmyydestä. Nykyisin Suomessa yleisesti käytettävässä siirtohinnoittelun hinnoittelumallissa ei huomioida myöskään sitä, että verkkoyhtiön kustannukset ovat enemmän riippuvaisia verkossa siirretyistä tehoista kuin energioista. Siirtohinnoittelun kannalta on tapahtunut ja on tapahtumassa merkittäviä muutoksia. Etäluettavien sähkönkulutusmittarien käyttöönoton myötä asiakkaiden kulutuksesta saadaan huomattavasti entistä enemmän tietoa, mikä auttaa kustannusvastaavien hintojen määrittämisessä. Samaan aikaan asiakkaiden sähkön käyttö voi muuttua huomattavasti varsinkin sähköautojen ja lämpöpumppujen yleistymisen myötä. Tämän työn tarkoituksena on luoda Mäntsälän Sähkö Oy:lle sähkönsiirtohinnoittelun kustannuksia vastaavien hintojen määrittämiseksi laskentasovellus sekä selvittää tulevaisuuden siirtohinnoittelun toteuttamismahdollisuuksia. Lyhyen aikavälin suunnittelussa keskitytään kustannusvastaavien hintojen määrittämiseen keskihintaperiaatteen avulla ja pidemmän aikavälin suunnittelussa asiakkaiden huipputehoihin perustuvan hinnoittelun toteuttamisen vaikutuksiin sekä verkkoyhtiön että asiakkaan näkökulmasta.

The Shiga toxin 2 B subunit inhibits net fluid absorption in human colon and elicits fluid accumulation in rat colon loops

Shiga toxin (Stx)-producing Escherichia coli (STEC) colonizes the large intestine causing a spectrum of disorders, including watery diarrhea, bloody diarrhea (hemorrhagic colitis), and hemolytic-uremic syndrome. It is estimated that hemolytic-uremic syndrome is the most common cause of acute renal failure in infants in Argentina. Stx is a multimeric toxin composed of one A subunit and five B subunits. In this study we demonstrate that the Stx2 B subunit inhibits the water absorption (Jw) across the human and rat colonic mucosa without altering the electrical parameters measured as transepithelial potential difference and short circuit current. The time-course Jw inhibition by 400 ng/ml purified Stx2 B subunit was similar to that obtained using 12 ng/ml Stx2 holotoxin suggesting that both, A and B subunits of Stx2 contributed to inhibit the Jw. Moreover, non-hemorrhagic fluid accumulation was observed in rat colon loops after 16 h of treatment with 3 and 30 ng/ml Stx2 B subunit. These changes indicate that Stx2 B subunit induces fluid accumulation independently of A subunit activity by altering the usual balance of intestinal absorption and secretion toward net secretion. In conclusion, our results suggest that the Stx2 B subunit, which is non-toxic for Vero cells, may contribute to the watery diarrhea observed in STEC infection. Further studies will be necessary to determine whether the toxicity of Stx2 B subunit may have pathogenic consequences when it is used as a component in an acellular STEC vaccine or as a vector in cancer vaccines.

Ydinvoiman säädettävyys laajamittaisesti sähköä varastoivassa energiajärjestelmässä

Tulevaisuudessa tuuli- ja aurinkovoiman osuus sähköntuotannosta tulee kasvamaan. Näiden uusiutuvien energiamuotojen tuotanto kuitenkin vaihtelee sääolosuhteiden mukaan. Tästä johtuen tarvitaan lisää säätövoimaa, jotta voidaan vastata sähkönkulutukseen tuuli- ja aurinkosähkön tuotannon laskiessa. Tässä työssä tarkastellaan mahdollisuutta toteuttaa sähkönkulutuksen ja tuotannon tasapainottaminen Suomessa sähkön varastoinnin avulla sekä ydinvoiman soveltuvuutta säätövoimaksi ja ydinsähkön varastoinnin kannattavuutta. Työssä vertaillaan mahdollisuuksia sähkön varastointiteknologioiksi, joista valitaan potentiaalisimmat vaihtoehdot kustannus- ja soveltuvuustarkasteluun. Varastointikapasiteetin tarvetta tarkastellaan Suomen nykyisen sähkönkulutuksen ja -tuotannon mukaan sekä tilanteessa, jossa tuuli- ja aurinkovoiman osuus on molemmilla 15 % kokonaistuotantokapasiteetista. Vanhempien sekä nykyaikaisten ydinvoimaloiden soveltuvuutta säätövoimaksi tarkastellaan laitosten säädettävyyden perusteella. Ydinvoimalaa on kuitenkin kannattavinta käyttää mahdollisimman suurella käyttökertoimella, joten tarkastelussa on myös mahdollisuus varastoida sähköä tilanteissa, joissa tuotantoa jouduttaisiin rajoittamaan. Varastointiteknologioiden ja eri skenaarioissa vaadittujen varastointikapasiteettien perusteella voidaan todeta, ettei sähkönkulutuksen ja -tuotannon tasapainottaminen sähkön varastoinnilla ole kannattavaa nykyisillä varastointikustannuksilla ja sähkön hinnoilla. Ydinvoiman voidaan todeta soveltuvan hyvin säätövoimaksi ominaisuuksien puolesta, mutta taloudellisesti se ei ole paras vaihtoehto. Ydinvoimalla tuotetun sähkön varastointi ei ole tällä hetkellä Suomessa kannattavaa matalien sähkön hintojen ja korkeiden varastointikustannusten vuoksi. Sähkön varastoinnista on mahdollista tulla kannattavaa 2020-luvulla. Tämä edellyttää Yhdysvaltojen energiaministeriön asettaman strategian toteutumista, jonka tavoitteena on varastoimalla tuotetun sähkön kustannusten saaminen alle 75 €/MWh.

Determination of low tetanus or diphtheria antitoxin titers in sera by a toxin neutralization assay and a modified toxin-binding inhibition test

A method for the screening of tetanus and diphtheria antibodies in serum using anatoxin (inactivated toxin) instead of toxin was developed as an alternative to the in vivo toxin neutralization assay based on the toxin-binding inhibition test (TOBI test). In this study, the serum titers (values between 1.0 and 19.5 IU) measured by a modified TOBI test (Modi-TOBI test) and toxin neutralization assays were correlated (P < 0.0001). Titers of tetanus or diphtheria antibodies were evaluated in serum samples from guinea pigs immunized with tetanus toxoid, diphtheria-tetanus or triple vaccine. For the Modi-TOBI test, after blocking the microtiter plates, standard tetanus or diphtheria antitoxin and different concentrations of guinea pig sera were incubated with the respective anatoxin. Twelve hours later, these samples were transferred to a plate previously coated with tetanus or diphtheria antitoxin to bind the remaining anatoxin. The anatoxin was then detected using a peroxidase-labeled tetanus or diphtheria antitoxin. Serum titers were calculated using a linear regression plot of the results for the corresponding standard antitoxin. For the toxin neutralization assay, L+/10/50 doses of either toxin combined with different concentrations of serum samples were inoculated into mice for anti-tetanus detection, or in guinea pigs for anti-diphtheria detection. Both assays were suitable for determining wide ranges of antitoxin levels. The linear regression plots showed high correlation coefficients for tetanus (r² = 0.95, P < 0.0001) and for diphtheria (r² = 0.93, P < 0.0001) between the in vitro and the in vivo assays. The standardized method is appropriate for evaluating titers of neutralizing antibodies, thus permitting the in vitro control of serum antitoxin levels.