Overlapped Sequence Types (sts) And Serogroups Of Avian Pathogenic (apec) And Human Extra-intestinal Pathogenic (expec) Escherichia Coli Isolated In Brazil.

Avian pathogenic Escherichia coli (APEC) strains belong to a category that is associated with colibacillosis, a serious illness in the poultry industry worldwide. Additionally, some APEC groups have recently been described as potential zoonotic agents. In this work, we compared APEC strains with extraintestinal pathogenic E. coli (ExPEC) strains isolated from clinical cases of humans with extra-intestinal diseases such as urinary tract infections (UTI) and bacteremia. PCR results showed that genes usually found in the ColV plasmid (tsh, iucA, iss, and hlyF) were associated with APEC strains while fyuA, irp-2, fepC sitDchrom, fimH, crl, csgA, afa, iha, sat, hlyA, hra, cnf1, kpsMTII, clpVSakai and malX were associated with human ExPEC. Both categories shared nine serogroups (O2, O6, O7, O8, O11, O19, O25, O73 and O153) and seven sequence types (ST10, ST88, ST93, ST117, ST131, ST155, ST359, ST648 and ST1011). Interestingly, ST95, which is associated with the zoonotic potential of APEC and is spread in avian E. coli of North America and Europe, was not detected among 76 APEC strains. When the strains were clustered based on the presence of virulence genes, most ExPEC strains (71.7%) were contained in one cluster while most APEC strains (63.2%) segregated to another. In general, the strains showed distinct genetic and fingerprint patterns, but avian and human strains of ST359, or ST23 clonal complex (CC), presented more than 70% of similarity by PFGE. The results demonstrate that some zoonotic-related STs (ST117, ST131, ST10CC, ST23CC) are present in Brazil. Also, the presence of moderate fingerprint similarities between ST359 E. coli of avian and human origin indicates that strains of this ST are candidates for having zoonotic potential.

Les Escherichia coli pathogènes extra-intestinaux (ExPEC) et la résistance aux antimicrobiens des carcasses de poulets au détail au Vietnam

Les marchés traditionnels et maintenant les supermarchés approvisionnent les demandes sans cesse en augmentation pour la viande de volaille au Vietnam. Peu d’études ont examiné la présence des E. coli pathogènes extra-intestinaux (ExPEC), une cause commune d’infection urinaire chez les humains, de même que la résistance aux antimicrobiens, la multi-résistance des Escherichia coli dans la viande de volaille au Vietnam. Le but de cette étude était d’évaluer la salubrité de la viande de volaille au Vietnam et de comparer les patrons de résistance aux antimicrobiens entre le Canada et le Vietnam. Des carcasses fraîches et congelées des marchés traditionnels et des supermarchés ont été échantillonnées au Vietnam. Les E. coli obtenus par rinçage des carcasses ont été caractérisé pour les gènes de virulence ExPEC (iucD, cnf, papC, tsh, Kps, afa, sfa) et pour la résistance aux antimicrobiens, phénotypiquement (Sensititre Aris®) et génotypiquement par PCR. Une multi-résistance et une fréquence élevée de résistance aux antimicrobiens d’importance pour les humains ont été détectées dans les isolats ExPEC. Les E. coli producteurs de β-lactamases à spectre élargi et de type AmpC et les gènes de résistance CTX-M et CMY correspondant ont été détectés. Des isolats multi-résistants BLSE putatif ont été identifiés appartenant au phylogroupe F. Les stratégies sur les antimicrobiens employés sur la ferme au Canada et au Vietnam pourraient influencer les profils de résistance des E. coli provenant des carcasses de poulets. En conclusion, la présence des ExPEC, la fréquence élevée de la résistance aux antimicrobiens et la détection des beta-lactamases soulignent la présence de danger pour la santé humaine de la viande de volaille crue ou insuffisamment cuite au Vietnam.

Análise de cepas de Escherichia coli Shiga toxigênica (STEC) e E. coli patogênica extraintestinal (ExPEC) isoladas de cachorros diarréicos atendidos em clínica privada no município de Ituverava, SP

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Overlapped Sequence Types (STs) and Serogroups of Avian Pathogenic (APEC) and Human Extra-Intestinal Pathogenic (ExPEC) Escherichia coli Isolated in Brazil

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

Isolation of extraintestinal pathogenic Escherichia coli from diarrheic dogs and their antimicrobial resistance profile

From January to December 2006, 92 Escherichia coli isolates from 25 diarrheic dogs were analyzed by screening for the presence of adhesin-encoding genes (pap, sfa, afa), hemolysin and aerobactin genes. Virulence gene frequencies detected in those isolates were: 12% pap, 1% sfa, 10% hemolysin and 6.5% aerobactin. Ten isolates were characterized as extraintestinal pathogenic E. coli (ExPEC) strains; all showed a multidrug resistance phenotype that may represent a reason for concern due the risk of dissemination of antimicrobial resistant genes to the microbiota of human beings.

Detection of cytotoxic necrotizing factor types 1 and 2 among fecal Escherichia coli isolates from brazilian children with and without diarrhea

The enteropathogenic role of cytotoxic necrotizing factor (CNF)-producing Escherichia coli was investigated by searching cnf genes among 2074 isolates from 200 children with and 200 without acute diarrhea in Brazil. Fourteen (7%) cases versus 10 (5%) control children carried at least one cnf positive isolate (P = 0.50) and most isolates expressed CNF type 1. DNA sequences of virulence factors of extraintestinal pathogenic E. coli (ExPEC) were detected in 78.6% of CNF1-producing isolates. Besides not being associated with human acute diarrhea, the CNF1-producing isolates here identified may represent potential ExPEC transitorily composing the normal intestinal flora.

In silico phylogenetic and virulence gene profile analyses of avian pathogenic Escherichia coli genome sequences

Avian pathogenic Escherichia coli (APEC) infections are responsible for significant losses in the poultry industry worldwide. A zoonotic risk has been attributed to APEC strains because they present similarities to extraintestinal pathogenic E. coli (ExPEC) associated with illness in humans, mainly urinary tract infections and neonatal meningitis. Here, we present in silico analyses with pathogenic E. coli genome sequences, including recently available APEC genomes. The phylogenetic tree, based on multi-locus sequence typing (MLST) of seven housekeeping genes, revealed high diversity in the allelic composition. Nevertheless, despite this diversity, the phylogenetic tree was able to cluster the different pathotypes together. An in silico virulence gene profile was also determined for each of these strains, through the presence or absence of 83 well-known virulence genes/traits described in pathogenic E. coli strains. The MLST phylogeny and the virulence gene profiles demonstrated a certain genetic similarity between Brazilian APEC strains, APEC isolated in the United States, UPEC (uropathogenic E. coli) and diarrheagenic strains isolated from humans. This correlation corroborates and reinforces the zoonotic potential hypothesis proposed to APEC.

Assessing the diversity of the virulence potential ofEscherichia coli isolated from bacteremia in São Paulo, Brazil

Most of the knowledge of the virulence determinants of extraintestinal pathogenicEscherichia coli (ExPEC) comes from studies with human strains causing urinary tract infections and neonatal meningitis and animal strains causing avian colibacillosis. In this research, we analyzed the phylogenetic background, the presence of 20 ExPEC virulence factors, and the intrinsic virulence potential of 74 E. coli strains isolated in São Paulo, Brazil, from 74 hospitalized patients (43 males and 31 females) with unknown-source bacteremia. Unlike other places in the world, the bacteremic strains originated equally from phylogroups B2 (35%) and D (30%). A great variability in the profiles of virulence factors was noted in this survey. Nevertheless, 61% of the strains were classified as ExPEC, meaning that they possessed intrinsic virulent potential. Accordingly, these strains presented high virulence factor scores (average of 8.7), and were positively associated with 12 of 17 virulence factors detected. On the contrary, the non-ExPEC strains, isolated from 39% of the patients, presented a generally low virulence capacity (medium virulence factor score of 3.1), and were positively associated with only the colicin cvaC gene. These results show the importance of discriminating E. coli isolates that possess characteristics of true pathogens from those that may be merely opportunistic in order to better understand the virulence mechanisms involved in extraintestinalE. coli infections. Such knowledge is essential for epidemiological purposes as well as for development of control measures aimed to minimize the incidence of these life-threatening and costly infections.

Étude de prévalence et associations des gènes de virulence et résistance aux antimicrobiens d’Escherichia coli de la flore intestinale du poulet sain

Les Escherichia coli pathogènes de la volaille (APEC) font partie des E. coli extra-intestinaux pathogènes (ExPEC) et seraient un réservoir possible de gènes de virulence et de résistance aux antimicrobiens (RAM) des ExPEC chez l’humain. L’objectif de cette étude était d’évaluer l’effet d’un prébiotique et d’un mélange d’acide organique et d’huiles essentielles encapsulés sur la prévalence des gènes de virulence des ExPEC et de RAM, ainsi que les associations entre ces gènes chez E. coli de l’intestin du poulet sain. Des échantillons de contenus caecaux de poulets de 29 jours d’âge ayant reçu un de ces ingrédients alimentaires comparativement à des témoins ont été analysés pour la présence des gènes de virulence iucD, tsh, papC et des gènes de RAM blaTEM, blaSHV, tetA, tetC, blaCMY-2, aadA1, aac3 par PCR. La prévalence d’iucD était supérieure dans le groupe témoin comparativement aux groupes «prébiotique» et «acide organique» et la prévalence de papC était affectée dans le groupe «acide organique». La prévalence d’isolats d’E.coli positifs pour blaCMY-2 était supérieure dans le groupe témoin comparée aux groupes «prébiotique» et «acide organique», tel que démontré par la technique d’hybridation de l’ADN sur HGMF (Hydrophobic Grid Membrane Filter). De plus, la prévalence des isolats d’E. coli positifs pour tetA, blaTEM, aadA1 ou tsh était affectée par les ingrédients alimentaires. Dans l’ensemble, des associations entre la présence de tsh et iucD, blaTEM et aadA1, et iucD et blaCMY-2 ont été observées. .Cette étude démontre l’utilité de certains ingrédients alimentaires pour dimunier le risque d’exposition en santé publique.

Étude des mécanismes moléculaires influençant la variation de phase des adhésines P, F1651 et CS31A présentes chez des souches d'Escherichia coli pathogènes.

F1651, les pili Pap et l’antigène CS31A associé aux antigènes de surface K88 sont tout trois des membres de la famille de type P des facteurs d’adhérence jouant un rôle prépondérant lors de l’établissement d’une maladie causée par des souches Escherichia coli pathogènes, en particulier des souches d’E. coli pathogènes extra-intestinales (ExPEC, Extra-intestinal pathogenic E. coli). Leur expression est sous le contrôle d’un mécanisme de régulation transcriptionnel dépendant de l’état de méthylation de l’ADN, résultant dans l’existence de deux populations définies, l’une exprimant l’adhésine (population ON) et l’autre ne l’exprimant pas (population OFF). Malgré de fortes identités de séquences, ces trois systèmes diffèrent l’un de l’autre, principalement par le pourcentage de cellules ON rencontrées. Ainsi, quand CS31A est systématiquement orienté vers un état considéré comme OFF, F1651 présente une phase ON particulièrement élevée et Pap montre deux états OFF et ON bien distincts, selon le phénotype de départ. La protéine régulatrice sensible à la leucine (Lrp, Leucine-responsive regulatory protein) joue un rôle essentiel dans la réversibilité de ce phénomène épigénétique et il est supposé que les différences de séquences au niveau de la région régulatrice modifient la localisation à ces sites de fixation de Lrp; ce qui résulte, en final, aux différences de phase existant entre CS31A, F1651 et Pap.À l’aide de divers techniques parmi lesquelles l’utilisation de gènes rapporteurs, mutagénèses dirigées et d’analyse des interactions ADN-protéines in vitro, nous montrons dans ce présent projet que la phase OFF prédominante chez CS31A est principalement due à une faible interaction de Lrp avec la région distale de l’opéron clp, et que la présence d’un homologue du régulateur local PapI joue un rôle également clef dans la production de CS31A. Dans le cas de F1651, nous montrons dans cette étude que le taux élevé de cellules en phase ON est dû à une altération dans le maintien de Lrp sur les sites répresseurs 1-3. Ceci est dû à la présence de deux nucléotides spécifiques, situé de part et d’autre du site répresseur 1, qui défavorisent la fixation de Lrp sur ce site précis. Tout comme dans le cas de CS31A, la formation d’un complexe, activateur ou répresseur de la phase ON, dépend également de l’action de du régulatuer local FooI, qui favorise alors le déplacement de Lrp des sites répresseurs 1-3 vers les sites activateurs 4-6.

Étude de la variation de phase des fimbriae F1651, Pap et CS31A et de l'impact des régulateurs homologues de PapI

Les Escherichia coli pathogènes extra-intestinaux (ExPEC) sont responsables d’une grande variété de maladies. Plus particulièrement, certaines souches ExPEC, du sous-groupe d’E. coli uropathogènes, sont porteuses de fimbriae de type P. Cette famille d’adhésines est soumise à une régulation transcriptionnelle appelée variation de phase; un mécanisme du tout ou rien. Il s’agit d’une compétition entre deux protéines régulatrices : la Dam méthylase et la nucléoprotéine Lrp. Ce mécanisme est aussi soumis à l’influence des régulateurs locaux PapB et PapI, deux régulateurs essentiels. Afin d’étudier PapI et ses homologues ainsi que leur impact sur la variation de phase des fimbriae F1651, Pap et CS31A. Grâce à une fusion chromosomique entre la région régulatrice de clp et les gènes lacZYA, nous avons étudié l’effet, en trans, de PapI et FooI qui ont pu restaurer la variation de phase avec une forte tendance pour la phase OFF. Pour étudier l’action de ces protéines sur foo et pap, nous avons utilisé un système utilisant gfp comme gène rapporteur de l’activité des promoteurs des opérons pap et foo. Cela a permis d’observer la variation de phase au niveau cellulaire par cytométrie en flux et en temps réel par microscopie à fluorescence. Ces expériences ont confirmé que la population de cellules F1651 positives a un phénotype d’expression de F1651 partielle alors que les cellules Pap sont en majorité en phase OFF. PapI et FooI n’ont pas la même influence sur la variation de phase, puisque FooI favorise une plus grande fréquence de variation de phase.

Potential pathogenicity and antimicrobial resistance of Escherichia coli from pig and poultry feces on-farm and carcasses at the abattoir in Vietnam

E. coli avec potentiel zoonotique pourrait éclore dans les réservoirs porcins et avicoles. Cette étude consiste à examiner la présence de souches E. coli porteuses de gènes virulents associés aux STEC (E. coli producteurs de Shiga-toxines), EPEC (E. coli entéropathogène), et ExPEC (E. coli pathogène extra-intestinal) chez les porcs et volailles élevés au Vietnam. Des prélèvements d’excréments et de carcasses ont été effectués dans des fermes et abattoirs porcins et avicoles sélectionnés où les animaux ont été suivis de l’élevage à l’abattage. Un total de 13,1% des souches, toutes sources confondues, ont été catégorisées comme potentiellement contaminées par ExPEC, possédant un ou plusieurs gènes de virulence iucD, tsh, papC et cnf. Peu d’isolats d’autres pathotypes ont été observés. Tous les gènes de virulence ExPEC, à l’exception de cnf, ont été identifiés plus fréquemment dans les isolats de fèces et carcasses avicoles que dans les isolats porcins. Même constatation pour le groupe du phylogénétique D. Une multirésistance aux médicaments a été régulièrement observée chez les deux isolats ExPEC. Les isolats de fèces de volailles ont souvent été associés à une résistance à l’acide nalidixique et à la ciprofloxacine (P<0.05), de même qu’au gène blaTEM, alors que les gènes qnr et aac(6’)-Ib ont peu été rencontrés des deux côtés. Cette étude démontre que les isolats ExPEC avicoles sont potentiellement plus pathogèniques que ceux porcins et que les isolats ExPEC de carcasses porcines et avicoles peuvent provenir de leurs excréments par la contamination associée au processus d'abattage. Ainsi, la volaille, particulièrement, serait un facteur de transmission de souches ExPEC zoonotiques.

Le profil de virulence d' Escherichia coli intra-utérin permettrait de prédire la métrite postpartum chez la vache laitière

Les objectifs de cette étude ont été de : (1) déterminer s’il existe une association entre la présence intra-utérine d'Escherichia coli dans la 1 ère semaine postpartum et le développement de la métrite postpartum, (2) déterminer s’il y a une association entre les gènes de virulence d'E. coli et la métrite postpartum, et (3) d'évaluer si les analyses bactériologiques (bactéries et gènes de virulence d'E. coli) pourraient prédire la métrite postpartum chez la vache laitière. Des écouvillons utérins ont été prélevés dans la première semaine postpartum sur 486 vaches de race Holstein et soumis au laboratoire pour détection de E. coli. Les gènes de virulence d'E. coli ont été identifiés par la technique d'hybridation des sondes radioactives. Un total de 252 vaches (52%) ont été positives à E. coli et 67 vaches positives à la métrite postpartum (13,7%). Les vaches positives à E. coli intra-utérin dès la première semaine postpartum avaient un risque 2,6 fois plus élevé de développer la métrite postpartum que les vaches sans E. coli. La plupart des E. coli possédaient un ou plusieurs gènes des E. coli d'origine extra-intestinale (ExPEC) dont fimH (89%), HlyE (87%) et iss (70%). Parmi les autres gènes ExPEC, on a retrouvé sitA (23%), fepC (20%) hra1 (20%) malX (14%) tsh (11%) et bien d'autres. Les gènes de virulence kpsMTII et hra1 ont été associés à la métrite postpartum avec un rapport de cote de 4,3 chacun. La présence d'E. coli dans l'utérus avait une valeur prédictive positive de 18% tandis que la présence des gènes kpsMTII et hra1 avait une valeur prédictive positive de 36% et 31% respectivement. La détection de certains gènes de virulence d'E. coli dans les prélèvements utérins pourrait renseigner sur le risque de développement de la métrite postpartum chez la vache laitière. Les études ultérieures pourraient tester encore plus de gènes et viser à développer des tests de dépistage simple, facilement et rapidement applicable à la ferme.

Molecular Epidemiology of Escherichia coli isolates from Environmental, Food and Clinical Sources

In the present study diversity of E. coli in the water samples of Cochin estuary were studied for a period of 3 years ranging from January 2010- December 2012. The stations were selected based on the closeness to satellite townships and waste input. Two of the stations (Chitoor and Thevara) were fixed upstream, two in the central part of the estuary namely Bolgatty and Off Marine Science Jetty, and one at the Barmouth. Diversity was assessed in terms of serotypes, phylogenetic groups and genotypes. Two groups of seafood samples such as fish and shellfish collected from the Cochin estuary were used for isolation of E. coli. One hundred clinical E. coli isolates were collected from one public health centre, one hospital and five medical labs in and around Cochin City, Kerala. From our results it was clear that pathogen cycling is occurring through food, water and clinical sources. Pathogen cycling through food is very common and fish and shellfish that harbour these strains might pose potential health risk to consumer. Estuarine environment is a melting pot for various kinds of wastes, both organic and inorganic. Mixing up of waste water from various sources such as domestic, industries, hospitals and sewage released into these water bodies resulting in the co-existence of E. coli from various sources thus offering a conducive environment for horizontal gene transfer. Opportunistic pathogens might acquire genes for drug resistance and virulence turning them to potential pathogens. Prevalence of ExPEC in the Cochin estuary, pose threat to people who use this water for fishing and recreation. Food chain also plays an important role in the transit of virulence genes from the environments to the human. Antibiotic resistant E. coli are widespread in estuarine water, seafood and clinical samples, for reasons well known such as indiscriminate use of antibiotics in animal production systems, aquaculture and human medicine. Since the waste water from these sources entering the estuary provides selection pressure to drug resistant mutants in the environment. It is high time that the authorities concerned should put systems in place for monitoring and enforcement to curb such activities. Microbial contamination can limit people’s enjoyment of coastal waters for contact recreation or shellfish-gathering. E. coli can make people sick if they are present in high levels in water used for contact recreation or shellfish gathering. When feeding, shellfish can filter large volumes of seawater, so any microorganisms present in the water become accumulated and concentrated in the shellfish flesh. If E. coli contaminated shellfish are consumed the impact to human health includes gastroenteritis, urinary tract infections (UTIs), and bacteraemia. In conclusion, the high prevalence of various pathogenic serotypes and phylogenetic groups, multidrug-resistance, and virulence factor genes detected among E. coli isolates from stations close to Cochin city is a matter of concern, since there is a large reservoir of antibiotic resistance genes and virulence traits within the community, and that the resistance genes and plasmid-encoded genes for virulence were easily transferable to other strains. Given the severity of the clinical manifestations of the disease in humans and the inability and/or the potential risks of antibiotic administration for treatment, it appears that the most direct and effective measure towards prevention of STEC and ExPEC infections in humans and ensuring public health may be considered as a priority.

Escherichia coli isolates from extraintestinal organs of livestock animals harbour diverse virulence genes and belong to multiple genetic lineages

Escherichia coli, the most common cause of bacteraemia in humans in the UK, can also cause serious diseases in animals. However the population structure, virulence and antimicrobial resistance genes of those from extraintestinal organs of livestock animals are poorly characterised. The aims of this study were to investigate the diversity of these isolates from livestock animals and to understand if there was any correlation between the virulence and antimicrobial resistance genes and the genetic backbone of the bacteria and if these isolates were similar to those isolated from humans. Here 39 E. coli isolates from liver (n=31), spleen (n=5) and blood (n=3) of cattle (n=34), sheep (n=3), chicken (n=1) and pig (n=1) were assigned to 19 serogroups with O8 being the most common (n=7), followed by O101, O20 (both n=3) and O153 (n=2). They belong to 29 multi-locus sequence types, 20 clonal complexes with ST23 (n=7), ST10 (n=6), ST117 and ST155 (both n=3) being most common and were distributed among phylogenetic group A (n=16), B1 (n=12), B2 (n=2) and D (n=9). The pattern of a subset of putative virulence genes was different in almost all isolates. No correlation between serogroups, animal hosts, MLST types, virulence and antimicrobial resistance genes was identified. The distributions of clonal complexes and virulence genes were similar to other extraintestinal or commensal E. coli from humans and other animals, suggesting a zoonotic potential. The diverse and various combinations of virulence genes implied that the infections were caused by different mechanisms and infection control will be challenging.