Identification et caractérisation de gènes impliqués dans la virulence de Salmonella typhi suite à une analyse globale par biopuces de l'infection de macrophages humains en culture

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Identification et caractérisation de gènes impliqués dans la virulence de Salmonella typhi suite à une analyse globale par biopuces de l'infection de macrophages humains en culture

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

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 du système d’acquisition de fer codé par le locus iro chez Salmonella enterica sérovar Typhi

Le fer est un élément essentiel pour les bactéries. Puisqu’elles ne peuvent le synthétiser elles-mêmes, elles utilisent un ou plusieurs systèmes d’acquisition de fer afin de se le procurer dans l’environnement, ou chez l’hôte pour leurs propres métabolismes. Différentes stratégies coexistent chez les bactéries pathogènes dues à la faible concentration de cet élément, autant chez l’hôte que dans l’environnement. Salmonella enterica sérovar Typhi (S. Typhi) est une entérobactérie Gram négative causant une maladie systémique, soit la fièvre typhoïde, qui est spécifique à l’homme. Les mécanismes de pathogènese de ce sérovar sont peu connus jusqu’à ce jour, puisque son tropisme pour l’humain empêche l’utilisation d’un modèle animal adéquat. L’objectif de cette recherche est de caractériser le système d’acquisition de fer chez S. Typhi encodé par le locus iro. Les gènes du locus, iroBCDEN ont fait l’objet de plusieurs recherches chez différents pathogènes, notamment E. coli et Salmonella Typhimurium. Bien qu’un rôle dans la virulence ait été établi pour ce locus chez ces bactéries, très peu d’informations sont disponibles quant au rôle chez S. Typhi, qui emprunte plutôt la voie systémique d’infection. Nous avons évalué le rôle de la synthèse, de l’exportation et de l’importation du sidérophore salmochéline, codé par les gènes iroBCDEN. En inactivant le locus puis par la suite les gènes de façon indépendante par échange allélique, il a été possible d’observer leurs implications in vitro lors d’infections de cellules humaines. Le rôle dans l’adhésion et l’invasion des cellules épithéliales ainsi que le rôle dans la phagocytose et la survie dans les macrophages ont donc été déterminés. De plus, le mécanisme de sécrétion par lequel la salmochéline peut traverser la membrane externe est inconnu à ce jour. La pompe à efflux TolC est responsable de la sécrétion de plusieurs molécules, y compris l’entérobactine, un sidérophore analogue à la salmochéline. Par mutagénèse, nous avons effectué un mutant de délétion tolC afin de vérifier son implication dans l’interaction avec les cellules épithéliales et les macrophages. Afin de caractériser in vitro les mutants, nous avons effectué des courbes de croissance dans différents milieux. La sensibilité au peroxyde d’hydrogène a été vérifiée par la suite, puis dû aux résultats d’infections, la mobilité de la souche ΔtolC a été évaluée. Ces différents tests nous ont permis de mieux comprendre l’implication du locus iro, de ses composantes et de la pompe à efflux TolC lors de l’interaction avec les cellules cibles d’une infection systémique causée par Salmonella Typhi.

Identification et caractérisation de gènes chez Salmonella enterica sérovar Typhi impliqués dans l’interaction avec les macrophages humains.

Le genre bactérien Salmonella regroupe plus de 2500 sérovars, mais peu sont responsables de pathologies humaines. Salmonella enterica sérovar Typhi (S. Typhi) est reconnu pour son importance médicale à travers le globe. S. Typhi cause la fièvre typhoïde chez l’Homme, une maladie infectieuse létale caractérisée par la dissémination systémique de la bactérie vers des organes du système réticulo-endothélial. La fièvre typhoïde représente un fardeau pour la santé mondiale, notamment auprès des pays en développement où les conditions sanitaires sont désuètes. La situation se complique davantage par l’apparition de souches résistantes aux antibiotiques. De plus, les deux vaccins licenciés sont d’efficacité modérée, présentent certaines contraintes techniques et ne sont pas appropriés pour les jeunes enfants et nourrissons. La phase systémique de l’infection par Salmonella repose sur sa survie dans les macrophages du système immunitaire. Dans ce compartiment intracellulaire, la bactérie module les défenses antimicrobiennes grâce à de multiples facteurs de virulence encodés dans son génome. Les mécanismes moléculaires sollicités sont complexes et finement régulés. Malgré les progrès scientifiques réalisés précédemment, plusieurs incompréhensions persistent au sujet de l’adaptation de ce pathogène dans les macrophages de l’hôte. Pour mieux concevoir les déterminants génétiques de S. Typhi impliqués dans l’interaction avec ces cellules, une stratégie de sélection négative a été appliquée afin de vérifier systématiquement l’effet direct des gènes pendant l’infection. En premier temps, une librairie de mutants par transposon chez S. Typhi a été créée pour l’infection de macrophages humains en culture. Après 24 heures d’infection, la présence des mutants fut évaluée simultanément par analyse sur des biopuces de Salmonella. Au total, 130 gènes ont été sélectionnés pour leur contribution potentielle auprès des macrophages infectés. Ces gènes comptaient des composantes d’enveloppe bactérienne, des éléments fimbriaires, des portions du flagelle, des régulateurs, des facteurs de pathogenèse et plusieurs protéines sans fonction connue. En deuxième temps, cette collection de gènes a dirigé la création de 28 mutants de délétion définie chez S. Typhi. Les capacités d’entrée et de réplication intracellulaire de ces mutants au sein des macrophages humains ont été caractérisées. D’abord, les macrophages ont été co-infectés avec les mutants en présence de la souche sauvage, pour vérifier la compétitivité de chacun d’eux envers cette dernière. Ensuite, les mutants ont été inoculés individuellement chez les macrophages et leur infectivité fut mesurée comparativement à celle de la souche sauvage. Sommairement, 26 mutants ont présenté des défauts lorsqu’en compétition, tandis que 14 mutants se sont montrés défectueux lorsque testés seuls. Par ailleurs, 12 mutants ont exposé une déficience lors de l’infection mixte et individuelle, incluant les mutants acrA, exbDB, flhCD, fliC, gppA, mlc, pgtE, typA, waaQGP, STY1867-68, STY2346 et SPI-4. Notamment, 35 nouveaux phénotypes défectueux d’entrée ou de survie intracellulaire chez Salmonella ont été révélés par cette étude. Les données générées ici offrent plusieurs nouvelles pistes pour élucider comment S. Typhi manipule sa niche intracellulaire, menant à l’infection systémique. Les gènes décrits représentent des cibles potentielles pour atténuer la bactérie chez l’humain et pourraient contribuer au développement de meilleures souches vaccinales pour immuniser contre la fièvre typhoïde.

Étude des facteurs influençant la susceptibilité à l'infection au VIH chez des femmes africaines

Chez la femme, la majorité des cas d’infection au VIH sont acquis lors de relations hétérosexuelles. Cependant, très peu d’informations sont disponibles concernant l’immunité locale naturelle du tractus génital féminin, les facteurs influençant la susceptibilité à l’infection au VIH dans ce compartiment, ainsi que la réponse immunitaire de la muqueuse enclenchée après l’infection. Le but de notre projet est donc d’étudier certains facteurs pouvant être impliqués dans la susceptibilité à l’infection au VIH, afin de mieux comprendre l’immunité du tractus génital féminin. Nous avons, dans un premier temps, analysé le rôle du polymorphisme des gènes HLA-G et HLA-E sur la susceptibilité au VIH dans une population de femmes zimbabwéennes. La présence de l’allèle HLA-G*0105N, en combinaison avec le génotype HLA-EG/HLA-EG, était associée avec une diminution du risque d’infection. Puis, dans une étude cas-contrôle de travailleuses du sexe (TS) du Bénin, nous avons mesuré l’expression de HLA-G soluble au niveau du plasma. Nous avons observé une différence significative dans l’expression de HLA-G soluble, celle-ci étant plus faible dans le groupe des TS VIH positives comparé aux groupes de TS VIH négatives et de femmes VIH négatives de la population générale. Nous avons aussi analysé l’expression de cytokines et chimiokines dans le sérum et le tractus génital des participantes de l’étude du Bénin. Nous avons constaté que chez les TS VIH positives il y avait une expression plus élevée des chimiokines MPC-3, IP-10 et MIG dans le tractus génital et le sérum comparativement aux deux autres groupes. Les patrons d’expression des cytokines variaient selon les compartiments : le niveau de TNF-α et IFN-γ était plus élevé dans le tractus génital des TS VIH positives, alors que le niveau d’IL-2, d’IL-10 et de TNF-α était plus faible dans le sang des TS VIH positives, comparativement aux deux autres groupes. Ainsi, au niveau du tractus génital des femmes VIH positives, il semble y avoir une activation chronique du système immunitaire dans le but de favoriser la dissémination/perpétuation du virus. Les patrons d’expression différents entre le milieu systémique et génital nous montrent que l’immunité présente dans un compartiment n’est pas nécessairement le reflet de l’autre. Nous avons aussi observé une augmentation significative des niveaux d’IL-4, de MIP-1α, de MIP-1β et de MCP-1 dans le sérum des TS VIH négatives. Ces personnes, hautement exposées mais non infectées, semblent démontrer une plus grande capacité à enclencher une réponse immunitaire précoce pour empêcher la dissémination du virus. Notre étude a donc permis d’acquérir de nouvelles connaissances sur l’immunité du tractus génital féminin en relation avec l’infection au VIH.

Correcting for bias when estimating the cost of hospital-acquired infection : an analysis of lower respiratory tract infections in non-surgical patients

Hospital acquired infections (HAI) are costly but many are avoidable. Evaluating prevention programmes requires data on their costs and benefits. Estimating the actual costs of HAI (a measure of the cost savings due to prevention) is difficult as HAI changes cost by extending patient length of stay, yet, length of stay is a major risk factor for HAI. This endogeneity bias can confound attempts to measure accurately the cost of HAI. We propose a two-stage instrumental variables estimation strategy that explicitly controls for the endogeneity between risk of HAI and length of stay. We find that a 10% reduction in ex ante risk of HAI results in an expected savings of £693 ($US 984).

Experimental Infection of Culex Annulirostris, Culex Gelidus, and Aedes Vigilax With a Yellow Fever/Japanese Encephalitis Virus Vaccine Chimera (Chimerivax TM-JE)

Australian mosquitoes from which Japanese encephalitis virus (JEV) has been recovered (Culex annulirostris, Culex gelidus, and Aedes vigilax) were assessed for their ability to be infected with the ChimeriVax-JE vaccine, with yellow fever vaccine virus 17D (YF 17D) from which the backbone of ChimeriVax-JE vaccine is derived and with JEV-Nakayama. None of the mosquitoes became infected after being fed orally with 6.1 log(10) plaque-forming units (PFU)/mL of ChimeriVax-JE vaccine, which is greater than the peak viremia in vaccinees (mean peak viremia = 4.8 PFU/mL, range = 0-30 PFU/mL of 0.9 days mean duration, range = 0-11 days). Some members of all three species of mosquito became infected when fed on JEV-Nakayama, but only Ae. vigilax was infected when fed on YF 17D. The results suggest that none of these three species of mosquito are likely to set up secondary cycles of transmission of ChimeriVax-JE in Australia after feeding on a viremic vaccinee.

Psychiatric disorder in HIV infection

Objective: This study aimed to investigate rates of psychiatric disorder in human immunodeficiency virus (HIV) infection, in an Australian sample of homosexual and bisexual men. Method: A cross-sectional study of a total of 65 HIV sero-negative (HIV-) and 164 HIV sero-positive men (HIVt) (79 CDC stage 1 1/1 11 and 85 CDC stage IV) was conducted in three centres. Lifetime and current prevalence rates of psychiatric disorder were evaluated using the Diagnostic Interview Schedule Version lllR (DIS-IIIR). Results: Elevated current and lifetime rates of major depression were detected in both HIV negative and HIV positive homosexual/bisexual men. Lifetime rates of alcohol abuseldependence were significantly elevated in HIV positive men (CDC group IV) when compared with HIV negative men. Among the HIV positive group the majority of psychiatric disorders detected were preceded by a pre-HIV diagnosis of psychiatric disorder. Major depression represented the disorder most likely to have first onset after HIV infection diagnosis. Conclusions: Lifetime rates of major depression were elevated in this sample of HIV-negative and HIV-positive men, In the HIV-positive men, psychiatric disorder was significantly associated with the presence of lifetime psychiatric disorder prior to HIV infection diagnosis, The findings indicate the importance of evaluation of psychiatric history prior to HIV infection and the clinical significance of depressive syndromes in this population.

Suicidal ideation, suicide attempts, and HIV infection

A cross-sectional study was performed to investigate the prevalence and predictors of suicidal ideation and past suicide attempt in an Australian sample of human imumunodeficiency virus (HIV)-positive and HIV-negative homosexual and bisexual men. Sixty-five HIV-negative and 164 HIV-positive men participated. A suicidal ideation score was derived from using five items selected from the Beck Depression Inventory and the General Health Questionnaire (28-item version). Lifetime and current prevalence rates of psychiatric disorder were evaluated with the Diagnostic Interview Schedule Version-III-R. The HIV-positive (Centers for Disease Control and Prevention [CDC] Stage IV) men (n=85) had significantly higher total suicidal ideation scores than the asymptomatic HIV-positive men (CDC Stage II/III) (n=79) and the HIV-negative men. High rates of past suicide attempt were detected in the HIV-negative (29%) and HIV-positive men (21%). Factors associated with suicidal ideation included being HIV-positive, the presence of current psychiatric disorder, higher neuroticism scores, external locus of control, and current unemployment. In the HIV-positive group analyzed separately, higher suicidal ideation was discriminated by the adjustment to HIV diagnosis (greater hopelessness and lower fighting spirit), disease factors (greater number of current acquired immunodeficiency syndrome [AIDS]-related conditions), and background variables (neuroticism). Significant predictors of a past attempted suicide were a positive lifetime history of psychiatric disorder (particularly depression diagnoses), a lifetime history of injection drug use, and a family history of suicide attempts. The findings indicate increased levels of suicidal ideation in symptomatic HIV-positive men and highlight the role that multiple psychosocial factors associated with suicidal ideation and attempted suicide play in this population.

Post-traumatic stress disorder in response to HIV infection

This study investigated the psychological impact of HIV infection through assessment of posttraumatic stress disorder in response to HIV infection. Sixty-one HIV-positive homosexual/bisexual men were assessed for posttraumatic stress disorder in response to HIV infection (PTSD-HIV) using a modified PTSD module of the DIS-III-R. Thirty percent met criteria for a syndrome of posttraumatic stress disorder in response to HIV diagnosis (PTSD-HIV). In over one-third of the PTSD cases, the disorder had an onset greater than 6 months after initial HIV infection diagnosis. PTSD-HIV was associated with other psychiatric diagnoses, particularly the development of first episodes of major depression after HIV infection diagnosis. PTSD-HIV was significantly associated with a pre-HIV history of PTSD from other causes, and other pre-HIV psychiatric disorders and neuroticism scores, indicating a similarity with findings in studies of PTSD from other causes. The findings from this preliminary study suggest that a PTSD response to HIV diagnosis has clinical validity and requires further investigation in this population and other medically ill groups. The results support the inclusion of the diagnosis of life-threatening illness as a traumatic incident that may lead to a posttraumatic stress disorder, which is consistent with the DSM-IV criteria.

The economic rationale for infection control in Australian hospitals

The objective of the present study was to predict the economic consequences of healthcare-acquired infections arising among admissions to Australian acute care hospitals. A quantitative algorithm informed by epidemiological and economic data was developed. All acute care hospitals in Australia were included in the study and the participants included all admissions to general medical and general surgical specialties. The main outcome measures were the numbers of cases of healthcare-acquired infection and bed days lost annually. It was estimated that there are 175 153 (95% credible interval 155 911 : 195 168) cases of healthcare-acquired infection among admissions to Australian hospitals annually, and the extra stay in hospital to treat symptoms accounts for 854 289 bed days (95% credible interval 645 091 : 1 096 244). If rates were reduced by 1%, then 150 158 bed days would be released for alternative uses. This would allow ~38 500 new admissions. Healthcare-acquired infections in patients cause bed blocks in Australian hospitals. The cost-effectiveness of hospital services might be improved by allocating more resources to infection control, releasing beds and allowing new admissions. There exists an opportunity to improve the efficiency of the Australian health care system.

Chlamydial infection and spatial ascension of the female genital tract : a novel hybrid cellular automata and continuum mathematical model

Sexually transmitted chlamydial infection initially establishes in the endocervix in females, but if the infection ascends the genital tract, significant disease, including infertility, can result. Many of the mechanisms associated with chlamydial infection kinetics and disease ascension are unknown. We attempt to elucidate some of these processes by developing a novel mathematical model, using a cellular automata–partial differential equation model. We matched our model outputs to experimental data of chlamydial infection of the guinea-pig cervix and carried out sensitivity analyses to determine the relative influence of model parameters. We found that the rate of recruitment and action of innate immune cells to clear extracellular chlamydial particles and the rate of passive movement of chlamydial particles are the dominant factors in determining the early course of infection, magnitude of the peak chlamydial time course and the time of the peak. The rate of passive movement was found to be the most important factor in determining whether infection would ascend to the upper genital tract. This study highlights the importance of early innate immunity in the control of chlamydial infection and the significance of motility-diffusive properties and the adaptive immune response in the magnitude of infection and in its ascension.