Étude d'un variant de la toxine STb produite par Escherichia coli

Les E. coli entérotoxinogènes (ETEC) sont souvent la cause de diarrhée post-sevrage chez le porc. Deux types d’entérotoxines sont retrouvées chez les ETEC, soit les thermolabiles, comme la toxine LT, et les thermostables, comme EAST-1, STa et STb. Cette dernière est composée de 48 acides aminés et est impliquée dans la pathologie causée par les ETEC. Pour la première fois un variant de la toxine STb fut découvert dans une étude. Nous avons alors émis l’hypothèse qu’il y a présence de variants dans la population de souches ETEC du Québec. Dans les 100 souches STb+ analysées, 23 possédaient le gène de la toxine avec une variation dans la séquence génétique : l’asparagine était présente en position 12 remplaçant ainsi l’histidine. Une corrélation entre la présence du variant et la présence de facteurs de virulence retrouvés dans ces 100 souches ETEC étudiées a été effectuée. Ce variant semble fortement associé à la toxine STa puisque toutes les souches variantes ont hybridé avec le gène codant pour cette dernière. Étant donné sa présence répandue dans la population de souches ETEC du Québec, nous avons de plus émis l’hypothèse que ce variant a des caractéristiques biologiques altérées par rapport à la toxine sauvage. L’analyse par dichroïsme circulaire a montré que le variant et la toxine sauvage ont une structure secondaire ainsi qu’une stabilité similaires. Par la suite, l’attachement au récepteur de la toxine, le sulfatide, a été étudié par résonnance plasmonique de surface (biacore). Le variant a une affinité au sulfatide légèrement réduite comparativement à la toxine sauvage. Puisque l’internalisation de la toxine fut observée dans une étude précédente et qu’elle semble liée à la toxicité, nous avons comparé l’internalisation du variant et de la toxine sauvage à l’intérieur des cellules IPEC-J2. L’internalisation du variant dans les cellules est légèrement supérieure à l’internalisation de la toxine sauvage. Ces résultats suggèrent que le variant est biochimiquement et structurellement comparable à la toxine sauvage.

Étude des voies d’internalisation de l’entérotoxine STb d’Escherichia coli dans des lignées cellulaires

L’entérotoxine stable à la chaleur STb est produite par les Escherichia coli entérotoxinogènes (ETEC). Son rôle dans la diarrhée post-sevrage porcine est établi. L’internalisation de STb a été observée dans des cellules épithéliales intestinales humaines et de rat. Cependant, le mécanisme d’internalisation n’est pas totalement compris, particulièrement dans le jéjunum porcin, la cible in vivo de STb. Par la cytométrie en flux, nous avons examiné l’internalisation de STb couplée à un marqueur fluorescent dans les cellules épithéliales intestinales porcines IPEC-J2 et les fibroblastes murins NIH3T3. Nos résultats révèlent que l’internalisation de STb est températureindépendante dans les IPEC-J2 tandis qu’elle est température-dépendante dans les NIH3T3, où la réorganisation de l’actine est aussi nécessaire. Toutefois, les niveaux de sulfatide, le récepteur de STb, sont semblables à la surface des deux lignées. Le sulfatide est internalisé à 37°C de façon similaire entre les deux types cellulaires. La rupture des lipid rafts, les microdomaines membranaires contenant le sulfatide, par la méthyl-βcyclodextrine ou la génistéine, n’affecte pas l’internalisation de STb dans les deux lignées. Notre étude indique que le mécanisme d’internalisation de STb est dépendant du type cellulaire. L’activité de la cellule hôte peut être requise ou non. Le récepteur de STb, le sulfatide, n’est pas directement impliqué dans ces mécanismes. L’internalisation activité cellulaire-dépendante suggère une endocytose, nécessitant la réorganisation de l’actine mais pas les lipid rafts. L’internalisation de STb est donc un processus complexe dépendant du type cellulaire, qu’il apparait plus relevant d’étudier dans des modèles cellulaires représentatifs des conditions in vivo.

Caractérisation de l'activité biologique de l'entérotoxine STb d'Escherichia coli à l'aide de membranes lipidiques artificielles et de cellules en culture

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

DIARRHEA OUTBREAK IN PERNAMBUCO, BRAZIL, ASSOCIATED WITH A HEAT-STABLE CYTOTOXIC ENTEROTOXIN PRODUCED BY Aeromonas caviae

SUMMARY In the present study enterotoxic and cytotoxic activities of twenty Aeromonas caviaestrains were examined. They originated from fecal specimens of patients with acute diarrhea during an outbreak in Brazil in 2004. Culture supernatants of fourteen strains (70%) caused fluid accumulation in rabbit ileal intestinal loops and in suckling mice assays, and also showed a cytotoxic activity in Vero and Caco-2 cells. The enterotoxic and cytotoxic factors were heat-stable after culture supernatants treatment at 100 ºC. The results revealed that A. caviaestrains produce a putative diarrheagenic virulence factor, a heat-stable cytotoxic enterotoxin that could be linked to the diarrhea outbreak that took place in Brazil.

Prevalence of enterotoxin-encoding genes and antimicrobial resistance in coagulase-negative and coagulase-positive Staphylococcus isolates from black pudding

INTRODUCTION: Staphylococcal species are pathogens that are responsible for outbreaks of foodborne diseases. The aim of this study was to investigate the prevalence of enterotoxin-genes and the antimicrobial resistance profile in staphylococcus coagulase-negative (CoNS) and coagulasepositive (CoPS) isolates from black pudding in southern Brazil. METHODS: Two hundred typical and atypical colonies from Baird-Parker agar were inoculated on mannitol salt agar. Eighty-two mannitol-positive staphylococci were submitted to conventional biochemical tests and antimicrobial susceptibility profiling. The presence of coagulase (coa) and enterotoxin (se) genes was investigated by polymerase chain reaction. RESULTS: The isolates were divided into 2 groups: 75.6% (62/82) were CoNS and 24.4% (20/82) were CoPS. The biochemical tests identified 9 species, of which Staphylococcus saprophyticus (37.8%) and Staphylococcus carnosus (15.9%) were the most prevalent. Antimicrobial susceptibility tests showed resistance phenotypes to antibiotics widely administered in humans, such as gentamicin, tetracycline, chloramphenicol, and erythromycin. The coa gene was detected in 19.5% (16/82) of the strains and 4 polymorphic DNA fragments were observed. Five CoNS isolates carrying the coa gene were submitted for 16S rRNA sequencing and 3 showed similarity with CoNS. Forty strains were positive for at least 1 enterotoxin-encoding gene, the genes most frequently detected were sea (28.6%) and seb (27.5%). CONCLUSIONS: The presence of antimicrobial resistant and enterotoxin-encoding genes in staphylococci isolates from black pudding indicated that this fermented food may represent a potential health risk, since staphylococci present in food could cause foodborne diseases or be a possible route for the transfer of antimicrobial resistance to humans.

Use of an indirect haemagglutination test, for the detection of Clostridium perfringens type A enterotoxin

An indirect haemagglutination (IH) test is described for the detection of Clostridium perfringens type A enterotoxin, produced by strains isolated from human cases of food poisoning and from contaminated food. Though no strict relationship could be observed between titers in the IH test and the time it took mice to die from the intravenous inoculation of mice (IIM), results of the supernatants examined by both methods demonstrated that the IH test was more sensitive than the ILM one. No unspecific reaction was obtanined int he IH wirh a negative control and the inhibitions of the IH and IIM tests by specific antiserum against C. perfringens enterotoxin showed that the IH test is very spcific. The IH assay is recommended for its sensitivity and easy performance by less-equipped laboratories, by these and other data.

Partial isolation and some properties of enterotoxin produced by Bacillus cereus strains

Extracellular proteins produced by Bacillus cereus AL-42 and AL-15 were fractioned by chromatography on QAE-Sephadex and Sephadex G75. This last chromatographic process resulted in three peaks. The major peak showed vascular permeability activity to rabbits, lethality to mice, and cytotoxicity to Vero and Hela cells. The analysis by SDS-PAGE after ultrafiltration confirm recent findings that the enterotoxin is a compound with molecular mass > 30.000.

Effects of tetrodotoxin and ion replacements on the short-circuit current induced by Escherichiacoli heat stable enterotoxin across small intestine of the gerbil (Gerbillus cheesmani)

The effects of mucosally added Escherichia coli heat stable enterotoxin (STa 30 ng ml-1) on the basal short-circuit current (Isc in µA cm-2) across stripped and unstripped sheets of jejuna and ilea taken from fed, starved (4 days, water ad lib) and undernourished (50% control food intake for 21 days) gerbil (Gerbillus cheesmani) were investigated. The effect of neurotoxin tetrodotoxin (TTX 10 µM) and the effects of replacing chloride by gluconate or the effects of removing bicarbonate from bathing buffers on the maximum increase in Isc induced by STa were also investigated. The maximum increase in Isc which resulted from the addition of STa were significantly higher in jejuna and ilea taken from starved and undernourished gerbils when compared with the fed control both using stripped and unstripped sheets. In the two regions of the small intestine taken from fed and starved animals TTX reduced the maximum increase in Isc induced by STa across unstripped sheets only. Moreover in jejuna and ilea taken from undernourished gerbils TTX reduced significantly the maximum increase in Isc induced by STa across stripped and unstripped sheets. Replacing chloride by gluconate decreased the maximum increase in Isc induced by STa across jejuna and ilea taken from undernourished gerbils only. Removing bicarbonates from bathing buffer decreased the maximum increase in Isc across the jejuna and ilea taken from starved and undernourished gerbils.

Distinct cytokine profiles of circulating mononuclear cells stimulated with Staphylococcus aureus enterotoxin A in vitro during early and late episodes of chronic osteomyelitis

We investigated the cytokine profile of peripheral mononuclear cells from chronic osteomyelitis (OST) patients following in vitro stimulation with staphylococcal enterotoxin A (SEA). We demonstrate that stimulation with SEA induced prominent lymphocyte proliferation and high levels of tumour necrosis factor (TNF)-α, interleukin (IL)-4 and IL-10 secretion in both OST and non-infected individuals (NI). Even though stimulation with SEA had no impact on IL-6 production in either patient group, the baseline level of IL-6 production by cells from OST patients was always significantly less than that produced by cells from NI. After classifying the osteomyelitic episodes based on the time after the last reactivation event as "early" (1-4 months) or "late" osteomyelitis (5-12 months), we found that increased levels of TNF-α and IL-4 in combination with decreased levels of IL-6 were observed in the early episodes. By contrast, increased levels of IL-10, IL-2 and IL-6 were hallmarks of late episodes. Our data demonstrate that early osteomyelitic episodes are accompanied by an increased frequency of "high producers" of TNF-α and IL-4, whereas late events are characterised by increased frequencies of "high producers" of IL-10, IL-6 and IL-2. These findings demonstrate the distinct cytokine profiles in chronic osteomyelitis, with a distinct regulation of IL-6 production during early and late episodes.

New infectious mammary tumor virus superantigen with V beta-specificity identical to staphylococcal enterotoxin B (SEB).

Only few infectious mouse mammary tumor viruses (MMTV) have been characterized which induce a potent superantigen response in vivo. Here we describe the characterization of an MMTV which was isolated from milk of the highly mammary tumor-prone SHN mouse strain. Exposure of newborn mice to milk-borne MMTV (SHN) results in a very slow deletion of V beta 7, 8.1, 8.2 and 8.3 expressing peripheral T cells. Subcutaneous injection of adult mice with this virus induces a rapid and strong stimulation of all four affected V beta-subsets in vivo. Besides the strong T cell effect we observed an early proliferation and activation of the local B cell pool leading to the initial secretion of IgM followed by preferential secretion of IgG2a by day 6. Sequence comparison of the polymorphic C terminus with known open reading frames revealed high homology to the endogenous provirus Mtv-RCS. This is the first report of a virus having a complete overlap in V beta-specificity with a bacterial superantigen stimulating as many as 35% of the whole CD4+ T cell repertoire including V beta 8.2.

Serogroups and virulence genes of Escherichia coli isolated from psittacine birds

Escherichia coli isolates from 24 sick psittacine birds were serogrouped and investigated for the presence of genes encoding the following virulence factors: attaching and effacing (eae), enteropathogenic E. coli EAF plasmid (EAF), pili associated with pyelonephritis (pap), S fimbriae (sfa), afimbrial adhesin (afa), capsule K1 (neu), curli (crl, csgA), temperature-sensitive hemagglutinin (tsh), enteroaggregative heat-stable enterotoxin-1 (astA), heat-stable enterotoxin -1 heat labile (LT) and heat stable (STa and STb) enterotoxins, Shiga-like toxins (stx1 and stx2), cytotoxic necrotizing factor 1 (cnf1), haemolysin (hly), aerobactin production (iuc) and serum resistance (iss). The results showed that the isolates belonged to 12 serogroups: O7; O15; O21; O23; O54; O64; O76; O84; O88; O128; O152 and O166. The virulence genes found were: crl in all isolates, pap in 10 isolates, iss in seven isolates, csgA in five isolates, iuc and tsh in three isolates and eae in two isolates. The combination of virulence genes revealed 11 different genotypic patterns. All strains were negative for genes encoding for EAF, EAEC, K1, sfa, afa, hly, cnf, LT, STa, STb, stx1 and stx2. Our findings showed that some E. coli isolated from psittacine birds present the same virulence factors as avian pathogenic E. coli (APEC), uropathogenic E. coli (UPEC) and Enteropathogenic E. coli (EPEC) pathotypes.

Occurrence of enterotoxin-encoding genes in Staphylococcus aureus causing mastitis in lactating goats

Staphylococcal enterotoxins are the leading cause of human food poisoning worldwide. Staphylococcus spp. are the main mastitis-causing agents in goats and frequently found in high counts in goat milk. This study aimed to investigate the occurrence of enterotoxin-encoding genes in Staphylococcus aureus associated with mastitis in lactating goats in Paraiba State, Brazil. Milk samples (n=2024) were collected from 393 farms. Staphylococcus aureus was isolated in 55 milk samples. Classical (sea, seb, sec, sed, see) and novel (seg, seh, sei) enterotoxin-encoding genes were investigated by means of polymerase chain reaction (PCR). From thirty-six tested isolates, enterotoxin-encoding genes were detected in 7 (19.5%) S. aureus. The gene encoding enterotoxin C (seC) was identified in six isolates, while seiwas observed in only one isolate. The genes sea, seb, sed, see, seg and seh were not observed amongst the S. aureus investigated in this study. In summary, S. aureus causing mastitis in goats can harbor enterotoxin-encoding genes and seC was the most frequent gene observed amongst the investigated isolates. This finding is important for surveillance purposes, since enterotoxin C should be investigated in human staphylococcal food poisoning outbreaks caused by consumption of goat milk and dairy products.

From Escherichia coli heat-stable enterotoxin to mammalian endogenous guanylin hormones

The isolation of heat-stable enterotoxin (STa) from Escherichia coli and cholera toxin from Vibrio cholerae has increased our knowledge of specific mechanisms of action that could be used as pharmacological tools to understand the guanylyl cyclase-C and the adenylyl cyclase enzymatic systems. These discoveries have also been instrumental in increasing our understanding of the basic mechanisms that control the electrolyte and water balance in the gut, kidney, and urinary tracts under normal conditions and in disease. Herein, we review the evolution of genes of the guanylin family and STa genes from bacteria to fish and mammals. We also describe new developments and perspectives regarding these novel bacterial compounds and peptide hormones that act in electrolyte and water balance. The available data point toward new therapeutic perspectives for pathological features such as functional gastrointestinal disorders associated with constipation, colorectal cancer, cystic fibrosis, asthma, hypertension, gastrointestinal barrier function damage associated with enteropathy, enteric infection, malnutrition, satiety, food preferences, obesity, metabolic syndrome, and effects on behavior and brain disorders such as attention deficit, hyperactivity disorder, and schizophrenia.

Escherichia coli STb toxin induces apoptosis in intestinal epithelial cell lines

La toxine stable à la chaleur de type b (STb) est une des toxines produites par les souches Enterotoxigenic Escherichia coli (ETEC) impliquée dans le développement de la diarrhée. Une étude antérieure par Goncalves et al. (2009) a démontré que les cellules ayant internalisé la toxine STb démontraient une morphologie qui rappelle l’apoptose. Le changement du potentiel membranaire observé par Goncalves et al. (2009) nous a incité à vérifier la capacité de la toxine STb à induire l’apoptose des cellules HRT-18 et IEC-18 par la voie intrinsèque. Les cellules HRT-18 et IEC-18 ont été traitées avec de la toxine purifiée pour une durée de 24 heures puis ells ont été récoltées et examinées pour des caratéristiques de l’apoptose. L’activation des caspases-9 et -3, mais pas de la caspase-8, a été observée dans les deux lignées cellulaires à l’aide des substrats fluorescents spécifiques pour chaque caspase. L’ADN extrait des cellules HRT-18 et IEC-18 a révélé une fragmentation lorsque migré sur gel d’agarose. La condensation et la fragmentation des noyaux ont été observées en microscopie à fluorescence suite à une coloration de l’ADN au Hoechst 33342. Les indices apoptotiques des cellules HRT-18 et IEC-18 traitées avec des quantités croissantes de STb montrent une dose-réponse pour les deux lignées. L’activation de la caspase-9 est une indication que la voie intrinsèque de l’apoptose est activée dans les cellules HRT-18 et IEC-18. L’absence de l’activation de la caspase-8 démontre que la voie extrinsèque n’est pas impliquée dans la mort cellulaire médiée par STb.

L’entérotoxine STb d’Escherichia coli affecte les jonctions serrées des cellules intestinales épithéliales

La toxine thermostable d’E.coli (STb) est une cause de diarrhée chez l’homme et l’animal. STb se lie au sulfatide, son récepteur, puis s’internalise. Dans le cytoplasme, par une cascade d’événements, STb déclenche l’ouverture des canaux ioniques permettant la sécrétion des ions et la perte d’eau menant à la diarrhée. Les jonctions serrées forment une barrière physique intercellulaire dans les cellules épithéliales intestinales, contrôlant ainsi le flux paracellulaire des ions et de l’eau. Les jonctions serrées sont affectées par divers pathogènes et par leurs toxines. À ce jour, l’effet de STb sur les jonctions serrées n’a pas été étudié. L’étude entreprise visait à explorer l’effet de STb sur les jonctions serrées et la barrière épithéliale des cellules intestinales. Des cellules épithéliales intestinales du colon humain (T84) ont été traitées pendant 24h soit avec la toxine STb purifiée soit avec une souche d’E.coli exprimant STb. La résistance transépithéliale (TER), le flux de marqueurs paracellulaires et la microscopie confocale ont été utilisés pour analyser les effets de STb sur les jonctions serrées. Les monocouches traitées par la souche E.coli exprimant STb et la toxine STb purifiée ont manifesté une forte réduction de TER (p<0.0001) parallèlement à une augmentation significative de la perméabilité paracellulaire à l’Albumine de Sérum Bovin marqué avec l’IsoThioCyanate Fluoroscéine, BSA-FITC (p<0.0001) comparativement aux cellules non traitées et aux cellules traitées par une souche d’E.coli commensale non-toxinogène. L’augmentation de la perméabilité paracellulaire induite par STb a été associée à une dissolution générale et une condensation des fibres de stress centrales des filaments d’actine. Le réarrangement des filaments d’actine a été accompagné par une redistribution et une fragmentation des protéines des jonctions serrées dont l’occludine, la claudine-1 et la Zonula Occludens-1. Les mêmes modifications on été observées après l’intoxication des cellules T84 avec un octapeptide synthétique retrouvé dans la séquence de STb correspondant à une séquence consensus de la toxine ZOT de Vibrio cholerae, impliquée dans la réorganisation des jonctions serrées. Cet effet n’a pas été observé lorsque les cellules ont été traitées avec un octapeptide synthétique comportant les mêmes acides aminés mais distribués de façon aléatoire ou avec la toxine mutée (D30V). Nos résultats montrent pour la première fois que STb induit le dysfonctionnement de la barrière épithéliale intestinale en modifiant la distribution des protéines des jonctions serrées. Ces résultats ouvrent une nouvelle voie pour la compréhension de la pathogenèse de diarrhée causée par la toxine STb.