Multiplex polymerase chain reaction to identify and determine the toxigenicity of Corynebacterium spp with zoonotic potential and an overview of human and animal infections

Corynebacterium diphtheriae, Corynebacterium ulcerans and Corynebacterium pseudotuberculosis constitute a group of potentially toxigenic microorganisms that are related to different infectious processes in animal and human hosts. Currently, there is a lack of information on the prevalence of disease caused by these pathogens, which is partially due to a reduction in the frequency of routine laboratory testing. In this study, a multiplex polymerase chain reaction (mPCR) assay that can simultaneously identify and determine the toxigenicity of these corynebacterial species with zoonotic potential was developed. This assay uses five primer pairs targeting the following genes: rpoB (Corynebacterium spp), 16S rRNA (C. ulcerans and C. pseudotuberculosis), pld (C. pseudotuberculosis), dtxR (C. diphtheriae) and tox [diphtheria toxin (DT) ]. In addition to describing this assay, we review the literature regarding the diseases caused by these pathogens. Of the 213 coryneform strains tested, the mPCR results for all toxigenic and non-toxigenic strains of C . diphtheriae, C. ulcerans and C. pseudotuberculosis were in 100% agreement with the results of standard biochemical tests and PCR-DT. As an alternative to conventional methods, due to its advantages of specificity and speed, the mPCR assay used in this study may successfully be applied for the diagnosis of human and/or animal diseases caused by potentially toxigenic corynebacterial species.

Papel das hemaglutininas 67-72p de Corynebacterium diphtheriae na ligação a proteínas plasmáticas, superfícies celulares, invasão e indução de apoptose / Role of haemagglutinins 67-72p de Corynebacterium diphtheriae in binding to plasma proteins, cell surfaces, invasion and induction of apoptosis

Corynebacterium diphtheriae pode ser isolado tanto de quadros de difteria clássica, quanto de infecções sistêmicas, como endocardite. O fibrinogênio (Fbn) e a fibronectina (Fn) são glicoproteínas presentes na matriz extracelular de tecidos conjuntivos. A influência destas proteínas na patogênese das infecções locais e invasivas causadas por C. diphtheriae é objeto de estudo devido ao fato do bacilo diftérico poder ser encontrado em lesões nas quais o Fbn e a Fn são predominantes, incluindo a pseudomembrana diftérica e vegetações cardíacas presentes na endocardite infecciosa. São crescentes as evidências de que o C. diphtheriae pode, além de aderir, ser internalizado por células em cultura. No presente estudo, investigou-se a participação de C. diphtheriae e das proteínas de superfície 67-72p na aderência à Fn e ao Fbn de plasma humano e a eritrócitos. A aderência às células HEp-2 e internalização também foram analisadas. A participação de 67-72p nos mecanismos de morte celular foi avaliada através das colorações por Azul de Tripan e 4'6-diamidino-2-fenil indol (DAPI), pelo ensaio de redução utilizando dimetil-tiazol-difenil tetrazólio (MTT) e por citometria de fluxo. As 67-72p foram extraídas da superfície da amostra toxigênica C. diphtheriae subsp. mitis CDC-E8392 através de processos mecânicos e precipitação com sulfato de amônio saturado. Análises por SDS-PAGE e immunoblotting detectaram a presença das bandas protéicas de 67 e 72kDa nas amostras toxinogênicas e atoxinogênicas analisadas, as quais pertenciam aos biotipos fermentador e não fermentador de sacarose. C. diphtheriae foi capaz não só de formar agregados na presença de plasma de coelho, mas também de converter Fbn em fibrina independentemente da presença do gene tox. No entanto, a amostra atoxinogênica ATCC 27010 (tox-) foi menos aderente ao Fbn do que a homóloga ATCC 27012 (tox+). A interação bacteriana com eritrócitos foi inibida somente pela Fn. Ligações entre Fn e/ou Fbn com 67-72p foram ...

Corynbacterium diphtheriae have been isolated from classical diphtheria and systemic infections such as endocarditis. Fibrinogen (Fbn) and fibronectin (Fn) are high molecular-weight glycoproteins that may be found in extracellular matrix of connective tissues. Their influence in the pathogenesis of local and in invasive C. diphtheriae infection is object of interest due to the fact that diphtheria bacilli is recovered from lesions where such proteins are predominant, including pharyngeal pseudomembrane and valve heart vegetations in infectious endocarditis. There is growing evidence that C. diphtheriae may adhere to and be internalized by cells in culture. The present study investigated the participation of C. diphtheriae strains and 67-72p, a surface protein, in adherence to human plasma Fn, Fbn, erityrocytes, adherence to and internalization by HEp-2 cells. The participation of 67-72p in promoting cell death was evaluated by the Trypan blue, DAPI staining methods, methylthiazole tetrazolium (MTT) reduction assay and flow cytometry. The 67-72p was extracted from C. diphtheriae subsp. mitis CDC-E8392 toxigenic strain, by mechanical process and ammonium sulfate fractionation. SDS-PAGE and immunoblotting analysis detected the polypeptide bands of 67 and 72 kDa in all toxigenic and nontoxigenic strains from both sucrose-fermenting and non-fermanting biotypes. Diphtheria bacilli were capable to both form bacterial aggregates in rabbit plasma and to convert Fbn to fibrin independently to the presence of tox gene, albeit the ATCC 27010 (tox-) strain was less adherent to Fbn than the paental strain ATCC 27012 (tox+). Bacteria-erythrocytes interaction was inhibited only ...

Desenvolvimento e implementação de métodos laboratoriais aplicados ao diagnóstico fenotípico e genotípico do Corynebacterium diptheriae / Development and implementation of laboratory methods applied to phenotypic and genotypic diagnosis of Corynebacterium diphtheriae

A emergência de cepas de Corynebacterium diphtheriae atoxinogênicas como agentes de endocardite e outras infecções sistêmicas aliada ao aumento do número de adultos susceptíveis à difteria enfatizam a necessidade de métodos alternativos para o diagnóstico laboratorial desta doença, especialmente para laboratórios de rotina clínica. Neste estudo avaliou-se a atividade de DNase de 91 amostras de C. diphtheriae (37 toxinogênicas e 54 atoxinogênicas) e de 564 cepas clínicas de bacilo Gram positivo não diftérico. A atividade de DNase foi detectada em todas as amostras de C. diphtheriae examinadas, previamente identificadas por métodos bioquímicos e pelo sistema API Coryne System. Diferentemente, os resultados do teste de DNase foram negativos em 93.9 porcento das cepas clínicas de bacilo Gram positivo não diftérico. Também foi documentado o valor de uma PCR espécie-específica que tem como alvo o gene dtxR como um método para diferenciação entre C. diphtheriae e colônias similares ao gênero Corynebacterium. Os resultados da PCR-dtxR foram positivos para todas as amostras de C. diphtheriae estudadas e foram concordantes com os obtidos através de metodologia bioquímica padrão. Diferentemente, os resultados da PCR-dtxR foram negativos para 100 porcento das 111 amostras de bacilos Gram positivos não diftéricos estudadas. A partir destes resultados, uma PCR multiplex utilizando três pares de oligonucleotídeos iniciadores foi desenvolvida para a detecção do C. diphtheriae e diferenciação em amostras toxinogênicas ou atoxinogênicas. Dois pares de oligonucleotídeos iniciadores têm como alvo as regiões do gene tox relativas aos domínios A e B da toxina diftérica e um terceiro par direcionado para o gene dtxR. Todas as amostras de C. diphtheriae foram identificadas pela reação de PCR multiplex em concordância com os testes bioquímicos padrão e os ensaios de citotoxicidade celular...

The emergence of non-toxigenic Corynebaterium diphtheriae strains as the causative agent of endocarditis and other systemic infections and the significant rise in the percentage of adults susceptible to diphtheria emphasize the need for new laboratory diagnostic procedures. In this study, we examine techniques as alternative procedures for differentiating C. diphtheriae from Corynebacterium-like colonies for the presumptive identification of this pathogen, especially in the diagnosis laboratory. This study evaluated the DNase activity of 91 C. diphtheriae (37 toxigenic and 54 non-toxigenic) and 564 non-diphtherial Gram-positive rod clinical strains. The DNase activity was detected in all C. diphtheriae strains examined, previously identified by both conventional biochemical methods and API Coryne System. Conversely, DNase test results were negative in 93.9 percent of the 564 non-diphtherial Gram-positive rod clinical strains. We also documented the value of a species-specific PCR assay that targets the dtxR gene as a procedure for differentiating C. diphtheriae from Corynebacterium-like colonies. The results of the PCR-dtxR were all positive for 91 C. diphtheriae strains and completely correlated with the standard biochemical methods and commercial identification system for all strains tested. In other hand, the PCR-dtxR results were negative in 100 percent of the 111 non-diphtherial Gram-positive rod strains. Considering these results, a multiplex PCR using three primers pairs was developed for detection of C. diphtheriae infection and differentiation between toxigenic and non-toxigenic strains. Two primer pairs targeted to domains A and B of tox gene and a third primer pair targeted to a region of dtxR gene. All C. diphtheriae strains were diagnosed by the multiplex PCR in agreement with standard biochemical tests and citotoxicity assay in Vero cells. Thus, these tecniques emerged as viable, cost-effective screening methods for C. diphtheriae laboratory...