Molecular characterization of virulence genes cctA, nanA, and fliC in Clostridium chauvoei from Rio Grande do Sul and São Paulo State, Brazil / Caracterização molecular dos genes de virulência cctA, nanA e fliC em Clostridium chauvoei isolados no Rio Grande do Sul e São Paulo, Brasil

ABSTRACT: Clostridium chauvoei toxin A (CctA), neuraminidase (NanA), and flagellin (FliC) proteins contribute to the pathogenicity of Clostridium chauvoei, the causative agent of blackleg in cattle. The aim of this study was to analyze the genetic variability of cctA, nanA, and fliC genes in C. chauvoei isolates from the Rio Grande do Sul and São Paulo state- Brazil, during different sampling periods. The presence of these genes was verified through PCR amplification and partial gene sequencing of 17 strains. Alignment of PCR amplicons combined with bioinformatics analysis was used in an attempt to study the variability across C. chauvoei solates. The similarity among the partial sequences of cctA and nanA genes was 100%. The sequencing of fliC revealed three different paralog alleles of flagellin, and two strains were seen to be polymorphic, with amino acid alterations in the predicted protein. Overall, this study indicates that strains of C. chauvoei isolated in Brazil are highly conserved with respect to the virulence factors evaluated.

RESUMO: Toxina A de Clostridium chauvoei (CctA), neuraminidase (NanA) e flagelina (FliC) são proteínas que contribuem para a patogenicidade de Clostridium chauvoei, o agente causador do carbúnculo sintomático em bovinos. O objetivo deste estudo foi analisar a variabilidade genética dos genes cctA, nanA, e fliC em C. chauvoei isolados em diferentes períodos no Rio Grande do Sul e São Paulo. A presença destes genes foi verificada pela amplificação dos produtos da PCR e sequenciamento parcial dos genes de 17 cepas. Os alinhamentos da amplificação dos produtos da PCR combinados com a análise de bioinformática foram utilizados na tentativa de avaliar a variabilidade dos genes entre os isolados de C. chauvoei. A similaridade do sequenciamento parcial dos genes cctA e nanA foi 100%. O sequenciamento do fliC revelou três alelos paralogos diferentes de flagelina e duas cepas mostraram polimorfismos, causando alterações na sequência de aminoácidos. As cepas de C. chauvoei isoladas no Brasil mostraram-se altamente conservadas em relação aos fatores de virulência avaliados neste estudo.

Seleção, caracterização e clonagem dos genes fljB e groEL agonistas dos receptores de reconhecimento de padrão do sistema imune inato das aves / Selection, characterization and cloning of the fljB and groEL genes agonists of the innate immune system pattern recognition receptors of birds

The recombinant production of innate immune system pattern recognition receptor agonists has provided a new tool for the production of immunostimulants for animals. The molecular pattern associated with the pathogen (PAMP), flagellin, coded by the fljB gene from Salmonella Typhimirium, and the molecular pattern associated to the damage (DAMP), HSP60, coded by the groEL gene from S. Typhimurium and S. Enteritidis, are recognized by pattern recognition receptors (PRRs) of the innate immune system of birds. In the present study, we performed the cloning of genetic fragments of the genes fljB, from S. Typhimurium, and groEL from S. Typhimurium and S. Enteritidis inserted in expression vector pET100/D-TOPO and transformed in E. coli TO10 cells. The clones were evaluated by colony PCR, plasmidial DNA PCR and genome sequencing in order to confirm the presence of these genes. In the colony PCR, we identified the presence of genes groEL (S. Enteritidis), groEL (S. Typhimurium) and fljB (S. Typhimurium) in 80%, 60% and 80% of the transformed colonies, respectively. The cloning system adopted allowed the production of HSP60 genetic fragment clones and flagellin of Salmonella strains, allowing the posterior use of these clones in gene expression trials, with the future potential of being used as non-specific immunostimulants for birds.

A produção recombinante de agonistas dos receptores do reconhecimento de padrão do sistema imune inato tem fornecido uma nova ferramenta para a produção de imunoestimulantes para animais. O padrão molecular associado ao patógeno (PAMP), flagelina, codificado pelo gene fljB de Salmonella Typhimurium e o padrão molecular associado ao dano (DAMP) HSP60, codificado pelo gene groEL da S. Typhimurium e S. Enteritidis, são reconhecidos por receptores de reconhecimento de padrões (RRPs) do sistema imune inato das aves. No presente estudo, foi feita a clonagem de fragmentos genéticos dos genes fljB de S. Typhimurium e groEL de S. Typhimurium e S. Enteritidis inseridos no vetor de expressão pET100/D-TOPO e transformados em células de E. coli TOP10. Os clones foram avaliados pela PCR de colônia, PCR de DNA plasmidial e sequenciamento genômico para a confirmação da presença desses genes. Na PCR de colônia, foram identificadas em 80%, 60% e 80% das colônias transformadas, a presença dos genes groEL (S. Enteritidis), groEL (S. Typhimurium) e fljB (S. Typhimurium) respectivamente. O sistema de clonagem adotado possibilitou a produção de clones dos fragmentos genéticos da HSP60 e flagelina das cepas de Salmonella, permitindo a utilização posterior desses clones em ensaios de expressão gênica, com potencial futuro de serem utilizados como imunoestimulante inespecífico das aves.

Induction of immune response in broiler chickens immunized with recombinant FliC and challenged by Salmonella Typhimurium / Indução de resposta imune em frangos de corte imunizados com FliC recombinante e desafiados por Salmonella Typhimurium

The study examined (1) the immune response in broiler chickens after oral immunization with recombinant flagellin (rFliC) from Salmonella Typhimurium conjugated with sodium alginate microparticles, and the immune response enhancement in association with recombinant cholera toxin B subunit protein (rCTB) and pool of Lactobacillus spp. (PL). The immune responses were evaluated by dosage of IgY serum and IgA from intestinal fluid and immunostaining of CD8+ T lymphocytes in the cecum. The immunized animals were challenged with Salmonella Typhimurium (ST) 21 days after treatment. In all immunized groups, a significant increase (p<0.05) was observed in IgA levels (μg/mL), especially three weeks after immunization. The serum IgY levels (μg/mL) were little affected by the treatments and differed significantly among groups only in the second post-immunization week (p<0.05). After the challenge, the number of CD8+ T cells differed significantly between the treatments and negative control. Retrieval of Salmonella Typhimurium was not detected at 48 hours after the challenge in T2 (rFliC+rCTb), T3 (rFliC+PL) and T4 (rFliC+rCTB PL). The rFliC administered orally with or without rCTB and Lactobacillus spp. produces significant induction of humoral immune response, and the immunized chickens were more effective in eliminating Salmonella after challenge.

Este estudo investigou a resposta imunitária de frangos de corte após a imunização oral com flagelina recombinante (rFliC) de Salmonella Typhimurium conjugada com micropartículas de alginato de sódio, e como intensificador de resposta imune foi associada a proteína subunidade B da toxina colérica (rCTB) e pool de Lactobacillus spp. (PL). As respostas imunes foram avaliadas por dosagem de IgY sérica e IgA do fluído intestinal e imunomarcação de linfócitos T CD8+ presentes no ceco. Os animais imunizados foram desafiados aos 21 dias após tratamento com Salmonella Typhimurium (ST). Foi observado em todos os grupos imunizados um aumento significativo (p<0,05) nos níveis de IgA (μg/mL) principalmente três semanas após as imunizações. Os níveis de IgY sérica (μg/mL) foram pouco influenciados pelos tratamentos, apenas na segunda semana após imunização observou-se diferenças significativas (p<0,05) entre os grupos. Observou-se que o número de linfócitos T CD8+ apresentou diferença significativa entre os tratamentos e o controle negativo após o desafio. Quanto a recuperação de Salmonella Typhimurium, observou-se que 48 horas após o desafio já não havia detecção do agente nos grupos T2 (rFliC+rCTb), T3 (rFliC+PL) e T4 (rFliC+rCTB+PL). Concluí-se que rFliC administrada, via oral, associada ou não a Lactobacillus spp e rCTB, demonstrou induzir significativamente a resposta imune humoral e que as aves imunizadas foram mais eficientes na eliminação de Salmonella após desafio.

O papel da flagelina e do sistema de secreção de Escherichia coli enteroinvasora na resposta imune inata dos macrófagos / The role of flagellin and secretion system of enteroinvasive Escherichia coli in the immune response innate macrophages

Escherichia coli enteroinvasora (EIEC) é um dos agentes etiológicos da disenteria bacilar. Seu processo fisiopatológico é desencadeado pela expressão de fatores de virulência, que proporcionam sua invasão e sobrevivência nas células do hospedeiro, ativando o sistema imune inato e adaptativo da mucosa intestinal. Trabalhos recentes têm salientado a importância do sistema de secreção e da flagelina bacteriana como agonista de receptores da imuninade inata dos macrófagos, em especial alguns dos receptores do tipo NLR. Uma vez que esta espécie de E. coli também é capaz de expressar flagelina e fazer a montagem completa do flagelo e do sistema de secreção do tipo III, a nossa proposta foi avaliar o papel da flagelina e do sistema de secreção de EIEC na resposta imune dos macrófagos murinos. Para isso, utilizamos três cepas de EIEC: a cepa selvagem; a cepa mutante no gene responsável pela síntese da flagelina; e a cepa sem o plasmídio de virulência plnv, deficiente no sistema de secreção, para a infecção de macrófagos peritoniais de camundongos C57BI/6, caspase-1-/-, IPAF-/- e ASC-/-. Neste estudo foi possível observar que o escape bacteriano e a morte dos macrófagos infectados por EIEC, assim como a ativação da caspase-1 e posterior secreção de IL-1ß é independente da flagelina bacteriana, mas dependente do sistema de secreção, além disso, a ativação da caspase-1 de macrófagos infectados por EIEC é dependente do receptor IPAF e parcialmente da proteína adaptadora ASC. Assim, no nosso modelo, a ativação da caspase-1 dos macrófagos infectados por EIEC parece estar envolvida com o processamento e secreção de IL-1ß e, possivelmente na secreção de IL-18, mas não na morte celular. No modelo de infecção in vivo, o sistema de secreção bacteriano foi importante para a sobrevivência bacteriana no hospedeiro, assim como para a indução de uma resposta inflamatória no local da infecção. Ainda, a caspase-1 parece ter um papel importante para o controle da infecção in vivo por EIEC, podendo assim contribuir para uma resposta imune protetora do hospedeiro

Enteroinvasive Escherichia coli (EIEC) is one of the etiologic agents responsible for bacillary dysentery. The pathophysiological process induced by this bacteria is triggered by the expression of virulence factors that provide the invasion and survival in host cells, resulting in activation of innate and adaptive immune system present on intestinal mucosa. Recent studies have emphasized the importance of the secretion system and bacterial flagellin as agonist of innate immune receptors present in macrophage, especially NLR (Nod like receptors). Then, our proposal was evaluate the role of flagellin (f1iC) and secretion system of EIEC in the induction of immune response of murine macrophages using the EIEC strains wild type (WT), mutant flagellin gene (f1iC), and a strain deficient in secretion system (DSS) for infection of peritoneal macrophages of C57Bl/6, caspase-1-/-, IPAF-/- and ASC-/-- mice. In this study we observed that the bacterial escape and death of infected macrophages with EIEC, the caspase-1 activation and subsequent IL-1ß secretion is independent of bacterial flagellin, but dependent of secretion system, moreover, the caspase-1 activation in infected macrophages is IPAF-dependent and partially dependent of the adapter protein ASC. Thus, in our model, the caspase-1 activation in EIEC infected macrophages seems to be involved with the processing and secretion of IL-1ß and possibly with the secretion of IL-18, but not involved with cell death. In the infection model in vivo, bacterial secretion system was important for bacterial survival in the host, as well as for the inflammatory response induction at the infection site. In addition, caspase-1 seems to have an important role to the control of in vivo infection by EIEC and can contribute to a protective immune response of the host

Cytotoxic T cell adjuvant effects of three Salmonella enterica flagellins

Bacterial flagellins are important virulence-associated factors and strong inducers of inflammatory responses in mammalian hosts. Flagellins have also been investigated as potential vaccine adjuvants, either for induction of humoral or cellular immune responses, to different target antigens. In this study we investigated the adjuvant properties of three Salmonella enterica flagellins types (FliCd, FliCi and FljB) to an ovalbumin-derived CD8+ T cell-restricted epitope (OVA257264). Although mice immunized with the three tested flagellins elicited antigen-specific activated CD8+ T cells, only animals immunized with FliCi and FliCd flagellins admixed with ovalbumin mounted specific in vivo cytotoxic responses to peptide-pulsed target cells. The present results indicate that Salmonella flagellins are endowed with type-specific adjuvant effects toward murine CD8+ T cells, a feature that may impact their use as adjuvants for prophylatic or therapeutic vaccines.

As flagelinas bacterianas são importantes fatores associados à virulência e potentes indutores de resposta inflamatória em mamíferos. Estas moléculas são também investigadas como potencial adjuvante para uso em vacinas na indução de resposta imune humoral e celular para diferentes antígenos alvo. No presente estudo investigamos as propriedades adjuvantes de três tipos de flagelinas de Salmonella enterica (FliCd, FliCi e FljB) para um epítopo derivado da ovalbumina específico para células T CD8+. As três flagelinas testadas induziram respostas de células T CD8+ específicas em camundongos imunizados, porém, somente animais imunizados com as flagelinas FliCi e FliCd co-administradas com ovalbumina montaram resposta citotóxica específica in vivo para células-alvo pulsadas com peptídeo OVA. Os resultados apresentados indicam que flagelinas de Salmonella são dotadas de efeitos adjuvantes tipo-específico frente a células T CD8+ in vivo, uma característica que pode gerar impactos no uso dessas proteínas como adjuvantes em vacinas profiláticas ou terapêuticas.