Prokaryotic expression of the GapC protein of Streptococcus uberis and prediction, identification of its B-cell epitopes / 生物工程学报

The GapC protein of Streptococcus uberis located on the surface of bacteria is a protein with glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase activity. It participates in cellular processes and exhibits a variety of biological activities. In addition, it has good antigenicity. The aim of this study was to predict the possible B-cell epitopes of the GapC protein and verify the immunogenicity of candidate epitope peptides. The gapC gene of S. uberis isolate RF5-1 was cloned into a recombinant expression plasmid pET-28a-GapC and inducibly expressed. The purified protein was used to immunize experimental rabbits to produce anti-GapC polyclonal antibodies. The three-dimensional structure and three-dimensional location of the GapC B-cell epitopes and the homology comparison of the GapC protein and its B-cell epitopes were carried out using bioinformatics softwares. The results showed that the 44-kDa GapC protein had a good immunological reactivity. Six linear and 3 conformational dominant B-cell epitopes against the GapC protein were selected and synthesized. Three dimensional analysis indicated that the selected peptides have better antigen epitope formation potential. Rabbit anti-GapC polyclonal antibodies were generated after immunized with the purified GapC protein, and the polyclonal antibodies were used to identify the epitope peptide by an indirect ELISA. The ELISA results showed that all of the 9 epitope peptides could react with anti-GapC polyclonal antibodies with varying titers. Among them, the epitope polypeptide 266AANDSYGYTEDPIVSSD282 reacted with the polyclonal antibodies significantly stronger than with other epitope peptides. This study laid an experimental foundation for in-depth understanding of the immunological properties and utilizing effective epitopes of the GapC protein of S. uberis.

Streptococcus uberis: In vitro biofilm production in response to carbohydrates and skim milk / Streptococcus uberis: producción in vitro de biofilm en respuesta a carbohidratos y leche descremada

Streptococcus uberis has become one of the most important environmental pathogens associated with clinical and subclinical bovine mastitis. Biofilm confers to bacteria more resistance to physical and chemical agents as well as to different mechanisms of the innate immune system. The aim of this work was to evaluate the ability of in vitro biofilm production in 32 S. uberis isolates from bovine mastitis and identified by biochemical tests and milk subsequently confirmed by the amplification of the pauA gene. The isolates were cultivated in TMP broth and TMP broth with the addition of 0.5% glucose, 1% sucrose, 1% lactose or 0.5% skim milk in microtiter plates stained with crystal violet. We demonstrated that S. uberis isolated from bovine mastitis are able to produce biofilms in TMP broth and, also that biofilm formation by S. uberis can be significantly enhanced by the addition of 0.5% glucose or 1% sucrose to TMP broth. This may suggest that the carbohydrates in milk or within the ruminant gut might affect the growth mode of S. uberis. In addition, our results showed that in vitro biofilm production under different conditions of supplementation displays variation among the isolates and that each isolate shows a particular profile of biofilm production. This phenotypic heterogeneity in biofilm production exhibited by S. uberis could at least partly explain why this bacterium has the ability to adapt to different niches facilitating survival to diverse and stressful conditions.

Streptococcus uberis es uno de los más importantes patógenos medioambientales asociados a la mastitis bovina clínica y subclínica. El biofilm confiere a las bacterias resistencia a agentes físicos y químicos, como así también a diferentes mecanismos del sistema inmune innato. El objetivo del presente estudio fue evaluar la habilidad de producción de biofilm in vitro de 32 aislamientos de S. uberis recuperados de mastitis bovina, previamente identificados por pruebas bioquímicas y confirmados por la amplificación del gen pauA. Los aislamientos fueron cultivados en caldo TMP sin carbohidratos, y además en caldo TMP con la adición de 0,5% de glucosa, 1% de sacarosa, 1% de lactosa o 0,5% de leche descremada, en placas de microtitulación tenidas con cristal violeta. Se demostró que dichos aislamientos son capaces de producir biofilm en caldo TMP, y además se observó un incremento significativo en la producción de biofilm en caldo TMP suplementado con 0,5% de glucosa o con 1% de sacarosa. Así, los carbohidratos de la leche o los presentes dentro del intestino de los rumiantes podrían afectar el modo de crecimiento de S. uberis. Además, nuestros hallazgos mostraron que la producción de biofilm in vitro en diferentes condiciones de suplementación presenta variabilidad entre los aislamientos de S. uberis y que cada aislamiento muestra un perfil particular de producción de biofilm. Esta heterogeneidad fenotípica en la producción de biofilm de S. uberis podría explicar, al menos en parte, por qué esta bacteria tiene la habilidad de adaptarse a diferentes nichos, lo que le facilita la supervivencia frente a condiciones diversas y estresantes.

Evaluación de la eficacia antimicrobiana del aceite esencial de Minthostachys verticillata y limoneno contra cepas de Streptococcus uberis aislados de mastitis bovina / Evaluation of the antimicrobial efficacy of Minthostachys verticillata essential oil and limonene against Streptococcus uberis strains isolated from bovine mastitis

Bovine mastitis is a disease that causes great economic losses per year, being Streptococcus uberis the main environmental pathogen involved. The aim of the present study was to determine the minimum inhibitory concentration (MIC) and the minimum bactericidal concentration (MBC) of Minthostachys verticillata essential oil and limonene for S. uberis strains isolated from bovine mastitis. In addition, the effect of MIC on biofilm formation was analyzed. MIC values for the essential oil ranged from 14.3 to 114.5 mg/ml (1.56-12.5% v/v) and MBC between 114.5 and 229 mg/ml (12.5-25% v/v). MICs for limonene ranged from 3.3 to 52.5 mg/ml (0.39-6.25% v/v) and MBC was 210 mg/ml (25% v/v). Both compounds showed antibacterial activity and affected the biofilm formation of most of the strains tested. In conclusion, these compounds could be used as an alternative and/or complementary therapy for bovine mastitis caused by S. uberis.

La mastitis bovina es una enfermedad que causa grandes pérdidas económicas por año, Streptococcus uberis es el principal patógeno ambiental involucrado. El objetivo del presente estudio fue determinar la concentración inhibitoria mínima (CIM) y la concentración bactericida mínima (CBM) del aceite esencial de Minthostachys verticillata y del limoneno sobre cepas de S. uberis aisladas de mastitis bovina. Además, se analizó el efecto del aceite esencial y el limoneno en la CIM determinada en caso sobre la formación de biofilm de estas cepas. Los valores de CIM del aceite esencial oscilaron entre 14,3 y 114,5 mg/ml (1,56%-12,5% v/v) y los de CBM entre 114,5 y 229 mg/ml (12,5%-25% v/v). Las CIM del limoneno oscilaron entre 3,3 y 52,5 mg/ml (0,39% - 6,25% v/v) y la CBM fue de 210 mg/ml (25% v/v). Ambos compuestos mostraron actividad antibacteriana y afectaron la formación de biofilm de la mayoría de las cepas. En conclusión, estos compuestos podrían ser utilizados como terapia alternativa o complementaria para la mastitis bovina causada por S. uberis.

Genotipificación y estudio de los genes pauA y sua de aislamientos de Streptococcus uberis de mastitis bovina / Genotyping and study of the pauA and sua genes of Streptococcus uberis isolates from bovine mastitis

This study aimed to determine the clonal relationship among 137 Streptococcus uberis isolates from bovine milk with subclinical or clinical mastitis in Argentina and to assess the prevalence and conservation of pauA and sua genes. This information is critical for the rational design of a vaccine for the prevention of bovine mastitis caused by S. uberis. The isolates were typed by random amplified polymorphic DNA (RAPD) analysis and by pulsed-field gel electrophoresis (PFGE). The 137 isolates exhibited 61 different PFGE types and 25 distinct RAPD profiles. Simpson's diversity index was calculated both for PFGE (0.983) and for RAPD (0.941), showing a high discriminatory power in both techniques. The analysis of the relationship between pairs of isolates showed 92.6 % concordance between both techniques indicating that any given pair of isolates distinguished by one method tended to be distinguished by the other. The prevalence of the sua and pauA genes was 97.8 % (134/137) and 94.9 % (130/137), respectively. Nucleotide and amino acid sequences of the sua and pauA genes from 20 S. uberis selected isolates, based on their PFGE and RAPD types and geographical origin, showed an identity between 95 % and 100 % with respect to all reference sequences registered in GenBank. These results demonstrate that, in spite of S. uberis clonal diversity, the sua and pauA genes are prevalent and highly conserved, showing their importance to be included in future vaccine studies to prevent S. uberis bovine mastitis.

Este estudio pretendió determinar la relación clonal entre 137 aislamientos de S. uberis obtenidos de leche de bovinos con mastitis clínica o subclínica en la Argentina, como así también la prevalencia y la conservación de los genes sua y PauA entre dichos aislamientos. Esta información es crítica para el diseño racional de una vacuna que prevenga la mastitis bovina por S. uberis. Los aislamientos se tipificaron molecularmente por amplificación al azar del ADN polimórfico (RAPD) y mediante electroforesis de campos pulsados (PFGE). Los 137 aislamientos mostraron 61 pulsotipos mediante PFGE y 25 tipos de RAPD diferentes. Los índices de Simpson calculados fueron 0,983 por PFGE y 0,941 por RAPD; esto evidencia el elevado poder discriminatorio de ambas técnicas. El análisis de la relación entre pares de aislamientos mostró un 92,6 % de concordancia entre ambas técnicas, lo que indica que cualquier par de aislamientos que fue distinguido por un método tendió a ser distinguido por el otro. La prevalencia de los genes sua y puaA fue del 97,8 % (134/137) y 94,9 % (130/137), respectivamente. Las secuencias de nucleótidos y de aminoácidos codificados por los genes sua y pauA de los 20 aislamientos de S. uberis seleccionados sobre la base de su tipo de PFGE y RAPD y origen geográfico tuvieron un porcentaje de identidad de entre 95 % y 100 % con respecto a todas las secuencias de referencia registradas en GenBank. Estos resultados demuestran que, a pesar de la diversidad clonal de S. uberis, los genes sua y pauA son prevalentes y están altamente conservados y deberían ser incluidos en futuros estudios de vacunas para prevenir mastitis bovina causada por S. uberis.

Perfiles genéticos de Streptococcus uberis aislados de mastitis bovina / Genetic patterns of Streptococcus uberis isolated from bovine mastitis

El objetivo del presente estudio fue evaluar las relaciones genotípicas entre 40 Streptococcus uberis aislados de mastitis bovina mediante la técnica de electroforesis de campos pulsantes (pulsed-field gel electrophoresis [PFGE]). Además, se investigó la asociación entre los patrones de PFGE y los perfiles de virulencia. Los aislamientos mostraron 17 patrones de PFGE. Se encontraron diferentes cepas dentro de los tambos y en los distintos tambos, y un bajo número de aislamientos dentro del mismo tambo compartieron un perfil idéntico de PFGE. No se encontró ninguna asociación entre los patrones de PFGE y los perfiles de virulencia. Sin embargo, la detección de cepas particulares en algunos tambos podría indicar que algunas de ellas son más virulentas que otras. Sería importante avanzar en las investigaciones para identificar nuevos genes relacionados con la virulencia que podrían contribuir a la capacidad infecciosa de estas cepas

The aim of this study was to evaluate the genotypic relationships among 40 Streptococcus uberis isolated from bovine mastitis by using pulsed-field gel electrophoresis (PFGE). Additionally, the association between PFGE patterns and virulence profiles was investigated. The isolates exhibited 17 PFGE patterns. Different strains were found within and among herds; however, a low number of isolates within the same herd shared an identical PFGE type. No association between PFGE patterns and virulence profiles was found. However, the detection of specific strains in some herds could indicate that some strains are more virulent than others. Further research needs to be undertaken to elucidate new virulence-associated genes that might contribute to the capability of these strains to produce infection

Phenotypic and genotypic characterization of Streptococcus uberis isolated from bovine subclinical mastitis in Argentinean dairy farms

The aim of this study was to investigate the phenotypic and genotypic characteristics of Streptococcus uberis isolated from subclinical mastitis (SCM) cases, and to examine the possible association between both characteristics. A total of 32 S. uberis were isolated from 772 quarter milk samples (SCM > 250,000 cells/ml) collected from 195 cows selected randomly from 18 dairy farms located in Argentina. The S. uberis strains were characterized phenotypically by the presence of virulence factors as plasminogen activator factor (PAF), hyaluronidase (HYA), capsule (CAP) and CAMP factor, and were further characterized genotypically by pulsed-field gel electrophoresis (PFGE). S. uberis strains expressed plasminogen activator factor, hyaluronidase or capsule (65.5 %, 56.3 %, 59.4 %, respectively), but only 25 % of isolates were CAMP factor positive. Thirteen different virulence profiles were identified on the basis of the combination of virulence factors. Eighteen PFGE patterns with 90% of similarity were identified among 32 S. uberis. A great diversity of virulence profiles and PFGE patterns were present among dairy farms. S. uberis strains with the same PFGE pattern showed different virulence profiles. Bovine S. uberis strains causing SCM included in the present study showed heterogeneity in regard to their phenotypic and genotypic characteristics, and the PFGE patterns are not associated with the virulence profiles.

Caracterización fenotípica y genotípica de Streptococcus uberis aislados de mastitis bovina subclínica en tambos de Argentina. El objetivo de este estudio fue investigar las características fenotípicas y genotípicas de Streptococcus uberis aislados de casos de mastitis subclínica (MSC) y examinar la posible asociación entre ambas características. Un total de 32 cepas de S. uberis fueron aisladas de 772 muestras de leche de cuartos mamarios (MSC > 25 0000 células/ml) colectadas de 195 vacas seleccionadas al azar pertenecientes a 18 tambos lecheros localizados en Argentina. Las cepas de S. uberis fueron caracterizadas fenotípicamente sobre la base de la presencia de factores de virulencia tales como el factor activador del plasminógeno (FAP), la hialuronidasa (HIA), la cápsula (CAP) y el factor CAMP. Además, fueron caracterizadas genotípicamente por electroforesis de campos pulsados (PFGE). Las cepas de S. uberis expresaron el factor activador del plasminógeno, la hialuronidasa o la cápsula (65,5 %, 56,3 % y 59,4 %, respectivamente), pero solo el 25 % fueron CAMP positivas. Sobre la base de la combinación de los factores de virulencia se identificaron 13 perfiles de virulencia diferentes. Asimismo, se identificaron 18 patrones de PFGE con un 90 % de similitud entre las 32 cepas de S. uberis. Se presentó una gran diversidad de perfiles de virulencia y patrones de PFGE entre los tambos. Cepas con el mismo patrón de PFGE presentaron perfiles de virulencia diferentes. Las cepas de S. uberis causantes de MSC en bovinos incluidas en el presente estudio mostraron heterogeneidad con respecto a sus características fenotípicas y genotípicas, y los patrones de PFGE no estuvieron asociados con los perfiles de virulencia.