Virulence factors of avian pathogenic Escherichia coli (APEC) / Fatores de virulência de Escherichia coli aviária patogênica (APEC)

Avian pathogenic Escherichia coli (APEC) strains cause a great diversity of diseases in birds and are responsible for great economic losses in the avian industry. To date, several studies have been carried out to better understand the APEC pathogenesis for a possible development of tools which could prevent the economics losses caused by these strains. This review discusses the virulence factors described do date to be expressed by these strains and the advances made to understand and identify virulence determinants present in APEC.

Linhagens de Escherichia coli patogênicas para aves (APEC) causam uma grande diversidade de doenças em aves e são responsáveis por grandes prejuízos na indústria aviária. Nos últimos anos, vários estudos foram realizados para melhor entender a patogênese de linhagens APEC e para desenvolver ferramentas que podem prevenir as perdas econômicas causadas por estas linhagens. Esta revisão discute os fatores de virulência descritos nestas linhagens e os avanços realizados para entender e identificar os determinantes de virulência presentes em APEC.

Occurrence of virulence-related sequences and phylogenetic analysis of commensal and pathogenic avian Escherichia coli strains (APEC) / Ocorrência de seqüências relacionadas com a virulência e análise filogenética de estirpes comensais e patogênicas de Escherichia coli aviário (APEC)

The presence of iron uptake (irp-2, fyuA, sitA, fepC, iucA), adhesion (iha, lpfA O157/O141, lpfA O157/O154, efa, toxB) and invasion (inv, ial-related DNA sequences and assignment to the four main Escherichia coli phylogenetic groups (A, B1, B2 e D) were determined in 30 commensal E. coli strains isolated from healthy chickens and in 49 APEC strains isolated from chickens presenting clinical signs of septicemia (n=24) swollen head syndrome (n=14) and omphalitis (n=11) by PCR. None of the strains presented DNA sequences related to the inv, ial, efa, and toxB genes. DNA sequences related to lpfA O157/O154, iucA, fepC, and irp-2 genes were significantly found among pathogenic strains, where iucA gene was associated with septicemia and swollen head syndrome and fepC and irp-2 genes were associated with swollen head syndrome strains. Phylogenetic typing showed that commensal and omphalitis strains belonged mainly to phylogenetic Group A and swollen head syndrome to phylogenetic Group D. Septicemic strains were assigned in phylogenetic Groups A and D. These data could suggest that clonal lineage of septicemic APEC strains have a multiple ancestor origin; one from a pathogenic bacteria ancestor and other from a non-pathogenic ancestor that evolved by the acquisition of virulence related sequences through horizontal gene transfer. Swollen head syndrome may constitute a pathogenic clonal group. By the other side, omphalitis strains probably constitute a non-pathogenic clonal group, and could cause omphalitis as an opportunistic infection. The sharing of virulence related sequences by human pathogenic E. coli and APEC strains could indicate that APEC strains could be a source of virulence genes to human strains and could represent a zoonotic risk.(AU)

A presença de seqüências de DNA associadas à capacidade de captação de ferro (irp-2, fyuA, sitA, fepC, iucA), adesão (iha, lpfA O157/O141, lpfA O157/O154, efa, toxB) e de invasão (inv, ial) e a classificação dentro dos quatro grupos filogenéticos principais de Escherichia coli (Grupos A, B1, B2 e D) foram determinadas, através de PCR, em 30 amostras comensais de E. coli isoladas de frangos e de 49 linhagens APEC (24 isoladas de frangos com septicemia, 14 isoladas de frangos com síndrome da cabeça inchada e 11 isoladas de embriões de galinhas com onfalite). Nenhuma das linhagens apresentou os genes inv, ial, efa, e toxB. Os genes lpfA O157/O154, iucA, fepC e irp-2 foram encontrados em freqüências significativas entre as amostras patogênicas. O gene iucA foi associado com amostras causadoras de septicemia e de síndrome da cabeça inchada. Os genes fepC e irp-2 foram associados a amostras causadoras de síndrome da cabeça inchada. A análise filogenética demonstrou que linhagens comensais e causadoras de onfalite pertenceram principalmente ao Grupo filogenético A, não patogênico. Amostras causadoras de síndrome da cabeça inchada pertenceram, em sua maioria, ao Grupo patogênico D. Linhagens causadoras de septicemia pertenceram aos Grupos A e D. Estes dados sugerem que linhagens APEC causadoras de septicemia provavelmente têm uma origem ancestral múltipla: uma derivada de uma linhagem patogênica e outra de uma linhagem não patogênica que possivelmente evoluiu através da aquisição horizontal de genes de virulência. Amostras causadoras de síndrome da cabeça inchada possivelmente constituem um grupo clonal patogênico. Por outro lado, amostras causadoras de onfalite possivelmente constituem um grupo clonal não patogênico, que, possivelmente causam onfalite devido a uma infecção oportunista. A presença de genes de virulência também encontrados em E. coli de origem humana pode indicar a possível ocorrência de zoonoses causadas por APEC.(AU)

Clonal study of avian Escherichia coli strains by fliC conserved-DNA-sequence regions analysis / Estudo clonal de Escherichia coli aviário por análise de seqüências de DNA conservadas do gene fliC

The clonal relationship among avian Escherichia coli strains and their genetic proximity with human pathogenic E. coli, Salmonela enterica, Yersinia enterocolitica and Proteus mirabilis, was determined by the DNA sequencing of the conserved 5' and 3'regions fliC gene (flagellin encoded gene). Among 30 commensal avian E. coli strains and 49 pathogenic avian E. coli strains (APEC), 24 commensal and 39 APEC strains harbored fliC gene with fragments size varying from 670bp to 1,900bp. The comparative analysis of these regions allowed the construction of a dendrogram of similarity possessing two main clusters: one compounded mainly by APEC strains and by H-antigens from human E. coli, and another one compounded by commensal avian E. coli strains, S. enterica, and by other H-antigens from human E. coli. Overall, this work demonstrated that fliC conserved regions may be associated with pathogenic clones of APEC strains, and also shows a great similarity among APEC and H-antigens of E. coli strains isolated from humans. These data, can add evidence that APEC strains can exhibit a zoonotic risk.(AU)

A relação clonal entre linhagens de Escherichia coli de origem aviária e sua proximidade genética com E. coli patogênica para humanos, Salmonella enterica, Yersinia enterocolitica e Proteus mirabilis foi determinada através da utilização das seqüências conservadas 5' e 3' do gene fliC (responsável pela codificação da flagelina). Entre as 30 linhagens comensais de E. coli aviária e as 49 linhagens patogênicas de E. coli para aves (APEC), 24 linhagens comensais e 39 APEC apresentaram o gene fliC, que foi encontrado em tamanhos que variam de 670pb a 1900pb. Um dendrograma representando similaridade genética foi obtido a partir do seqüenciamento das regiões 5' e 3' conservadas do gene fliC das linhagens de E. coli de origem aviária, das seqüências dos antígenos H de E. coli de origem humana, de S. enterica, Y. enterocolitica e de P. mirabilis. A análise do dendrograma demonstrou que este apresenta dois grupos principais: um composto principalmente por isolados APEC e por antígenos H de E. coli de origem humana e outro formado por isolados comensais de E. coli aviária, S. enterica e por antígenos H de E. coli. No geral, o presente trabalho demonstrou que as regiões conservadas do gene fliC podem estar associadas à diferenciação clonal de linhagens de E. coli aviária, e que existe uma grande similaridade genética entre estas linhagens e antígenos H de E. coli humana. Estes dados podem adicionar evidências de que linhagens APEC podem apresentar riscos zoonóticos.(AU)

Study of the adhesion and invasion capacities of an invasive avian pathogenic escherichia coli strain (APEC) to in vitro cultivated HEP-2 cells

An avian pathogenic Escherichia coli strain (APEC), designated strain sep17, was isolated from the liver of a chicken suffering from septicaemia. Its biological characteristics, including antimicrobial drug resistances, colicin production, plasmid profile, adhesion and invasion capacities to in vitro cultivated HEp-2 cells, and PCR detection of DNA sequences related to pathogenicity genes (fimA, tsh, papA, crl, csgA, afa, sfa, eae, lpfAO157/OI-141, lpfAO157/OI-154, toxB, iha, ial, efa, inv, invA/invE and ibeA) were determined. This strain (Lac+, TcR, fimA, csgA, crl, lpfAO157/OI-154) harbored a 70 MDa plasmid and was able to adhere to and invade in vitro cultured HEp-2 cells. Transference of this 70 MDa plasmid by conjugation rendered a non-pathogenic recipient strain HB101 (Lac-, SmR, csgA) capable of adhering to and invading the same type of cell. Scanning electron microscopy and light microscopy confirmed the adhesion capacity of the wild and the transconjugant strains, while the in vitro invasion technique and light microscopy confi rmed the invasion capacity of these strains. The FAS technique, which is used to visualize actin accumulation on cells where the adhesion process occurs, was negative for all those strains. None of the genes detected in strain sep17 were transferred by conjugation, which indicates that they are chromosomally located and are not related to the adhesion and invasion processes. The presence and absence of pathogenicity-related genes are discussed.

Biological and molecular characterization of Streptococcus crista strains isolated from human dental biofilm by means of arbitrary primers - PCR (AP-PCR)

Streptococcus spp são importantes componentes do biofilme dental sendo Streptococus crista considerado um interessante modelo de interações bacterianas que nele ocorrem. No presente trabalho linhagens de S. crista, foram isoladas do biofilme dental de indivíduos brasileiros, e estudadas em relação a suas características biológicas e ao seu perfil molecular através da técnica do AP-PCR, usando-se os iniciadores RR2, 434, OPR2, OPR8 e OPR13. Os resultados nos permitiram construir um dendrograma de similaridade. A análise do dendrograma de similaridade permitiu a separação das linhagens estudadas em grupos de similaridade. Todos os isolados apresentaram tufo de fibrilas, quando estudados por Microscopia Eletrônica de Transmissão (MET). Estes isolados foram capazes de se ligar à amilase salivar e de se aderir a células epiteliais bucais. Algumas linhagens, que apresentam tufo de fibrilas e aderência positiva, não foram capazes de coagregar com a Fusobacterium nucleatum, sugerindo que diferentes grupos de adesinas estão presentes nestas amostras.