Ex vivo model of rabbit intestinal epithelium applied to the study of colonization by enteroaggregative escherichia coli / Modelo ex vivo de epitélio intestinal de coelho aplicado ao estudo de colonização por Escherichia coli enteroagregativa

ABSTRACT BACKGROUND The diarrheal syndrome is considered a serious public health problem all over the world and is considered a major cause of morbidity and mortality in developing countries. The high incidence of enteroaggregative Escherichia coli in diarrheal syndromes classified as an emerging pathogen of gastrointestinal infections. After decades of study, your pathogenesis remains uncertain and has been investigated mainly using in vitro models of adhesion in cellular lines. OBJECTIVE The present study investigated the interaction of enteroaggregative Escherichia coli strains isolated from childhood diarrhea with rabbit ileal and colonic mucosa ex vivo, using the in vitro organ culture model. METHODS The in vitro adhesion assays using cultured tissue were performed with the strains co-incubated with intestinal fragments of ileum and colon over a period of 6 hours. Each strain was tested with three intestinal fragments for each region. The fragments were analysed by scanning electron microscopy. RESULTS Through scanning electron microscopy we observed that all strains adhered to rabbit ileal and colonic mucosa, with the typical aggregative adherence pattern of “stacked bricks” on the epithelium. However, the highest degree of adherence was observed on colonic mucosa. Threadlike structures were found in greater numbers in the ileum compared to the colon. CONCLUSION These data showed that enteroaggregative Escherichia coli may have a high tropism for the human colon, which was ratified by the higher degree of adherence on the rabbit colonic mucosa. Finally, data indicated that in vitro organ culture of intestinal mucosa from rabbit may be used to elucidate the enteroaggregative Escherichia coli pathogenesis.

RESUMO CONTEXTO A síndrome diarréica é considerada um grave problema de saúde pública em todo o mundo e é considerada uma das principais causas de morbidade e mortalidade nos países em desenvolvimento. A elevada incidência de Escherichia coli enteroagregativa nas síndromes diarreicas a classificou como um patógeno emergente de infecções gastrintestinais. Depois de décadas de estudo, sua patogênese ainda é incerta e tem sido investigada usando principalmente modelos in vitro de adesão em linhagens celulares. OBJETIVO O presente estudo investigou a interação de cepas de Escherichia coli enteroagregativa isoladas de diarreia infantil com mucosa ileal e colônica de coelho ex vivo, utilizando o modelo de cultura de órgão in vitro. MÉTODOS Os ensaios de adesão in vitro utilizando tecido cultivado foram realizados com as cepas co-incubadas com fragmentos intestinais de íleo e de cólon durante um período de 6 horas. Cada cepa foi testada em três fragmentos intestinais para cada região. Os fragmentos foram analisados por microscopia eletrônica de varredura. RESULTADOS Através da microscopia eletrônica de varredura observamos que todas as cepas aderiram a mucosa ileal e colônica de coelho, com o padrão de aderência agregativo típico de “tijolos empilhados” no epitélio. Entretanto, o maior grau de adesão foi observado na mucosa do cólon. Estruturas filiformes foram encontradas em maior número no íleo em comparação com o cólon. CONCLUSÃO Esses dados mostraram que Escherichia coli enteroagregativa pode ter um maior tropismo para o cólon humano, o que foi ratificado pelo maior grau de aderência na mucosa do cólon de coelho. Finalmente, os dados indicaram que a cultura de órgão in vitro da mucosa intestinal de coelho pode ser utilizado para elucidar a patogênese de Escherichia coli enteroagregativa.

Adherence of enteroaggregative Escherichia coli to the ileal and colonic mucosa: an in vitro study utilizing the scanning electron microscopy / Aderência da Escherichia coli enteroagregativa a mucosas ileal e colônica: estudo in vitro utilizando microscopia eletrônica de varredura

CONTEXT: Enteroaggregative Escherichia coli strains have been associated with persistent diarrhea in several developing countries. In vivo procedures with animal models, in vitro assays with cellular lines and in vitro organ culture with intestinal fragments have been utilized to study these bacteria and their pathogenicity. OBJECTIVE: The present experimental research assessed the pathogenic interactions of three enteroaggregative Escherichia coli strains, using the in vitro organ culture, in order to show the adherence to different regions of both, the ileal and the colonic mucosa and demonstrate possible mechanisms that could have the participation in the prolongation of diarrheiogenic process. METHODS: This study used intestinal fragments from terminal ileum and colon that were excised from pediatric patients undergoing intestinal surgeries and from adult patients that underwent to colonoscopic procedures. Each strain was tested with three intestinal fragments for each region. Tissue was fixed for scanning electron microscopic analysis. RESULTS: These bacteria colonized ileal and colonic mucosa in the typical stacked-brick configuration in the ileum and colon. In both regions, the strains were seen over a great amount of mucus and sometimes over the intact epithelium. In some regions, there is a probable evidence of effacement of the microvilli. It was possible to see adhered to the intestinal surface, bacteria fimbrial structures that could be responsible for the adherence process. CONCLUSION: In order to cause diarrhea, enteroaggregative Escherichia coli strains adhere to the intestinal mucosa, create a mucoid biofilm on the small bowel surface that could justify the digestive-absorptive abnormalities and consequently, prolonging the diarrhea.

CONTEXTO: Cepas de Escherichia coli enteroagregativa têm sido associadas à diarreia persistente em vários países em desenvolvimento. Procedimentos in vivo com modelos animais, cultura de órgão in vitro com fragmentos intestinais e ensaios in vitro com linhas celulares têm sido utilizados para estudar essas bactérias e a sua patogenicidade. OBJETIVO: A presente investigação experimental avaliou as interações patogênicas de três cepas de Escherichia coli enteroagregativa, usando cultura de órgão in vitro, para mostrar a aderência a diferentes regiões do intestino: íleo e cólons e demonstrar possíveis mecanismos que poderiam ter participação na perpetuação do processo diarréico. MÉTODOS: Este estudo usou fragmentos de íleo terminal e cólon que foram retirados de pacientes pediátricos submetidos a cirurgias intestinais e de pacientes adultos que foram submetidos a colonoscopias. Cada cepa foi testada com três fragmentos intestinais para cada região. O tecido foi fixado para análise sob microscopia eletrônica de varredura. RESULTADOS: Estas bactérias colonizaram mucosa ileal e colônica na configuração típica de pilhas de tijolos. Em ambas as regiões, as bactérias foram vistas sobre grande quantidade de muco e, às vezes, sobre o epitélio intacto. Em algumas áreas, há evidência de provável achatamento de vilosidades. Foi possível ver sobre a superfície intestinal, estruturas fimbriais bacterianas que poderiam estar relacionadas ao processo de adesão. CONCLUSÕES: Para causar diarreia, cepas de Escherichia coli enteroagregativa aderem à mucosa intestinal e criam um biofilme de muco sobre a superfície do intestino delgado, o que poderia justificar as anormalidades digestivo-absortivas e, por conseguinte, prolongar a diarreia.