Escherichia coli productora de toxina Shiga: el desafío de adherirse para sobrevivir / Shiga toxin producing Escherichia coli: the challenge of adherence to survive

Resumen Las cepas de Escherichia coli productoras de toxina Shiga (STEC) son reconocidas como responsables de un alto número de casos de enfermedades de transmisión alimentaria a nivel mundial. Su patogenicidad ha sido vinculada directamente con la actividad de las toxinas (Stx); sin embargo, la habilidad de estas bacterias para colonizar al huésped y otras superficies puede ser esencial para desarrollar su poder patogénico. La gran plasticidad genómica de cepas STEC se infiere de la variabilidad de perfiles de virulencia, con la frecuente emergencia de cepas con nuevos genes, codificados en nuevas islas de patogenicidad vinculadas al metabolismo y la adherencia. La formación de biofilm es un mecanismo espontáneo por el cual las cepas STEC resisten en un ambiente hostil, lo que les permite sobrevivir y, de esa forma, llegar al huésped, a través de los alimentos o de las superficies que están en contacto con ellos. Este mecanismo presenta una alta variabilidad intra e interserotipo y su desarrollo no depende solo de los microorganismos que lo conforman. Factores inherentes al ambiente (pH, temperatura) y la superficie (acero inoxidable, poliestireno) a la que pueden adherirse influyen en la expresión de biofilm. El concepto «una salud¼ implica la interrelación entre los actores de salud pública, animal y ambiental para lograr alimentos inocuos y evitar contaminación cruzada y resistencia a sanitizantes, lo cual pone de manifiesto la necesidad de identificar patógenos emergentes a través de nuevos marcadores moleculares, que detecten cepas STEC portadoras del denominado locus for enterocyte effacement (LEE) o del locus de adherencia y autoagregación (LAA).

Abstract Shiga Toxin-producing Escherichia coli (STEC) is recognized as being responsible for a large number of foodborne illnesses around the world. The pathogenicity of STEC has been related to Stx toxins. However, the ability of STEC to colonize the host and other surfaces can be essential for developing its pathogenicity. Different virulence profiles detected in STEC could cause the emergence of strains carrying new genes codified in new pathogenicity islands linked to metabolism and adherence. Biofilm formation is a spontaneous mechanism whereby STEC strains resist in a hostile environment being able to survive and consequently infect the host through contaminated food and food contact surfaces. Biofilm formation shows intra-and inter-serotype variability, and its formation does not depend only on the microorganisms involved. Other factors related to the environment (such as pH, temperature) and the surface (stainless steel and polystyrene) influence biofilm expression. The «One Health¼ concept implies the interrelation between public, animal, and environmental health actors to ensure food safety, prevent cross-contamination and resistance to sanitizers, highlighting the need to identify emerging pathogens through new molecular markers of rapid detection that involve STEC strains carrying the Locus of Enterocyte Effacement or Locus of Adhesion and Autoaggregation.

Patogenia de mutantes de Salmonella Typhimurium en dos modelos experimentales in vivo / Pathogenesis of Salmonella Typhimurium mutants in two experimental models in vivo

Con la finalidad de evaluar la patogenia en cepas de Salmonella Typhimurium con mutaciones en los genes invG/invE de la Isla de Patogenicidad de Salmonella 1 (SPI-1) y de los genes ssaJ/ssaK en la SPI-2, se evaluaron los modelos asa intestinal ligada de ratón asociado a la observación de los tejidos por microscopía electrónica de transmisión (MET) y la producción de salmonelosis sistémica en ratón. Para ello, se utilizaron seis cepas de Salmonella: S. Typhimurium SL-1344 (cepa control) y sus derivadas mutantes: ∆invEG S. Typhimurium SL-1344 (mutante en SPI-1) y ∆ssaJK S. Typhimurium SL-1344 (mutante en SPI-2), S. Typhimurium (cepa clínica) y sus derivadas mutantes: ∆invEG S. Typhimurium y ∆ssaJK S. Typhimurium. Los resultados de MET permitieron verificar las alteraciones morfológicas del epitelio intestinal en el ratón infectado con cepas de Salmonella cuyos genes de patogenicidad estaban intactos. Fue comprobada la pérdida del poder invasivo solo en las cepas mutadas en la SPI-1. A través del modelo de salmonelosis sistémica en ratón se pudo comprobar la pérdida de la capacidad de diseminación en ambas mutantes. En conclusión los modelos permitieron verificar la importancia que tienen los genes invG/invE de la SPI-1 y ssaJ/ssaK de la SPI-2 en la patogenia de la salmonelosis, utilizando como modelo experimental de infección ratones BALB/c. Se sugieren estos modelos in vivo para evaluar mutantes de genes implicados en la patogenia de Salmonella, ya que representan una herramienta importante para la comprensión de la interacción Salmonella-hospedero(AU)

With the aim of evaluate the pathogenesis in Salmonella Typhimurium strains with mutations in genes invG/invE of Salmonella Pathogenicity Island 1 (SPI-1) and genes ssaJ/ssaK in the SPI-2 models were evaluated ligated intestinal loop associated mouse tissues by observation by transmission electron microscopy (TEM) and the production of mouse systemic salmonellosis. For this, we used six Salmonella strains: S. Typhimurium SL-1344 (control strain) and its derived mutants: ΔinvEG S. Typhimurium SL-1344 (mutant in SPI-1) and ΔssaJK S. Typhimurium SL-1344 (mutant in SPI-2), S. Typhimurium (clinical isolate) and its derived mutants: ΔinvEG S.Typhimurium and ΔssaJK S. Typhimurium. TEM results allowed us to verify the morphological alterations of the intestinal epithelium in mice infected with Salmonella strains whose pathogenicity genes were intact. It was proven invasive power loss only in strains mutated in the SPI-1. Through systemic salmonellosis model mouse we noted the loss of the ability to spread in both mutants. In conclusion, the models allowed us to verify the importance of the invG/invE genes of SPI-1 and ssaJ/ssaK of SPI-2 in the pathogenesis of salmonellosis, using BALB/c mice as an experimental model of infection. These in vivo models are suggested to evaluate mutants of genes involved in the pathogenesis of Salmonella, since they represent an important tool for the understanding of the Salmonella-host interaction(AU)

Construcción de mutantes de salmonella enterica por inactivación de los genes invG/invE y ssaJ/ssaK de las islas de patogenicidad 1 y 2 / Construction of mutants of salmonella enterica for inactivation of invG/invE y ssaJ/ssaK genes of pathogenicity islands 1 and 2

Para la comprensión de las bases genéticas de los mecanismos de patogenicidad de Salmonella se han descrito diversas metodologías para manipular el ADN genómico y generar mutantes con características particulares. En este estudio se reporta la construcción de mutantes a partir de varios serotipos de S. enterica, por sustitución e inactivación de los genes invG/invE en SPI-1 y de los genes ssaJ/ssaK en SPI-2 mediante la técnica de recombinasa Red del fago λ descrita por Datsenko y Wanner (2000). Los genes delecionados en las SPI-1 y SPI-2 codifican para las proteínas que participan en la formación de los sistemas de secreción tipo III, responsables de la invasión y supervivencia intracelular de S. enterica en las células hospedadoras. Los resultados de este trabajo permitirán realizar estudios futuros in vivo para evaluar la posible atenuación de la virulencia de las cepas mutantes, así como aportar nuevos conocimientos sobre los mecanismos genéticos involucrados en la fisiopatogenia de las enfermedades producidas por los serovares estudiados. Además, esta técnica se recomienda para generar de manera eficiente mutantes de diferentes serotipos de S. enterica con la finalidad de estudiar los genes cromosómicos y sus productos.

To understand the genetic basis of Salmonella pathogenicity mechanisms, various methods have been described to manipulate and generate mutant genomic DNA with specific characteristics. In this study we report the construction of mutants from several serotypes of S. enterica, substitution and inactivation of genes invG/invE in SPI-1 gene and ssaJ/ssaK in SPI-2 by the technique of phage λ Red recombinase, as described by Datsenko and Wanner (2000). The gene deletion in SPI-1 and SPI-2 encodes proteins involved in the formation of type III secretion systems responsible for the invasion and intracellular survival of S. enterica in the host cells. The results of this work will allow in vivo studies to evaluate the possible attenuation of virulence of the mutant strains, as well as to provide new insights into the genetic mechanisms involved in the pathogenesis of diseases caused by these bacteria. Moreover, this technique is recommended to efficiently generate mutants of different serotypes of S. enterica in order to study the chromosomal genes and their products.

Mecanismos moleculares utilizados por Salmonella para causar infecciones del tracto digestivo / Molecular mechanisms used by Salmonella to cause infections in the digestive tract

Salmonella enterica es uno de los principales causantes de gastroenteritis infecciosa en el mundo, debido al consumo de alimentos y aguas contaminadas con esta bacteria. Este grupo de bacterias Gram negativas se caracteriza por tener la capacidad de invadir células eucariontes y sobrevivir en el interior de ellas, evento fundamental para que la bacteria cause una enfermedad tanto localizada como sistémica. Las proteínas de virulencia que este agente utiliza para invadir y sobrevivir en células eucariontes son codificadas por genes presentes en islas de patogenicidad, que corresponden a grandes bloques de material genético integrados en el cromosoma bacteriano y que fueron posiblemente adquiridos a través de transferencia lateral de genes desde otros microorganismos. Estudios recientes han permitido identificar el rol que poseen estas proteínas de virulencia en el proceso infectivo de Salmonella y su impacto en el funcionamiento de la célula eucarionte. De este modo, ha sido posible entender de mejor manera los mecanismos moleculares utilizados para infectar a su hospedero y se han identificado posibles blancos terapéuticos para el tratamiento de los cuadros infecciosos causados por este patógeno.

Salmonella enterica is one of the main ethiological agents of infectious gastroenteritis in the world, due the consumption of food and water contaminated with these bacteria. This group of Gram negative bacterials characterized by its capacity to invade eukaryotic cells and survive inside them, an event that is fundamental for the bacteria to cause a localized as well as a systemic disease. The virulence proteins that this bacterium uses to invade and survive within eukaryotic cells are encoded by genes found in pathogenicity islands, big blocks of genetic material integrated in the bacterial chromosome, that were probably acquired through lateral gene transfer from other microorganisms. Recent studies have identified the role that these virulence proteins play in the infective process of Salmonella, and their impact in the function of the eukaryotic cell. This way, it has been possible to better understand the molecular mechanisms used by Salmonella to infect their hosts, and potential therapeutic targets have been identified to improve the treatment of the infection caused by this pathogen.

Mecanismos de interacción de Salmonella con la mucosa intestinal / Salmonella and intestinal mucosa interaction mechanisms

Salmonella es una de las bacterias patógenas más ampliamente estudiada en cuanto a su fisiología, genética, estructura celular y patogénesis, principalmente el serotipo Typhimurium, debido a su fácil manejo en el laboratorio, posibilidad de manipulación con técnicas moleculares y por tener un modelo animal como es el ratón, que permite realizar experimentos in vivo. Después de la ingestión, la bacteria resiste el ambiente ácido del estómago y seguidamente coloniza el intestino delgado, logrando entrar en las células epiteliales, sus células blanco, en un fenómeno de invasión mediado por "ruffling" de membrana de la célula epitelial; esta interacción de Salmonella y las células hospederas es íntima y compleja, explotando así la bacteria las funciones celulares preexistentes del hospedero para su propio beneficio. La presente revisión recopila información acerca de los conceptos de islas de patogenicidad, sistemas de secreción, proteínas translocadoras, los mecanismos involucrados en el proceso de invasión que Salmonella utiliza para entrar a la célula eucariótica, los diferentes acercamientos realizados para conocer los mecanismos por los cuales Salmonella logra pasar barreras y manipular las células del hospedero en sitios específicos a lo largo del curso de la infección y propuestas sobre las vías de señalización que esta bacteria utiliza para entrar a la célula epitelial