These commensal intestinal bacteria can enhance the immune system and aid in nutrient absorption but can also act as opportunistic pathogens. Among these intestinal bacteria, the anaerobic Bacteroides fragilis are divided into enterotoxigenic B. fragilis (ETBF) which secrete the B. fragilis toxin (BFT) and non-enterotoxigenic B. fragilis (NTBF) which do not secrete BFT. ETBF can cause diarrhea and colitis in both humans and livestock but can also be found in asymptomatic individuals. ETBF is predominantly found in patients with inflammatory diarrheal diseases and traveller's diarrhea. Several clinical studies have also reported an increased prevalence of ETBF in human patients with inflammatory bowel disease (IBD), colitis and colorectal cancer. In small animal models (C57BL/6 wild-type mice, germ-free mice, multiple intestinal neoplasia (Min) mice, rabbits and Mongolian gerbils), ETBF have been found to initiate and/or aggravate IBD, colitis and colorectal cancer. BFT induces E-cadherin cleavage in intestinal epithelial cells resulting in loss of epithelial cell integrity. Subsequent activation of the ${\beta}$-catenin pathway leads to increased cellular proliferation. In addition, ETBF causes acute and chronic colitis in wild-type mice as well as enhances tumorigenesis in Min mice via activation of the Stat3/Th17 pathway. Currently, ETBF can be detected using a BFT toxin bioassay and by PCR. Advances in molecular biological techniques such as real-time PCR have allowed both researchers as well as clinicians to rapidly detect ETBF in clinical samples. The emergence of more sensitive techniques will likely advance molecular insight into the role of ETBF in colitis and cancer.
Hwang, Soonjae;Kang, Yeowool;Jo, Minjeong;Kim, Sung Hoon;Cho, Won Gil;Rhee, Ki-Jong
Biomedical Science Letters
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v.24
no.3
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pp.275-279
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2018
Inflammatory bowel disease (IBD) is increasing in prevalence in developed countries but the cause of this increase is unclear. In animal models of IBD and in human IBD patients, alterations in the tight junctional proteins have been observed, suggesting that the intestinal microflora may penetrate the underlying colonic tissue and promote inflammation. Enterotoxigenic Bacteroides fragilis (ETBF) causes inflammatory diarrhea in human and is implicated in inflammatory bowel diseases. However, it is unclear whether alterations in tight junctional proteins occur during ETBF infection in mice. In this brief communication, we report that ETBF infection induces up-regulation of claudin-2 and down-regulation of claudin-5 through B. fragilis toxin (BFT) activity in the large intestine of C57BL/6 mice. In contrast, BFT did not induce changes in tight junctional proteins in the HT29/C1 cell line, suggesting that analysis of biological activity of BFT in vivo is important for evaluating ETBF effects.
Hwang, Soonjae;Lee, Min Ho;Gwon, Sun-Yeong;Lee, Seunghyung;Jung, Dongju;Rhee, Ki-Jong
Biomedical Science Letters
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v.19
no.2
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pp.142-146
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2013
Enterotoxigenic Bacteroides fragilis (ETBF) causes inflammatory diarrhea in humans and animals and is also implicated in colorectal cancer. ETBF-infected mice exhibit a prominent large intestinal inflammation characterized by neutrophil infiltration and induction of the Th17 response. In this study, we examined differences in the secreted cytokine profile of the cecum and proximal colon of ETBF-infected mice using an antibody array. Of the cytokines examined, we found that the cecal tissues from ETBF-infected mice secreted elevated levels of G-CSF, IL-6, IL-17 and LIX compared to non-toxigenic Bacteroides fragilis (NTBF) and Mock infected mice. The proximal colon tissues from ETBF-infected mice secreted higher levels of G-CSF, IL-6, KC, LIX, MIP-1g and MCP-1. This study demonstrates that the cecum and colon should be considered separately when assays are used to determine immune responsiveness to enteric infections.
Enterotoxigenic Bacteroides fragilis (ETBF) is the main pathogen causing severe inflammatory diseases and colorectal cancer. Its biofilm plays a key role in the development of colorectal cancer. The objective of this study was to determine the antagonistic effects of cell-free supernatants (CFS) derived from Clostridium butyricum against the growth and biofilm of ETBF. Our data showed that C. butyricum CFS inhibited the growth of B. fragilis in planktonic culture. In addition, C. butyricum CFS exhibited an antibiofilm effect by inhibiting biofilm development, disassembling preformed biofilms and reducing the metabolic activity of cells in biofilms. Using confocal laser scanning microscopy, we found that C. butyricum CFS significantly suppressed the proteins and extracellular nucleic acids among the basic biofilm components. Furthermore, C. butyricum CFS significantly downregulated the expression of virulence- and efflux pump-related genes including ompA and bmeB3 in B. fragilis. Our findings suggest that C. butyricum can be used as biotherapeutic agent by inhibiting the growth and biofilm of ETBF.
Enterotoxigenic Bacteroides fragilis (ETBF) has been reported to promote colitis and colon cancer through the secretion of B. fragilis toxin (BFT), a zinc-dependent metalloprotease. In colonic epithelial cells, BFT induces the cleavage of E-cadherin into the 80 kDa ectodomain and the 33 kDa membrane-bound intracellular domain. The resulting membrane-tethered fragment is then cleaved by γ-secretase forming the 28 kDa E-cadherin intracellular fragment. The 28 kDa cytoplasmic fragment is then degraded by an unknown mechanism. In this study, we found that the 28 kDa E-cadherin intracellular fragment was degraded by the proteasome complex. In addition, we found that this sequential E-cadherin cleavage mechanism is found not only in colonic epithelial cells but also in the human breast cancer cell line, BT-474. Finally, we report that staurosporine also induces E-cadherin cleavage in the human breast cancer cell line, MCF7, through γ-secretase. However, further degradation of the 28 kDa E-cadherin intracellular domain is not dependent on the proteasome complex. These results suggest that the BFT-induced E-cadherin cleavage mechanism is conserved in both colonic and breast cancer cells. This observation indicates that ETBF may also play a role in the carcinogenesis of tissues other than the colon.
Van, Ni;Ahlberg, Ned;Jung, Byung Chul;Lee, Min Ho;Ahn, Seung Ju;Lee, In-Soo;Kim, Yoon Suk;Rhee, Ki-Jong
Biomedical Science Letters
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v.18
no.4
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pp.362-368
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2012
Enterotoxigenic Bacteroides fragilis (ETBF) is an intestinal commensal bacterium implicated as a risk factor for colon cancer. The key virulence factor is a secreted toxin called B. fragilis toxin (BFT). In this study we used an in vitro bioassay to examine the prevalence of ETBF in colonic washings from patients with colorectal polyps and normal control patients. We found that 9.3% of polyp patients and 10.9% of non-polyp patients harbored ETBF, respectively. A total of nine ETBF clinical isolates were isolated and confirmed to be positive for the BFT gene by PCR analysis and the ability to induce IL-8 secretion in the colonic epithelial cell line HT29/c1. Two of the ETBF clinical strains were characterized further in vitro and in vivo. We found that the two ETBF clinical isolates induced E-cadherin cleavage in HT29/c1 cells and promoted colonic inflammation in C57BL/6 mice. Our results indicate that the prevalence of ETBF in polyp patients were similar in non-polyp patients suggesting that ETBF carriage does not positively correlate to polyp incidence.
Kim, Myungsook;Kim, Hyunsoo;Ji, Seung Eun;Rim, John Hoon;Gwon, Sun Yeong;Kim, Wan Hee;Rhee, Ki-Jong;Lee, Kyungwon
Korean Journal of Clinical Laboratory Science
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v.48
no.2
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pp.82-87
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2016
Enterotoxigenic Bacteroides fragilis (ETBF) produces enterotoxins known to be a virulence factor. Three isotypes of the B. fragilis toxin (BFT) gene have been identified: bft-1, bft-2, and bft-3. We investigated the presence of bft isotypes in clinical B. fragilis isolates and the antimicrobial resistance of BFT-negative and BFT-positive isolates. Overall, 537 B. fragilis isolates were collected from extraintestinal specimens over 8 years (2006~2013) from a university hospital in Korea. Samples were analyzed by multiplex PCR to identify the bft gene isotypes. Additionally, the antimicrobial susceptibility of 107 B. fragilis isolates (74 BFT-negative and 33 BFT-positive) was examined by the CLSI agar dilution method. PCR revealed a total bft gene detection rate of 30%, while 33% and 29% of blood and other extraintestinal isolates contained the gene, respectively. Among ETBF isolates, the most common isotype was bft-1 gene, followed by bft-2 and bft-3 (bft-1 77%, bft-2 14%, bft-3 9%). Resistance rates (%) for BFT-negative and positive isolates differed in response to various antimicrobial agents, with 3%, 5%, 1% and 38% of BFT-negative isolates and 3%, 6%, 3% an 42% of BFT-positive isolates being resistant to piperacillin-tazobactam, cefoxitin, imipenem, and clindamycin, respectively. Interestingly, neither BFT-negative nor positive isolates showed antimicrobial resistance to chloramphenicol and metronidazole. Overall, the proportion of ETBF from blood was similar to that of other extraintestinal sites and the bft-1 gene was the predominant isotype. Higher antimicrobial resistance rates were found in BFT-positive isolates than BFT-negative isolates, but these differences were not statistically significant.
We have earlier reported on the cloning and identification of bft-k from an enterotoxigenic strain of Bacteroides fragilis 419, which was isolated from the blood of a Korean patient who suffered from systemic infections [4,5]. The bft-k gene encodes a 397-amino-acids metalloprotease enterotoxin, and the protein has been identified as a new isoform of B. fragilis enterotoxins (BFTs), which are cytopathic to intestinal epithelial cells to induce fluid secretion and tissue damage in ligated intestinal loops [4, 6, 18, 20]. This report describes the cloning and sequencing of the enterotoxin pahogenicity islet of B. fragilis 419 which contains the bft-k gene. the cloned enterotoxin pathogenicity islet was found to have 6,045 bp in length and to contain 120bp direct repeats near its end. In the pathogenicity islet, in addition to the BFR-K, two putative open reading frames (ORFs) were identified; (1) the t-3 gene encoding a 396-amino-acids protein of a putative metalloprotease; (2) the third gene encoding an ORF of a 59-amino-acids protein, whose function has not yet beenn characterized. The expression of the t-3 gene in B. fragilis 419 was verified by western blot analysis.
We earlier reported the identification of bif-k, t-3, and a third ORF from an enterotoxigenic strain of Bacteroides fragilis 419, which was isolated from the blood of a Korean patient suffering from systemic infections. In the present study, the deleted fragments of the t-3 and the bft-k genes from B. fragilis 419 were cloned into suicide vector PJST55 and used to create a mutant with chromosomal disruption of the t-3 and bft-k genes. Structures of the selected mutants, DMP-2 and DBT-4, were found to be intermediate forms that integrated the suicide vector into the chromosome. t-3 disrupted Dmp-2 and Bft-k disrupted DBT-4 did not react with polyclonal antibodies against T-3 or BFT-K, and had no biological activity in $HT29/C_1$, cells.
Enterotoxigenic Bacteroides fragilis (ETBF) is a human gut commensal bacteria that causes inflammatory diarrhea and colitis. ETBF also promotes colorectal tumorigenesis in the Min mouse model. The key virulence factor is a secreted metalloprotease called B. fragilis toxin (BFT). BFT induces E-cadherin cleavage, cell rounding, activation of the ${\beta}$-catenin pathway and secretion of IL-8 in colonic epithelial cells. However, the precise mechanism by which these processes occur and how these processes are interrelated is still unclear. E-cadherin form homophilic interactions which tethers adjacent cells. Loss of E-cadherin results in detachment of adjacent cells. Prior studies have suggested that BFT induces IL-8 expression by inducing E-cadherin cleavage; cells that do not express E-cadherin do not secrete IL-8 in response to BFT. In the current study, we found that HT29/C1cells treated with dilute trypsin solution induced E-cadherin degradation and IL-8 secretion, consistent with the hypothesis that E-cadherin cleavage causes IL-8 secretion. However, physical damage to the cell monolayer did not induce IL-8 secretion. We also show that EDTA-mediated disruption of E-cadherin interactions without E-cadherin degradation was sufficient to induce IL-8 secretion. Finally, we determined that HT29/C1 cells treated with LiCl (${\beta}$-catenin activator) induced IL-8 secretion in a dose-dependent and time-dependent manner. Taken together, our results suggest that BFT induced IL-8 secretion may occur by the following process: E-cadherin cleavage, disruption of cellular interactions, activation of the ${\beta}$-catenin pathway and IL-8 expression. However, we further propose that E-cadherin cleavage per se may not be required for BFT induced IL-8 secretion.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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