Shiga 독소 생성 대장균(Shiga toxin-producing Escherichia coli; STEC)을 가장 빠르게 검출할 수 있는 초고속 이단계 PCR 방법을 개발하였다. 검색 대상 유전자는 STEC에서 생성되는 Shiga 독소(Shiga toxin; Stx)를 암호화하고 있는 유전자 stx1이며, 1쌍의 stx 유전자 특이 primer를 사용하여 검출을 수행하였다. 초고속 PCR (Ultra-rapid PCR)은 microchip 기반의 6 ${\mu}l$ PCR 용량의 Real-time PCR을 사용하고, PCR 회전의 각 단계 중 혼성과 중합을 한 단계로 하였을 뿐 아니라, 각 단계의 적용시간을 각 1초, 3초(해리, 혼성/중합)가 되게 극단적으로 줄여, 검사소요시간을 최소화하였다. 35회전의 PCR 진단에 사용된 시간은 6분38초였으며, 용융온도분석에서 stx1 특이 유전자가 검출되었음을 확인하는 데까지 총 7분 28초가 소요되었다. 또한 민감도 측정에서 $3{\times}10^0$ CFU/reaction까지 성공적으로 검출 가능함이 확인되었고, 용융온도분석에서 이 증폭산물은 일정한 $81.42{\pm}0.34^{\circ}C$의 용융온도를 갖는 것으로 확인되었다. 이 검사법을 다양한 STEC 균주들에게 적용하여 그 성능을 검증하였으며, 이로써 본 초고속 이단계 PCR 방법은 Shiga 독소 생성 대장균의 초신속 검출에 바로 적용될 수 있을 것으로 기대한다.
Shiga toxin-producing Escherichia coli (STEC) causes various clinical signs in human and animals, and has been indicated as a global enteropathogen with zoonotic importance. In this study, the feces of healthy pigs were collected from the slaughtered pigs of Daejon abattoir during the period from December 2001 to October 2002. Of 326 specimens, 13 STEC were confirmed by culture, PCR and colony hybridization. The isolates were further studied for toxin types, pathogenic factors, plasmid profiles, and antimicrobial resistance to characterize the genetic and toxigenic properties. In PCR, all of 13 isolates were evident to have shiga toxin gene (stx). Of 13 isolates stx1 gene was detected in 4 and stx2 gene in 9. The genes of eaeA, hlyA and rfbE were not present in any isolates. In colony hybridization using shiga toxin common primer (STXc), 2 to 9 per 100 colonies subcultured from 13 isolates showed the positive reaction. In the examination for plasmid profiles of the isolates, one to eleven plasmids with varying sizes of 1.0 Kb to 100 Kb were detected, and the 13 STEC could be classified into four groups by the plasmid patterns. The antimicrobial resistance patterns of the isolates were comparably corresponded with the plasmid profile patterns.
A plasmid expression vector of pEStxl encoding a mature form of the B chain of the Shiga toxin was constructed without a signal peptide under the control of an inducible n promoter. The encoded protein was purified to 90% by simple heat treatment, and then further purified to 95% by Phenyl-Sepharose and DEAE-Sepharose chromatographies, all in a single day. Accordingly, this expression system and heat treatment could facilitate the rapid purification of gram-scale amounts of the Shiga toxin B subunit from recombinant Escherichia coli cells.
Porcine edema disease (ED) is a communicable disease of pigs caused by infection with Shiga toxin (Stx)-producing Escherichia coli (STEC) which expresses F18 fimbriae and/or Stx type 2e (Stx2e). While STEC causes a severe illness including hemorrhagic colitis and hemolytic-uremic syndrome in humans, it induces damage to the vascular endothelium, which results in edema, hemorrhage, and microthrombosis, leading in high mortality in pigs. In the present study, we cultured Stx2e-producing E. coli field isolates from conventional pig farms that experienced sudden deaths previously with symptoms similar to porcine edema disease, which were further investigated with Shiga toxin profiles. A total of 43 strains were identified from the collected samples by F18 or Stx2e specific PCR. Based on the PCR, 42 isolates out of 43 isolates were proved to carry one of F18 or Stx2e genes and 14 isolates to carry both F18 and Stx2e genes. All of the 30 isolates that harbored Stx2e gene induced the cytopathic effect (CPE) in vero cells and especially, the isolate 150229 produced the highest level of Shiga toxin. Therefore, we identified the virulence genes (F18 and Stx2e) and demonstrated Shiga toxin-producing abilities from porcine edema disease causing E. coli filed isolates. These results suggested that one of the isolates could be a vaccine antigen candidate against STEC through further investigating to elicit an immune response.
Park, Hyun-jung;Yoon, Jang Won;Heo, Eun-Jeong;Ko, Eun-Kyoung;Kim, Ki-Yeon;Kim, Young-Jo;Yoon, Hyang-Jin;Wee, Sung-Hwan;Park, Yong Ho;Moon, Jin San
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제25권9호
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pp.1460-1466
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2015
In this study, the prevalence of Shiga toxin-producing Escherichia coli (STEC) was investigated among raw meat or meat products from slaughterhouses and retail markets in South Korea, and their potential for antibiotic resistance and virulence was further analyzed. A total of 912 raw meats, including beef, pork, and chicken, were collected from 2008 to 2009. E. coli strains were frequently isolated in chicken meats (176/233, 75.9%), beef (102/217, 42.3%), and pork (109/235, 39.2%). Putative STEC isolates were further categorized, based on the presence or absence of the Shiga toxin (stx) genes, followed by standard O-serotyping. Polymerase chain reaction assays were used to detect the previously defined virulence genes in STEC, including Shiga toxins 1 and Shiga toxin 2 (stx1 and 2), enterohemolysin (ehxA), intimin (eaeA), STEC autoagglutination adhesion (saa), and subtilase cytotoxin (subAB). All carried both stx1 and eae genes, but none of them had the stx2, saa, or subAB genes. Six (50.0%) STEC isolates possessed the ehxA gene, which is known to be encoded by the 60-megadalton virulence plasmid. Our antibiogram profiling demonstrated that some STEC strains, particularly pork and chicken isolates, displayed a multiple drug-resistance phenotype. RPLA analysis revealed that all the stx1-positive STEC isolates produced Stx1 only at the undetectable level. Altogether, these results imply that the locus of enterocyte and effacement (LEE)-positive strains STEC are predominant among raw meats or meat products from slaughterhouses or retail markets in Korea.
Shiga-like toxin-II(SLT-II)-producing Escherichia coli 0157 : H7 strain B2387이 분비하는 SLT-II가 gnotobiotic자돈에서의 뇌혈관 병변을 일으키는 pathogenesis에 관해서 실험을 했다. 제왕절개 수술로 태어난 자돈들을 두 그룹으로 나누어서, 한 그룹에는 SLT-II 중화항체를 포함한 혈청을 구강을 통해서 수동면역을 시키고, 또다른 한 그룹에는 SLT-II 중화항체가 포함되어 있지 않은 혈청을 구강을 통해서 수동면역시켰다. 24시간후 두 그룹 모두에게 SLT-II producing Escherichia coli O157 : H7 strain B2387를 구강으로 접종했다. SLT-II 중화항체가 포함되어 있지 않은 혈청으로 수동면역시킨 그룹의 자돈들은 설사와 맹결장염, 신경증상, 뇌혈관병변을 일으키고, plasma의 prostacyclin의 level이 증가했다. 하지만 SLT-II 중화항체가 포함되어 있는 혈청으로 수동면역시킨 그룹의 자돈들은 설사와 맹결장염은 유발했지만, 신경증상과 뇌혈관병변은 관찰되지 않았고, prostacyclin의 level도 증가하지 않았다. 이런 실험결과는 SLT-II 중화항체는 뇌혈관병변은 방어하지만 맹결장염은 방어하지 못한다는 의미를 나타내며, prostacylin의 증가는 뇌혈관의 endothelium의 병변을 의미한다.
A risk analysis of Shiga toxin (Stx)-encoding bacteriophage was carried out by confirming the transduction phage to non-Stx-producing Escherichia coli (STEC) and subsequent expression of the Shiga toxin genes. The virulence factor stx1 was identified in five phages, and both stx1 and stx2 were found in four phages from a total of 19 phage isolates with seven non-O157 STEC strains. The four phages, designated as ϕNOEC41, ϕNOEC46, ϕNOEC47, and ϕNOEC49, belonged morphologically to the Myoviridae family. The stabilities of these phages to temperature, pH, ethanol, and NaClO were high with some variabilities among the phages. The infection of five non-STEC strains by nine Stx-encoding phages occurred at a rate of approximately 40%. Non-STEC strains were transduced by Stx-encoding phage to become lysogenic strains, and seven convertant strains had stx1 and/or stx2 genes. Only the stx1 gene was transferred to the receptor strains without any deletion. Gene expression of a convertant having both stx1 and stx2 genes was confirmed to be up to 32 times higher for Stx1 in 6% NaCl osmotic media and twice for Stx2 in 4% NaCl media, compared with expression in low-salt environments. Therefore, a new risk might arise from the transfer of pathogenic genes from Stx-encoding phages to otherwise harmless hosts. Without adequate sterilization of food exposed to various environments, there is a possibility that the toxicity of the phages might increase.
Kim, Jung-Beom;Oh, Kyung-Hwan;Park, Mi-Sun;Cho, Seung-Hak
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제23권5호
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pp.731-737
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2013
Seventy-four Shiga toxin-producing Escherichia coli (STEC) isolates belonging to the serotype O91:H21 were isolated from 1,643 asymptomatic human carriers in a STEC outbreak at Gwangju in Korea. Although the isolates did not cause any symptoms, all of them produced Shiga toxins 1 (Stx1) and 2 (Stx2). In order to determine why these strains cause no symptoms, we explored the differences in virulence potential between the asymptomatic STEC O91:H21 isolates and symptomatic STEC O91:H21 strains (ATCC 51435 and ATCC 51434). The asymptomatic STEC O91:H21 isolates showed strongly reduced cytopathic effects compared with the symptomatic strains when intact bacterial cells were used as an inoculant. Moreover, we found a reduced adherence phenotype when testing asymptomatic strains on HeLa cells. Real-time quantitative PCR results suggest that transcriptional repression of the genes encoding type-1 fimbriae occurs in the asymptomatic isolates but not in the symptomatic strains.
Shiga toxin (Stx)-producing Escherichia coli (STEC) strains can cause broad spectrum of human disease, including diarrhea, hemorrhagic colitis, and the life-threatening hemolytic uremic colitis (HUS). We examined 868 samples was taken from bovine feces and carcass from January to December 2008 in Seoul. Twenty two (9.5%) shiga toxin -producing Escherichia coli were isolated from the 230 of bovine feces, and two (0.31%) were isolated from the 638 of carcasses. Serotype of E. coli isolates were O157 (10, 41.6%), O26 (10, 41.6%), O111 (1, 4.2%) and UT (3, 12.6%). In PCR, the isolates displayed three different stx gene combination (stx1 [2, 8.4%]), stx2 [3, 12.6%] and stx1 and stx2 [19,87.5%]). The eaeA and hlyA gene were found in 11 (45.8%) of the 24 strains. Saa gene was present only one strains (4.2%). Toxin typing using reverse passive latex agglutination test showed the same result in VT 1. But it showed different result in VT 2. In antimicrobial susceptibility test, all isolates were sensitive to amikacin, amoxicillin/clavulanic acid, ciprofloxacin and colistin. Eighteen strains (75.0%) of 24 isolates showed the multi-resistant patterns with over 3 drugs. PFGE was performed after the genomic DNA of twenty four isolates was digested with Xba I. the 24 isolates showed 7 (A~G) PFGE type.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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