Shiga toxin (stx) producing Escherichia coli (STEC) causes various clinical signs in animal and human. In this study, 255 fecal samples from calves showing diarrhea were collected from cattle farms in Chonnam province during the period from January 2005 to July 2005. Twenty six STEC (10%) were isolated from 255 fecal samples by PCR. The isolates displayed three different stx combinations (stx1 [69%], stx1 and stx2 [15%], and stx2 [38%]). The isolates were further studied for virulence associated genes and antimicrobial resistance to define the virulence properties. Intimin (eaeA), enterohemolysin (hlyA), and lipopolysaccharide (rfbE) virulence genes were detected in 6 (23%), 7 (26%), and 1 (3.8%) of the isolates, respectively, by PCR. One isolate possessing rfbE gene was typed as E. coli 0157 : H7 by agglutination test with O and H antisera. All 26 isolates showed susceptibility to amikacin (100%) and the majority of isolates showed high susceptibility to gentamicin (88.5%) and chloramphenicol (73.1%). But all isolates were resistant to penicillin. These results may provide the basic knowledge to establish strategies for the treatment and prevention of enteric disease in calves.
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.
Jeongtae Kim;Jun Bong Lee;Jaewon Park;Chiwan Koo;Moo-Seung Lee
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.33
no.5
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pp.559-573
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2023
Shiga toxin (Stxs)-producing enterohaemorrhagic Escherichia coli (EHEC) and Shigella dysenteriae serotype 1 are major causative agents of severe bloody diarrhea (known as hemorrhagic colitis) and hemolytic uremic syndrome (HUS) associated with extraintestinal complications such as acute renal failure and neurologic impairment in infected patients under 9 years of age. Extreme nephrotoxicity of Stxs in HUS patients is associated with severe outcomes, highlighting the need to develop technologies to detect low levels of the toxin in environmental or food samples. Currently, the conventional polymerase chain reaction (PCR) or immunoassay is the most broadly used assay to detect the toxin. However, these assays are laborious, time-consuming, and costly. More recently, numerous studies have described novel, highly sensitive, and portable methods for detecting Stxs from EHEC. To contextualize newly emerging Stxs detection methods, we briefly explain the basic principles of these methods, including lateral flow assays, optical detection, and electrical detection. We subsequently describe existing and newly emerging rapid detection technologies to identify and measure Stxs.
For efficient prevention and treatment of enteric colibacillosis, understanding about latest virulence factors and antimicrobial resistance of Escherichia coli is essentially needed. The aim of this study was to survey antimicrobial resistance and determine the prevalence of fimbriae and enterotoxin genes among 118 pathogenic E. coli isolates obtained from Korean pigs with diarrhea between 2016 and 2017. The genes for the toxins and adhesins were amplified by polymerase chain reaction (PCR). The susceptibility of the E. coli isolates to antimicrobials were tested using the standard Kirby-Bauer disk diffusion method. The most prevalent fimbrial antigen was F18 (40.7%), followed by F4 (16.9%), and the most prevalent combinations of toxin genes were Stx2e (21.2%), STb:EAST-1 (19.5%), and STa:STb (16.9%), respectively. Among the pathotypes, enterotoxigenic E. coli (ETEC) was the most predominant (67.8%), followed by Shiga-toxin producing E. coli (STEC, 23.7%). We confirmed high resistance rates to chloramphenicol (88.1%), tetracycline (86.4%), streptomycin (86.4%), and ampicillin (86.4%). And the majorities of isolates (90.7%) showed multi-drug resistance which means having resistance to 3 or more subclasses of antimicrobials. Results of this study can be a source of valuable data for investigating the epidemiology of and control measures for enteric colibacillosis in Korean piggeries.
Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition
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v.45
no.4
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pp.577-584
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2016
The objectives of this study were I) to compare the acid resistance (AR) of seven non-O157 Shiga toxin-producing Escherichia coli (STEC) serogroups, including O26, O45, O103, O111, O121, O145, and O157:H7 STEC isolated from various sources, in 400 mM acetic acid solution (AAS) at pH 3.2 and $30^{\circ}C$ for 25 min with or without glutamic acid and II) to determine strain survival upon exposure to simulated gastric fluid (SGF, pH 1.5) at $37^{\circ}C$ for 2 h after acid adaptation in apple, pineapple, orange, and strawberry juices at pH 3.8, $4^{\circ}C$ and $20^{\circ}C$. Results show that the O111 serogroup strains had the strongest AR (0.12 log reduction CFU/mL) which was very similar to that of O157:H7 STEC (P>0.05), compared to other serogroups in AAS without glutamic acid, whereas O26 serogroup strains showed the most sensitive AR. However, there was no significant (P>0.05) difference of AR among seven serogroups in AAS with glutamic acid. In the SGF study, 05-6545 (O45:H2), 08023 (O121:H19), and 03-4669 (O145:NM) strains adapted in fruit juices at $4^{\circ}C$ and $20^{\circ}C$ displayed enhanced survival with exposure to SGF for 60 min compared to 06E0218 (O157:H7) strains (P<0.05). In addition, 4 STEC strains adapted in pineapple juice at $4^{\circ}C$ showed enhanced survival with exposure to SGF for 60 min compared to those strains acid-adapted in the other fruit juices. Generally, adaptation at $4^{\circ}C$ in fruit juices resulted in significantly enhanced survival levels compared to acid-adapted at $20^{\circ}C$ and non-adapted conditions. The AR caused by adaptation in fruit juices at low temperature may thus increase survival of non-O157 STEC strain in acidic environments such as the gastrointestinal tract. These results suggest that more careful strategies should be provided to protect against risk of foodborne illness by non-O157 STEC.
Kim, Bo-Ra;Cho, Kyung Jin;Kim, Doowan;Cho, Jin Ho;Lee, Jun Hyung;Guevarra, Robin B.;Lee, Sun Hee;Kang, Jung Sun;Cho, Won Tak;Wattanaphansak, Suphot;Kang, Bit Na;Kim, Jong Nam;Song, Minho;Kim, Hyeun Bum
Journal of Animal Science and Technology
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v.61
no.2
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pp.55-60
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2019
Colibacillosis is one of the major health problems in young piglets resulting in poor health and death caused by Escherichia coli producing F18 pili and Shiga toxin 2e. It is pivotal to reduce colibacillosis in weaned piglets to enhance production performance. In this study, we evaluated synbiotics as the gut health improvement agents in the mouse model challenged with Shiga toxin-producing E. coli (STEC) isolated from piglets. Prebiotic lactulose was formulated with each $5.0{\times}10^6CFU/mL$ of Pediococcus acidilactici GB-U15, Lactobacillus plantarum GB-U17, and Lactobacillus plantarum GB 1-3 to produce 3 combinations of synbiotics. A total of 40 three weeks old BALB/c mice were randomly assigned to 4 groups (n = 10): a control group and 3 synbiotics treated groups. Each treatment groups were daily administrated with $5.0{\times}10^6CFU/mL$ of one synbiotics for the first week, and every 3 days during the second week. All the mice were challenged with $8.0{\times}10^8CFU/mL$ of STEC 5 days after animals began to receive synbiotics. Mice treated with synbiotics based on Pediococcus acidilactici GB-U15 and Lactobacillus plantarum GB-U17 significantly improved daily weight gain compared to mice in other groups. While mice treated with GB-U15 showed better fecal index, no significant differences were observed among groups. Gross lesion and histopathological evaluations showed that mice treated with GB-U15 moderately improved recovery from STEC infection. In conclusion, our results suggest that the synbiotics formulated with lactulose and Pediococcus acidilactici GB-U15 have potential benefits to prevent and improve colibacillosis in weaned piglets.
Lim, Ga-Yeon;Park, Do Won;Lee, Young-Duck;Park, Jong-Hyun
Korean Journal of Food Science and Technology
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v.50
no.6
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pp.594-600
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2018
Shiga toxin-producing Escherichia coli (STEC) is an important pathogenic bacterium. To control STEC, the characteristics of the ECP33 and NOECP91 coliphages, which belong to the Myoviridae family, were analyzed. The host inhibition range for a total of 44 STEC strains was 45.5% for ECP33 and 65.9% for NOECP91. ECP33 and NOECP91 were relatively stable at $65^{\circ}C$, 50 ppm of sodium hyperchlorite, and a pH value of 4-10. However, the two phages were susceptible to a temperature of $70^{\circ}C$. NOECP91 was killed within 1 h after exposure to 30% ethanol, but ECP33 showed high tolerance even after exposure to 70% ethanol for 1 h. Interestingly, the inhibition of STEC growth according to the multiplicity of infection of 0.1 was confirmed until no growth was observed after 10 hours of culture with the phages. Therefore, the ECP33 and NOECP91 phages may be applied as a biological control agent for Shiga toxin-producing E. coli.
Chang, Hye Jin;Kim, Hwa Young;Choi, Jae Hong;Choi, Hyun Jin;Ko, Jae Sung;Ha, Il Soo;Cheong, Hae Il;Choi, Yong;Kang, Hee Gyung
Clinical and Experimental Pediatrics
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v.57
no.2
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pp.96-99
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2014
Hemolytic uremic syndrome (HUS) is one of the most common causes of acute renal failure in childhood and is primarily diagnosed in up to 4.5% of children who undergo chronic renal replacement therapy. Escherichia coli serotype O157:H7 is the predominant bacterial strain identified in patients with HUS; more than 100 types of Shiga toxin-producing enterohemorrhagic E. coli (EHEC) subtypes have also been isolated. The typical HUS manifestations are microangiopathic hemolytic anemia, thrombocytopenia, and renal insufficiency. In typical HUS cases, more serious EHEC manifestations include severe hemorrhagic colitis, bowel necrosis and perforation, rectal prolapse, peritonitis, and intussusceptions. Colonic perforation, which has an incidence of 1%-2%, can be a fatal complication. In this study, we report a typical Shiga toxin-associated HUS case complicated by small intestinal perforation with refractory peritonitis that was possibly because of ischemic enteritis. Although the degree of renal damage is the main concern in HUS, extrarenal complications should also be considered in severe cases, as presented in our case.
Lee, Moo-Seung;Kwon, Haenaem;Nguyen, Loi T.;Lee, Eun-Young;Lee, Chan Yong;Choi, Sang Ho;Kim, Myung Hee
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.26
no.2
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pp.432-439
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2016
Shiga toxins (Stxs) produced by Shiga toxin-producing Escherichia coli (STEC) strains are major virulence factors that cause fatal systemic complications, such as hemolytic uremic syndrome and disruption of the central nervous system. Although numerous studies report proinflammatory responses to Stx type 1 (Stx1) or Stx type 2 (Stx2) both in vivo and in vitro, none have examined dynamic immune regulation involving cytokines and/or unknown inflammatory mediators during intoxication. Here, we showed that enzymatically active Stxs trigger the dissociation of lysyl-tRNA synthetase (KRS) from the multi-aminoacyl-tRNA synthetase complex in human macrophage-like differentiated THP-1 cells and its subsequent secretion. The secreted KRS acted to increase the production of proinflammatory cytokines and chemokines. Thus, KRS may be one of the key factors that mediate transduction of inflammatory signals in the STEC-infected host.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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