Diseases caused by foodborne or waterborne pathogens are emerging. Many pathogens can enter into the viable but nonculturable (VBNC) state, which is a survival strategy when exposed to harsh environmental stresses. Pathogens in the VBNC state have the ability to evade conventional microbiological detection methods, posing a significant and potential health risk. Therefore, controlling VBNC bacteria in food processing and the environment is of great importance. As the typical one of the gram-negatives, Escherichia coli (E. coli) is a widespread foodborne and waterborne pathogenic bacterium and is able to enter into a VBNC state in extreme conditions (similar to the other gram-negative bacteria), including inducing factors and resuscitation stimulus. VBNC E. coli has the ability to recover both culturability and pathogenicity, which may bring potential health risk. This review describes the concrete factors (nonthermal treatment, chemical agents, and environmental factors) that induce E. coli into the VBNC state, the condition or stimulus required for resuscitation of VBNC E. coli, and the methods for detecting VBNC E. coli. Furthermore, the mechanism of genes and proteins involved in the VBNC E. coli is also discussed in this review.
Baeshen, Mohammed N.;Al-Hejin, Ahmed M.;Bora, Roop S.;Ahmed, Mohamed M. M.;Ramadan, Hassan A. I.;Saini, Kulvinder S.;Baeshen, Nabih A.;Redwan, Elrashdy M.
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.25
no.7
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pp.953-962
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2015
Escherichia coli is the most preferred microorganism to express heterologous proteins for therapeutic use, as around 30% of the approved therapeutic proteins are currently being produced using it as a host. Owing to its rapid growth, high yield of the product, costeffectiveness, and easy scale-up process, E. coli is an expression host of choice in the biotechnology industry for large-scale production of proteins, particularly non-glycosylated proteins, for therapeutic use. The availability of various E. coli expression vectors and strains, relatively easy protein folding mechanisms, and bioprocess technologies, makes it very attractive for industrial applications. However, the codon usage in E. coli and the absence of post-translational modifications, such as glycosylation, phosphorylation, and proteolytic processing, limit its use for the production of slightly complex recombinant biopharmaceuticals. Several new technological advancements in the E. coli expression system to meet the biotechnology industry requirements have been made, such as novel engineered strains, genetically modifying E. coli to possess capability to glycosylate heterologous proteins and express complex proteins, including full-length glycosylated antibodies. This review summarizes the recent advancements that may further expand the use of the E. coli expression system to produce more complex and also glycosylated proteins for therapeutic use in the future.
One hundred and sixty nine Escherichia (E.) coli strains isolated from fecal samples of aquatic birds in Geumho river basin and Dalseong park were tested by agar dilution method to determine their susceptibility patterns to 14 antimicrobial agents. The distribution of tetracycline resistance determinants (tetA, tetB, tetC, tetD and tetE) were also examined by PCR in 76 tetracycline-resistant ($TC^r$) E. coli isolates. The high resistance was observed in tetracycline, cephalothin and ampicillin (45.0~36.7%). Resistance of E. coli isolates derived from Dalseong park to tetracycline, cephalothin, ampicillin and streptomycin (65.7~44.8%) were significantly higher than those isolated from Geumho river basin (31.4~14.7%). About seventy percent (70.4%) of the strains isolated were resistant to one or more drugs tested. Thirty (39.5%) of 76 $TC^r$ E. coli isolates which were resistant to one or more drugs transferred all or a part of their resistance patterns to the recipient strain of E.coli J53 by conjugation. All of $TC^r$ E. coli isolates contained at least one or more of 5 tet genes examined. The most common genes found in these isolates were tetA (60.6%) and followed by tetB (7.9%) and tetC (1.3%). However, tetD and tetE were not found in any of the isolates tested. Twenty one (27.6%) of $TC^r$ E. coli isolates had two determinants, tetA/tetB (20 strains), tetA/tetC (1 strain). And two strains (2.6%) contained three determinants (tetA/tetB/tetC).
The experiment was conducted to evaluate the effects of pathogenic Escherichia coli on diarrhea, growth performance, and blood profile of weaned pigs. A total of 48 pigs were used and housed in individual pens of disease containment chambers for 16 d (4 d before and 12 d after the first challenge [d0]). The treatments were with or without the pathogenic E. coli challenge (F-18 E. coli strain; heat-labile, heat-stable, and Shiga-like toxins). Pigs were orally inoculated with a dose of $10^{10}cfu$ E. coli per 3 mL PBS daily for 3 days. The common nursery diet and water were available at all times. The ADG, ADFI, G:F, diarrhea score, ratio of fecal ${\beta}$-hemolytic coliforms from total coliforms (RHT), and blood profile were measured. The pathogenic E. coli reduced (P < 0.05) ADG from d0 to 6 (117 vs. 297 g/d) and from d0 to 12 (377 vs. 238 g/d) compared with the control. Meanwhile, the pathogenic E. coli increased (P < 0.05) diarrhea score (average 3.4 vs. 1.4) and RHT (average 82 vs. 11%) on d3, 6, and 9 and the number of white blood cells (17.59 vs. $13.48{\times}10^3/{\mu}L$) on d6 compared with the control. No differences were found on ADFI and others in the blood profile (total protein and hematocrit). In conclusion, pathogenic E. coli used in this experiment successfully caused mild diarrhea, increased number of white blood cells, and adversely affected growth rate of weaned pigs.
Recent genome comparisons of E. coli B and K-12 strains have indicated that the makeup of the cell envelopes in these two strains is quite different. Therefore, we analyzed and compared the envelope proteomes of E. coli BL21(DE3) and MG1655. A total of 165 protein spots, including 62 nonredundant proteins, were unambiguously identified by two-dimensional gel electrophoresis and mass spectrometry. Of these, 43 proteins were conserved between the two strains, whereas 4 and 16 strain-specific proteins were identified only in E. coli BL21(DE3) and MG1655, respectively. Additionally, 24 proteins showed more than 2-fold differences in intensities between the B and K-12 strains. The reference envelope proteome maps showed that E. coli envelope mainly contained channel proteins and lipoproteins. Interesting proteomic observations between the two strains were as follows: (i) B produced more OmpF porin with a larger pore size than K-12, indicating an increase in the membrane permeability; (ii) B produced higher amounts of lipoproteins, which facilitates the assembly of outer membrane ${\beta}$-barrel proteins; and (iii) motility- (FliC) and chemotaxis-related proteins (CheA and CheW) were detected only in K-12, which showed that E. coli B is restricted with regard to migration under unfavorable conditions. These differences may influence the permeability and integrity of the cell envelope, showing that E. coli B may be more susceptible than K-12 to certain stress conditions. Thus, these findings suggest that E. coli K-12 and its derivatives will be more favorable strains in certain biotechnological applications, such as cell surface display or membrane engineering studies.
Biosynthesis of indole-3-acetic acid (IAA) via the indole-3-pyruvic acid pathway involves three kinds of enzymes; aminotransferase encoded by aspC, indole-3-pyruvic acid decarboxylase encoded by ipdC, and indole-3-acetic acid dehydrogenase encoded by iad1. The ipdC from Enterobacter cloacae ATCC 13047, aspC from Escherichia coli, and iad1 from Ustilago maydis were cloned and expressed under the control of the tac and sod promoters in E. coli. According to SDS-PAGE and enzyme activity, IpdC and Iad1 showed good expression under the control of $P_{tac}$, whereas AspC was efficiently expressed by $P_{sod}$ originating from Corynebacterium glutamicum. The activities of IpdC, AspC, and Iad1 from the crude extracts of recombinant E. coli Top 10 were 215.6, 5.7, and 272.1 nmol/min/mg-protein, respectively. The recombinant E. coli $DH5{\alpha}$ expressing IpdC, AspC, and Iad1 produced about 1.1 g/l of IAA and 0.13 g/l of tryptophol (TOL) after 48 h of cultivation in LB medium with 2 g/l tryptophan. To improve IAA production, a tnaA gene mediating indole formation from tryptophan was deleted. As a result, E. coli IAA68 with expression of the three genes produced 1.8 g/l of IAA, which is a 1.6-fold increase compared with wild-type $DH5{\alpha}$ harboring the same plasmids. Moreover, the complete conversion of tryptophan to IAA was achieved by E. coli IAA68. Finally, E. coli IAA68 produced 3.0 g/l of IAA after 24 h cultivation in LB medium supplemented with 4 g/l of tryptophan.
Escherichia coli is recovered from a wide variety of infections in many animals species. It may be a primary or secondary agent. Nursing and young animals are particularly susceptible, and urinary tract infections are frequent. The various serotypes of E coli are intestinal inhabitants of animals including humans and probably infect most mammals and birds : therefore, they have a cosmopolitan distribution. Colibacillosis refers to any totalized or systemic infection caused entirely or partly by E coli. Collibacillosis in mammals is most often a primary enteric disease, whereas collibacillosis in poultry is typically a secondary located or systemic disease occurring when host defenses have been impaired or overwhelmed. Other opportunistic bacteria, which can be identified by culture, may play a similar role to that of I coli in secondary infections. Collectively, infections caused by E coli are responsible for significant economic losses to the animal performance. From the standpoint of pathogenic mechanisms and diseases, four major categories of E coli are recognized : enterotoxigenic(ETEC), enteropathogenic (EPEC), enteroinvasive(EIEC), and enterohemorrhagic(EHEC). In addition, two less-well-defined E coli categories are recognized in animals and humans : enteroaggregative and cytotoxin necrotizing factor-positive. The aforementioned categories are represented by different serotypes. Certain serotypes show a host preference and are encountered more frequently in some disease syndromes. Of the four major categories, ETEC is the most common cause of diarrhea in calves, lambs, and pigs. Strains in the other categories cause the less-common diarrhea and other disease syndromes. Enterotoxins and pilus antigens are the two most prominent virulence factors thus far identified for ETEC. Two enterotoxins, one heat-stable(ST) and one heat-labile(LT), are produced by enterotoxigenic strains of E coli : not all culture produce both of these plasmid-based enterotoxins.
Kim Jae-heon;Choi Won-ill;Youn Seock-won;Jung Sang Oun;Oh Chung-Hun
Korean Journal of Microbiology
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v.40
no.3
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pp.232-236
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2004
We investigated hydrogen peroxide resistance of Escherichia coli possessing acetyl xylan esterase(AxeA) of Streptomyces coelicolor A3(2). The induction of AxeA production by isopropyl-$\beta$-thiogalactoside was confirmed by SDS-polyacrylamide gel electrophoresis. The differences in growth between induced and non-induced E. coli were determined by the changes in optical density of cultures after hydrogen peroxide treatment The lethal effect of hydrogen peroxide was observed for non-induced cultures at all concentrations tested in this study (lmM, 2.5mM and 5mM). However, cultures induced for AxeA production resisted the lethal effect, except at 5mM where cells were killed irrespective of the AxeA production. The axeA induction increased survival against 1.5mM hydrogen peroxide from 59% to 74%. In addition, AxeA producing E. coli showed increased survival at $45^{\circ}C$, near maximum growth temperature. Therefore, it was concluded that AxeA conferred a cross-resistance upon the bacterium against both oxidative- and heat stress.
Kim, Giyoung;Moon, Ji-Hea;Park, Saet Byeol;Jang, Youn-Jung;Lim, Jongguk;Mo, Changyeun
Journal of Biosystems Engineering
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v.38
no.4
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pp.335-340
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2013
Purpose: This study was performed to develop a lateral flow strip sensor for the detection of pathogenic Escherichia coli O157:H7 in various samples. Also, feasibility of using an image analysis method to improve the interpretation of the strip sensor was evaluated. Methods: The lateral flow strip sensor has been fabricated based on nitrocellulose lateral-flow membrane. Colloidal gold and E. coli O157:H7 antibodies were used as a tag and a receptor, respectively. Manually spotted E. coli O157:H7 antibody and anti-mouse antibody on nitrocellulose membrane were used as test and control dots, respectively. Feasibility of the lateral flow strip sensor to detect E. coli O157:H7 were evaluated with serially diluted E. coli O157:H7 cells in PBS or food samples. Test results of the lateral flow strip sensor were measured with an image analysis method. Results: The intensity of the test dot started to increase with higher concentration of the cells were introduced. The sensitivities of the sensor were both $10^4$ CFU/mL Escherichia coli O157:H7 spiked in PBS and in chicken meat extract, respectively. Conclusions: The lateral flow strip sensor and image analysis method could detect E. coli O157:H7 in 20 min, which is significantly quicker than conventional plate counting method.
Sung, Ji Youn;Oh, Ji-Eun;Kim, Eun Sun;Son, Ja Min;Kim, Hye Yeon;Lim, Da Young
Korean Journal of Clinical Laboratory Science
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v.45
no.2
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pp.43-47
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2013
This study was designed to evaluate the prevalence of ESBL genes and monitor antimicrobial resistance pattern in Escherichia coli, isolated from a hospital and a community. We tested 200 E. coli strains isolated in the hospitals and community in Chungcheong area from January to March 2012. Antimicrobial susceptibilities were tested by using the disk diffusion method. A search for ESBL genes was conducted by PCR amplification, and the genotypes were determined by direct nucleotide sequence analysis of the amplified products. An Epidemiologic study was performed by repetitive extragenic palindromic sequence-based PCR (REP-PCR). The percentage of ESBL-producing isolates was 17% for hospital associated E. coli and 11% for community associated E. coli. The ESBL gene sequencing results showed that the most common ESBL in E. coli was CTX-M-14 (19/28), followed by CTX-M-15 (9/28). The REP-PCR study also showed the genetic diversity, but there was no difference between the hospital and community associated E. coli. In this study, the most common types of class A ESBLs identified were CTX-M in the hospital and the community in Chungcheong area. ESBL-producing E. coli isolates showed diverse clonality.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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