Objectives: Molecular mechanism of the pathogenicity of Enterococcus faecalis (E. faecalis), a suspected endodontic pathogen, has not yet been adequately elucidated due to limited information on its virulence factors. Here we report the identification of in vivo expressed antigens of E. faecalis by using a novel immunoscreening technique called change-mediated antigen technology (CMAT) and an experimental animal model of endodontic infection. Materials and Methods: Among 4,500 E. coli recombinant clones screened, 19 positive clones reacted reproducibly with hyperimmune sera obtained from rabbits immunized with E. faecalis cells isolated from an experimental endodontic infection. DNA sequences from 16 of these in vivo-induced (IVI) genes were determined. Results: Identified protein antigens of E. faecalis included enzymes involved in housekeeping functions, copper resistance protein, putative outer membrane proteins, and proteins of unknown function. Conclusions: In vivo expressed antigens of E. faecalis could be identified by using a novel immune-screening technique CMAT and an experimental animal model of endodontic infection. Detailed analysis of these IVI genes will lead to a better understanding of the molecular mechanisms involved in the endodontic infection of E. faecalis.
Vibrio vulnificus is an opportunistic pathogen that causes septicemia in humans. To identify the genes associated with its pathogenicity, in vivo expression technology (IVET) was used to select genes specifically expressed in a host, yet not significantly in vitro. Random lacZ-fusions in the genome of V vulnificus strain MO6-24/O were constructed using an IVET vector, pSG3, which is a suicide vector containing promoterless-aph and -lacZ as reporter genes. A total of ${\sim}18,000$ resulting library clones were then intraperitoneally injected into BALB/c mice using a colony forming unit (CFU) of $1.6{\times}10^6$. Two hours after infection, kanamycin was administered at $200{mu}g$ per gram of mouse weight. After two selection cycles, 11 genes were eventually isolated, which were expressed only in the host. Among these genes, VV20781 and VV21007 exhibiting a homology to a hemagglutinin gene and tolC, respectively, were selected based on having the highest frequency. When compared to wild-type cells, mutants with lesions in these genes showed no difference in the rate of growth rate, yet a significant decrease in cytotoxicity and the capability to form a biofilm.
Kim, Geun-Seop;Park, Chae-Rin;Kim, Ji-Eun;Kim, Hong-Kook;Kim, Byeong-Soo
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제32권2호
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pp.220-227
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2022
The spread of antibiotic-resistant strains of Staphylococcus aureus, a gram-positive opportunistic pathogen, has increased due to the frequent use of antibiotics. Inhibition of the quorum-sensing systems of biofilm-producing strains using plant extracts represents an efficient approach for controlling infections. Torilis japonica is a medicinal herb showing various bioactivities; however, no studies have reported the anti-biofilm effects of T. japonica extracts against drug-resistant S. aureus. In this study, we evaluated the inhibitory effects of T. japonica ethanol extract (TJE) on biofilm production in methicillin-sensitive S. aureus (MSSA) KCTC 1927, methicillin-resistant S. aureus (MRSA) KCCM 40510, and MRSA KCCM 40511. Biofilm assays showed that TJE could inhibit biofilm formation in all strains. Furthermore, the hemolysis of sheep blood was found to be reduced when the strains were treated with TJE. The mRNA expression of agrA, sarA, icaA, hla, and RNAIII was evaluated using reverse transcription-polymerase chain reaction to determine the effect of TJE on the regulation of genes encoding quorum sensing-related virulence factors in MSSA and MRSA. The expression of hla reduced in a concentration-dependent manner upon treatment with TJE. Moreover, the expression levels of other genes were significantly reduced compared to those in the control group. In conclusion, TJE can suppress biofilm formation and virulence factor-related gene expression in MSSA and MRSA strains. The extract may therefore be used to develop treatments for infections caused by antibiotic-resistant S. aureus.
Dao, Hoai Thu;Truong, Quang Lam;Do, Van Tan;Hahn, Tae-Wook
Journal of Veterinary Science
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제21권2호
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pp.20.1-20.13
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2020
Actinobacillus pleuropneumoniae (APP) causes a form of porcine pleuropneumonia that leads to significant economic losses in the swine industry worldwide. The apxIBD gene is responsible for the secretion of the ApxI and ApxII toxins and the pnp gene is responsible for the adaptation of bacteria to cold temperature and a virulence factor. The apxIBD and pnp genes were deleted successfully from APP serotype 1 and 5 by transconjugation and sucrose counter-selection. The APP1ΔapxIBDΔpnp and APP5ΔapxIBDΔpnp mutants lost hemolytic activity and could not secrete ApxI and ApxII toxins outside the bacteria because both mutants lost the ApxI- and ApxII-secreting proteins by deletion of the apxIBD gene. Besides, the growth of these mutants was defective at low temperatures resulting from the deletion of pnp. The APP1ΔapxIBDΔpnp and APP5ΔapxIBDΔpnp mutants were significantly attenuated compared with wild-type ones. However, mice vaccinated intraperitoneally with APP5ΔapxIBDΔpnp did not provide any protection when challenged with a 10-times 50% lethal dose of virulent homologous (APP5) and heterologous (APP1) bacterial strains, while mice vaccinated with APP1ΔapxIBDΔpnp offered 75% protection against a homologous challenge. The ΔapxIBDΔpnp mutants were significantly attenuated and gave different protection rate against homologous virulent wild-type APP challenging.
Pathogenic Escherichia coli is the cause of a wide range of diseases in pigs, including diarrhea, edema disease, and septicemia. Diarrhea caused E. coli may result in significant economic losses, making pathogenic E. coli an important pathogen for the swine industry. This study investigated the prevalence of virulence factor genes, antimicrobial resistance phenotypes, and resistance genes in E. coli isolated from feces of piglets in Korea between 2017 and 2020. As a result, 119 pathogenic E. coli isolates were obtained from 601 fecal samples. The F4 adhesin gene and the STb enterotoxin gene were commonly present in E. coli isolated from diarrhea samples. The dominant virulotypes of isolates from diarrhea samples were STb, Stx2e, and F4:LT:STb. More than 80% of the screened isolates were resistant to ampicillin, sulfisoxazole, chloramphenicol, or tetracycline. To confirm the resistance mechanisms for β-lactam or quinolone, we investigated the genotypic factors of resistance. Each of the ceftiofur-resistant E. coli produced an extended-spectrum β-lactamase encoded by blaCTX-M-14, blaCTX-M-27, and blaCTX-M-55. And all ciprofloxacin-resistant E. coli harbored mutations in quinoloneresistance-determining-regions. In addition, some of the ciprofloxacin-resistant E. coli contained the plasmid-mediated-quinolone-resistance genes such as qepA, qnrB1, or qnrD. This study has confirmed that the F4 fimbria and the STb enterotoxin are the most predominant in pathogenic E. coli isolated from piglets with diarrhea in Korea and there is a great need for responsible and prudent use of antimicrobials to treat colibacillosis.
Our group had isolated Bifidobacterium breve strain BS2-PB3 from human breast milk. In this study, we sequenced the whole genome of B. breve BS2-PB3, and with a focus on its safety profile, various probiotic characteristics (presence of antibiotic resistance genes, virulence factors, and mobile elements) were then determined through bioinformatic analyses. The antibiotic resistance profile of B. breve BS2-PB3 was also evaluated. The whole genome of B. breve BS2-PB3 consisted of 2,268,931 base pairs with a G-C content of 58.89% and 2,108 coding regions. The average nucleotide identity and whole-genome phylogenetic analyses supported the classification of B. breve BS2-PB3. According to our in silico assessment, B. breve BS2-PB3 possesses antioxidant and immunomodulation properties in addition to various genes related to the probiotic properties of heat, cold, and acid stress, bile tolerance, and adhesion. Antibiotic susceptibility was evaluated using the Kirby-Bauer disk-diffusion test, in which the minimum inhibitory concentrations for selected antibiotics were subsequently tested using the Epsilometer test. B. breve BS2-PB3 only exhibited selected resistance phenotypes, i.e., to mupirocin (minimum inhibitory concentration/MIC >1,024 ㎍/ml), sulfamethoxazole (MIC>1,024 ㎍/ml), and oxacillin (MIC >3 ㎍/ml). The resistance genes against those antibiotics, i.e., ileS, mupB, sul4, mecC and ramA, were detected within its genome as well. While no virulence factor was detected, four insertion sequences were identified within the genome but were located away from the identified antibiotic resistance genes. In conclusion, B. breve BS2-PB3 demonstrated a sufficient safety profile, making it a promising candidate for further development as a potential functional food.
Cryptococcus neoformans causes life-threatening meningoencephalitis in humans, but the treatment of cryptococcosis remains challenging. To develop novel therapeutic targets and approaches, signaling cascades controlling pathogenicity of C. neoformans have been extensively studied but the underlying biological regulatory circuits remain elusive, particularly due to the presence of an evolutionarily divergent set of transcription factors (TFs) in this basidiomycetous fungus. In this study, we constructed a high-quality of 322 signature-tagged gene deletion strains for 155 putative TF genes, which were previously predicted using the DNA-binding domain TF database (http://www.transcriptionfactor.org/). We tested in vivo and in vitro phenotypic traits under 32 distinct growth conditions using 322 TF gene deletion strains. At least one phenotypic trait was exhibited by 145 out of 155 TF mutants (93%) and approximately 85% of the TFs (132/155) have been functionally characterized for the first time in this study. Through high-coverage phenome analysis, we discovered myriad novel TFs that play critical roles in growth, differentiation, virulence-factor (melanin, capsule, and urease) formation, stress responses, antifungal drug resistance, and virulence. Large-scale virulence and infectivity assays in insect (Galleria mellonella) and mouse host models identified 34 novel TFs that are critical for pathogenicity. The genotypic and phenotypic data for each TF are available in the C. neoformans TF phenome database (http://tf.cryptococcus.org). In conclusion, our phenome-based functional analysis of the C. neoformans TF mutant library provides key insights into transcriptional networks of basidiomycetous fungi and ubiquitous human fungal pathogens.
Lysin motif (LysM) proteins are reported to be necessary for the virulence and immune response suppression in many herbaceous plant pathogens, while far less is documented in woody plant pathogens. In this study, we preliminarily characterized the molecular function of a LysM protein LtLysM1 in woody plant pathogen Lasiodiplodia theobromae. Transcriptional profiles revealed that LtLysM1 is highly expressed at infectious stages, especially at 36 and 48 hours post inoculation. Amino acid sequence analyses revealed that LtLysM1 was a putative glycoprotein with 10 predicted N-glycosylation sites and one LysM domain. Pathogenicity tests showed that overexpressed transformants of LtLysM1 displayed increased virulence on grapevine shoots in comparison with that of wild type CSS-01s, and RNAi transformants of LtLysM1 exhibited significantly decreased lesion length when compared with that of wild type CSS-01s. Moreover, LtLysM1 was confirmed to be a secreted protein by a yeast signal peptide trap assay. Transient expression in Nicotiana benthamiana together with protein immunoblotting confirmed that LtLysM1 was an N-glycosylated protein. In contrast to previously reported LysM protein Slp1 and OsCEBiP, LtLysM1 molecule did not interact with itself based on yeast two hybrid and co-immunoprecipitation assays. These results indicate that LtLysM1 is a secreted protein and functions as a critical virulence factor during the disease symptom development in woody plants.
본 연구는 항균제에 내성을 보이는 대장균의 특성을 알아보기 위해 설사환자에서 분리된 대장균에 대한 항균제 감수성 및 병원성 인자의 상관성을 분자융합적 기술을 통해 조사하였다. 분리한 대장균의 항균제 내성은 60주에서 ESBL(extendede spectrum ${\beta}$-lactamase) positive균주가 8주이고, negative균주는 52주였다. ESBL 양성 8주 중 2주는 병원성 유전자가 검출되지 않았으며, stb(3주), flich7(1주), flich7-eae(2주)로 나타났다. ESBL 음성 52주 중 26주는 병원성 유전자가 검출되지 않았고, stx1(3주), stb(10주), flich7 및 eae(각 2주), stx1-flich7(2주), stx1-stb(4주), flich7-stb(2주), flich7-stb-eae(1주)이었다. 결론적으로 항균제 내성이 증가하는 시대에 분자 융합적 관점에서 독력 유전자의 분포와 항균제 내성과의 관계는 적게 나타났으나, 향후 다양한 독력 유전자의 분석을 통한 융합기술연구가 이루어진다면 보다 정확한 병원성 인자를 추정할 수 있을 것으로 사료된다.
Staphylococcus aureus is an important foodborne pathogen that causes diverse diseases ranging from minor infections to life-threatening conditions in humans and animals. To further understand its pathogenesis, the genome of the strain S. aureus FORC_001 was isolated from a contaminated food. Its genome consists of 2,886,017 bp double-stranded DNA with a GC content of 32.8%. It is predicted to contain 2,728 open reading frames, 57 tRNAs, and 6 rRNA operons, including 1 additional 5S rRNA gene. Comparative phylogenetic tree analysis of 40 complete S. aureus genome sequences using average nucleotide identity (ANI) revealed that strain FORC_001 belonged to Group I. The closest phylogenetic match was S. aureus MRSA252, according to a whole-genome ANI (99.87%), suggesting that they might share a common ancestor. Comparative genome analysis of FORC_001 and MRSA252 revealed two non-homologous regions: Regions I and II. The presence of various antibiotic resistance genes, including the SCCmec cluster in Region I of MRSA252, suggests that this strain might have acquired the SCCmec cluster to adapt to specific environments containing methicillin. Region II of both genomes contains prophage regions but their DNA sequence identity is very low, suggesting that the prophages might differ. This is the first report of the complete genome sequence of S. aureus isolated from a real foodborne outbreak in South Korea. This report would be helpful to extend our understanding about the genome, general characteristics, and virulence factors of S. aureus for further studies of pathogenesis, rapid detection, and epidemiological investigation in foodborne outbreak.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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