Escherichia coli patogênicas aviárias (APEC) causam infecções extraintestinais em aves, que podem ser localizadas ou sistêmicas, denominadas colibacilose. O patotipo de APEC não está definido, mas vários genes de virulência são associados a essas cepas, como os genes plasmidiais iroN, ompT, hlyF, iss e iutA, propostos, em 2008, como preditores da virulência de APEC. Além dos genes de virulência conhecidos, outros fatores podem estar associados à patogenicidade bacteriana, como as maquinarias de secreção protéica denominadas Sistemas de Secreção. O Sistema de Secreção do Tipo 6 (T6SS), descrito em 2006, tem sido associado à virulência de cepas APEC. Este trabalho divide-se em duas partes: a primeira teve como objetivo avaliar a frequência dos genes iroN, ompT, hlyF, iss e iutA em 401 cepas aviárias de E. coli e sua relação com a patogenicidade in vivo dessas cepas. A segunda parte teve como objetivos verificar a frequência de genes componentes do T6SS (clpV, vgrG, icmF e dotU), em uma coleção de 187 cepas APEC; e, em algumas cepas positivas para os genes, verificar a expressão de um fenótipo relacionado ao sistema, bem como a expressão do efetor vgrG e da ATPase do sistema clpV2, além da secreção de proteínas, no meio de cultura e durante contato com células eucarióticas. Os resultados da primeira parte indicam que cepas com dois ou mais dos genes analisados tem maior probabilidade de serem patogênicas do que cepas com apenas um ou nenhum dos genes. Já os da segunda parte mostram que várias cepas apresentaram duas cópias de pelo menos um dos genes testados, e algumas delas apresentaram resistência à predação por D. discoideum. Não foram encontradas diferenças entre a expressão dos genes vgrG (1 e 2) e clpV2 em cultura pura ou em contato com células eucarióticas. Este trabalho apresenta a triagem de genes plasmidiais em uma grande coleção de amostras de Escherichia coli, e a primeira triagem de genes do T6SS em uma coleção de isolados APEC. / Avian pathogenic Escherichia coli (APEC) causes extraintestinal infections in birds, which can be localized or systemic, known as colibacillosis. The APEC pathotype is still undefined, but several virulence genes are associated with these strains, as the plasmid-linked genes iroN, ompT, hlyF, iss and iutA, proposed in 2008 as APEC virulence predictors. Besides the known virulence genes, other factors may be associated with bacterial pathogenicity, such as the protein secretion machineries called Secretion Systems. Described in 2006, Type 6 Secretion System (T6SS) has been associated with virulence of APEC strains. This work is divided in two parts: the first aimed to evaluate the frequency of iroN, ompT, hlyF, iss and iutA genes in 401 avian strains of E. coli and its relationship with in vivo pathogenicity of these strains. The second part aimed to verify the frequency of T6SS genes (clpV, vgrG, icmF and dotU) in a collection of 187 APEC strains; and verify, in some positive strains, the expression of a phenotype related to the system, as well as the gene expression of effector vgrG and ATPase clpV2, besides the secretion of proteins into the culture medium and during contact with eukaryotic cells. The results of the first part of this study indicate that isolates harboring two or more of the genes analyzed were most likely to be pathogenic than strains harboring only one or none of the genes. The results of the second part show that several strains harbored two copies of at least one of the genes tested, and some of them were resistant to predation by D. discoideum. No differences were found between the expression of genes vgrG (1 and 2) and clpV2 in pure culture or in contact with eukaryotic cells. This work presents the screening of plasmidial genes in a large collection of Escherichia coli isolates, and the first screening of T6SS genes in a collection of APEC isolates.

O presente estudo teve como objetivo avaliar a frequência dos fatores de virulência em amostras de Escherichia (E.) coli isoladas de leitões desmamados. Para a classificação de cepas de E. coli do patotipo ETEC, foram coletados suabes retais de leitões com idade entre 25-40 dias (fase de creche) com sinal clínico de diarreia, em granjas dos estados do Rio Grande do Sul, Santa Catarina e Paraná, totalizando 456 amostras. Para isolamento e caracterização bacteriana, foram utilizados métodos fenotípicos e moleculares. Foi realizada a análise estatística da frequência dos fatores de virulência e dos virotipos, para as fímbrias F4, F5, F6, F18, F41 e toxinas LT, STa, STb e STx2e. Das 456 amostras analisadas, 287 apresentaram crescimento significativo de E. coli. As maiores frequências observadas foram para as fímbrias F4 e F18 e para as enterotoxinas LT, STa e STb. Os virotipos mais frequentes foram F18-STa, F4-LT-STa-STb, F4-STa, F4-LT-STb e F18-STa-STx2e. Noventa e três amostras (32,4%) não apresentaram nenhum gene dos fatores analisados. Foi observada a associação significativa entre amostras positivas para a fímbria F4 e as toxinas LT, STa e STb; entre a fímbria F18 e as toxinas STa e STx2e; entre a fímbria F5 e todas as toxinas. Os genes de toxinas mais detectados (LT, STb) apresentaram associação significativa (P<0,02). A beta-hemólise foi observada em 47,4% das amostras e houve associação (P<0,0001) entre as amostras hemolíticas e os fatores de virulência F4, F18, STa e STx2e. Em relação à consistência das fezes, observou-se associação entre as fezes com consistência líquida e F4 e STa. Com base nos resultados obtidos, conclui-se que a ETEC é um importante agente etiológico de diarreia em leitões desmamados. Em diversas amostras (32,4%) não foram detectados fatores de virulência, sugerindo a ação de outros fatores e/ou agentes desencadeantes de diarreia. E além destes, existem várias hipóteses para explicar esta discrepância, as quais foram revisadas neste trabalho. / The frequency of virulence factors in strains of Escherichia (E.) coli isolated from weaned piglets was assessed. For classification of the strains of enterotoxigenic pathotypes of E. coli, rectal swabs were collected from 25-40 days old nursery piglets with clinical signs of diarrhea in the states of Rio Grande do Sul, Santa Catarina and Paraná, totaling 456 samples. For isolation and bacterial characterization of the samples, phenotypic and molecular tests were used. The results of frequency of virulence factors and virotypes to fimbriae F4, F5, F6, F18, F41 and toxins LT, STa, STb and STx2e were submitted to statistical analysis. Out of 456 samples, 287 showed significant growth of E. coli. The highest frequency was observed for F4 and F18 fimbriae and LT, STa and STb enterotoxins. The most prevalent virotypes were F18-STa, F4-LT-STa-STb, STa-F4, F4-LT-STa-STb and F18-STx2e. Ninety-three samples (32.4%) were negative for virulence genes. There was a significant association between positive samples for F4 fimbriae and enterotoxins LT, STa and STb; between the F18 fimbriae and STa and STx2e; between F5 fimbriae and all enterotoxins. The most frequent toxins (LT, STb) presented significant association (P<0.02). Beta-hemolysis was observed in 47.4% of the samples and there was a association (P<0.0001) between hemolysis and fimbriae F4, F18, STa and STx2e. Regarding stool consistency, it was observed a association between liquid consistency and F4 and STa. Based on the results, it can be concluded that ETEC is an important agent of diarrhea in weaned pigs. In several samples (32.4%) virulence factors were not detected, suggesting the action of other factors and/or agents inducing diarrhea. And besides these, there are other hypotheses to explain this discrepancy, which were reviewed in this work.

O presente estudo teve como objetivo avaliar a frequência dos fatores de virulência em amostras de Escherichia (E.) coli isoladas de leitões desmamados. Para a classificação de cepas de E. coli do patotipo ETEC, foram coletados suabes retais de leitões com idade entre 25-40 dias (fase de creche) com sinal clínico de diarreia, em granjas dos estados do Rio Grande do Sul, Santa Catarina e Paraná, totalizando 456 amostras. Para isolamento e caracterização bacteriana, foram utilizados métodos fenotípicos e moleculares. Foi realizada a análise estatística da frequência dos fatores de virulência e dos virotipos, para as fímbrias F4, F5, F6, F18, F41 e toxinas LT, STa, STb e STx2e. Das 456 amostras analisadas, 287 apresentaram crescimento significativo de E. coli. As maiores frequências observadas foram para as fímbrias F4 e F18 e para as enterotoxinas LT, STa e STb. Os virotipos mais frequentes foram F18-STa, F4-LT-STa-STb, F4-STa, F4-LT-STb e F18-STa-STx2e. Noventa e três amostras (32,4%) não apresentaram nenhum gene dos fatores analisados. Foi observada a associação significativa entre amostras positivas para a fímbria F4 e as toxinas LT, STa e STb; entre a fímbria F18 e as toxinas STa e STx2e; entre a fímbria F5 e todas as toxinas. Os genes de toxinas mais detectados (LT, STb) apresentaram associação significativa (P<0,02). A beta-hemólise foi observada em 47,4% das amostras e houve associação (P<0,0001) entre as amostras hemolíticas e os fatores de virulência F4, F18, STa e STx2e. Em relação à consistência das fezes, observou-se associação entre as fezes com consistência líquida e F4 e STa. Com base nos resultados obtidos, conclui-se que a ETEC é um importante agente etiológico de diarreia em leitões desmamados. Em diversas amostras (32,4%) não foram detectados fatores de virulência, sugerindo a ação de outros fatores e/ou agentes desencadeantes de diarreia. E além destes, existem várias hipóteses para explicar esta discrepância, as quais foram revisadas neste trabalho. / The frequency of virulence factors in strains of Escherichia (E.) coli isolated from weaned piglets was assessed. For classification of the strains of enterotoxigenic pathotypes of E. coli, rectal swabs were collected from 25-40 days old nursery piglets with clinical signs of diarrhea in the states of Rio Grande do Sul, Santa Catarina and Paraná, totaling 456 samples. For isolation and bacterial characterization of the samples, phenotypic and molecular tests were used. The results of frequency of virulence factors and virotypes to fimbriae F4, F5, F6, F18, F41 and toxins LT, STa, STb and STx2e were submitted to statistical analysis. Out of 456 samples, 287 showed significant growth of E. coli. The highest frequency was observed for F4 and F18 fimbriae and LT, STa and STb enterotoxins. The most prevalent virotypes were F18-STa, F4-LT-STa-STb, STa-F4, F4-LT-STa-STb and F18-STx2e. Ninety-three samples (32.4%) were negative for virulence genes. There was a significant association between positive samples for F4 fimbriae and enterotoxins LT, STa and STb; between the F18 fimbriae and STa and STx2e; between F5 fimbriae and all enterotoxins. The most frequent toxins (LT, STb) presented significant association (P<0.02). Beta-hemolysis was observed in 47.4% of the samples and there was a association (P<0.0001) between hemolysis and fimbriae F4, F18, STa and STx2e. Regarding stool consistency, it was observed a association between liquid consistency and F4 and STa. Based on the results, it can be concluded that ETEC is an important agent of diarrhea in weaned pigs. In several samples (32.4%) virulence factors were not detected, suggesting the action of other factors and/or agents inducing diarrhea. And besides these, there are other hypotheses to explain this discrepancy, which were reviewed in this work.

Escherichia coli patogênicas aviárias (APEC) causam infecções extraintestinais em aves, que podem ser localizadas ou sistêmicas, denominadas colibacilose. O patotipo de APEC não está definido, mas vários genes de virulência são associados a essas cepas, como os genes plasmidiais iroN, ompT, hlyF, iss e iutA, propostos, em 2008, como preditores da virulência de APEC. Além dos genes de virulência conhecidos, outros fatores podem estar associados à patogenicidade bacteriana, como as maquinarias de secreção protéica denominadas Sistemas de Secreção. O Sistema de Secreção do Tipo 6 (T6SS), descrito em 2006, tem sido associado à virulência de cepas APEC. Este trabalho divide-se em duas partes: a primeira teve como objetivo avaliar a frequência dos genes iroN, ompT, hlyF, iss e iutA em 401 cepas aviárias de E. coli e sua relação com a patogenicidade in vivo dessas cepas. A segunda parte teve como objetivos verificar a frequência de genes componentes do T6SS (clpV, vgrG, icmF e dotU), em uma coleção de 187 cepas APEC; e, em algumas cepas positivas para os genes, verificar a expressão de um fenótipo relacionado ao sistema, bem como a expressão do efetor vgrG e da ATPase do sistema clpV2, além da secreção de proteínas, no meio de cultura e durante contato com células eucarióticas. Os resultados da primeira parte indicam que cepas com dois ou mais dos genes analisados tem maior probabilidade de serem patogênicas do que cepas com apenas um ou nenhum dos genes. Já os da segunda parte mostram que várias cepas apresentaram duas cópias de pelo menos um dos genes testados, e algumas delas apresentaram resistência à predação por D. discoideum. Não foram encontradas diferenças entre a expressão dos genes vgrG (1 e 2) e clpV2 em cultura pura ou em contato com células eucarióticas. Este trabalho apresenta a triagem de genes plasmidiais em uma grande coleção de amostras de Escherichia coli, e a primeira triagem de genes do T6SS em uma coleção de isolados APEC. / Avian pathogenic Escherichia coli (APEC) causes extraintestinal infections in birds, which can be localized or systemic, known as colibacillosis. The APEC pathotype is still undefined, but several virulence genes are associated with these strains, as the plasmid-linked genes iroN, ompT, hlyF, iss and iutA, proposed in 2008 as APEC virulence predictors. Besides the known virulence genes, other factors may be associated with bacterial pathogenicity, such as the protein secretion machineries called Secretion Systems. Described in 2006, Type 6 Secretion System (T6SS) has been associated with virulence of APEC strains. This work is divided in two parts: the first aimed to evaluate the frequency of iroN, ompT, hlyF, iss and iutA genes in 401 avian strains of E. coli and its relationship with in vivo pathogenicity of these strains. The second part aimed to verify the frequency of T6SS genes (clpV, vgrG, icmF and dotU) in a collection of 187 APEC strains; and verify, in some positive strains, the expression of a phenotype related to the system, as well as the gene expression of effector vgrG and ATPase clpV2, besides the secretion of proteins into the culture medium and during contact with eukaryotic cells. The results of the first part of this study indicate that isolates harboring two or more of the genes analyzed were most likely to be pathogenic than strains harboring only one or none of the genes. The results of the second part show that several strains harbored two copies of at least one of the genes tested, and some of them were resistant to predation by D. discoideum. No differences were found between the expression of genes vgrG (1 and 2) and clpV2 in pure culture or in contact with eukaryotic cells. This work presents the screening of plasmidial genes in a large collection of Escherichia coli isolates, and the first screening of T6SS genes in a collection of APEC isolates.

Os fatores de virulência presentes em Escherichia coli (E. coli) patogênicas vêm sendo estudados em diversas espécies animais devido à importância de algumas cepas. Estas podem ser classificadas em sorotipos ou mais recentemente através de patotipos, de acordo com algumas técnicas de biologia molecular. Os patotipos mais conhecidos atualmente incluem as ETEC, STEC, EPEC, EIEC, UPEC e APEC. Vários patotipos encontrados causando doenças em animais têm também afetado gravemente seres humanos. Diversas espécies de aves também revelaram possuir patotipos de E. coli capazes de causar infecções zoonóticas. Além do aspecto zoonótico, infecções por bactérias Gram-negativas em aves silvestres têm especial importância, pois o Taxon Psittacidae contém muitas das espécies que mais estão ameaçadas de extinção, e sua manutenção e reprodução em cativeiro é comprometida por infecções bacterianas constantes, em especial por E. coli. Nesse estudo 174 amostras de swabs cloacais de aves sintomáticas e assintomáticas e de casos de necropsias foram testadas através da técnica da PCR para a detecção de fatores de virulência e a classificação em grupos filogenéticos. Detectaram-se 93 amostras (53.45%) positivas para associações de fatores de virulência, em especial para os patotipos EPEC, APEC e UPEC e a classificação de grande parte das amostras de necropsias no grupo filogenético A. O gene iss foi encontrado com maior freqüência, sendo esta de 51.7% (n=30) nas aves sintomáticas e 23.2% (n=23) naquelas assintomáticas. Os resultados demonstraram serem de interesse não apenas com relação ao potencial zoonótico dessas aves em cativeiro, mas também para programas de conservação que visem à liberação de aves no meio selvagem. / Virulence factors of pathogenic Escherichia coli (E.coli) have been studied in several animal species due the importance of certain strains. These strains can be classified in serotypes and more recently in pathotypes using molecular biology techniques. The mostly known pathotypes nowadays include ETEC, STEC, EPEC, EIEC, UPEC and APEC. Several pathotypes causing disease and found in animals are also linked to severe disease in humans. A number of bird species are also known to possess pathotypes able to cause zoonotic infections. Besides de zoonotic aspect, infections by Gram-negative bacteria have a special importance as the Taxon Psittacidae includes many of the most threatened species and their maintenance in captivity is compromised by constant bacterial infections, especially E.coli. In this study, 174 samples from cloacal swabs of asymptomatic and symptomatic birds and necropsy cases were tested employing the PCR technique to detect virulence factors and to classify among phylogenetic grups. Ninety three positive samples were detected for virulence factors associations, mostly EPEC, APEC and UPEC, and most of the necropsy samples for the phylogenetic group A. The iss gene was detected with a higher frequency in symptomatic birds (51.7%, n=30) and 23.2%, (n=23) in asymptomatic ones. The results reveal to be of interest not only to the zoonotic potential of the isolates but also for conservation programs that intend to release these birds into the wild.

Escherichia coli patogênicas aviárias (APEC) causam infecções extraintestinais em aves, que podem ser localizadas ou sistêmicas, denominadas colibacilose. O patotipo de APEC não está definido, mas vários genes de virulência são associados a essas cepas, como os genes plasmidiais iroN, ompT, hlyF, iss e iutA, propostos, em 2008, como preditores da virulência de APEC. Além dos genes de virulência conhecidos, outros fatores podem estar associados à patogenicidade bacteriana, como as maquinarias de secreção protéica denominadas Sistemas de Secreção. O Sistema de Secreção do Tipo 6 (T6SS), descrito em 2006, tem sido associado à virulência de cepas APEC. Este trabalho divide-se em duas partes: a primeira teve como objetivo avaliar a frequência dos genes iroN, ompT, hlyF, iss e iutA em 401 cepas aviárias de E. coli e sua relação com a patogenicidade in vivo dessas cepas. A segunda parte teve como objetivos verificar a frequência de genes componentes do T6SS (clpV, vgrG, icmF e dotU), em uma coleção de 187 cepas APEC; e, em algumas cepas positivas para os genes, verificar a expressão de um fenótipo relacionado ao sistema, bem como a expressão do efetor vgrG e da ATPase do sistema clpV2, além da secreção de proteínas, no meio de cultura e durante contato com células eucarióticas. Os resultados da primeira parte indicam que cepas com dois ou mais dos genes analisados tem maior probabilidade de serem patogênicas do que cepas com apenas um ou nenhum dos genes. Já os da segunda parte mostram que várias cepas apresentaram duas cópias de pelo menos um dos genes testados, e algumas delas apresentaram resistência à predação por D. discoideum. Não foram encontradas diferenças entre a expressão dos genes vgrG (1 e 2) e clpV2 em cultura pura ou em contato com células eucarióticas. Este trabalho apresenta a triagem de genes plasmidiais em uma grande coleção de amostras de Escherichia coli, e a primeira triagem de genes do T6SS em uma coleção de isolados APEC. / Avian pathogenic Escherichia coli (APEC) causes extraintestinal infections in birds, which can be localized or systemic, known as colibacillosis. The APEC pathotype is still undefined, but several virulence genes are associated with these strains, as the plasmid-linked genes iroN, ompT, hlyF, iss and iutA, proposed in 2008 as APEC virulence predictors. Besides the known virulence genes, other factors may be associated with bacterial pathogenicity, such as the protein secretion machineries called Secretion Systems. Described in 2006, Type 6 Secretion System (T6SS) has been associated with virulence of APEC strains. This work is divided in two parts: the first aimed to evaluate the frequency of iroN, ompT, hlyF, iss and iutA genes in 401 avian strains of E. coli and its relationship with in vivo pathogenicity of these strains. The second part aimed to verify the frequency of T6SS genes (clpV, vgrG, icmF and dotU) in a collection of 187 APEC strains; and verify, in some positive strains, the expression of a phenotype related to the system, as well as the gene expression of effector vgrG and ATPase clpV2, besides the secretion of proteins into the culture medium and during contact with eukaryotic cells. The results of the first part of this study indicate that isolates harboring two or more of the genes analyzed were most likely to be pathogenic than strains harboring only one or none of the genes. The results of the second part show that several strains harbored two copies of at least one of the genes tested, and some of them were resistant to predation by D. discoideum. No differences were found between the expression of genes vgrG (1 and 2) and clpV2 in pure culture or in contact with eukaryotic cells. This work presents the screening of plasmidial genes in a large collection of Escherichia coli isolates, and the first screening of T6SS genes in a collection of APEC isolates.

O presente estudo teve como objetivo avaliar a frequência dos fatores de virulência em amostras de Escherichia (E.) coli isoladas de leitões desmamados. Para a classificação de cepas de E. coli do patotipo ETEC, foram coletados suabes retais de leitões com idade entre 25-40 dias (fase de creche) com sinal clínico de diarreia, em granjas dos estados do Rio Grande do Sul, Santa Catarina e Paraná, totalizando 456 amostras. Para isolamento e caracterização bacteriana, foram utilizados métodos fenotípicos e moleculares. Foi realizada a análise estatística da frequência dos fatores de virulência e dos virotipos, para as fímbrias F4, F5, F6, F18, F41 e toxinas LT, STa, STb e STx2e. Das 456 amostras analisadas, 287 apresentaram crescimento significativo de E. coli. As maiores frequências observadas foram para as fímbrias F4 e F18 e para as enterotoxinas LT, STa e STb. Os virotipos mais frequentes foram F18-STa, F4-LT-STa-STb, F4-STa, F4-LT-STb e F18-STa-STx2e. Noventa e três amostras (32,4%) não apresentaram nenhum gene dos fatores analisados. Foi observada a associação significativa entre amostras positivas para a fímbria F4 e as toxinas LT, STa e STb; entre a fímbria F18 e as toxinas STa e STx2e; entre a fímbria F5 e todas as toxinas. Os genes de toxinas mais detectados (LT, STb) apresentaram associação significativa (P<0,02). A beta-hemólise foi observada em 47,4% das amostras e houve associação (P<0,0001) entre as amostras hemolíticas e os fatores de virulência F4, F18, STa e STx2e. Em relação à consistência das fezes, observou-se associação entre as fezes com consistência líquida e F4 e STa. Com base nos resultados obtidos, conclui-se que a ETEC é um importante agente etiológico de diarreia em leitões desmamados. Em diversas amostras (32,4%) não foram detectados fatores de virulência, sugerindo a ação de outros fatores e/ou agentes desencadeantes de diarreia. E além destes, existem várias hipóteses para explicar esta discrepância, as quais foram revisadas neste trabalho. / The frequency of virulence factors in strains of Escherichia (E.) coli isolated from weaned piglets was assessed. For classification of the strains of enterotoxigenic pathotypes of E. coli, rectal swabs were collected from 25-40 days old nursery piglets with clinical signs of diarrhea in the states of Rio Grande do Sul, Santa Catarina and Paraná, totaling 456 samples. For isolation and bacterial characterization of the samples, phenotypic and molecular tests were used. The results of frequency of virulence factors and virotypes to fimbriae F4, F5, F6, F18, F41 and toxins LT, STa, STb and STx2e were submitted to statistical analysis. Out of 456 samples, 287 showed significant growth of E. coli. The highest frequency was observed for F4 and F18 fimbriae and LT, STa and STb enterotoxins. The most prevalent virotypes were F18-STa, F4-LT-STa-STb, STa-F4, F4-LT-STa-STb and F18-STx2e. Ninety-three samples (32.4%) were negative for virulence genes. There was a significant association between positive samples for F4 fimbriae and enterotoxins LT, STa and STb; between the F18 fimbriae and STa and STx2e; between F5 fimbriae and all enterotoxins. The most frequent toxins (LT, STb) presented significant association (P<0.02). Beta-hemolysis was observed in 47.4% of the samples and there was a association (P<0.0001) between hemolysis and fimbriae F4, F18, STa and STx2e. Regarding stool consistency, it was observed a association between liquid consistency and F4 and STa. Based on the results, it can be concluded that ETEC is an important agent of diarrhea in weaned pigs. In several samples (32.4%) virulence factors were not detected, suggesting the action of other factors and/or agents inducing diarrhea. And besides these, there are other hypotheses to explain this discrepancy, which were reviewed in this work.

Orientadores: Wanderley Dias da Silveira, Marcelo Palma Sircili / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-17T16:00:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Maturana_VictorGoncalves_M.pdf: 5059455 bytes, checksum: b3305e2d1e0d658292aa1e194e68fb8f (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Escherichia coli patogênica para aves (APEC) causa diferentes tipos de infecções sistêmicas extraintestinais nestes hospedeiros, coletivamente denominadas colibaciloses, causando grandes prejuízos econômicos à indústria aviária. Essas doenças incluem, dentre outras, septicemia, onfalite, celulite e síndrome da cabeça inchada. Entretanto, não há até o momento wna descrição de genes ou características que permitam classificar as linhagens aviárias em patótipos responsáveis por causar doenças específicas em seus hospedeiros, a semelhança do que ocorre para linhagens de E. co/i patogênicas para seres humanos. O objetivo deste estudo foi caracterizar linhagens de Escherichia coli de origem aviána representantes de 4 grupos, sendo um grupo de linhagens comensais (AFEC - stgla em inglês para "Avian Fecal Escherichia co/i") e três grupos de linhagens patogêmcas, causadoras de três sindromes diferentes em seus hospedeiros (septicemia, síndrome da cabeça inchada e onfalite). Para o trabalho, as características biológicas estudadas foram: adesão em células eucarióticas, formação de biofilme, produção de molécula sinalizadora de quorum sensing, presença de genes de ilhas de patogenicidade, dose de letalidade (LD50), grupo filogenético e presença de genes de virulência. A comparação entre as diferentes linhagens com base nestes traços genotípicos e fenotípicos, por meio de diferentes ferramentas de estatística multivariada além de redes complexas, permitiu inferir a estrutura populacional do grupo estudado. Os resultados indicam que APEC não constitui um grupo homogêneo, mas um conjunto estruturado de diferentes subgrupos, cada um associado a uma síndrome infecciosa específica causada no hospedeiro, possivelmente definindo diferentes patótipos ou subpatótipos dentro de linhagens APEC. Assim, sugerimos a existência de um subpatótipo associado à onfalite, com características de letal idade semelhantes as de linhagens AFEC, mas com um padrão de adesão diferente, que pode ser atribuído a uma especialização do grupo relacionada a colonização de um nicho particular, o saco da gema do ovo. E um subpatótipo associado à síndrome da cabeça inchada, igualmente adaptado à patogenicidade, mas com características mais "agressivas" evidenciadas pelos altos índices de letalidade, grande número de genes de virulência e altos índices de adesão. Linhagens associadas à septicemia, contudo, não constituem um grupo coeso, sugerindo tratar-se de uma miscelânea de linhagens que podem pertencer a diferentes subpatótipos e que em última instância geram a síndrome sistêmica (septicemia), devido à evolução do quadro clínico e/ou às condições imunológicas do hospedeiro. Este trabalho é pioneiro em demonstrar a existência de subpatótipos dentro de linhagens APEC, relacionando diferentes síndromes infecciosas com grupos específicos de linhagens as quais possuem características fenotípicas e genotípicas particulares. Tais resultados abrem novas possibilidades no estudo de genes responsáveis pelos diferentes processos de patogênese em APEC, bem como no desenvolvimento de vacinas. Talvez seja importante considerar estes subgrupos no desenvolvimento de vacinas, com o intuito de produzir vacinas com proteção cruzada, o que ainda não foi atingido com sucesso para linhagens APEC. / Abstract: Avian Pathogenic Escherichia coli (APEC) cause different types of systemic extraintestinal infections in poultry, which are collectively termed colibacillosis, imposing significant economic casses for the avian industry Among these diseases are septicaemia, omphalitis, cellulites and swollen head syndrome. However, to the date, there is no description of genes or characteristics which allow us to classify avian strains in pathotypes responsible for causing specific diseases in their hosts, as there are for human pathogenic E. co/i strains. In this study we aimed to characterize avian pathogenic E. co/i strains representing 4 groups, one of commensal strains (AFEC - Avian Fecal Escherichia co/i) and 3 groups of pathogenic strains responsible for causing 3 different syndromes in their hosts (septicaemia, omphalitis and swollen head syndrome). The biological characteristics studied were: adhesion to eukaryotic cells, biofilm formation, capacity of synthesizing quorum sensing s1gnaling molecule, presence of pathogenicity island, pathogenicity levels according to lethal dose (50%) assay, phylogenetic group and presence of virulence genes. The comparison between strains based on these genotypic and phenotypic traits, by different multivariate statistics tools and complex network, allowed us to infer. the population structure of the studied group. The results indicate that APEC do not constitute a unique homogeneous group, but a structured set of different subgroups, each one associated to a specific infectious syndrome inflicted to the host, possibly defining pathotypes or subpathotypes within APEC strains. Thus, we suggest the existence of a subpathotype associated to omphalitis, with lethality characteristics similar to AFEC strains, but with a different adhesion pattem, which may be due to a specialization related to the colonization of a particular niche, the egg's yolk sac. Anda subpathotype associated to the swollen head syndrome, equally adapted to pathogenicity, but with more "aggressive" characteristics demonstrated by the high lethality and adhesion levels. Septicaemic strains, however, do not constitute a cohesive group, which suggests a constellation of strains associated to different subpathotypes and capable of, eventually, cause a systemic syndrome (sepsis), due to the clinical evolution of the illness ami/or host immunological conditions. This work is pioneer in demonstrating the existence of subpathotypes within APEC strains, relating different infectious syndromes to specific groups of strains possessing particular genotypic and phenotypic characteristics. These results offer new possibilities in studying the genes responsible for different pathogenesis processes within APEC and for the vaccine developing. It may be important to consider these subgroups in the process of vaccine developing, in the efforts for obtain cross protection, which had not yet being accomplished successfully concerning APEC strains. / Mestrado / Genetica de Microorganismos / Mestre em Genética e Biologia Molecular

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Avian pathogenic Escherichia coli (APEC) is the causative agent of colibacillosis. APEC causes significant economic losses to the poultry industry. In this study, 66 E. coli isolates were collected from broiler flocks across Mississippi and categorized as clinical and non-clinical isolates. Genotypic and phenotypic characterization of virulence factors and antimicrobial resistance profiles of these E. coli were examined. The data disclosed a higher prevalence of virulence genes in clinical isolates than in non-clinical isolates. High differences on the genotypic and phenotypic antimicrobial resistance among clinical and non-clinical isolates were observed. Whole genome sequences of avian E. coli elaborated a diverse range in genetic composition, phylogenic relationship, antimicrobial resistance, and virulence gene profiles. Collectively, the results showed that the virulence factors and phenotypic characteristics of APEC may play a role in the pathogenesis of avian colibacillosis. Therefore, this study provides insight to understand the epidemiological background, microbial behavior, and pathogenesis of APEC.