Escherichia coli patogênicas aviárias (APEC) causam infecções extraintestinais em frangos conhecidas como colibacilose. A APEC MT78, ao contrário de outras linhagens APEC, foi capaz de invadir células não-fagocitárias no modelo de fibroblastos aviários (CEC-32). Considerando que as interações patógeno-hospedeiro envolvem modificações na abundância de proteínas e padrões de expressão, principalmente nas proteínas de superfície, nosso objetivo foi comparar o proteoma da MT78 crescida em meio de cultura celular com o proteoma de MT78 isolada de fibroblastos aviários infectados (condição de co-cultura). Desenvolvemos aqui a padronização das etapas de extração de proteínas totais, isolamento de células bacterianas do co-cultivo e análise proteômica de modo a obtermos uma análise proteômica global reprodutível e de qualidade. A análise da interação APEC MT78 e células CEC-32 por microscopia óptica e eletrônica de varredura revelou que essa cepa se associa à célula-alvo em um padrão de adesão localizada. A internalização de APEC MT78 pareceu ocorrer como resultado de uma interação entre bactéria-célula que dispara rearranjos do citoesqueleto de actina da célula-alvo, formando estruturas filo e lamelipodiais que são dependentes da viabilidade bacteriana. O reisolamento de células bacterianas intactas, observadas por microscopia eletrônica de transmissão, após o co-cultivo com CEC-32 foi obtido através da técnica de solubilização diferencial de membranas. As células bacterianas foram sonicadas e as proteínas digeridas em solução seguida de uma etapa de purificação. Nós identificamos 69 proteínas, distribuídas em 9 classes funcionais, incluindo as proteínas de membrana FimA, OmpA and OmpC. A proteína OmpA já foi associada a invasão do patógeno humano NMEC (neonatal meningitis-associated E. coli) à células HBMEC. Esses experimentos representam a primeira investigação proteômica global em E. coli patogênica aviária. As proteínas identificadas representaram diferentes rotas metabólicas, funções fisiológicas e diferentes localizações subcelulares. / In poultry, Avian Pathogenic Escherichia coli (APEC) cause localized extra- intestinal infections that often become systemic. APEC strain MT78 was able to invade non-phagocytic avian fibroblasts in vitro, raising the possibility that some APEC strains may invade epithelial cells and gain systemic access. Using light microscopy and scanning electron microscopy, we observed that viable MT78 strain associated with CEC-32 fibroblasts cells in clusters, and following association, MT78 internalization appeared to result from cytoskeleton rearrangements, such as filopodia and lamellipodia, in the eukaryotic membrane. Considering that host-pathogen interactions involve modifications of protein abundance and expression, mainly in surface proteins, we compared the proteome of MT78 harvested from culture medium with the proteome of MT78 isolated from infected avian fibroblasts (co-culture condition). For this purpose, we developed standard analytical procedures for global protein extraction and isolation of bacterial cells from infected CEC-32. Judged by transmission electron microscopy, we successfully reisolated intact APEC MT78 cells from CEC-32 fibroblasts using the differential membrane solubilization method. Bacterial cells were then sonicated and proteins digested in solution following a clean up procedure. We identified 69 proteins, distributed in 9 functional classes, including the membrane proteins FimA, OmpA and OmpC. The OmpA protein was already associated to invasion of the human pathogen called NMEC (neonatal meningitis-associated E. coli) to endothelial cell line HBMEC. Our results represent the first global proteomic investigation in APEC. The proteome of MT78 infecting avian fibroblasts may allow us to identify key proteins linked to the successful adhesion and/or invasion of host cells by APEC and thus throw light into the pathogenesis of avian colibacillosis.

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.

As doenças infecciosas causam importantes perdas econômicas para a produção avícola e para a criação de aves domésticas de subsistência, exóticas e selvagens. No Brasil, há poucos estudos sobre as doenças infecciosas que acometem as aves, que correlacionem às lesões macroscópicas com o exame histopatológico e a identificação do agente presente nos órgãos lesionados. O objetivo desse estudo foi realizar essa tríade de diagnóstico em doenças infecciosas que acometem as aves de produção e ornamentais. O presente estudo resultou em cinco artigos. O primeiro artigo descreve dois surtos de micoplasmose em galinhas de subsistência utilizando a técnica de imuno-histoquímica (IHQ) como método de diagnóstico da infecção por Mycoplasma gallisepticum. A técnica de IHQ apresentou boa concordância com os sinais clínicos, as lesões anatomopatológicas e os resultados da reação em cadeia da polimerase (PCR) em tempo real. O segundo artigo foi realizado em frangos de corte condenados totalmente por colibacilose em um estabelecimento sob Serviço de Inspeção Federal. Em todas as aves condenados observou-se lesões macroscópicas e os órgãos mais acometidos foram fígado e sacos aéreos. Histologicamente, os diagnósticos mais frequentes foram hepatite necrosante aleatória, bronquite fibrino-heterofílica, pericardite aguda e traqueíte linfoplasmocitária. Desses casos isolou-se E. coli, Enterococcus sp., Streptococcus sp. e Staphylococcus sp. A PCR e a IHQ para Mycoplasma gallisepticum e M. synoviae foram negativas. O terceiro artigo descreve um surto de tifo aviário em codornas japonesas, através do isolamento bacteriano, da caracterização anatomopatológica e da IHQ anti-Salmonella. O quarto artigo descreve, através de um estudo retrospectivo, as características anatomopatológicas de 12 casos de clamidiose em psitacídeos e padroniza a técnica de IHQ anti-Chlamydia como método de diagnóstico dessa enfermidade. O quinto artigo relata um caso sistêmico e fatal de toxoplasmose em uma perdiz-da-Califórnia (Callipepla californica), descrevendo as lesões anatomopatológicas, a IHQ anti-Toxoplasma gondii e a genotipagem através da PCR. Portanto, o desenvolvimento de técnicas de diagnóstico que correlacionem as lesões macro e microscópicas com a identificação do agente infeccioso são fundamentais para que as enfermidades nas aves sejam corretamente estudadas e diagnosticadas. / Infectious diseases cause significant economic losses in poultry production and the breeding of domestic birds for subsistence and of exotic or wild birds. In Brazil, there have been few studies on the infectious diseases of birds in which macroscopic lesions have been correlated with histopathological examination and the identification of the agent present in the organs with lesions. The objective of this study was to apply this diagnostic triad to infectious diseases which affect poultry and ornamental birds. The study is reported in a series of five papers. The first paper describes two outbreaks of mycoplasmosis in subsistence farming chickens using the IHC technique as a diagnostic method for infection by Mycoplasma gallisepticum. The IHC technique showed good agreement with the clinical signs, the anatomopathological lesions and the results of the real-time PCR. The second paper describes a study carried out on broiler chickens which were totally condemned due to colibacillosis at an establishment under the control of the Federal Inspection Service. In all of the condemned birds macroscopic lesions were observed and the organs most affected were the liver and air sacs. Histologically, the most frequent diagnoses were random necrotizing hepatitis, fibrinous-heterophilic bronchitis, acute pericarditis and lymphoplasmocitary tracheitis. From these cases Escherichia coli, Enterococcus sp., Streptococcus sp. and Staphylococcus sp. were isolated. The polymerse chain reaction (PCR) and immunohistochemistry (IHC) tests for Mycoplasma gallisepticum and M. synoviae were negative. The third paper describes an outbreak of fowl typhoid in Japanese quails, investigated by bacterial isolation, anatomopathological characterization and anti- Salmonella IHC. The fourth paper describes, through a retrospective study, the anatomopathological characteristics of 12 cases of chlamydiosis in psittacidae and standardizes the anti-Chlamydia IHC technique as a diagnostic method for this disease. The fifth paper reports a systemic and fatal case of toxoplasmosis in a Californian quail (Callipepla californica), describing the anatomopathological lesions, the anti- Toxoplasma gondii IHC and the genotyping through PCR. Thus, the development of diagnostic techniques which correlate the macro and microscopic lesions with the identification of the infectious agent are fundamental for diseases in birds to be properly studied and diagnosed.

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.

As doenças infecciosas causam importantes perdas econômicas para a produção avícola e para a criação de aves domésticas de subsistência, exóticas e selvagens. No Brasil, há poucos estudos sobre as doenças infecciosas que acometem as aves, que correlacionem às lesões macroscópicas com o exame histopatológico e a identificação do agente presente nos órgãos lesionados. O objetivo desse estudo foi realizar essa tríade de diagnóstico em doenças infecciosas que acometem as aves de produção e ornamentais. O presente estudo resultou em cinco artigos. O primeiro artigo descreve dois surtos de micoplasmose em galinhas de subsistência utilizando a técnica de imuno-histoquímica (IHQ) como método de diagnóstico da infecção por Mycoplasma gallisepticum. A técnica de IHQ apresentou boa concordância com os sinais clínicos, as lesões anatomopatológicas e os resultados da reação em cadeia da polimerase (PCR) em tempo real. O segundo artigo foi realizado em frangos de corte condenados totalmente por colibacilose em um estabelecimento sob Serviço de Inspeção Federal. Em todas as aves condenados observou-se lesões macroscópicas e os órgãos mais acometidos foram fígado e sacos aéreos. Histologicamente, os diagnósticos mais frequentes foram hepatite necrosante aleatória, bronquite fibrino-heterofílica, pericardite aguda e traqueíte linfoplasmocitária. Desses casos isolou-se E. coli, Enterococcus sp., Streptococcus sp. e Staphylococcus sp. A PCR e a IHQ para Mycoplasma gallisepticum e M. synoviae foram negativas. O terceiro artigo descreve um surto de tifo aviário em codornas japonesas, através do isolamento bacteriano, da caracterização anatomopatológica e da IHQ anti-Salmonella. O quarto artigo descreve, através de um estudo retrospectivo, as características anatomopatológicas de 12 casos de clamidiose em psitacídeos e padroniza a técnica de IHQ anti-Chlamydia como método de diagnóstico dessa enfermidade. O quinto artigo relata um caso sistêmico e fatal de toxoplasmose em uma perdiz-da-Califórnia (Callipepla californica), descrevendo as lesões anatomopatológicas, a IHQ anti-Toxoplasma gondii e a genotipagem através da PCR. Portanto, o desenvolvimento de técnicas de diagnóstico que correlacionem as lesões macro e microscópicas com a identificação do agente infeccioso são fundamentais para que as enfermidades nas aves sejam corretamente estudadas e diagnosticadas. / Infectious diseases cause significant economic losses in poultry production and the breeding of domestic birds for subsistence and of exotic or wild birds. In Brazil, there have been few studies on the infectious diseases of birds in which macroscopic lesions have been correlated with histopathological examination and the identification of the agent present in the organs with lesions. The objective of this study was to apply this diagnostic triad to infectious diseases which affect poultry and ornamental birds. The study is reported in a series of five papers. The first paper describes two outbreaks of mycoplasmosis in subsistence farming chickens using the IHC technique as a diagnostic method for infection by Mycoplasma gallisepticum. The IHC technique showed good agreement with the clinical signs, the anatomopathological lesions and the results of the real-time PCR. The second paper describes a study carried out on broiler chickens which were totally condemned due to colibacillosis at an establishment under the control of the Federal Inspection Service. In all of the condemned birds macroscopic lesions were observed and the organs most affected were the liver and air sacs. Histologically, the most frequent diagnoses were random necrotizing hepatitis, fibrinous-heterophilic bronchitis, acute pericarditis and lymphoplasmocitary tracheitis. From these cases Escherichia coli, Enterococcus sp., Streptococcus sp. and Staphylococcus sp. were isolated. The polymerse chain reaction (PCR) and immunohistochemistry (IHC) tests for Mycoplasma gallisepticum and M. synoviae were negative. The third paper describes an outbreak of fowl typhoid in Japanese quails, investigated by bacterial isolation, anatomopathological characterization and anti- Salmonella IHC. The fourth paper describes, through a retrospective study, the anatomopathological characteristics of 12 cases of chlamydiosis in psittacidae and standardizes the anti-Chlamydia IHC technique as a diagnostic method for this disease. The fifth paper reports a systemic and fatal case of toxoplasmosis in a Californian quail (Callipepla californica), describing the anatomopathological lesions, the anti- Toxoplasma gondii IHC and the genotyping through PCR. Thus, the development of diagnostic techniques which correlate the macro and microscopic lesions with the identification of the infectious agent are fundamental for diseases in birds to be properly studied and diagnosed.

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.

Escherichia coli patogênicas aviárias (APEC) causam infecções extraintestinais em frangos conhecidas como colibacilose. A APEC MT78, ao contrário de outras linhagens APEC, foi capaz de invadir células não-fagocitárias no modelo de fibroblastos aviários (CEC-32). Considerando que as interações patógeno-hospedeiro envolvem modificações na abundância de proteínas e padrões de expressão, principalmente nas proteínas de superfície, nosso objetivo foi comparar o proteoma da MT78 crescida em meio de cultura celular com o proteoma de MT78 isolada de fibroblastos aviários infectados (condição de co-cultura). Desenvolvemos aqui a padronização das etapas de extração de proteínas totais, isolamento de células bacterianas do co-cultivo e análise proteômica de modo a obtermos uma análise proteômica global reprodutível e de qualidade. A análise da interação APEC MT78 e células CEC-32 por microscopia óptica e eletrônica de varredura revelou que essa cepa se associa à célula-alvo em um padrão de adesão localizada. A internalização de APEC MT78 pareceu ocorrer como resultado de uma interação entre bactéria-célula que dispara rearranjos do citoesqueleto de actina da célula-alvo, formando estruturas filo e lamelipodiais que são dependentes da viabilidade bacteriana. O reisolamento de células bacterianas intactas, observadas por microscopia eletrônica de transmissão, após o co-cultivo com CEC-32 foi obtido através da técnica de solubilização diferencial de membranas. As células bacterianas foram sonicadas e as proteínas digeridas em solução seguida de uma etapa de purificação. Nós identificamos 69 proteínas, distribuídas em 9 classes funcionais, incluindo as proteínas de membrana FimA, OmpA and OmpC. A proteína OmpA já foi associada a invasão do patógeno humano NMEC (neonatal meningitis-associated E. coli) à células HBMEC. Esses experimentos representam a primeira investigação proteômica global em E. coli patogênica aviária. As proteínas identificadas representaram diferentes rotas metabólicas, funções fisiológicas e diferentes localizações subcelulares. / In poultry, Avian Pathogenic Escherichia coli (APEC) cause localized extra- intestinal infections that often become systemic. APEC strain MT78 was able to invade non-phagocytic avian fibroblasts in vitro, raising the possibility that some APEC strains may invade epithelial cells and gain systemic access. Using light microscopy and scanning electron microscopy, we observed that viable MT78 strain associated with CEC-32 fibroblasts cells in clusters, and following association, MT78 internalization appeared to result from cytoskeleton rearrangements, such as filopodia and lamellipodia, in the eukaryotic membrane. Considering that host-pathogen interactions involve modifications of protein abundance and expression, mainly in surface proteins, we compared the proteome of MT78 harvested from culture medium with the proteome of MT78 isolated from infected avian fibroblasts (co-culture condition). For this purpose, we developed standard analytical procedures for global protein extraction and isolation of bacterial cells from infected CEC-32. Judged by transmission electron microscopy, we successfully reisolated intact APEC MT78 cells from CEC-32 fibroblasts using the differential membrane solubilization method. Bacterial cells were then sonicated and proteins digested in solution following a clean up procedure. We identified 69 proteins, distributed in 9 functional classes, including the membrane proteins FimA, OmpA and OmpC. The OmpA protein was already associated to invasion of the human pathogen called NMEC (neonatal meningitis-associated E. coli) to endothelial cell line HBMEC. Our results represent the first global proteomic investigation in APEC. The proteome of MT78 infecting avian fibroblasts may allow us to identify key proteins linked to the successful adhesion and/or invasion of host cells by APEC and thus throw light into the pathogenesis of avian colibacillosis.

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.