Bibliography: leaves 246-304. Describes experiments aimed at characterising the potential virilant factors of Legionella longbeachae sg 1, an important human pathogen which is responsible for nearly half of all clinical cases of Legionella related pneumonia reported each year.

Bibliography: leaves 246-304. / xi, 304, [43] leaves, [35] leaves of plates : ill. (some col.) ; 30 cm. / Title page, contents and abstract only. The complete thesis in print form is available from the University Library. / Describes experiments aimed at characterising the potential virilant factors of Legionella longbeachae sg 1, an important human pathogen which is responsible for nearly half of all clinical cases of Legionella related pneumonia reported each year. / Thesis (Ph.D.)--University of Adelaide, Dept. of Microbiology and Immunology, 2000

Thesis (Ph.D.) -- University of Adelaide, Dept. of Microbiology and Immunology, 2000. / Bibliography: leaves 246-304.

Legionella longbeachae é uma espécie da família Legionellaceae que é comumente presente no solo em diversas regiões do globo. Uma infecção por L. longbeachae em indivíduos imunocomprometidos causa uma pneumonia severa, frequentemente levando a hospitalização e à morte. A prevalência destas bactérias como causa de pneumonia é grande, e certamente sub-estimada, uma vez que os métodos de diagnóstico convencionais detectam apenas as espécies de Legionella pneumophila. A anafilatoxina C5a è uma proteína inflamatória ativada pelo complemento, a qual é envolvida no recrutamento de células inflamatórias, um processo induzido pelas células da imunidade inata que leva a dano tecidual. Dados recentes gerados no nosso laboratório sugerem que a mortalidade de camundongos após a infecção por L. longbeachae é causada por uma falência pulmonar, associada a indução de um intenso processo inflamatório nos pulmões dos animais infectados. Nesse trabalho, nós investigamos papel do receptor de C5a (C5aR) na replicação bacteriana e na resistência de camundongos diante de uma infecção letal por L. longbeachae. Experimentos realizados com animais deficientes no receptor C5a indicam que os animais são protegidos durante uma infecção letal por L. longbeachae em comparação com animais selvagens, da linhagem BALB/c. De acordo com esses resultados, foi detectada uma menor carga bacteriana nos pulmões dos animais C5a-/- em comparação com animais selvagens. Experimentos realizados com animais controles da mesma linhagem demonstraram que C5a-/- diferem de animais C5a+/-, o que suporta o papel desse receptor durante a infecção por L. longbeachae. Dessa forma, nossos dados sugerem que a sinalização via C5aR contribui para a patogênese da doença em modelo murino da infecção por L. longbeachae. Os mecanismos envolvidos na patogênese mediada pelo receptor C5a encontram-se sob investigação. / Legionella longbeachae is a species of the Legionellaceae family that is commonly present in the soil in various regions of the globe. Infections by L. longbeachae in immunocompromised individuals cause severe pneumonia, often leading to hospitalization and death. The prevalence of L. longbeachae as a cause of pneumonia is large, and certainly under-estimated, mainly because the conventional diagnostic methods only detect Legionella pneumophila species. The anaphylatoxin C5a is an inflammatory protein activated by the complement system, which is involved in the recruitment of inflammatory cells, a process induced by cells of the innate immunity, which leads to tissue damage. Recent data generated in our laboratory suggest that the mortality of mice after infection with L. longbeachae is caused by a lung failure, associated with the induction of an intense inflammatory process in the lungs of infected animals. In this study, we investigated the role of C5a receptor (C5aR) in bacterial replication and mice resistance on a lethal infection by L. longbeachae. Experiments with animals deficient in the C5a receptor indicate that the animals are protected during a lethal infection by L. longbeachae as compared with-wild type strain, BALB/c. According to these results, a lower bacterial load was detected in the lungs of C5a-/- animals compared with BALB/c animals. Experiments performed with control animals of the same strain demonstrated that C5a-/- differ from C5a+/- animals, which supports the role of this receptor during infection by L. longbeachae. Thus, our data suggest that C5aR signalling pathway contributes to the pathogenesis of the disease in a murine model of infection by L. longbeachae. The mechanisms involved in the pathogenesis mediated by C5a receptor are under investigation.

Legionella longbeachae é uma espécie da família Legionellaceae que é comumente presente no solo em diversas regiões do globo. Uma infecção por L. longbeachae em indivíduos imunocomprometidos causa uma pneumonia severa, frequentemente levando a hospitalização e à morte. A prevalência destas bactérias como causa de pneumonia é grande, e certamente sub-estimada, uma vez que os métodos de diagnóstico convencionais detectam apenas as espécies de Legionella pneumophila. A anafilatoxina C5a è uma proteína inflamatória ativada pelo complemento, a qual é envolvida no recrutamento de células inflamatórias, um processo induzido pelas células da imunidade inata que leva a dano tecidual. Dados recentes gerados no nosso laboratório sugerem que a mortalidade de camundongos após a infecção por L. longbeachae é causada por uma falência pulmonar, associada a indução de um intenso processo inflamatório nos pulmões dos animais infectados. Nesse trabalho, nós investigamos papel do receptor de C5a (C5aR) na replicação bacteriana e na resistência de camundongos diante de uma infecção letal por L. longbeachae. Experimentos realizados com animais deficientes no receptor C5a indicam que os animais são protegidos durante uma infecção letal por L. longbeachae em comparação com animais selvagens, da linhagem BALB/c. De acordo com esses resultados, foi detectada uma menor carga bacteriana nos pulmões dos animais C5a-/- em comparação com animais selvagens. Experimentos realizados com animais controles da mesma linhagem demonstraram que C5a-/- diferem de animais C5a+/-, o que suporta o papel desse receptor durante a infecção por L. longbeachae. Dessa forma, nossos dados sugerem que a sinalização via C5aR contribui para a patogênese da doença em modelo murino da infecção por L. longbeachae. Os mecanismos envolvidos na patogênese mediada pelo receptor C5a encontram-se sob investigação. / Legionella longbeachae is a species of the Legionellaceae family that is commonly present in the soil in various regions of the globe. Infections by L. longbeachae in immunocompromised individuals cause severe pneumonia, often leading to hospitalization and death. The prevalence of L. longbeachae as a cause of pneumonia is large, and certainly under-estimated, mainly because the conventional diagnostic methods only detect Legionella pneumophila species. The anaphylatoxin C5a is an inflammatory protein activated by the complement system, which is involved in the recruitment of inflammatory cells, a process induced by cells of the innate immunity, which leads to tissue damage. Recent data generated in our laboratory suggest that the mortality of mice after infection with L. longbeachae is caused by a lung failure, associated with the induction of an intense inflammatory process in the lungs of infected animals. In this study, we investigated the role of C5a receptor (C5aR) in bacterial replication and mice resistance on a lethal infection by L. longbeachae. Experiments with animals deficient in the C5a receptor indicate that the animals are protected during a lethal infection by L. longbeachae as compared with-wild type strain, BALB/c. According to these results, a lower bacterial load was detected in the lungs of C5a-/- animals compared with BALB/c animals. Experiments performed with control animals of the same strain demonstrated that C5a-/- differ from C5a+/- animals, which supports the role of this receptor during infection by L. longbeachae. Thus, our data suggest that C5aR signalling pathway contributes to the pathogenesis of the disease in a murine model of infection by L. longbeachae. The mechanisms involved in the pathogenesis mediated by C5a receptor are under investigation.

A doença dos legionários consiste em uma broncopneumonia severa e atípica, que acomete de 2 a 7% das pessoas infectadas com Legionella spp e que apresenta taxa de mortalidade que varia de 5 a 30%, sendo considerada uma importante causa de morbidade e mortalidade mundial. A patologia causada pela espécie L. pneumophila tem sido amplamente estudada em modelos experimentais e suas características clínicas foram extensivamente descritas. No entanto, este modelo não representa adequadamente a doença que acomete seres humanos, pois L. pneumophila não é letal aos camundongos como é para humanos. Recentemente, uma nova espécie de bactéria do gênero Legionella, denominada Legionella longbeachae, foi descrita como importante agente de doença dos legionários em países do hemisfério sul. A pneumonia induzida por L. longbeachae em humanos não difere da induzida por L. pneumophila. No entanto, L. longbeachae é letal para camundongos em doses baixas, o que torna esse modelo murino de doença dos legionários mais fidedigno ao que ocorre com humanos. Com a acentuada mudança dos hábitos de nossa sociedade, há o aumento do número de pessoas com fatores que predispõe a doença, como idade elevada ou tratamento imunossupressor. Assim, entender melhor a relação patógeno-hospedeiro no curso da doença dos legionários por meio da utilização de um modelo experimental adequado é importante para a descoberta de novos meios de combater este patógeno. Neste trabalho, geramos uma cepa de L. longbeachae mutante para rpsL, que se torna resistente à estreptomicina. Essa cepa pode ser utilizada para infecções in vivo nas quais a quantificação da CFU foi estimada em placas contendo antibiótico, o que culmina em maior eficiência experimental e menor quantidade de contaminações. Essa cepa foi utilizada em experimentos in vivo para avaliar os componentes do sistema imune que operam na resistência diante de uma dose letal bacteriana administrada pela via intranasal. Demonstramos que camundongos deficientes para as citocinas IFN ou TNF e para o receptor de quimiocinas CCR2 são mais susceptíveis à infecção do que os camundongos selvagens. No entanto, camundongos deficientes para o receptor de quimiocinas CCR5, para o receptor de IL-17, para a citocina IL-6 ou para o receptor citoplasmático NOD2 são mais resistentes à infecção quando comparados com animais selvagens. A descoberta destas moléculas em um modelo de infecção letal in vivo ressalta a importância de alguns componentes da imunidade para a resistência durante a doença dos legionários experimental e possíveis alvos terapêuticos para essa doença. / Legionnaires disease is a severe and atypical bronchopneumonia, which affects 2-7% people infected with Legionella spp and has a mortality rate of 5 to 30%, therefore it is considered an important cause of mortality and morbidity worldwide. Disease caused by Legionella pneumophila has been largely studied in experimental models and its clinical characteristics was extensively described. However this model does not adequately represent the disease that affects humans, because L. pneumophila is not lethal to mice, as it is to humans. Recently, a new species of bacterium from Legionella genus, called Legionella longbeachae, was described as an important agent of Legionnaires disease in the southern hemisphere. The pneumonia induced by L. longbeachae in humans is not different from pneumonia induced by L. pneumophila. However, a low dose of L. longbeachae is lethal to mice, which makes this murine infection model of Legionnaires disease more reliable than that which occurs in humans. Because our society is changing, there is an increase in the number of persons with predisposing factors, like higher age or immunosuppressive treatment. So, a better understanding of host-pathogen relationship by using a suitable experimental model is important to find new ways to fight this pathogen. Here, we generated a strain of rpsL mutant L. longbeachae, which becomes resistant to streptomycin. This strain could be used in in vivo infections, when CFU quantification was estimated in plates with antibiotic, culminating in greater experimental efficiency and lower contamination. This strain was used in in vivo experiments to evaluate components of the immune system that participates in resistance against lethal dose of bacteria administered intranasally. We showed that Tnf-/-, Ifn-/- or Ccr2-/- mice are more susceptible to infection than wild type mice. However Ccr5-/-, Il17r-/-, Il6-/- or Nod2-/- mice are more resistant to infection than wild type animals. The discovery of these molecules in a lethal infection model in vivo highlights the importance of some components of immunity to resistance during experimental Legionnaires disease and potential therapeutic targets to disease.

A doença dos legionários consiste em uma broncopneumonia severa e atípica, que acomete de 2 a 7% das pessoas infectadas com Legionella spp e que apresenta taxa de mortalidade que varia de 5 a 30%, sendo considerada uma importante causa de morbidade e mortalidade mundial. A patologia causada pela espécie L. pneumophila tem sido amplamente estudada em modelos experimentais e suas características clínicas foram extensivamente descritas. No entanto, este modelo não representa adequadamente a doença que acomete seres humanos, pois L. pneumophila não é letal aos camundongos como é para humanos. Recentemente, uma nova espécie de bactéria do gênero Legionella, denominada Legionella longbeachae, foi descrita como importante agente de doença dos legionários em países do hemisfério sul. A pneumonia induzida por L. longbeachae em humanos não difere da induzida por L. pneumophila. No entanto, L. longbeachae é letal para camundongos em doses baixas, o que torna esse modelo murino de doença dos legionários mais fidedigno ao que ocorre com humanos. Com a acentuada mudança dos hábitos de nossa sociedade, há o aumento do número de pessoas com fatores que predispõe a doença, como idade elevada ou tratamento imunossupressor. Assim, entender melhor a relação patógeno-hospedeiro no curso da doença dos legionários por meio da utilização de um modelo experimental adequado é importante para a descoberta de novos meios de combater este patógeno. Neste trabalho, geramos uma cepa de L. longbeachae mutante para rpsL, que se torna resistente à estreptomicina. Essa cepa pode ser utilizada para infecções in vivo nas quais a quantificação da CFU foi estimada em placas contendo antibiótico, o que culmina em maior eficiência experimental e menor quantidade de contaminações. Essa cepa foi utilizada em experimentos in vivo para avaliar os componentes do sistema imune que operam na resistência diante de uma dose letal bacteriana administrada pela via intranasal. Demonstramos que camundongos deficientes para as citocinas IFN ou TNF e para o receptor de quimiocinas CCR2 são mais susceptíveis à infecção do que os camundongos selvagens. No entanto, camundongos deficientes para o receptor de quimiocinas CCR5, para o receptor de IL-17, para a citocina IL-6 ou para o receptor citoplasmático NOD2 são mais resistentes à infecção quando comparados com animais selvagens. A descoberta destas moléculas em um modelo de infecção letal in vivo ressalta a importância de alguns componentes da imunidade para a resistência durante a doença dos legionários experimental e possíveis alvos terapêuticos para essa doença. / Legionnaires disease is a severe and atypical bronchopneumonia, which affects 2-7% people infected with Legionella spp and has a mortality rate of 5 to 30%, therefore it is considered an important cause of mortality and morbidity worldwide. Disease caused by Legionella pneumophila has been largely studied in experimental models and its clinical characteristics was extensively described. However this model does not adequately represent the disease that affects humans, because L. pneumophila is not lethal to mice, as it is to humans. Recently, a new species of bacterium from Legionella genus, called Legionella longbeachae, was described as an important agent of Legionnaires disease in the southern hemisphere. The pneumonia induced by L. longbeachae in humans is not different from pneumonia induced by L. pneumophila. However, a low dose of L. longbeachae is lethal to mice, which makes this murine infection model of Legionnaires disease more reliable than that which occurs in humans. Because our society is changing, there is an increase in the number of persons with predisposing factors, like higher age or immunosuppressive treatment. So, a better understanding of host-pathogen relationship by using a suitable experimental model is important to find new ways to fight this pathogen. Here, we generated a strain of rpsL mutant L. longbeachae, which becomes resistant to streptomycin. This strain could be used in in vivo infections, when CFU quantification was estimated in plates with antibiotic, culminating in greater experimental efficiency and lower contamination. This strain was used in in vivo experiments to evaluate components of the immune system that participates in resistance against lethal dose of bacteria administered intranasally. We showed that Tnf-/-, Ifn-/- or Ccr2-/- mice are more susceptible to infection than wild type mice. However Ccr5-/-, Il17r-/-, Il6-/- or Nod2-/- mice are more resistant to infection than wild type animals. The discovery of these molecules in a lethal infection model in vivo highlights the importance of some components of immunity to resistance during experimental Legionnaires disease and potential therapeutic targets to disease.

Globally disseminated bacterial pathogens frequently cause epidemics that are of major importance in public health. Of particular significance is the capacity for some of these bacteria to switch into a new environment leading to the emergence of pathogenic clones. Understanding the evolution and epidemiology of such pathogens is essential for designing rational ways for prevention, diagnosis and treatment of the diseases they cause. Whole-genome sequencing of multiple isolates facilitating comparative genomics and phylogenomic analyses provides high-resolution insights, which are revolutionizing our understanding of infectious diseases. In this thesis, a range of population genomic analyses are employed to study the molecular mechanisms and the evolutionary dynamics of bacterial pathogen niche adaptation, specifically between humans, animals and the environment. A large-scale population genomic approach was used to provide a global perspective of the host-switching events that have defined the evolution of Staphylococcus aureus in the context of its host-species. To investigate the genetic basis of host-adaptation, we performed genome-wide association analysis, revealing an array of accessory genes linked to S. aureus host-specificity. In addition, positive selection analysis identified biological pathways encoded in the core genome that are under diversifying selection in different host-species, suggesting a role in host-adaptation. These findings provide a high-resolution view of the evolutionary landscape of a model multi-host pathogen and its capacity to undergo changes in host ecology by genetic adaptation. To further explore S. aureus host-adaptive evolution, we examined the population dynamics of this pathogen after a simulated host-switch event. S. aureus strains of human origin were used to infect the mammary glands of sheep, and bacteria were passaged in multiple animals to simulate onward transmission events. Comparative genomics of passaged isolates allowed us to characterize the genetic changes acquired during the early stages of evolution in a novel host-species. Co-infection experiments using progenitor and passaged strains indicated that accumulated mutations contributed to enhanced fitness, indicating adaptation. Within-host population genomic analysis revealed the existence of population bottlenecks associated with transmission and establishment of infection in new hosts. Computational simulations of evolving genomes under regular bottlenecks supported that the fitness gain of beneficial mutations is high enough to overcome genetic drift and sweep through the population. Overall, these data provide new information relating to the critical early events associated with adaptation to novel host-species. Finally, population genomics was used to study the total diversity of Legionella longbeachae from patient and environmental sources and to investigate the epidemiology of a L. longbeachae outbreak in Scotland. We analysed the genomes of isolates from a cluster of legionellosis cases linked to commercial growing media in Scotland and of non-outbreak-associated strains from this and other countries. Extensive genetic diversity across the L. longbeachae species was identified, associated with intraspecies and interspecies gene flow, and a wide geographic distribution of closely related genotypes. Of note, a highly diverse pool of L. longbeachae genotypes within compost samples that precluded the genetic establishment of an infection source was observed. These data represent a view of the genomic diversity of this pathogen that will inform strategies for investigating future outbreaks. Overall, our findings demonstrate the application of population genomics to understand the molecular mechanisms and the evolutionary dynamics of bacterial adaptation to different ecological niches, and provide new insights relevant to other major bacterial pathogens with the capacity to spread between environments.