Linhagens de Escherichia coli enterotoxigênica (ETEC) são consideradas como importante agente de diarréia, principalmente entre crianças e turistas em países em desenvolvimento. Entre os fatores de virulência expressos por ETEC, as enterotoxinas termo-lábil (LT) e termo-estável (ST) representam os mais relevantes fenótipos. Evidências preliminares sugerem que a severidade da diarréia associada a linhagens de ETEC deve refletir a diversidade natural de linhagens selvagens quanto à produção de enterotoxinas e/ou à ocorrência de variantes naturais com efeitos tóxicos reduzidos. No presente trabalho, investigamos diversidade genética do óperon etx, que codifica para a toxina LT, e da capacidade de produção e secreção de LT por linhagens de ETEC isoladas de humanos ou suínos em diferentes regiões geográficas. Os resultados mostraram considerável variabilidade na produção de LT com valores variando de 2 a 2.525 ng de toxina por mL de cultura. Secreção de LT foi também variável com valores variando de menos que 0,04% a 49,5% do total de LT produzida pelas diferentes linhagens de ETEC. Adicionalmente, experimentos de alça ligada em coelho mostraram uma boa correlação entre a quantidade de LT secretada sob condições in vitro e a capacidade de causar acúmulo de fluidos in vivo. Nós determinamos ainda diversidade de ETEC pela obtenção das seqüências dos óperons etxAB de 50 linhagens (LT+ or LT+/ST+) pertencentes a diferentes sorotipos com ênfase para as linhagens produtoras apenas de LT e isoladas de crianças assintomáticas. As seqüências de nucleotídeo completas dos genes etxAB revelaram 23 alterações de aminoácidos nas subunidades A (18) e B (5), as quais geraram 16 variantes de LT. Entre estes variantes de LT, um mostrou efeito tóxico reduzido em comparação à toxina de referência LT1. A forma de LT atenuada (LT4) tem atividade enzimática reduzida devido à troca de aminoácido. / Enterotoxigenic Escherichia coli (ETEC) strains represent an important etiological agent of diarrheal disease, particularly among children and travelers in developing countries. Among the virulence factors expressed by ETEC strains the heat-labile (LT) and heat-stable (ST) enterotoxins represent the most revelevant phenotypes. Indirect evidences suggest that the severity of diarrhea associated to ETEC strains might reflect the natural diversity of wild strains to produce enterotoxins and/or the occurrence of variants endowed with reduced toxic effects. In the present study, we investigated both the genetic diversity of the etx operon, encoding the heat-labile toxin, and the capability to produce/secrete LT by ETEC strains isolated from humans or porcine in different geoghrafic areas. The results showed a remarkable variability on the production of LT with values ranging from 2 to 2,525 ng of toxin per ml of culture. LT secretion was also variable with values ranging from less than 0.04% to 49.5% of total LT produced by the different ETEC strains. Additionally, rabbit ileal loop experiments showed a good correlation between the amounts of secreted LT under in vitro conditions and fluid accumulation in vivo. We determined also the diversity of the etxAB operon of 50 ETEC strains (LT+ or LT+/ST+) belonging to different serotypes with emphasis to LT+-only producing strains isolated from asymptomatic children. The complete nucleotide sequences of the etxAB genes revealed 23 amino acid changes at the A (18) or B (5) subunits, which generated 16 variant forms of LT. Among these LT variants, one of them showed reduced toxic effects in comparison to the reference toxin LT1. The attenuated LT form (LT4) had decreased enzymatic activity due to an amino acid replacement (K4R) at the A1 subunit. LT4 retains its immunogenic and adjuvant properties following nasal immunization. Additionaly, the LT4 variant showed altered immune modulatory features and promoted a more biased Th1 response, which favor activation of effector CD8+ T lymphocytes, to co-administred antigen with regard to LT1. Taken together, our results demonstrate that ETEC strains isolated from human subjects express natural genetic variability leading to a remarkable polymorphism of the etx operon as well as production and secretion of LT. Such natural genetic diversity observed in ETEC strains may affect the host-pathogen relationships and, consequently, contribute to the severity of the disease among infected subjects.

Globalmente ocorrem cerca de 800.000 mortes de crianças menores de cinco anos associadas à diarreia, principalmente na África subsaariana, sul da Ásia e América Latina. Dentre os patógenos causadores de diarreia, Escherichia coli diarreiogênica (DEC) é o agente etiológico bacteriano mais comum, incluindo E. coli enteropatogênica (EPEC) e E. coli produtora da toxina de Shiga e seu subgrupo enterohemorrágica (STEC/EHEC). Os dados epidemiológicos indicam a importância do diagnóstico precoce e sua realização em locais com pouca infraestrutura. Desta forma o objetivo deste trabalho foi o desenvolvimento de um teste rápido, sensível e específico para o diagnóstico de EPEC e STEC/EHEC. Primeiramente, foram definidas diferentes condições do cultivo bacteriano: Dulbecco\'s modified Eagle\'s (DMEM), DMEM contendo 1% de triptona e DMEM pré-condicionado para o cultivo dos isolados de EPEC/EHEC e avaliação da produção/secreção das proteínas secretadas EspA e EspB, utilizando anticorpos monoclonais (MAb) e policlonais (PAb) anti-EspA ou anti-EspB por ELISA indireto. Para a avaliação da liberação das toxinas de Shiga para o sobrenadante do cultivo bacteriano de STEC/EHEC, foram testados diferentes condições de tratamento, o cultivo bacteriano foi tratado com Triton X-100 e o sedimento foi tratado com tampão de lise B-PER utilizando MAb e PAb anti-Stx1 ou anti-Stx2 por ELISA de captura. Subsequentemente, foi desenvolvido e avaliado o teste de aglutinação em látex para a detecção de EspB em isolados de EPEC/EHEC, e Stx1 e Stx2 em isolados de STEC/EHEC. EspB foi definida como biomarcador, o MAb anti-EspB como ferramenta para o diagnóstico de EPEC/EHEC, e a condição ideal para a produção/secreção de EspB foi o cultivo em DMEM. Para o diagnóstico de STEC/EHEC a condição ideal para liberação das toxinas Stx foi o tratamento do cultivo com Triton X-100. Tanto o ELISA, como a aglutinação em látex apresentaram sensibilidades e especificidades exigidas para testes diagnósticos de doenças negligenciadas em países em desenvolvimento e os testes de aglutinação em látex para a detecção destes patógenos foram precisos, rápidos e fáceis de executar, sendo portanto promissores para a utilização em laboratórios com mínima infraestrutura. / There are 800,000 deaths associated with diarrhea worldwide in children under five, and these are mainly in sub-Saharan Africa, Southeast Asia and Latin America. Among the causative pathogens of diarrhea, diarrheagenic Escherichia coli (DEC) is the most common bacterial etiological agent, including enteropathogenic E. coli (EPEC) and Shiga toxin-producing E. coli and its subgroup enterohemorrhagic E. coli (STEC/EHEC). Epidemiological data indicate the importance of early diagnosis and its realization in places with limited resources. Therefore, the objective of this work was to develop a rapid, sensitive and specific test for the diagnosis of EPEC and STEC/EHEC. First, different bacterial growth conditions were evaluated: Dulbecco\'s modified Eagle\'s medium (DMEM) or DMEM containing 1% tryptone, and DMEM pre-conditioned with EPEC/EHEC isolates. The production/secretion of the secreted proteins EspA and EspB was determined by indirect ELISA utilizing anti-EspA or anti-EspB monoclonal (MAb) and polyclonal (PAb) antibodies. Different treatments were tested for their effect on the release of Shiga toxins into the medium of STEC/EHEC bacterial cultures. The bacterial culture supernatant was treated with Triton X-100, and the sediment was treated with B-PER lysis buffer. The toxins release was determined by capture ELISA using anti-Stx1 or anti-Stx2 MAb and PAb. Subsequently, a latex agglutination test was developed and evaluated for the detection of EspB in EPEC/EHEC isolates and of Stx1 and Stx2 in STEC/EHEC isolates. EspB was defined as the biomarker and anti-EspB MAb as the tool for the diagnosis of EPEC/EHEC. The ideal conditions for the production/secretion of EspB were cultivation in DMEM. For the diagnosis of STEC/EHEC, the ideal conditions for the release of Stx were Triton X-100 treatment. ELISA as well as latex agglutination showed the sensitivities and specificities required for diagnostic tests of neglected diseases in developing countries. The latex agglutination test for the detection of these pathogens was precise, rapid and easy to perform, thereby being promising for their utilization in laboratories with limited resources.

Linhagens de Escherichia coli enterotoxigênica (ETEC) são consideradas como importante agente de diarréia, principalmente entre crianças e turistas em países em desenvolvimento. Entre os fatores de virulência expressos por ETEC, as enterotoxinas termo-lábil (LT) e termo-estável (ST) representam os mais relevantes fenótipos. Evidências preliminares sugerem que a severidade da diarréia associada a linhagens de ETEC deve refletir a diversidade natural de linhagens selvagens quanto à produção de enterotoxinas e/ou à ocorrência de variantes naturais com efeitos tóxicos reduzidos. No presente trabalho, investigamos diversidade genética do óperon etx, que codifica para a toxina LT, e da capacidade de produção e secreção de LT por linhagens de ETEC isoladas de humanos ou suínos em diferentes regiões geográficas. Os resultados mostraram considerável variabilidade na produção de LT com valores variando de 2 a 2.525 ng de toxina por mL de cultura. Secreção de LT foi também variável com valores variando de menos que 0,04% a 49,5% do total de LT produzida pelas diferentes linhagens de ETEC. Adicionalmente, experimentos de alça ligada em coelho mostraram uma boa correlação entre a quantidade de LT secretada sob condições in vitro e a capacidade de causar acúmulo de fluidos in vivo. Nós determinamos ainda diversidade de ETEC pela obtenção das seqüências dos óperons etxAB de 50 linhagens (LT+ or LT+/ST+) pertencentes a diferentes sorotipos com ênfase para as linhagens produtoras apenas de LT e isoladas de crianças assintomáticas. As seqüências de nucleotídeo completas dos genes etxAB revelaram 23 alterações de aminoácidos nas subunidades A (18) e B (5), as quais geraram 16 variantes de LT. Entre estes variantes de LT, um mostrou efeito tóxico reduzido em comparação à toxina de referência LT1. A forma de LT atenuada (LT4) tem atividade enzimática reduzida devido à troca de aminoácido. / Enterotoxigenic Escherichia coli (ETEC) strains represent an important etiological agent of diarrheal disease, particularly among children and travelers in developing countries. Among the virulence factors expressed by ETEC strains the heat-labile (LT) and heat-stable (ST) enterotoxins represent the most revelevant phenotypes. Indirect evidences suggest that the severity of diarrhea associated to ETEC strains might reflect the natural diversity of wild strains to produce enterotoxins and/or the occurrence of variants endowed with reduced toxic effects. In the present study, we investigated both the genetic diversity of the etx operon, encoding the heat-labile toxin, and the capability to produce/secrete LT by ETEC strains isolated from humans or porcine in different geoghrafic areas. The results showed a remarkable variability on the production of LT with values ranging from 2 to 2,525 ng of toxin per ml of culture. LT secretion was also variable with values ranging from less than 0.04% to 49.5% of total LT produced by the different ETEC strains. Additionally, rabbit ileal loop experiments showed a good correlation between the amounts of secreted LT under in vitro conditions and fluid accumulation in vivo. We determined also the diversity of the etxAB operon of 50 ETEC strains (LT+ or LT+/ST+) belonging to different serotypes with emphasis to LT+-only producing strains isolated from asymptomatic children. The complete nucleotide sequences of the etxAB genes revealed 23 amino acid changes at the A (18) or B (5) subunits, which generated 16 variant forms of LT. Among these LT variants, one of them showed reduced toxic effects in comparison to the reference toxin LT1. The attenuated LT form (LT4) had decreased enzymatic activity due to an amino acid replacement (K4R) at the A1 subunit. LT4 retains its immunogenic and adjuvant properties following nasal immunization. Additionaly, the LT4 variant showed altered immune modulatory features and promoted a more biased Th1 response, which favor activation of effector CD8+ T lymphocytes, to co-administred antigen with regard to LT1. Taken together, our results demonstrate that ETEC strains isolated from human subjects express natural genetic variability leading to a remarkable polymorphism of the etx operon as well as production and secretion of LT. Such natural genetic diversity observed in ETEC strains may affect the host-pathogen relationships and, consequently, contribute to the severity of the disease among infected subjects.

Globalmente ocorrem cerca de 800.000 mortes de crianças menores de cinco anos associadas à diarreia, principalmente na África subsaariana, sul da Ásia e América Latina. Dentre os patógenos causadores de diarreia, Escherichia coli diarreiogênica (DEC) é o agente etiológico bacteriano mais comum, incluindo E. coli enteropatogênica (EPEC) e E. coli produtora da toxina de Shiga e seu subgrupo enterohemorrágica (STEC/EHEC). Os dados epidemiológicos indicam a importância do diagnóstico precoce e sua realização em locais com pouca infraestrutura. Desta forma o objetivo deste trabalho foi o desenvolvimento de um teste rápido, sensível e específico para o diagnóstico de EPEC e STEC/EHEC. Primeiramente, foram definidas diferentes condições do cultivo bacteriano: Dulbecco\'s modified Eagle\'s (DMEM), DMEM contendo 1% de triptona e DMEM pré-condicionado para o cultivo dos isolados de EPEC/EHEC e avaliação da produção/secreção das proteínas secretadas EspA e EspB, utilizando anticorpos monoclonais (MAb) e policlonais (PAb) anti-EspA ou anti-EspB por ELISA indireto. Para a avaliação da liberação das toxinas de Shiga para o sobrenadante do cultivo bacteriano de STEC/EHEC, foram testados diferentes condições de tratamento, o cultivo bacteriano foi tratado com Triton X-100 e o sedimento foi tratado com tampão de lise B-PER utilizando MAb e PAb anti-Stx1 ou anti-Stx2 por ELISA de captura. Subsequentemente, foi desenvolvido e avaliado o teste de aglutinação em látex para a detecção de EspB em isolados de EPEC/EHEC, e Stx1 e Stx2 em isolados de STEC/EHEC. EspB foi definida como biomarcador, o MAb anti-EspB como ferramenta para o diagnóstico de EPEC/EHEC, e a condição ideal para a produção/secreção de EspB foi o cultivo em DMEM. Para o diagnóstico de STEC/EHEC a condição ideal para liberação das toxinas Stx foi o tratamento do cultivo com Triton X-100. Tanto o ELISA, como a aglutinação em látex apresentaram sensibilidades e especificidades exigidas para testes diagnósticos de doenças negligenciadas em países em desenvolvimento e os testes de aglutinação em látex para a detecção destes patógenos foram precisos, rápidos e fáceis de executar, sendo portanto promissores para a utilização em laboratórios com mínima infraestrutura. / There are 800,000 deaths associated with diarrhea worldwide in children under five, and these are mainly in sub-Saharan Africa, Southeast Asia and Latin America. Among the causative pathogens of diarrhea, diarrheagenic Escherichia coli (DEC) is the most common bacterial etiological agent, including enteropathogenic E. coli (EPEC) and Shiga toxin-producing E. coli and its subgroup enterohemorrhagic E. coli (STEC/EHEC). Epidemiological data indicate the importance of early diagnosis and its realization in places with limited resources. Therefore, the objective of this work was to develop a rapid, sensitive and specific test for the diagnosis of EPEC and STEC/EHEC. First, different bacterial growth conditions were evaluated: Dulbecco\'s modified Eagle\'s medium (DMEM) or DMEM containing 1% tryptone, and DMEM pre-conditioned with EPEC/EHEC isolates. The production/secretion of the secreted proteins EspA and EspB was determined by indirect ELISA utilizing anti-EspA or anti-EspB monoclonal (MAb) and polyclonal (PAb) antibodies. Different treatments were tested for their effect on the release of Shiga toxins into the medium of STEC/EHEC bacterial cultures. The bacterial culture supernatant was treated with Triton X-100, and the sediment was treated with B-PER lysis buffer. The toxins release was determined by capture ELISA using anti-Stx1 or anti-Stx2 MAb and PAb. Subsequently, a latex agglutination test was developed and evaluated for the detection of EspB in EPEC/EHEC isolates and of Stx1 and Stx2 in STEC/EHEC isolates. EspB was defined as the biomarker and anti-EspB MAb as the tool for the diagnosis of EPEC/EHEC. The ideal conditions for the production/secretion of EspB were cultivation in DMEM. For the diagnosis of STEC/EHEC, the ideal conditions for the release of Stx were Triton X-100 treatment. ELISA as well as latex agglutination showed the sensitivities and specificities required for diagnostic tests of neglected diseases in developing countries. The latex agglutination test for the detection of these pathogens was precise, rapid and easy to perform, thereby being promising for their utilization in laboratories with limited resources.