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.

Neste trabalho foi estuda a interação da E. coli patogênica aviária (APEC), agente etiológico da colibacilose aviária, e células não fagocitárias. A APEC é uma ExPEC (E. coli extra-intestinais), grupo que também inclui a UPEC (E. coli uropatogênica) e a NMEC (E. coli de meningite neonatal). Foi analisado o comportamento de 8 cepas APEC - MT78, IMT2470, A2363, UEL31, UEL13, UEL17, IMT5155, UEL29 - frente a duas linhagens de células não-fagocitárias, fibroblastos aviários CEC-32 e células endoteliais humanas EAhy926. Foi realizada a genotipagem de 33 genes associados à virulência, verificou-se capacidade de associação (adesão e invasão), de invasão e de multiplicação intracelular, de citotoxicidade e de ativação das caspases 3/7 das cepas após infecção de fibroblastos aviários. Foi observado que enquanto todas as cepas foram capazes de aderir aos fibroblastos aviários, somente a cepa MT78 foi capaz de invadí-los em níveis comparáveis à bactéria invasiva Salmonella Typhymurium SL1344. As cepas APEC não induziram ativação de capases 3/7, nem foram citotóxicas aos fibroblastos. Uma vez que a cepa invasiva, MT78, e a não invasiva, IMT2470, apresentam genótipos de virulência muito similares, foi realizado o estudo da expressão por RT-PCR dos genes de virulência da bactéria crescida com e sem fibroblastos aviários, por 3 h. Os resultados mostraram a expressão de adesinas, sideróforos e protectinas/estruturas de resistência ao soro para ambas as cepas na ausência e presença de fibroblastos. A análise da expressão dos genes fimH, ompA, ibeA e gimB pela técnica RT-qPCR revelou a repressão do gene fimH na MT78, mas indução do mesmo na IMT2470. Já as invasinas, gimB e ibeA, estavam induzidas em MT78 e reprimidas em IMT2470, enquanto o gene ompA estava sendo expresso em ambas as cepas. A expressão das invasinas gimB e ibeA explica em parte o fenótipo invasivo da MT78. No presente estudo também foi analisado o comportamento das 8 cepas APEC em relação ao perfil de associação, invasão e multiplicação intracelular ao infectarem células EAhy926. As cepas não mostraram capacidade de invadir as células mas apresentaram um nível de associação muito superior ao dos fibroblastos aviários (até 14 vezes superior para algumas cepas). Este trabalho mostrou que o ensaio in vitro com CEC-32 é um modelo adequado para o estudo da interação celular entre APEC e células eucarióticas e agregou mais conhecimento sobre o patotipo. / In this work the interaction between avian pathogenic E. coli (APEC), the etiological agent of avian colibacillosis, and non-phagocytic cells was studied. APEC is an ExPEC (extraintestinal E. coli), a group that also includes UPEC (uropathogenic E. coli) and NMEC (E. coli neonatal meningitis). We analysed the behavior of 8 APEC strains - MT78, IMT2470, A2363, UEL31, UEL13, UEL17, IMT5155, UEL29 - against two non-phagocytic cell lines, avian fibroblasts (CEC-32) and human endothelial cells (Eahy926). Strains were genotyped for 33 virulence associated genes, and investigated the association capacity (adhesion and invasion), the invasion ability, intracellular multiplication, cytotoxicity and activation of caspases 3/7 of the strains after infecting avian fibroblasts. While all strains were able to adhere to avian fibroblasts, only the strain MT78 was able to invade them at levels comparable to the invasive bacterium Salmonella Typhymurium SL1344. APEC strains could not induce activation of caspases 3/7, nor were cytotoxic to fibroblasts. Since the invasive MT78 and the non-invasive IMT2470 strains presented very similar virulence genotypes, the expression of virulence genes of the bacteria grown in the absence and presence of avian fibroblasts by 3 h was analysed by RT-PCR. Results showed the expression of adhesins, siderophores and protectins/serum resistance structures for both strains in the two culture conditions, with and without fibroblasts. Analysis of the expression of fimH, ompA, ibeA and gimB by RT-qPCR revealed the repression of fimH in MT78, but the induction in IMT2470. In relation to ibeA and gimB invasins, they were induced in MT78 but repressed in IMT2470, while the ompA gene was expressed in both strains. The expression of invasins partly explains the invasive phenotype of MT78. It was also analysed the behaviour of the strains in relation to the association profile, invasion and intracellular multiplication when infecting EAhy926 human endothelial cells. The strains showed no ability to invade endothelial cells but showed a high level of association (up to 14 times higher than for fibroblasts cells for some strains). This study showed that the CEC-32 in vitro model is suitable for the study of cellular interaction between APEC and eukaryotic cells, and added more knowledge about the pathotype.

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.

Neste trabalho foi estuda a interação da E. coli patogênica aviária (APEC), agente etiológico da colibacilose aviária, e células não fagocitárias. A APEC é uma ExPEC (E. coli extra-intestinais), grupo que também inclui a UPEC (E. coli uropatogênica) e a NMEC (E. coli de meningite neonatal). Foi analisado o comportamento de 8 cepas APEC - MT78, IMT2470, A2363, UEL31, UEL13, UEL17, IMT5155, UEL29 - frente a duas linhagens de células não-fagocitárias, fibroblastos aviários CEC-32 e células endoteliais humanas EAhy926. Foi realizada a genotipagem de 33 genes associados à virulência, verificou-se capacidade de associação (adesão e invasão), de invasão e de multiplicação intracelular, de citotoxicidade e de ativação das caspases 3/7 das cepas após infecção de fibroblastos aviários. Foi observado que enquanto todas as cepas foram capazes de aderir aos fibroblastos aviários, somente a cepa MT78 foi capaz de invadí-los em níveis comparáveis à bactéria invasiva Salmonella Typhymurium SL1344. As cepas APEC não induziram ativação de capases 3/7, nem foram citotóxicas aos fibroblastos. Uma vez que a cepa invasiva, MT78, e a não invasiva, IMT2470, apresentam genótipos de virulência muito similares, foi realizado o estudo da expressão por RT-PCR dos genes de virulência da bactéria crescida com e sem fibroblastos aviários, por 3 h. Os resultados mostraram a expressão de adesinas, sideróforos e protectinas/estruturas de resistência ao soro para ambas as cepas na ausência e presença de fibroblastos. A análise da expressão dos genes fimH, ompA, ibeA e gimB pela técnica RT-qPCR revelou a repressão do gene fimH na MT78, mas indução do mesmo na IMT2470. Já as invasinas, gimB e ibeA, estavam induzidas em MT78 e reprimidas em IMT2470, enquanto o gene ompA estava sendo expresso em ambas as cepas. A expressão das invasinas gimB e ibeA explica em parte o fenótipo invasivo da MT78. No presente estudo também foi analisado o comportamento das 8 cepas APEC em relação ao perfil de associação, invasão e multiplicação intracelular ao infectarem células EAhy926. As cepas não mostraram capacidade de invadir as células mas apresentaram um nível de associação muito superior ao dos fibroblastos aviários (até 14 vezes superior para algumas cepas). Este trabalho mostrou que o ensaio in vitro com CEC-32 é um modelo adequado para o estudo da interação celular entre APEC e células eucarióticas e agregou mais conhecimento sobre o patotipo. / In this work the interaction between avian pathogenic E. coli (APEC), the etiological agent of avian colibacillosis, and non-phagocytic cells was studied. APEC is an ExPEC (extraintestinal E. coli), a group that also includes UPEC (uropathogenic E. coli) and NMEC (E. coli neonatal meningitis). We analysed the behavior of 8 APEC strains - MT78, IMT2470, A2363, UEL31, UEL13, UEL17, IMT5155, UEL29 - against two non-phagocytic cell lines, avian fibroblasts (CEC-32) and human endothelial cells (Eahy926). Strains were genotyped for 33 virulence associated genes, and investigated the association capacity (adhesion and invasion), the invasion ability, intracellular multiplication, cytotoxicity and activation of caspases 3/7 of the strains after infecting avian fibroblasts. While all strains were able to adhere to avian fibroblasts, only the strain MT78 was able to invade them at levels comparable to the invasive bacterium Salmonella Typhymurium SL1344. APEC strains could not induce activation of caspases 3/7, nor were cytotoxic to fibroblasts. Since the invasive MT78 and the non-invasive IMT2470 strains presented very similar virulence genotypes, the expression of virulence genes of the bacteria grown in the absence and presence of avian fibroblasts by 3 h was analysed by RT-PCR. Results showed the expression of adhesins, siderophores and protectins/serum resistance structures for both strains in the two culture conditions, with and without fibroblasts. Analysis of the expression of fimH, ompA, ibeA and gimB by RT-qPCR revealed the repression of fimH in MT78, but the induction in IMT2470. In relation to ibeA and gimB invasins, they were induced in MT78 but repressed in IMT2470, while the ompA gene was expressed in both strains. The expression of invasins partly explains the invasive phenotype of MT78. It was also analysed the behaviour of the strains in relation to the association profile, invasion and intracellular multiplication when infecting EAhy926 human endothelial cells. The strains showed no ability to invade endothelial cells but showed a high level of association (up to 14 times higher than for fibroblasts cells for some strains). This study showed that the CEC-32 in vitro model is suitable for the study of cellular interaction between APEC and eukaryotic cells, and added more knowledge about the pathotype.

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.

Neste trabalho foi estuda a interação da E. coli patogênica aviária (APEC), agente etiológico da colibacilose aviária, e células não fagocitárias. A APEC é uma ExPEC (E. coli extra-intestinais), grupo que também inclui a UPEC (E. coli uropatogênica) e a NMEC (E. coli de meningite neonatal). Foi analisado o comportamento de 8 cepas APEC - MT78, IMT2470, A2363, UEL31, UEL13, UEL17, IMT5155, UEL29 - frente a duas linhagens de células não-fagocitárias, fibroblastos aviários CEC-32 e células endoteliais humanas EAhy926. Foi realizada a genotipagem de 33 genes associados à virulência, verificou-se capacidade de associação (adesão e invasão), de invasão e de multiplicação intracelular, de citotoxicidade e de ativação das caspases 3/7 das cepas após infecção de fibroblastos aviários. Foi observado que enquanto todas as cepas foram capazes de aderir aos fibroblastos aviários, somente a cepa MT78 foi capaz de invadí-los em níveis comparáveis à bactéria invasiva Salmonella Typhymurium SL1344. As cepas APEC não induziram ativação de capases 3/7, nem foram citotóxicas aos fibroblastos. Uma vez que a cepa invasiva, MT78, e a não invasiva, IMT2470, apresentam genótipos de virulência muito similares, foi realizado o estudo da expressão por RT-PCR dos genes de virulência da bactéria crescida com e sem fibroblastos aviários, por 3 h. Os resultados mostraram a expressão de adesinas, sideróforos e protectinas/estruturas de resistência ao soro para ambas as cepas na ausência e presença de fibroblastos. A análise da expressão dos genes fimH, ompA, ibeA e gimB pela técnica RT-qPCR revelou a repressão do gene fimH na MT78, mas indução do mesmo na IMT2470. Já as invasinas, gimB e ibeA, estavam induzidas em MT78 e reprimidas em IMT2470, enquanto o gene ompA estava sendo expresso em ambas as cepas. A expressão das invasinas gimB e ibeA explica em parte o fenótipo invasivo da MT78. No presente estudo também foi analisado o comportamento das 8 cepas APEC em relação ao perfil de associação, invasão e multiplicação intracelular ao infectarem células EAhy926. As cepas não mostraram capacidade de invadir as células mas apresentaram um nível de associação muito superior ao dos fibroblastos aviários (até 14 vezes superior para algumas cepas). Este trabalho mostrou que o ensaio in vitro com CEC-32 é um modelo adequado para o estudo da interação celular entre APEC e células eucarióticas e agregou mais conhecimento sobre o patotipo. / In this work the interaction between avian pathogenic E. coli (APEC), the etiological agent of avian colibacillosis, and non-phagocytic cells was studied. APEC is an ExPEC (extraintestinal E. coli), a group that also includes UPEC (uropathogenic E. coli) and NMEC (E. coli neonatal meningitis). We analysed the behavior of 8 APEC strains - MT78, IMT2470, A2363, UEL31, UEL13, UEL17, IMT5155, UEL29 - against two non-phagocytic cell lines, avian fibroblasts (CEC-32) and human endothelial cells (Eahy926). Strains were genotyped for 33 virulence associated genes, and investigated the association capacity (adhesion and invasion), the invasion ability, intracellular multiplication, cytotoxicity and activation of caspases 3/7 of the strains after infecting avian fibroblasts. While all strains were able to adhere to avian fibroblasts, only the strain MT78 was able to invade them at levels comparable to the invasive bacterium Salmonella Typhymurium SL1344. APEC strains could not induce activation of caspases 3/7, nor were cytotoxic to fibroblasts. Since the invasive MT78 and the non-invasive IMT2470 strains presented very similar virulence genotypes, the expression of virulence genes of the bacteria grown in the absence and presence of avian fibroblasts by 3 h was analysed by RT-PCR. Results showed the expression of adhesins, siderophores and protectins/serum resistance structures for both strains in the two culture conditions, with and without fibroblasts. Analysis of the expression of fimH, ompA, ibeA and gimB by RT-qPCR revealed the repression of fimH in MT78, but the induction in IMT2470. In relation to ibeA and gimB invasins, they were induced in MT78 but repressed in IMT2470, while the ompA gene was expressed in both strains. The expression of invasins partly explains the invasive phenotype of MT78. It was also analysed the behaviour of the strains in relation to the association profile, invasion and intracellular multiplication when infecting EAhy926 human endothelial cells. The strains showed no ability to invade endothelial cells but showed a high level of association (up to 14 times higher than for fibroblasts cells for some strains). This study showed that the CEC-32 in vitro model is suitable for the study of cellular interaction between APEC and eukaryotic cells, and added more knowledge about the pathotype.

Escherichia coli patogênica aviária (APEC) é a causa de doenças extra-intestinais em aves, que se manifestam na forma de doenças localizadas ou infecções sistêmicas, gerando grandes perdas econômicas para a indústria aviária. O objetivo desse trabalho foi estudar isolados de APEC do sul do Brasil em relação à resistência a agentes antimicrobianos; a prevalência de fatores associados à virulência; a tipagem filogenética e o perfil filogenético. Na avicultura, os agentes antimicrobianos são muito utilizados na prevenção de infecções e na forma de promotores de crescimento. Foram utilizadas 41 isolados de E. coli obtidos de infecções sistêmicas e 144 isolados de celulite, utilizando o método de difusão com discos. Isolados APEC apresentaram baixos níveis de resistência, com excessão da tetraciclina e das sulfonamidas; e para isolados de colissepticemia, também foi observado uma resistência aos antimicrobianos que atuam na parede celular (ampicilina, cefalotina, bacitracina e ceftiofur). Vários fatores de virulência têm sido investigados em cepas APEC, os que têm sido mais frequentemente associados com a patogenicidade são as fímbrias de aderência F1 e Tsh (hemaglutinina sensível à temperatura); o sistema sideróforo aerobactina, a proteína iss (increased serum survival), a cápsula K e a produção de colicina V. Foram realizadas reações da polimerase em cadeia multiplex (PCR), testando um total de 33 fatores nos isolados APEC. Os fatores relacionados a adesão, sideróforos e resistência ao soro foram presentes em todas as amostras. Os fatores que apresentaram maior prevalência nas amostras foram, fimC, ompA, crlA e traT. A tipagem filogenética foi realizada através do método descrito por Clermont et al., (2000), que permite separar os isolados em 4 grupos filogenéticos principais (A, B1, B2 e D). Observamos a maior presença de isolados APEC pertencentes ao grupo D, tanto para celulite quanto para colissepticemia. A análise do perfil filogenético foi realizada pelo método ARDRA, que é baseado na variação da região do espaçamento intergênico (ISR) na região 16S-23S do DNA ribossômico. Os resultados foram analisados formando um dendrograma que mostra a proximidade filogenética dos isolados, indicando que não foi possível separar os clones de celulite dos de colissepticemia e não existem clones endêmicos nas regiões analisadas. Os resultados obtidos no presente estudo, fornecem um panorama geral da resistência aos agentes antimicrobianos, prevalência dos fatores de virulência, tipagem filogenética e perfil filogenético encontrados nos isolados de E. coli aviária do sul do Brasil de infecções de colissepticemia e celulite. / extra-intestinal infections in poultry, called colibacilose, and cause great economic losses to the poultry industry. The aim of this work was to examine APEC strains, isolated from avian cellulitis and colisepticemic chickens from South Brazil, for antibiotic resistance, presence of virulence-associated genes (VAGs), phylogenetic typing and phylogenetic analyses. In poultry, antibiotics are routinely used to prevent infection and promote growth. We analyzed the susceptibility to 15 antibiotics in 144 E. coli isolates collected from cellulitis lesions and in 41 isolates from septicemic chickens. APEC isolates have shown low levels of resistance excepting tetracycline and sulphonamides, and colisepticemic isolates were resistant to antibiotics that act in the cell wall, such as ampicilin, cephalotin, ceftiofur and bacitracin. The virulence factors most frequently associated with APEC pathogenicity are the adhesins F1 and Tsh (Temperature sensitive hemagglutinin), the iron acquisition system aerobactin, the protein Iss (increased serum survival), K1 capsule and production of colicin V. To investigate the presence of VAGs in the isolates, we performed multiplex polymerase chain reactions to test 33 virulence factors. Virulence factors related to adhesion, iron acquisition and serum resistance were present in almost all strains. The factors fimC, ompA, crlA and traT were the most frequent in APEC isolates. The phylogenetic typing were done using the Clermont et al. (2000) method, which classifies E. coli strains into four main phylogenetic groups (A, B1, B2, and D). Our phylogenetic typing has shown that cellulitis and colisseptisemic isolates were more related to group D. Amplified ribossomal restriction analysis (ARDRA) was performed in colissepticemic and celullitis isolates from broiler chickens from Southern Brasil. The similarity among isolates were observed with a dendrogram based on the band pattern. Our results have shown that clones of celullitis and colissepticemic isolates could not be distinguished and there is no endemic clones in regions observed analised. The results of the present work give us a panorama of the susceptibility to antibiotics, virulence factors, phylogenetic typing and phylogenetic analyses currently found in APEC isolates from severe lesions of cellulites and colibacillosis in south Brazil. Besides that, these analyses could be helpful for monitoring and preventing outbreakes of colibacilosis. Controling the first stages of the disease and detecting more prevalent clones in this region may reduce the incidence of the disease.

Escherichia coli é um bacilo Gram-negativo, anaeróbico facultativo e de distribuição cosmopolita. E. coli coloniza o intestino de humanos e outros animais endotérmicos logo após o nascimento, estabelecendo-se como um importante membro da microbiota intestinal. Algumas cepas de E. coli podem adquirir fatores de virulência, assumindo assim, uma natureza patogênica, como é o caso das E. coli patogênicas extraintestinais (ExPEC). As cepas ExPEC apresentam a capacidade de colonizar e se disseminar em diversos nichos no hospedeiro, e são divididas em UPEC (E. coli uropatogênica), NMEC (E. coli causadora de meningite neonatal) e APEC (E. coli patogênica para aves). UPEC, NMEC e APEC compartilham fatores associados à virulência. Para serem aptas a causar doença, cepas ExPEC devem apresentar pelo menos um fator associado à adesão, um fator para captação de ferro (sideróforo) e um fator de resistência ao soro, podendo, também, apresentar genes que codificam toxinas e invasinas. Embora sejam conhecidos muitos fatores de virulência associados à patogenicidade de cepas ExPEC, a regulação da expressão de tais fatores ainda não foi elucidada. Fumarato-nitrato-redutase (FNR) é uma proteína que atua como regulador global, agindo como um sensor da presença de oxigênio em bactérias gramnegativas. Já foi demonstrado que FNR está relacionada à regulação da virulência de bactérias patogênicas como Shigella flexneri e Salmonella enterica serovar Typhimurium. Este trabalho teve como objetivo a análise epidemiológica e caracterização de cepas APEC, bem como a investigação do controle da expressão de fatores associados à virulência de ExPEC pelo regulador global FNR. Os resultados da análise epidemiológica das cepas APEC mostram o perfil de resistência aos agentes antimicrobianos, a prevalência dos fatores de virulência e dos grupos filogenéticos (de acordo com a classificação EcoR) e a relação filogenética dos isolados, fornecendo um panorama da caracterização de E. coli patogênicas aviárias de lesões severas de celulite e de infecção sistêmica oriundas da região sul do Brasil. Em relação ao FNR, este estudo mostrou a influência deste regulador sobre importantes fatores associados à virulência, estando envolvido no controle de várias etapas do estabelecimento da infecção por cepas ExPEC. A deleção de fnr na cepa UPEC CFT 073 reduziu a motilidade, a expressão das fimbrias tipo I e tipo P, reduziu a expressão da hemolisina e controlou a expressão da ilha de patogenicidade do α- cetoglutarato. Além disso, a deleção de fnr fez tornou as bactérias incapazes de invadir células dos rins e da bexiga e de causar doença in vivo em camundongos de 6 semanas. FNR também foi capaz de controlar as etapas da infecção por NMEC 56. Uma vez deletado, as bactérias perderam a capacidade de causar bacteremia, de crescer no fluido cerebrospinal e de causar doença in vivo em ratos de 5 dias de idade. A deleção de fnr em APEC O1 resultou na diminuição da expressão da proteína OmpT plasmidial, da fímbria do tipo I e do auto-transportador AatA. A principal contribuição deste trabalho foi demonstrar que FNR atua na regulação da expressão de importantes fatores associados à virulência de cepas ExPEC (UPEC, NMEC e APEC), sendo importante para o estabelecimento da infecção por essas cepas. Neste trabalho, verificamos que, além da função já conhecida de regular os genes envolvidos na manutenção de um meio anaeróbico, FNR também atua no controle de genes associados à virulência de cepas ExPEC, refletindo na capacidade de causar doença que tais cepas apresentam. / Escherichia coli is a Gram-negative bacillus, facultative anaerobic and has cosmopolitan distribution. E. coli colonizes the intestine of humans and other endothermic animals immediately after birth, establishing as an important member of the intestinal microbiota. Some strains of E. coli can acquire virulence factors thereby assuming a pathogenic nature, as in the case of extraintestinal pathogenic E. coli (ExPEC). ExPEC strains have the ability to colonize and spread out in different niches of the host, and are divided into UPEC (uropathogenic E. coli), NMEC (newborn meningitis E. coli) and APEC (avian pathogenic E. coli). UPEC, NMEC and APEC share virulence factors. To be able to cause disease, ExPEC strains must produce virulence factors required for adherence, for iron uptake (siderophore) and for resistance to serum and may also contain genes encoding toxins and invasins. Although many virulence factors associated with the pathogenicity of ExPEC strains are known, the regulation of the expression of these factors has not yet been fully elucidated. Fumarate nitrate reductase (FNR) is a global regulatory protein, acting as a sensor of oxygen in Gram- negative bacteria. It has been shown that FNR relates virulence of pathogenic bacteria such as Shigella flexneri and Salmonella enterica serovar Typhimurium. The aim of this study was to do an epidemiological analysis and characterization of APEC strains as well as the investigation of regulation of ExPEC’s virulence factors by the global FNR regulator. The results of epidemiological analysis of APEC strains showed the profile of antimicrobial resistance , the prevalence of virulence factors and phylogenetic groups (according to the EcoR group) and the phylogenetic relationship of the isolates, providing an overview of the characterization of avian pathogenic E. coli causing severe cellulitis lesions and systemic infection originating from southern Brazil. In relation to FNR, this study showed the influence of this important regulator of virulence factors that is involved in controlling various stages of establishment of infection by ExPEC strains. Deletion of fnr in UPEC strain CFT 073 reduced motility and expression of type I and type P fimbriae, reduced the expression of hemolysin and control the expression of the pathogenicity island of α -ketoglutarate. Furthermore, fnr mutant strains were unable to invade cells of kidney and bladder, and to colonize the urinary tract of 6 weeks-old mice. FNR was also able to control the stages of infection of NMEC 56. The fnr mutant lost its ability to cause bacteremia, grow in cerebrospinal fluid, cause disease in 5 days old rats. Deletion of fnr in APEC O1 resulted in decreased expression of genes corresponding to the plasmid encoded OmpT protein, type I fimbriae and autotransporter AatA. The main contribution of this work was to demonstrate that FNR regulates expression of important virulence factors of ExPEC strains (UPEC, NMEC and APEC), which is important for the establishment of infection by these strains. In this work, we found that, besides the already known function in regulating genes involved in maintaining an anaerobic environment, FNR also acts in the control of virulenceassociated genes of ExPEC strains, reflecting the ability of these strains to cause disease.

Escherichia coli patogênica aviária (APEC) é a causa de doenças extra-intestinais em aves, que se manifestam na forma de doenças localizadas ou infecções sistêmicas, gerando grandes perdas econômicas para a indústria aviária. O objetivo desse trabalho foi estudar isolados de APEC do sul do Brasil em relação à resistência a agentes antimicrobianos; a prevalência de fatores associados à virulência; a tipagem filogenética e o perfil filogenético. Na avicultura, os agentes antimicrobianos são muito utilizados na prevenção de infecções e na forma de promotores de crescimento. Foram utilizadas 41 isolados de E. coli obtidos de infecções sistêmicas e 144 isolados de celulite, utilizando o método de difusão com discos. Isolados APEC apresentaram baixos níveis de resistência, com excessão da tetraciclina e das sulfonamidas; e para isolados de colissepticemia, também foi observado uma resistência aos antimicrobianos que atuam na parede celular (ampicilina, cefalotina, bacitracina e ceftiofur). Vários fatores de virulência têm sido investigados em cepas APEC, os que têm sido mais frequentemente associados com a patogenicidade são as fímbrias de aderência F1 e Tsh (hemaglutinina sensível à temperatura); o sistema sideróforo aerobactina, a proteína iss (increased serum survival), a cápsula K e a produção de colicina V. Foram realizadas reações da polimerase em cadeia multiplex (PCR), testando um total de 33 fatores nos isolados APEC. Os fatores relacionados a adesão, sideróforos e resistência ao soro foram presentes em todas as amostras. Os fatores que apresentaram maior prevalência nas amostras foram, fimC, ompA, crlA e traT. A tipagem filogenética foi realizada através do método descrito por Clermont et al., (2000), que permite separar os isolados em 4 grupos filogenéticos principais (A, B1, B2 e D). Observamos a maior presença de isolados APEC pertencentes ao grupo D, tanto para celulite quanto para colissepticemia. A análise do perfil filogenético foi realizada pelo método ARDRA, que é baseado na variação da região do espaçamento intergênico (ISR) na região 16S-23S do DNA ribossômico. Os resultados foram analisados formando um dendrograma que mostra a proximidade filogenética dos isolados, indicando que não foi possível separar os clones de celulite dos de colissepticemia e não existem clones endêmicos nas regiões analisadas. Os resultados obtidos no presente estudo, fornecem um panorama geral da resistência aos agentes antimicrobianos, prevalência dos fatores de virulência, tipagem filogenética e perfil filogenético encontrados nos isolados de E. coli aviária do sul do Brasil de infecções de colissepticemia e celulite. / extra-intestinal infections in poultry, called colibacilose, and cause great economic losses to the poultry industry. The aim of this work was to examine APEC strains, isolated from avian cellulitis and colisepticemic chickens from South Brazil, for antibiotic resistance, presence of virulence-associated genes (VAGs), phylogenetic typing and phylogenetic analyses. In poultry, antibiotics are routinely used to prevent infection and promote growth. We analyzed the susceptibility to 15 antibiotics in 144 E. coli isolates collected from cellulitis lesions and in 41 isolates from septicemic chickens. APEC isolates have shown low levels of resistance excepting tetracycline and sulphonamides, and colisepticemic isolates were resistant to antibiotics that act in the cell wall, such as ampicilin, cephalotin, ceftiofur and bacitracin. The virulence factors most frequently associated with APEC pathogenicity are the adhesins F1 and Tsh (Temperature sensitive hemagglutinin), the iron acquisition system aerobactin, the protein Iss (increased serum survival), K1 capsule and production of colicin V. To investigate the presence of VAGs in the isolates, we performed multiplex polymerase chain reactions to test 33 virulence factors. Virulence factors related to adhesion, iron acquisition and serum resistance were present in almost all strains. The factors fimC, ompA, crlA and traT were the most frequent in APEC isolates. The phylogenetic typing were done using the Clermont et al. (2000) method, which classifies E. coli strains into four main phylogenetic groups (A, B1, B2, and D). Our phylogenetic typing has shown that cellulitis and colisseptisemic isolates were more related to group D. Amplified ribossomal restriction analysis (ARDRA) was performed in colissepticemic and celullitis isolates from broiler chickens from Southern Brasil. The similarity among isolates were observed with a dendrogram based on the band pattern. Our results have shown that clones of celullitis and colissepticemic isolates could not be distinguished and there is no endemic clones in regions observed analised. The results of the present work give us a panorama of the susceptibility to antibiotics, virulence factors, phylogenetic typing and phylogenetic analyses currently found in APEC isolates from severe lesions of cellulites and colibacillosis in south Brazil. Besides that, these analyses could be helpful for monitoring and preventing outbreakes of colibacilosis. Controling the first stages of the disease and detecting more prevalent clones in this region may reduce the incidence of the disease.

Escherichia coli é um bacilo Gram-negativo, anaeróbico facultativo e de distribuição cosmopolita. E. coli coloniza o intestino de humanos e outros animais endotérmicos logo após o nascimento, estabelecendo-se como um importante membro da microbiota intestinal. Algumas cepas de E. coli podem adquirir fatores de virulência, assumindo assim, uma natureza patogênica, como é o caso das E. coli patogênicas extraintestinais (ExPEC). As cepas ExPEC apresentam a capacidade de colonizar e se disseminar em diversos nichos no hospedeiro, e são divididas em UPEC (E. coli uropatogênica), NMEC (E. coli causadora de meningite neonatal) e APEC (E. coli patogênica para aves). UPEC, NMEC e APEC compartilham fatores associados à virulência. Para serem aptas a causar doença, cepas ExPEC devem apresentar pelo menos um fator associado à adesão, um fator para captação de ferro (sideróforo) e um fator de resistência ao soro, podendo, também, apresentar genes que codificam toxinas e invasinas. Embora sejam conhecidos muitos fatores de virulência associados à patogenicidade de cepas ExPEC, a regulação da expressão de tais fatores ainda não foi elucidada. Fumarato-nitrato-redutase (FNR) é uma proteína que atua como regulador global, agindo como um sensor da presença de oxigênio em bactérias gramnegativas. Já foi demonstrado que FNR está relacionada à regulação da virulência de bactérias patogênicas como Shigella flexneri e Salmonella enterica serovar Typhimurium. Este trabalho teve como objetivo a análise epidemiológica e caracterização de cepas APEC, bem como a investigação do controle da expressão de fatores associados à virulência de ExPEC pelo regulador global FNR. Os resultados da análise epidemiológica das cepas APEC mostram o perfil de resistência aos agentes antimicrobianos, a prevalência dos fatores de virulência e dos grupos filogenéticos (de acordo com a classificação EcoR) e a relação filogenética dos isolados, fornecendo um panorama da caracterização de E. coli patogênicas aviárias de lesões severas de celulite e de infecção sistêmica oriundas da região sul do Brasil. Em relação ao FNR, este estudo mostrou a influência deste regulador sobre importantes fatores associados à virulência, estando envolvido no controle de várias etapas do estabelecimento da infecção por cepas ExPEC. A deleção de fnr na cepa UPEC CFT 073 reduziu a motilidade, a expressão das fimbrias tipo I e tipo P, reduziu a expressão da hemolisina e controlou a expressão da ilha de patogenicidade do α- cetoglutarato. Além disso, a deleção de fnr fez tornou as bactérias incapazes de invadir células dos rins e da bexiga e de causar doença in vivo em camundongos de 6 semanas. FNR também foi capaz de controlar as etapas da infecção por NMEC 56. Uma vez deletado, as bactérias perderam a capacidade de causar bacteremia, de crescer no fluido cerebrospinal e de causar doença in vivo em ratos de 5 dias de idade. A deleção de fnr em APEC O1 resultou na diminuição da expressão da proteína OmpT plasmidial, da fímbria do tipo I e do auto-transportador AatA. A principal contribuição deste trabalho foi demonstrar que FNR atua na regulação da expressão de importantes fatores associados à virulência de cepas ExPEC (UPEC, NMEC e APEC), sendo importante para o estabelecimento da infecção por essas cepas. Neste trabalho, verificamos que, além da função já conhecida de regular os genes envolvidos na manutenção de um meio anaeróbico, FNR também atua no controle de genes associados à virulência de cepas ExPEC, refletindo na capacidade de causar doença que tais cepas apresentam. / Escherichia coli is a Gram-negative bacillus, facultative anaerobic and has cosmopolitan distribution. E. coli colonizes the intestine of humans and other endothermic animals immediately after birth, establishing as an important member of the intestinal microbiota. Some strains of E. coli can acquire virulence factors thereby assuming a pathogenic nature, as in the case of extraintestinal pathogenic E. coli (ExPEC). ExPEC strains have the ability to colonize and spread out in different niches of the host, and are divided into UPEC (uropathogenic E. coli), NMEC (newborn meningitis E. coli) and APEC (avian pathogenic E. coli). UPEC, NMEC and APEC share virulence factors. To be able to cause disease, ExPEC strains must produce virulence factors required for adherence, for iron uptake (siderophore) and for resistance to serum and may also contain genes encoding toxins and invasins. Although many virulence factors associated with the pathogenicity of ExPEC strains are known, the regulation of the expression of these factors has not yet been fully elucidated. Fumarate nitrate reductase (FNR) is a global regulatory protein, acting as a sensor of oxygen in Gram- negative bacteria. It has been shown that FNR relates virulence of pathogenic bacteria such as Shigella flexneri and Salmonella enterica serovar Typhimurium. The aim of this study was to do an epidemiological analysis and characterization of APEC strains as well as the investigation of regulation of ExPEC’s virulence factors by the global FNR regulator. The results of epidemiological analysis of APEC strains showed the profile of antimicrobial resistance , the prevalence of virulence factors and phylogenetic groups (according to the EcoR group) and the phylogenetic relationship of the isolates, providing an overview of the characterization of avian pathogenic E. coli causing severe cellulitis lesions and systemic infection originating from southern Brazil. In relation to FNR, this study showed the influence of this important regulator of virulence factors that is involved in controlling various stages of establishment of infection by ExPEC strains. Deletion of fnr in UPEC strain CFT 073 reduced motility and expression of type I and type P fimbriae, reduced the expression of hemolysin and control the expression of the pathogenicity island of α -ketoglutarate. Furthermore, fnr mutant strains were unable to invade cells of kidney and bladder, and to colonize the urinary tract of 6 weeks-old mice. FNR was also able to control the stages of infection of NMEC 56. The fnr mutant lost its ability to cause bacteremia, grow in cerebrospinal fluid, cause disease in 5 days old rats. Deletion of fnr in APEC O1 resulted in decreased expression of genes corresponding to the plasmid encoded OmpT protein, type I fimbriae and autotransporter AatA. The main contribution of this work was to demonstrate that FNR regulates expression of important virulence factors of ExPEC strains (UPEC, NMEC and APEC), which is important for the establishment of infection by these strains. In this work, we found that, besides the already known function in regulating genes involved in maintaining an anaerobic environment, FNR also acts in the control of virulenceassociated genes of ExPEC strains, reflecting the ability of these strains to cause disease.