Colibacillosis (diarrhea in piglets caused by Escherichia coli) is the leading killer to piglets. Pathogenic E.coli responsible for this onset is referred as diarrheagenic E.coli. In six defined groups of diarrheagenic E.coli, enterotoxigenic E. coli (ETEC) is an important cause of post weaning diarrhea (PWD) in pigs. ETEC was first recognized by their ability to secrete two defined groups of enterotoxins: heat-stable toxin (STs) and heat-labile enterotoxin (LTs). F4 and F18 fimbriae, the most prevalent adhesins are commonly expressed on porcine ETEC to facilitate bacterial colonization. In addition to enterotoxins and fimbrial adhesins, functions of many other colonization factors are constantly identified. In 2009, EtpA, an exoprotein, was identified in human ETEC and confirmed to interact with a conserved region of flagella. This interaction appears critical for ETEC adherence to human intestinal epithelia. Our current study demonstrated that EtpA gene was also present in some wildtype porcine ETECs. However, a subsequent correlation analysis showed ETEC adherence ability cannot be solely attributed to a single pathogenic feature, such as the expression of enterotoxins, fimbrial adhesins or EtpA protein. It appears that pathogenesis of ETEC is more complicated than previously thought. To study the pathogenesis of ETEC adherence, this project firstly focused on the recognition between cellular glycoconjugates and bacterial adhesins that accounts for the initiation of bacterial adherence. The removal of cellular sialic acid from porcine intestinal epithelia confers a favoured environment for ETEC to enhance binding. Monosaccharides were subsequently utilized as competitive inhibitors in order to determine the recognition sites on ETEC adhesin. Our result suggests that subterminal N-acetylgalactosamine (GalNAc) seems responsible for the recognition of F4ac fimbriae. Also, in all ETECs responsive to monosaccharide treatments, 100% of Neu5Ac saturated ETECs, as well as 80% of Mannose saturated ETECs showed enhanced binding ability to desialylated IPEC-J2 cell monolayers. An earlier proposed model of conformation change in bacterial adhesin was adopted to explain this phenomenon. It is suggested that there is an allosteric effect on ETEC adhesin after first binding where an essential recognition of free Neu5Ac initiates bacterial adherence, and certain sugar, such as fucose or mannose can possibly synergistically function with Neu5Ac on adhesin and contribute to better binding. / La colibacillose (diarrhée causée par Escherichia coli chez le porcelet) constitue la principale cause de décès chez le porcelet. La souche pathogène d'E.coli responsable de ce phénomène est connue sous le nom d'E.coli diarrheagénique. Parmi les six différents groupes identifiés d'E.coli diarrheagéniques, la variété E. coli entérotoxigénique (ETEC) est la cause majeure des diarrhées survenant après le sevrage chez le porc. ETEC a intialement été identifiée pour sa capacité à sécréter 2 groupes distincts d'entérotoxines : l'entérotoxine ST (heat-stable) et l'entérotoxine LT (heat-labile). Il a été démontré que les formes F4 et F18 des fimbriae, adhésines les plus communes, sont communément exprimées dans les ETEC de porcs facilitant ainsi la colonisation bactérienne. En plus des entérotoxines et des adhésines, de nombreux autres facteurs de colonisation sont constamment identifiés. En 2009, EtpA, une exoprotéine, a été identifiée dans des ETECs chez l'humain et son interaction avec la région conservée des flagelles a été confirmée. Cette interaction est primordiale pour l'adhérence des ETECs sur l'épithélium intestinal humain. Notre étude a montré que le gène EtpA est aussi présent dans les ETECs « wildtype » chez le porc. Une analyse de corrélation a révélé que la capacité d'adhérence des ETECs ne peut pas être uniquement attribuée à un seul trait pathogénique tel que l'expression d'entérotoxines, d'adhésines ou d'EptA. Il semble que la pathogénécité des ETECs est très complexe. Dans le but d'étudier les mécanismes d'adhérence des ETECs, ce projet s'est d'abord concentré sur la reconnaissance entre les glycoprotéines des cellules et les adhésines des bactéries, étape cruciale pour l'adhérence bactérienne. Dépriver les cellules de l'épithélium intestinal porcin d'acide sialique a ainsi permis d'augmenter la liaison des ETECs. Différents monosaccharides ont ensuite été utilisés en tant qu'inhibiteurs compétitifs dans le but de déterminer les sites que reconnaissent les adhésines des ETECs. Nos résultats suggèrent que le résidu subterminal N-acétylgalactosamine (GalNAc) semble être reponsable de la reconnaissance de la forme F4ac des fimbriae. De plus, chez toutes les ETECs répondant aux traitements avec les monosaccharides, 100% des ETECs saturées en Neu5Ac ainsi que 80% des ETECs saturés en Mannose ont montré une augmentation de la capacité de liaison sur les monocouches cellulaires IPEC-J2 dépourvues d'acide sialique. Un modèle de changement de conformation des adhésines bactériennes a déjà été proposé et a été accepté pour expliquer ce phénomène. Il a été suggéré qu'un effet allostérique se produirait : après la liaison sur les adhésines des ETECs, où la reconnaissance des sites Neu5Ac libres est essentielle pour initier l'adhérence bactérienne, certains sucres, comme le fucose ou le mannose pourraient agir avec Neu5Ac sur les adhésines et contribuer ainsi à une meilleure liaison.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.107866 |
| Date | January 2012 |
| Creators | Lin, Tsung-Jung |
| Contributors | Xin Zhao (Supervisor) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Master of Science (Department of Animal Science) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses. |
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