Identification of avian pathogenic E. coli (APEC) genes important for the colonization of the chicken lung and characterization of the novel ExPEC adhesin I
Creators: name: Antão, Esther-Maria
Publisher: name: Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I
Year: 2010
Subjects: subject: Aviäre pathogene E. coli (APEC)
subject: Signature-tagged Mutagenese (STM)
subject: Lungen-Infektionsmodell
subject: ExPEC Adhäsin I (EA/I)
subject: Avian pathogenic E. coli (APEC)
subject: Signature-tagged mutagenesis (STM)
subject: Chicken lung infection model
subject: ExPEC adhesin I (EA/I)
subject: 570 Biowissenschaften, Biologie
subject: 32 Biologie
subject: WF 7300

description: Aviäre pathogene E. coli (APEC) sind extraintestinale Pathogene, die beim Huhn systemische Infektionskrankheiten hervorrufen. Zur Identifizierung Gene, die an der Kolonisierung des Wirtes beteiligt sind, wurde ein Lungen-Infektionsmodell in 5 Wochen alten SPF Hühnern etabliert. In dem Modell wurden 1.800 mittels Signature-tagged-Mutagenese (STM) hergestellten Mutanten des APEC Stamms IMT5155 (O2:K1:H5; ST-Komplex 95) auf ihre Fähigkeit zur Kolonisierung getestet. Die Untersuchung führte zur Identifizierung Gene, einschließlich Adhäsin-, LPS- und Kapsel-bildenden Genen, sowie Genen mit putativer Funktion. Die STM-Analyse erlaubte zudem die Identifizierung eines zuvor nicht charakterisierten putativen Fimbrien-bildenden Adhäsins (Yqi). Das Genprodukt wurde vorläufig als ExPEC Adhäsin I (EA/I) bezeichnet. Eine Deletion des EA/I-Gens führte zu einer Reduzierung der Adhäsionsfähigkeit des Stammes IMT5155 in vitro und in vivo. Eine Komplementierung des EA/I-Gens in trans resultierte in einer Wiederherstellung des Adhäsions¬vermögens in vitro. Das EA/I-Protein (~39 kDa) wurde als Fusionsprotein in vitro exprimiert, und mittels SDS-PAGE und Western Blot nachgewiesen. Durch Überexpression des EA/I-Operons in dem Fimbrien-negativen E. coli-Stamm AAEC189 konnten mittels elektronenmikroskopischer Aufnahmen Fimbrien-bildende Strukturen auf der äußeren Membran dargestellt werden. Das Vorkommen des yqi in den untersuchten extraintestinal pathogenen E. coli (ExPEC), bei gleichzeitigem Fehlen in allen untersuchten intestinal pathogenen E. coli bestätigt die Bezeichnung ExPEC Adhäsin I. Die Prävalenz des EA/I-Gens war am stärksten assoziiert mit Stämmen der B2-Phylogenetische-Gruppe und des ST95-Komplexes des Multi-Lokus-Sequenz-Typisierungs (MLST)-Schemas. Sequenzanalysen ergaben zudem erste Hinweise auf eine positive Selektion des EA/I-Gens innerhalb dieses Komplexes. In der vorliegenden Arbeit gelang somit die Identifizierung und Charakterisierung des neuen ExPEC Adhäsin I.
description: The extraintestinal pathogen, avian pathogenic E. coli (APEC), known to cause systemic infections in chickens, is responsible for large economic losses in the poultry industry. To identify genes, involved adhesion and colonization, a lung colonization model of infection was established in 5-week old specific-pathogen free (SPF) chickens, and Signature-tagged mutagenesis (STM) was applied to this model by generating and screening a total of 1,800 mutants of an APEC strain IMT5155 (O2:K1:H5; ST complex 95). This led to the identification of new genes of interest, including adhesins, genes involved in capsule and LPS formation, and genes of putative function. Among the many genes identified was one coding for a novel APEC fimbrial adhesin (Yqi) not described for its role in APEC pathogenesis. Its gene product was temporarily designated ExPEC Adhesin I (EA/I). Deletion of the ExPEC adhesin I gene resulted in reduced colonization ability by APEC strain IMT5155 both in vitro and in vivo. Complementation of the adhesin gene restored its ability to colonize epithelial cells in vitro. The ExPEC adhesin I protein (~ 39 kDa) was expressed as a fusion protein in vitro as shown by SDS-PAGE and western blotting. Electron microscopy of an afimbriate strain E. coli AAEC189 over-expressed with the putative EA/I gene cluster revealed short fimbrial like appendages protruding out of the bacterial outer membrane. We observed that the adhesin coding gene yqi is prevalent among extraintestinal pathogenic E. coli (ExPEC) isolates and absent in all of the intestinal pathogenic E. coli strains tested, thereby validating the designation of the adhesin as ExPEC Adhesin I. In addition, prevalence of EA/I was most frequently associated with the E. coli phylogenetic group B2 and ST95 complex of the multi locus sequence typing (MLST) scheme, with evidence of a positive selection within this complex. This is the first report of the newly identified and functionally characterized ExPEC adhesin I.