Distribution and molecular characterization of cyclomodulins and AB5 cytotoxins procucing Escherichia coli and their bacteriophages  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
81252
Type K
Principal investigator Tóth, István
Title in Hungarian Ciklomodulinokat és AB5 citotoxinokat termelő Escherichia coli törzsek és fágjaik molekuláris jellemzése
Title in English Distribution and molecular characterization of cyclomodulins and AB5 cytotoxins procucing Escherichia coli and their bacteriophages
Keywords in Hungarian citoxinok, E. coli, bakteriofág, horizontális géntranszfer, fágterápia
Keywords in English cytoxins, E. coli, bacteriophages, horizontal gene transfer, phage therapy
Discipline
Veterinary sciences (Council of Complex Environmental Sciences)100 %
Panel Plant and animal breeding
Department or equivalent Institute for Veterinary Medical Research (Centre for Agricultural Research)
Participants Emody, Levente
Nagy, Béla
Starting date 2010-02-01
Closing date 2015-01-31
Funding (in million HUF) 13.710
FTE (full time equivalent) 4.74
state closed project
Summary in Hungarian
Az Escherichia coli törzsek geno- és fenotípusukat illetően egyaránt jelentős mértékben heterogének. A legtöbb törzs a bélcsatorna kommenzális lakója, azonban néhány törzs változatos kórlefolyású megbetegedést képes okozni. Ezek közül is kiemelkednek az enterohaemorrhagiás E. coli O157:H7 (EHEC) és egyéb szerotípusú Shiga toxin (Stx) termelő törzsek, amelyek jellegzetesen zoonotikus enterális pathogének, és világszerte súlyos közegészségügyi problémát jelentenek. Az EHEC törzsek legfontosabb, de a betegség kialakításához nem elegendő virulencia faktorát a Stx jelenti. A közelmúltban vált ismertté, hogy a számos effektor protein és egy új AB5 toxin, a subtiláz (subAB) valamint a sejt ciklust gátló ciklomodulinok is alapvető virulencia faktorai lehetnek az EHEC-nek. Több effektor fehérjét pathogenitási sziget kódol, azonban az effektor fehérje gének zöme fágok genomjában foglal helyet. További EHEC virulenciafaktor lehet a cytolethális duzzasztó toxin (CDT) és a cell cycle inhibiting factor (Cif), a toxinok gének szintén fág génekkel vannak határolva. Jelen pályázatban ezen új toxinok eleterjedtségét vizsgáljuk, és ilyen citotoxikus törzsek molekuláris jellemzését végezzük el. Meghatározzuk a cdt-V operonnak és határoló régióinak a nukleotid sorrendjét egy E. coli O157 törzsben. Vizsgáljuk a fág-kódolta effektor fehérjéknek az expresszióját szövettenyészetekben és állatmodellekben és génjeik átvitelére in vitro és in vivo transzdukciós kísérleteket végzünk. Az izolált virulens fágoknak a diagnosztikai (fágtipizálás) és terápiás potenciálját (fág terápia) kívánjuk meghatározni. Ismert “EHEC-specifikus” fágok marker génjeinek vizsgálatára multiplex PCR rendszert fogunk kifejleszteni. Meghatározzuk legalább egy citotoxikus E. coliból izolált virulens fágnak a genomját.
Summary
Escherichia coli strains are genetically and phenotypically highly heterogeneous. Most strains are commensal inhabitants of the intestines but certain pathogenic E. coli strains cause a wide range of diseases. Among them, enterohaemorrhagic E. coli O157:H7 (EHEC) and other Shiga toxin (Stx) producing strains represent a group of worldwide spead zoonotic enteric pathogens causing significant economic loss. Stx production is essential but not sufficient for EHEC virulence. Additionally an extensive repertoire of effector proteins, a novel AB5 toxin called subtilase toxin (subAB), as well as cell cycle inhibitor cyclomodulins could be also essential for EHEC virulence. Some of these effectors are encoded by LEE pathogenicity island but others are mainly within lambdoid prophages. In addition, the cytolethal distending toxin (CDT) V and the cell cycle inhibiting factor (Cif) are also encoded by phages. For this reason in the present study all these novel cytotoxins will be monitored in a large E. coli collection and the lysogenic capacity of cytotoxigenic E. coli strains will be determined. Cdt-V operon will be cloned and sequenced from E. coli O157. The expression of phage-encoded effectors and toxins will be examined in tissue cultures and in animal models. Phage mediated citotoxin transfer experiments will be conducted in vitro and in vivo. The diagnostic and epidemiological significance of the isolated lytic phages (applicability in phage typing) and a phage sequence based multiplex PCR typing system will also be established and evaluated. The genome of a representative lytic phage will be determined. Finally, the prospective therapeutic potential of the phages will be assesed in mouse models.




 

Final report

  
Results in Hungarian
Vizsgáltuk az entrohaehorrhagiás Escherichia coli (EHEC) kulcs virulencia faktorát jelentő Shiga toxin mellett alkalmanként jelen lévő egyéb citotoxinok (cdt, cif, subA) előfordulását E. coli és Shigella törzsekben. Az Lpf fimbriák jelentőségét és diverzitását tártuk fel E. coli-ban. Elsőként határoztuk meg cdt-V operont tartalmazó P2 profág teljes genom szekvenciáját. Igazoltuk, hogy a CDT-V genotoxikus hatáshoz mindhárom CDT alegység protein szükséges. Elsőként határoztuk meg egy atípusos E. coli O157:H43 törzs teljes genom szekvenciáját. Megállapítottuk, hogy ezen szerotípus törzsei új evolúciós állomást jelenthetnek. E. coli tipizálására alkalmas EHEC O157:H7 Sakai profág (SP) –„specifikus” gén alapú multiplex PCR rendszert alakítottunk ki. Stx1-termelést kódoló új rekombináns fágot azonosítottunk a Sakai törzs esetében. A Podoviridae morfológiájú konvertáló Stx1 fág génjeinek zöme Stx2-termelést kódoló Sp5 eredetű. Multirezisztens (MDR) S. sonnei törzsből izoláltunk egy Stx1-termelést kódoló Myoviridae morfológiájú új konvertáló profágot. Az stx1 gének összetétele megegyezett az elsőként S. dysenteriae-ben azonosított stx gének összetételével. A fággal sikeresen lizogenizáltunk több E. coli K-12 törzset, mely törzsekben az Stx1 fág stabilan fennmaradt és indukálható jellegét megtartotta. Így valószínűsíthető, hogy az stx operon archetípusa horizontális géntranszfer útján terjedve új Stx- termelő törzseket eredményez.
Results in English
Additionally to Shiga toxin, the key virulence factor of EHEC, further cytotoxins (cdt, cif, subA) were investigated in E. coli and Shigella strains. The significance and diversity of long polar fimbria were assessed in E. coli. We were first to determine the whole genome sequence of the P2-like prophage carrying the cdt-V operon. It was verified that all the three CDT subunit proteins are necessary for the genotoxic effect caused by CDT-V. We were first to determine the whole genome sequence of an atypical E. coli O157:H43 strain. It was revealed that strains belonging to this serotype may represent a so far unknown evolutionary stage. We developed a multiplex PCR system suitable for genotyping of E. coli based on O157:H7 Sakai prophage-„specific” genes. We identifed a new recombinant phage encoding Stx1 production from the Sakai strain. The phage shows Podoviridae morphology and the majority of its genes originate from the Stx2-encoding Sp5 prophage. From a multidrug resistant S. sonnei strain we isolated a phage showing Myoviridae morphology and encoding Stx1 production. The nucleotide composition of the stx1 genes was identical to those identified first from S. dysenteriae. Multiple E. coli K-12 strains were successfully lysogenised with this phage, and it proved to be stable and remained inducible. It can be concluded that the archetype of stx operon, by spreading via horizontal gene transfer, can result in new Stx producing strains.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=81252
Decision
Yes





 

List of publications

  
Tóth I, Schneider Gy: Instability of cytolethal distending toxin type IV in an avian pathogenic Escherichai coli, Acta Microbiologica et immunologica Hungarica 58:(Suppl) pp. 108-109, 2011
Sváb D, Tóth I: Allelic types of long polar fimbriae in bovine and human Escherichia coli O157 strains, Acta Veterinaria Hungarica 60 (1): 1-15, 2012
Tóth I, Dobrindt U, Koscsó B, Kósa A, Herpay M, Nagy B.: Genetic and phylogenetic analysis of avian extraintestinal and intestinal Escherichia coli., Acta Microbiol Immunol Hung. 59(3):393-409., 2012
Tóth I: Presence of Sakai phage (Sp) genes and lytic phages of Escherichia coli collection of reference (ECOR) strainsP, 60:(Suppl.) p. 101-102, 2013
Sváb D, Galli L, Horváth B, Maróoti G, Dobrindt U, Torres A G, Rivas M, Tóth I.: The long polar fimbriae operon and its flanking regions in bovine Escherichia coli O157:H43 and STEC O136:H12 strains, Pathogens and Disease 68, 1–7,, 2013
Sváb D, Horváth B, Maróti G, Dobrindt U, Tóth I.: Sequence variability of P2-like phage genomes carrying the cytolethal distending toxin V operon in Escherichia coli O157, Appl. Environ. Microbiol., 79. 4958-4964, 2013
Sváb D, Horváth B, Szűcs A, Maróti G, Tóth I: Draft genome sequence of an Escherichia coli O157:H43 strain isolated from cattle, Genome Announc., 1. e00263-13, 2013
Nógrády N, Király M, Borbás K, Tóth Á, Pászti J, Tóth I: Antimicrobial resistance and genetic characteristics of integron-carrier shigellae isolated in Hungary (1998–2008), Journal of Medical Microbiology 62, 1545–1551, 2013
Sváb D L: Szarvasmarha eredetű atípusos Escherichia coli O157 törzsek virulenciafaktorainak genetikai háttere, Szent István Egyetem Állatorvos-tudományi Doktori Iskola, 2014
Tóth I, Sváb D: Cell cycle modulating cytotxins produced by Escherichia coli, Pathogenic Escherichia coli: Molecular and cellular Microbiology 117-138, Editor Morabito S; Caister Academic Press, 2014
Taieb F, Sváb D, Watrin C, Oswald E, Tóth I: Cytolethal distending toxin A, B and C subunit proteins are necessary for the genotoxic effect of Escherichia coli CDT-V, Acta Veterinaria Hungarica 63 (1), 1–10, 2015
Sváb D, Bálint B, Maróti G, Tóth I: A novel transducible chimeric phage from Escherichia coli O157:H7 Sakai strain encoding Stx1 production, Infection, Genetics and Evolution 29, 42–47, 2015
Tóth I, Nougayrede J-P, Dobrindt U, Oswald E: Cytolethal distending toxins in Escherichia coli, Abstract füzet, Pathogenomics Conference, Pécs, 2010
Tóth I, Schneider Gy: Instability of cytolethal distending toxin type IV in an avian pathogenic Escherichai coli, Abstact füzet, Magyar Mikrobiológia Társaság Nagyggyűláse, Keszthely, 2010
Tóth I: Presence of Sakai phage (Sp) genes and lytic phages of Escherichia coli collection of reference (ECOR) strainsP, MMT Absztraktfüzet, p. 61-62, 2012
Sváb D, Tóth I: Allelic types of long polar fimbriae in bovine and human Escherichia coli O157 strains, Acta Veterinaria Hungarica 60 (1): 1-15, 2012
Sváb D., Tóth I.: Cytolethal distending toxin V (cdt-V) operon is flanked by P2-like phage elements in bovine Escherichia coli O157, Acta Microbiologica et Immunologica Hungarica 58 (Supplement) p. 218, 2011
Tóth I, Dobrindt U, Koscsó B, Kósa A, Herpay M, Nagy B.: Genetic and phylogenetic analysis of avian extraintestinal and intestinal Escherichia coli., Acta Microbiol Immunol Hung. 59(3):393-409., 2012
Sváb D, Dobrindt U, Tóth I: Cloning and Sequencing Cytolethal Distending Toxin V (cdt-V) Operon and Its Flanking Regions in an Atypical Bovine Escherichia coli O157:H43 Strain, ZOONOSES AND PUBLIC HEALTH 59:(Issue Supplement s1) p. 46., 2012
Zahorán Renáta: Reprezentatív Escherichia coli kollekció genotípusos és fenotípusos analízise, ELTE, TTK, Biológiai Intézet, 2012
Sváb D, Horváth B, Maróti G, Tóth I: Cytolethal distending toxin (cdt-V) is carried by a P2-like prophage in an atypical bovine Escherichia coli O157:H43 straincv, MMT Absztraktfüzet, p. 51., 2012
Svab D, Galli L, Horvath B, Maroti G, Dobrindt U, Torres A G, Rivas M, Tóth I.: The long polar fimbriae operon and its flanking regions in bovine Escherichia coli O157:H43 and STEC O136:H12 strains, Pathogens and Disease 68, 1–7,, 2013
Sváb D, Horváth B, Maróti G, Dobrindt U, Tóth I.: Sequence variability of P2-like phage genomes carrying the cytolethal distending toxin V operon in Escherichia coli O157, Appl. Environ. Microbiol., 79. 4958-4964, 2013
Sváb D, Horváth B, Szűcs A, Maróti G, Tóth I: Draft genome sequence of an Escherichia coli O157:H43 strain isolated from cattle, Genome Announc., 1. e00263-13, 2013
Sváb D, Tóth I: Citoletális duzzasztó toxinok állatra és emberre patogén Escherichia coliban, Magyar Állatorv. Lapja, 135. 367-375, 2013
Nógrády N, Király M, Borbás K, Tóth Á, Pászti J, Tóth I: Antimicrobial resistance and genetic characteristics of integron-carrier shigellae isolated in Hungary (1998–2008), Journal of Medical Microbiology 62, 1545–1551, 2013



Back »