Enterohaemorrhagic E. coli O103:H25 modulates expression of LEE-encoded virulence genes in response to direct cell-cell contact with the gut commensal Bacteroides thetaiotaomicron

Abstract

Enterohemorrhagic Escherichia coli (EHEC) is a foodborne pathogen of the colon that causes disease with varying severity. Symptoms range from mild diarrhea to hemolytic uremic syndrome (HUS), which at worst can be fatal. In 2006 there was a severe outbreak of EHEC serotype O103:H7 NIPH-11060424 in Norway, with an especially high occurrence of HUS indicating high virulence. When EHEC enters the intestine it comes in contact with the endogenous commensal microbiota, which causes interactions between commensals and pathogen. These interactions affect EHEC’s gene regulation, and thus impact how the pathogen reacts in the intestine. The commensal microbiota usually plays an important role in the body's defenses against pathogenic microorganisms, but it appears that some pathogenic, such as EHEC, have found ways to exploit the endogenous intestinal microbiota to promote virulence. In earlier work there has been detected an elevated gene expression in EHEC’s Locus of enterocyte effaccement(LEE) pathogenicity island (PAI), when it was co-cultured in the presence of the gut commensal Bacteroides thetaiotaomicron (B. theta). Some findings indicated that it might be adhesion between the species that was responsible for the increased gene expression, and this thesis was therefore devoted to examine if physical cell to cell contact could be the reason for the elevated expression in the adhesion related genes. Among the methods used was comparative quantitative PCR analysis of samples of EHEC co-cultures with mainly B. theta as a secondary species, under various conditions. The results from the experiments strengthened the cell-cell contact hypothesis, but also illustrated how different EHEC serotypes can react differently to interspecies contact and culture conditions.

Enterohemorrhagisk Eschericha. coli (EHEC) er en matbåren tykktarmspatogen som forårsaker sykdom med varierende alvorlighetsgrad. Symptomene kan variere fra mild diaré til hemolytisk uremisk syndrom (HUS), som i verste fall kan være dødelig. I 2006 var det et alvorlig utbrudd av EHEC serotype O103:H7 NIPH-11060424 i Norge, med en spesielt høy forekomst av HUS som tydet på høy virulens. Når EHEC entrer tarmen kommer den i kontakt med den endogene kommensale mikrobiotaen, som fører til interaksjoner mellom kommensaler og patogen. Disse interaksjonene påvirker EHECs genregulering, og påvirker således hvordan EHEC reagerer i tarmen. Den kommensale mikrobiotaen spiller vanligvis en viktig rolle i kroppens forsvar mot sykdomsfremkallende mikroorganismer, men det ser ut til at noen patogene, slik som EHEC, har funnet måter å utnytte den endogene mikrobiotaen for å fremme virulens. I tidligere arbeider har det blitt oppdaget et forhøyet genuttrykk i EHECs Locus of enterocyte effaccement (LEE) patogenitetsøy (PAI), når den ble dyrket i samkultur med den kommensale tarmbakterien Bacteroides thetaiotaomicron (B. theta). Noen funn indikerte at det kan være adhesjon mellom artene som er ansvarlig for denne økningen i genuttrykk, og denne oppgaven ble derfor viet til å undersøke om fysisk celle til celle kontakt kan være årsaken til økningen av ekspresjon i disse genene som er forbundet med adhesjon. Blant metodene som ble benyttet var komparativ kvantitativ PCR analyse av prøver med EHEC i samkultur med hovedsakelig B. theta som sekundær art, under forskjellige betingelser. Resultatene fra forsøkene styrket hypotesen om celle til celle kontakt, men illustrerte også hvordan ulike EHEC serotyper kan reagere forskjellig på kontakt med andre arter og dyrkningsforhold.