Virulence variety and hybrid strains of diarrheagenic Escherichia coli in Finland and Burkina Faso

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-2625-2
Title: Virulence variety and hybrid strains of diarrheagenic Escherichia coli in Finland and Burkina Faso
Author: Nyholm, Outi
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Agriculture and Forestry, Department of Food and Environmental Sciences
National Institute for Health and Welfare, Department of Infectious Diseases, Bacterial Infections Unit
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2016-11-04
Language: en
Belongs to series: Dissertationes Schola Doctoralis Scientiae Circumiectalis, Alimentariae, Biologicae - URN:ISSN:2342-5431
URI: http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-2625-2
http://hdl.handle.net/10138/167779
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Abstract: Diarrheagenic Escherichia coli (DEC) strains cause diarrheal diseases and related sequelae in humans. They are important foodborne pathogens that cause significant public health problems worldwide, especially in developing countries, due to poor hygiene and inadequate health care. DEC can be divided into five pathogroups based on their distinctive virulence factors: Shigatoxigenic E. coli (STEC), enteropathogenic E. coli (EPEC), enterotoxigenic E. coli (ETEC), enteroinvasive E. coli (EIEC) and enteroaggregative E. coli (EAEC). The virulence traits of different DEC pathogroups are responsible for diverse intestinal infection symptoms ranging from mild diarrhea to more severe disease such as hemorrhagic colitis and hemolytic uremic syndrome. STEC is considered to be the most dangerous pathogroup because of the severe disease it may cause. E. coli are able to acquire virulence genes through horizontal gene transfer. This originally established the different pathogroups. However, it can also lead to the emergence of novel hybrid strains that possess a mixture of the pathogroup-specific virulence factors. The aim of this thesis was to study the variety of virulence genes of DEC and hybrids of STEC and other DEC. The occurrence and characteristics of hybrid pathogroups of STEC and other DEC were studied in Finland in human and non-human (animal, food, environmental) STEC strain collections. Burkina Faso in West Africa was observed as a model country for DEC occurrence in the developing world. Raw meats sold at local markets in Burkina Faso were screened for the presence of virulence markers for DEC. STEC strains and hybrid strains in raw meats were subsequently isolated, characterized, and compared with the strains appearing in other countries. Genetic background and the virulence combination of hybrid DEC strains was further investigated using whole genome sequencing (WGS) and comparative genomics. Furthermore, the usefulness of WGS as a novel tool for STEC typing was evaluated. Hybrids of STEC and ETEC pathogroups were found both in Finland and Burkina Faso from two climatically and socioeconomically distant countries. Among Finnish human patients and food production animals, STEC/ETEC hybrids were present. In Burkina Faso, STEC/ETEC hybrids were found in raw meat products. In addition, Burkinabe retail meats were found to be heavily contaminated with STEC and other DEC, reflecting poor food hygiene and the common occurrence of potential human pathogens in Burkina Faso. STEC isolated in Burkina Faso were diverse according to their virulence characteristics and serotypes, with similar being associated with human disease. Genomic comparison of the Finnish and Burkinabe STEC/ETEC hybrid strains indicated several virulence genes and that the strains originate from different phylogenetic lineages among E. coli, suggesting their independent emergence. The study indicated that WGS can be used to replace the phenotype-based and gene-based typing methods in STEC typing. The multiple virulence factors, especially the ability to produce several cytotoxins and to adhere to intestinal epithelial cells, may increase the virulence of hybrid E. coli for humans. This may result in more severe disease in a patient and increased spreading potential. Hybrid E. coli should be considered as emerging pathogens, which may have serious consequences for public health. Hybrids of STEC and other DEC should be taken into account in surveillance, and suitable diagnostic methods for their detection and typing should be developed. By applying modern food protection practices, such as the cold chain and decent meat processing hygiene, the common occurrence of DEC may be decreased in retail meats in Burkina Faso as it has been in Finland and other industrialized countries.Suolistopatogeeniset Escherichia coli -bakteerit eli ripulikolit aiheuttavat ihmiselle suolistoinfektioita ja niihin liittyviä jälkitauteja. Ripulikolit ovat tärkeitä elintarvikevälitteisiä taudinaiheuttajia, jotka aiheuttavat maailman laajuisen kansanterveysongelman, jonka seuraukset ovat vakavimmat kehitysmaissa heikon hygienian ja riittämättömän terveydenhuollon takia. Ripulikolit voidaan jakaa viiteen eri patogeenisuusryhmään erilaisten taudinaiheuttamis- eli virulenssiominaisuuksien perusteella: Shigatoksiinia tuottava E. coli (STEC, josta Suomessa puhutaan myös nimellä enterohemorraaginen E. coli eli EHEC), enteropatogeeninen E. coli (EPEC), enterotoksigeeninen E. coli (ETEC), enteroinvasiivinen E. coli (EIEC) ja enteroaggregatiivinen E. coli (EAEC). Eri ryhmät aiheuttavat erilaisia oireita aina lievästä ripulista vakavampiin taudinkuviin kuten veriripuliin ja hemolyyttis-ureemiseen oireyhtymään. STEC-ryhmää pidetään vaarallisimpana, koska se aiheuttaa vakavimpia oireita. E. coli -bakteerit voivat saada uusia virulenssiin vaikuttavia geenejä horisontaalisen geenien siirtymisen avulla. Tämä prosessi on alunperin johtanut toisistaan poikkeavien patogeenisuusryhmien kehittymiseen. Se voi kuitenkin synnyttää myös uudentyyppisiä hybridikantoja, joilla on samalla kertaa useampien eri ryhmien virulenssitekijöitä. Tämän tutkimuksen tarkoitus oli selvittää ripulikolien virulenssigeenien moninaisuutta ja hybridikantojen esiintymistä. STEC-ryhmän ja muiden ripulikoliryhmien hybridien esiintymistä ja ominaisuuksia tutkittiin Suomessa hyödyntäen potilaskantojen ja eläin-, elintarvike- ja ympäristökantojen kokoelmia. Länsi-Afrikassa sijaitseva Burkina Faso oli mallimaana ripulikolien esiintymisen tutkimisessa kehitysmaissa. Ripulikolien esiintymistä tutkittiin toreilla myytävissä lihatuotteissa Burkina Fasossa. Lihatuotteissa olevia STEC-kantoja ja hybridikantoja eristettin ja niiden ominaisuuksia verrattiin muualla esiintyviin kantoihin. Kokogenomisekvensointia (WGS) ja vertailevaa genomiikkaa hyödyntämällä tutkittiin tarkemmin hybridikantojen geneettistä taustaa ja virulenssitekijöiden yhdistelmiä. Lisäksi tutkimuksessa arvoitiin WGS:n käyttöä STEC-tyypityksen uutena menetelmänä. STEC- ja ETEC-ryhmän ominaisuuksilla varustettuja hybridikantoja löytyi sekä Suomesta että Burkina Fasosta eli kahdesta ilmastoltaan ja sosio-ekonomisilta tekijöiltään erilaisesta maasta. Suomessa potilailla ja tuotantoeläimillä todettiin STEC/ETEC-hybridikantoja. Burkina Fasossa STEC/ETEC-kantoja oli raaoissa lihatuotteissa. Lisäksi burkinalaisissa lihatuotteissa havaittiin suuri määrä STEC-bakteereja ja muita ripulikoleja, mikä viittaa heikkoon elintarvikehygienian tasoon ja potentiaalisten taudinaiheuttajien yleiseen esiintymiseen Burkina Fasossa. Lihoista eristetyillä STEC-kannoilla oli monenlaisia virulenssigeeniyhdistelmiä ja ne olivat montaa eri serotyyppiä. Samankaltaisia kantoja on aikaisemmin eristetty sairastuneilta potilailta. Genomiikkatutkimukset paljastivat monenlaisia virulenssi-geeniyhdistelmiä ja sen, että hybridikannat ovat mahdollisesti kehittyneet itsenäisesti eivätkä muodosta yhtä fylogeneettistä linjaa E. coli -bakteerien sukupuussa. Tutkimus osoitti, että WGS-menetelmällä voidaan korvata nykyisiä ilmiasuun ja geenintunnistukseen perustuvia STEC-bakteerin tyypitysmenetelmiä. Yhdistelmä eri virulenssitekijöitä, etenkin kyky tuottaa useita toksiineja ja tarttua suoliston epiteelisoluihin, saattaa lisätä kannan kykyä aiheuttaa tautia ihmiselle. Taudinkuva saattaa myös olla vaikeampi ja kannoilla voi olla tehokkaampi kyky levitä väestössä. Hybridimuotoisten kantojen ilmaantuminen voi aiheuttaa kansanterveydellisiä uhkia. Ripulikolien seurannasssa pitäisikin kehittää uudentyyppisiä menetelmiä hybridikantojen havaitsemiseen ja tyypittämiseen. Ruokaturvallisuutta edistävät modernit toimintatavat, kuten kylmäketju ja kunnollinen elintarvikehygienia lihan prosessoinnissa, yleistyessään voisivat pienentää ripulikolien määrää elintarvikkeissa Burkina Fasossa kuten käytännöt Suomessa ja muissa teollisuusmaissa osoittavat.
Subject: mikrobiologia
Rights: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
Virulenc.pdf 4.150Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record