병원성 Escherichia coli에서 toxin-antitoxin system의 분포 및 역할

하나경,최은나,이은진 한국미생물학회 2021 미생물학회지 Vol.57 No.1

Toxin-antitoxin (TA) system is a genetic module that includes two genes encoding a toxin and its cognate antitoxin respectively. Toxins arrest bacterial growth by inhibiting multiple cellular processes including replication, transcription, and translation, and antitoxins neutralize the toxicity of cognate toxins. Recent genomic and bioinformatics studies have discovered many toxin-antitoxin systems, some of which are involved in bacterial virulence. As Escherichia coli has been recognized its contribution to studying the ecosystem and public health, its pathovar strains have also received attention in the molecular research. The purpose of this review is to summarize the distribution of TA system in pathogenic and non-pathogenic strain of E. coli. Uropathogenic E. coli strain CFT073, adherent-invasive E. coli strain NRG857c, and non-pathogenic E. coli strain K-12 substr. MG1655 were selected for the comparison of TA system’s distribution and function. Through analysis, we found that only the type II TA system of the three E. coli strains showed a significant difference in terms of distribution. Thus, 17 type II system of CFT073, 14 type II TA system of NRG857c, and 14 type II system of K-12 substr. MG1655 were discussed further in this review. Toxin-antitoxin (TA) system은 세균의 증식을 정지시키는 toxin 유전자와 toxin의 독성을 중화하는 antitoxin 유전자로 구성된 유전적 단위이다. 최근 유전체 서열분석 기술과 생물 정보학의 발달로 인해 많은 TA system들이 발견되었다. 그와 동시에 일부 TA system이 세균의 독성과 관련이 있다는 것이 확인되면서 병원성 미생물의 연구에 있어서 TA system의 중 요성이 크게 증가하게 되었다. Escherichia coli는 동물의 소 화관에 서식하며, 외부 환경에서도 생존할 수 있는 조건 혐기성균이므로 다양한 숙주 내에서 공존하며 살아가고 있고, 따 라서 생태계에 있어서 중요한 역할을 하므로 E. coli 병원성 변 이주들의 연구에도 많은 관심이 집중되어 있다. 본 총설에서 는 E. coli 병원성 변이주와 비병원성 균주를 비교하기 위해 uropathogenic E. coli 균주 CFT073, adherent-invasive E. coli 균주 NRG857c 그리고 비병원성 E. coli 균주 K-12 substr. MG1655를 선정하여 분포 및 기작을 비교 분석하였다. TA system의 분포를 비교하였을 때 type II TA system만이 균주들 사이에 큰 차이를 보였다. 따라서 UPEC CFT073의 type II TA system 17개, AIEC NRG857c의 type II TA system 14개, K-12 substr. MG1655의 type II TA system 14개의 분포와 기능에 관 하여 좀 더 자세히 논의하였다.

소아 요로감염의 원인 Escherichia coli 균의 계통분류와 독성인자 분석

김지목 ( Ji Mok Kim ),조은영 ( Eun Young Cho ),이재호 ( Jae Ho Lee ) 대한소아감염학회 2015 Pediatric Infection and Vaccine Vol.22 No.3

목적: 요로감염은 소아에서 흔한 세균 감염이며, Escherichia coli 가 주요 원인균이다. 본 연구는 우리나라에서 소아 요로감염을 일으키는 E. coli 의 계통 분류와 독성인자를 분석하고자 하였다 방법: 2010년 10월부터 2013년 4월까지 요로감염으로 입원한 33명의 소아 환자로부터 검출된 E. coli균주를 대상으로 하였다. 중합효소연쇄반응을 통해 E. coli 의 계통 분류 및 5가지 독성인자(fimH , sfa ,papA , hylA , and cnf1 )를 조사하였다. E. coli 의 분자유전학적 특징을 환자의 임상적 진단과 동반된방광요관 역류에 따라 분석하였다. 결과: 대부분의 요로병원성 E. coli 는 계통 분류에서 B2군(84.8%)에 속했으며, 나머지는 모두 D군(15.2%)에 해당되었다. 독성인자는 fimH (100%), sfa (100%), hylA (63.6%), cnfI (63.6%), 그리고 papA (36.4%)의 분포를 보였다. 임상 진단에 따른 계통 분류에서 급성 신우신염의 경우 B2군이 92.3%, D군이 7.7%를 나타냈으며, 방광염에서는 B2군에서 57.1%, D2군은 42.9%였다. 독성인자는 양 군에서 비슷하게 분포하였다. 급성 신우신염에서 방광요관 역류의 유무에 따른 계통 분류의 분포에는 차이가 없었으나, 독성인자의 경우 papA 유전자가 방광요관 역류가 동반되지 않은 군에서보다 방광요관 역류 군에서 적게 나타났다(43.8% vs. 20.0%, P =0.399). 결론: 본 연구는 국내 소아 요로감염의 원인 E. coli 균주의 분자유전학적 역학 자료를 제시하였으며, 이 결과는 향후 소아 요로감염의 발생 기전을 이해하는 데 기초가 될 것으로 생각된다. Purpose: Urinary tract infection (UTI) is a common bacterial infection in children and Escherichia coli is a predominant pathogen. The purpose of this study is to evaluate phylogenetic groups and virulence factors of E. coli causing UTI in children in Korea. Methods: From October 2010 to April 2013, urinary E. coli strains were isolated from the 33 pediatric patients of UTI. Multiplex polymerase chain reactions were performed to evaluate the phylogenetic groups and 5 virulence factor genes (fimH, sfa, papA, hylA, and cnf1) of E. coli . Distribution of molecular characteristics of E. coli was analyzed by clinical diagnosis and accompanying vesicoureteral reflux (VUR). Results: Most (84.8%) uropathogenic E. coli were belonged to phylogenetics group B2 and the others (15.2%) were belonged to group D. The virulence factors were distributed as: fimH (100%), sfa (100%), hylA (63.6%), cnfI (63.6%), and papA (36.4%). According to clinical diagnosis, phylogenetic distribution of E. coli strain was 92.3% of B2 and 7.7% of D in acute pyelonephritis and 57.1% of B2 and 42.9% of D in cystitis. Distribution of virulence factors was similar in both groups. In patients with acute pyelonephritis, phylogenetic distribution was similar in VUR and non-VUR group, but proportion of papA genes were lower in VUR group than that of non-VUR group (43.8% vs. 20.0%, P =0.399). Conclusions: This study provides current epidemiologic molecular data of E. coli causing pediatric UTI in Korea and will be a fundamental for understanding the pathogenesis of pediatric UTI.

소아설사 환아에서의 Escherichia coli O157 분리

송원근,김현태,이규만,차재국,이건희,Song, Wonkeun,Kim, Hyoun Tae,Lee, Kyu Man,Cha, Jae Kook,Lee, Kon Hee 대한소아감염학회 1997 Pediatric Infection and Vaccine Vol.4 No.1

목 적 : Escherichia coli (E. coli) O157은 설사, 출혈성대장염 등을 일으키며, 드물게 용혈성 요독증후군까지 일으키는 세균이다. 미국이나 유럽에서는 세균성설사의 2~3번째로 흔한 원인균이다. 우리나라는 이 세균감염이 거의 없는것으로 알려져 왔으나, 우리나라도 점차 햄버거와 같은 간이음식의 섭취가 늘어나, 이 세균감염이 생겼을 가능성이 있을 것으로 사료되어, 향후 이 세균에 대한 통상적인 변배양 검사의 필요성 여부를 알아보고자 하였다. 방 법 : 1996년 3월부터 1997년 2월까지 6개월 이상된 소아설사 환아의 변배양 검체를 대상으로 하였다. Sorbitol-MacConkey 한천에 배양한 후 형성된 집락 중 무색 집락을 대상으로 E. coli로 동정된 것을 E. coli O157 라텍스 응집검사를 실시하여 응집이 되면 양성으로 판독하였다. 결 과 : 총 317 검체중 11월에 1 검체 (0.3%)에서 Shiga 독소를 생성하지 않는 E. coli O157:NM이 분리되었다. 7세 남아로 2일간의 복통과 1일간의 설사 및 구토를 주소로 입원 한 후 특별한 치료없이 2일후 증상이 호전되어 퇴원하였다. 결 론 : 검사된 모든 대변 검체중 한 검체 (0.3%)만이 E. coli O157이 분리되었으나 Shiga 독소를 생성하지 않는 군주였다. 따라서 이 세균의 분리를 위한 통상적인 변배양 검사는 아직 불필요한 것으로 사료되었다. Purpose : Escherichia coli O157 can produce diarrhea as well as hemorrhagic colitis and hemolytic uremic syndrome. In many parts of North America, E. coli O157 often is the second or third most commonly isolated enteric bacterial pathogens. Recently, intakes of fast food, including hamburgers have increased in Korea. Therefore, E. coli O157 infection in Korea are likely to be increased. Methods : Stool samples from 317 pediatric diarrheal patients were analyzed by culture on sorbitol-MacConkey agar. Sorbitol-negative colonies were teated by E. coli O157 latex agglutination test. Results : Of the 317 specimens, one (0.3%) were E. coli O157:NM that not produced Shiga toxin. The 7 year old male patient who had complained of abdominal pain, vomiting and non-bloody diarrhea for 2 days. The patient was improved for 2 days after admission. Conclusions 1 Only one (0.3%) of all fecal samples were isolated E. coli O157 that not produced Shiga toxin. Therefore, routine stool culture for the isolation of E. coli O157 was not likely to be neccessary so far.

5년 동안 혈액에서 배양된 Escherichia coli와 Klebsiella pneumoniae의 항균제 감수성 : Extended-Spectrum β-Lactamase 생성 균주의 영향 Influence of Extended-Spectrum Beta-Lactamase Producing Organisms

강철인,김동민,이종윤,박완범,이기덕,김홍빈,오명동,김의종,최강원 대한감염학회 2003 감염과 화학요법 Vol.35 No.6

저온저장중 Allspice(Pimenta dioica L.)에 의한 Escherichia coli 0157:H7과 Staphylococcus aureus 196E의 생존억제

박찬성 한국식품조리과학회 1997 한국식품조리과학회지 Vol.13 No.2

향신료인 allspice(Pimenta dioica L.)를 액체배지에 첨가하여 2종류의 식중독세균(Escherichia coli 0157:H7과 Staphylococcus aureus 196E)의 증식과 저온저장중 생존에 미치는 항균효과를 조사하였다 저농도(0~2%, w/v)의 allspice를 함유한 tryptic soy broth(TSB)에 E. coli와 S. aureus를 $10^{5}$~$10^{6}$ cells/$m\ell$가 되게 접종하여 35$^{\circ}C$에서의 증식과 냉장(5$^{\circ}C$)및 냉동(-2$0^{\circ}C$)저장중 생존억제효과를 생균수의 변화로서 조사하였다. 35$^{\circ}C$에서의 E. coli 증식은 1%이내의 향신료 농도에서는 증식이 저해되지 않았으나, 2%의 allspice 존재하에서는 긴 유도기를 거친 후에 증식이 시작되었다. 35$^{\circ}C$에서의 S. aureus의 증식은 0.1%와 0.3%의 allspice 존재하에서는 긴 유도기를 거친 후에 증식이 시작되었으나 0.5~2%에서는 세균의 증식이 억제되어 사멸하였다. 5$^{\circ}C$에서 냉장한 경우에는 E. coli와 S aureus 모두 0.3%의 allspice에 의해 생존이 크게 억제되었으며 0.5%이상의 농도에서는 저장말기에 사멸하였다. -2$0^{\circ}C$에 동결저장하였을 때 E. coli는 저장기간이 길어질수록, 첨가한 향신료의 농도가 높을수록 생존 억제효과가 증대되었다. 동결저장중 S. aureus의 생균수는 저장초기에 급격히 감소한 후 거의 일정수준을 유지하였으며 첨가한 향신료의 농도에 따른 생균수의 차이는 나타나지 않았다. 동결저장에서 0.1%의 향신료를 첨가했을 때 E. coli와 S. aureus는 대조구의 생균수에 비해 1/100이하로 생균수가 감소하여 allspice는 우수한 항균효과를 나타내었다.다. The effect of low concentrations of allspice (Pimenta dioica L.) in culture broth as an antibacterial agent against Escherichia coli 0157:H7 and Staphylococcus aureus 196E was tested at 35,5 and -20$^{\circ}C$. Tryptic soy broth (TSB) containing 0∼2% (w/v) of allspice was inoculated with 10$\^$5/∼10$\^$6/ cells/$m\ell$ of E. coli and S. aureus and incubated at each temperature. The growth of E. coli was not inhibited at 0.1∼1.0% allspice and growth occured at 2% allspice but only after a prolonged lag period. Growth of S. aureus was inhibited with increasing concentration of allspice at 35$^{\circ}C$. Growth of S. aureus occured at the presence of 0.1∼0.3% allspice but the viability of S. aureus at 0.5∼2.0% allspice was decreased during storage at 35$^{\circ}C$. During refrigerated storage at 5$^{\circ}C$, inhibition of E. coli and S. aureus was increased with the progress of time and increasing spice concentration. During frozen storage at -20$^{\circ}C$, antibacterial activity of allspice against E. coli was increased with increasing storage time and spice concentration while that activity against S. aureus was effective during early period of storage. There was no major changes in population of S. aureus in TSB with different concentration of spice frozen at -20$^{\circ}C$. Viable counts of E. coli and S. aureus at 0.l% of allspice was less than that of control during frozen storage.

Comparison of Upgraded Methods for Detecting Pathogenic Escherichia coli in Foods Using Centrifugation or Filtration

Yukyung Choi,Heeyoung Lee,Soomin Lee,Sejeong Kim,Jeeyeon Lee,Jimyeong Ha,Hyemin Oh,Yohan Yoon 한국축산식품학회 2017 한국축산식품학회지 Vol.37 No.6

In the present study, centrifugation and filtration pretreatments were evaluated to decrease sample preparation time and to improve the sensitivity and specificity of multiplex polymerase chain reaction (PCR) for the detection of low levels of pathogenic Escherichia coli in various foods. Pathogenic E. coli (E. coli NCCP11142, E. coli NCCP14037, E. coli NCCP 14038, E. coli NCCP14039, and E. coli NCCP15661) was inoculated into pork, beef, and baby leafy vegetables at 1, 2, and 3 Log CFU/g. The samples were shaken 30 times (control), then centrifuged or filtered. DNA extracts from the samples were subjected to PCR using the PowerchekTM Diarrheal E. coli 8-plex Detection Kit. In the pork samples, no E. coli was detected in the control samples, while E. coli were detected in 100% of 3-Log CFU/g inoculated and centrifuged samples, and in 100% of 2 and 3-Log CFU/g inoculated, and filtered samples. In the beef samples, all control samples appeared to be E. coli-negative, while E. coli was detected in 50-75% of centrifuged samples, regardless of inoculated level, and in 100% of 2 and 3-Log CFU/g inoculated, and filtered samples. In baby leafy vegetables, E. coli were not detected in 25-50% of the control samples, while E. coli were detected in 0-25% of the centrifuged samples, and 75-100% of the filtered samples, depending on the inoculum amount. In conclusion, filtration pretreatment can be used to minimize sample preparation time, and improve the sensitivity and specificity of rapid detection of pathogenic E. coli in various foods.

Chitosan-chelated zinc modulates cecal microbiota and attenuates inflammatory response in weaned rats challenged with Escherichia coli

Dan Feng,Minyang Zhang,Shiyi Tian,Jing Wang,Weiyun Zhu 한국미생물학회 2020 The journal of microbiology Vol.58 No.9

Escherichia coli (E. coli) infection is very common among young growing animals, and zinc supplementation is often used to alleviate inflammation induced by this disease. Therefore, the objective of this study was to evaluate whether chitosan- chelated zinc (CS-Zn) supplementation could attenuate gut injury induced by E. coli challenge and to explore how CSZn modulates cecal microbiota and alleviates intestinal inflammation in weaned rats challenged with E. coli. 36 weaned rats (55.65 ± 2.18 g of BW, n = 12) were divided into three treatment groups consisting of unchallenged rats fed a basal diet (Control) and two groups of rats challenged with E. coli and fed a basal diet or a diet containing 640 mg/kg CS-Zn (E. coli + CS-Zn, containing 50 mg/kg Zn) for a 14-day experiment. On days 10 to 12, each rat was given 4 ml of E. coli solution with a total bacteria count of 1010 CFU by oral gavage daily or normal saline of equal dosage. CS-Zn supplementation mitigated intestinal morphology impairment (e.g. higher crypt depth and lower macroscopic damage index) induced by E. coli challenge (P < 0.05), and alleviated the increase of Myeloperoxidase (MPO) activity after E. coli challenge (P < 0.05). 16S rRNA sequencing analyses revealed that E. coli challenge significantly increased the abundance of Verrucomicrobia and E. coli (P < 0.05). However, CS-Zn supplementation increased the abundance of Lactobacillus and decreased the relative abundance of Proteobacteria, Desulfovibrio and E. coli (P < 0.05). The concentrations of butyrate in the cecal digesta, which decreased due to the challenge, were higher in the E. coli + CS-Zn group (P < 0.05). In addition, CS-Zn supplementation significantly prevented the elevation of pro-inflammatory cytokines IL-6 concentration and upregulated the level of anti-inflammatory cytokines IL-10 in cecal mucosa induced by E. coli infection (P < 0.05). In conclusion, these results indicate that CS-Zn produces beneficial effects in alleviating gut mucosal injury of E. coli challenged rats by enhancing the intestinal morphology and modulating cecal bacterial composition, as well as attenuating inflammatory response.

Prevalence and Kinetic Behavior of Escherichia coli in Smoked Duck at Changing Temperature

Eunyoung Park,Yujin Kim,Yewon Lee,Yeongeun Seo,Joohyun Kang,Hyemin Oh,Joo-Sung Kim,Yohan Yoon 한국식품위생안전성학회 2021 한국식품위생안전성학회지 Vol.36 No.6

본 연구에서는 훈제오리 슬라이스에서 Escherichia coli 유통 중 생장 예측을 위한 dynamic model을 개발하였다. E. coli는 2개의 훈제 오리 시료(16.7%) 에서 1.23 log CFU/ g검출되었다. 10-30oC 보관에 따라 E. coli의 μmax는 0.05- 0.36 log CFU/g/h, LPD는 4.39-1.07h, h0 값은 0.24-0.51을 나타내었다. 개발된 모델의 검증은 15oC, 23oC에서 수행 하였다. 모델 검증 결과 RMSE값이 0.130으로 개발된 모델이 다른 온도에 적용하기에 적합하다고 판단하였다. 이 러한 결과는 E. coli로 개발된 모델은 훈제오리 슬라이스에서 E. coli의 변화하는 온도에 따른 생장을 예측하는 데 유용하다. The objective of this study was to develop dynamic model to describe the kinetic behavior of E. coli in sliced smoked duck. E. coli was detected in 2 sliced smoked duck samples (16.7%) at 1.23 log CFU/g. The maximum specific growth rate (μmax) of E. coli ranged from 0.05 to 0.36 log CFU/g/h, and lag phase duration (LPD) ranged from 4.39 to 1.07 h, depending on the storage at 10-30oC, and h0 value ranged from 0.24 to 0.51. The developed model was validated with observed values obtained at 13oC and 25oC. The model performance was appropriate with 0.130 of root mean squared error (RMSE), and the dynamic model also described properly kinetic behavior of E. coli in sliced smoked duck samples. These results indicate that E. coli can contaminate sliced smoked ducks and the models developed with the E. coli isolates are useful in describing the kinetic behavior of E. coli in sliced smoked duck.

Extended-Spectrum β-Lactamase 생성 Escherichia coli와 Klebsiella pneumoniae 혈류감염의 역학 비교

윤필훈,박윤수,조은빈,김수지,이연희,서일혜 대한의료관련감염관리학회 2014 의료관련감염관리 Vol.19 No.2

배경:주요 병원 균인 extended spectrum β-lactamase (ESBL) 생성 Escherichia coli와 Klebsiella pneumoniae의 혈류감염 역학을 비교하고자 하였다. 방법: 가천대학교 길병원에서 2003년 1월부터 2007년 3월 동안 발생한 ESBL 생성 E. coli 와 K. pneumoniae 혈류 감염 환자를 대상으로 하였다. 혈류감염의 임상역학, 소인적 요소 그리고 임상결과에 대한 정보를 수집하였다. 결과: 연구 기간 동안 ESBL 생성 장내세균에 의한 혈류감염은 79건(E. coli 54건, K. pneumoniae 에 의한 혈류감염은 25건)이었다. 혈류감염은 지역사회획득 14건(18%), 의료관련 17건(22%), 병원감염 48건(61%)이었다. 지역사회획득감염에 의한 경우는 ESBL 생성 E. coli 혈류감염 중 22%, ESBL 생성 K. pneumoniae 혈류감염 중 8%로 E. coli가 K. pneumoniae에 비해 지역사회획득감염의 빈도가 많은 경향을 보였다(P=0.2). E. coli 혈류감염에서는 요로감염이 많았고(24% vs. 0%; P=0.007), K. pneumoniae 혈류감염에서는 호흡기감염과 피부 연조직감염이 더 많았다(36% vs. 15%; P=0.04, 12% vs. 0%; P=0.03). 병원감염의 경우 ESBL 생성 E. coli 혈류감염은 3세대 cephalosporin 항생제 사용이 많았다. ESBL 생성 K. pneumoniae 혈류감염은 기구사용(중심정맥관, 도뇨관, 기관내 튜브)이 더 많았다. 결론: ESBL 생성 E. coli 혈류감염에서 지역사회획득감염 빈도가 K. pneumoniae 혈류감염보다 높은 경향을 보였다. 병원감염에서 3세대 cephalosporin의 사용은 ESBL 생성 E. coli 혈류감염에서 더 흔하고, 의료기구들의 사용은 ESBL 생성 K. pneumoniae 혈류감염에서 더 흔하다.

형질전환된 Escherichia coli변이주에서 Sodium citrate를 이용한 고농도 L-Threonine 생산

이만효,김병진,정월규,최선욱,박해룡,황용일 한국생명과학회 2004 생명과학회지 Vol.14 No.5

유용성이 확보된 L-threonine의 효율적인 발효생산을 위하여 생산균주 E. coli MT201를 유전자재조합을 통하여 개량하고 적절한 탄소원을 발굴하여 전체적인 생산량 증대를 도모하였다. 먼저, 5 liter발효조에서 유가식 배양을 통하여 생산균주 E. coli MT201이 균체량이 52($OD_{660}$)일때 57 g/1의 생산량을 보이는 것을 확인하였다. L-Threonine의 생산성 향상을 위하여 균체 내에서 생합성 전구물질인 oxaloacetate를 충분하게 공급하기 위해 C. glutamicum 유래의 pyruvate carboxylase의 유전자를 plasmid pPYC의 형태로 E. coli MT201에 도입하였다(E. coli MT/PYC). 그렇지만 E. coli MT/PYC을 배양한 결과로부터 E. coli MT201와 비교할 때 균체증식 및 생산량이 모두 감소하는 경향을 보였으며, 이를 해결하기 위하여 플라스크배양을 통하여 포도당과 sodium citrate를 1.5:3.5의 비율로 배지 중에 첨가하였을 때 이들 문제가 개선되는 것을 관찰하였다. 상기 비율의 탄소원 조건하에서 5liter 발효조를 이용한 유가식 배양에서 배양 75시간째에 L-threonine의 생산량 및 균체량($OD_{660}$)이 각각 75.7 g/l와 48로 효율적으로 향상되는 것을 알 수 있었다. 이는 과도한 anaplerosis에 의한 TCA 회로의 불균형을 중간산물인 citric acid를 sodium citrate의 형태로 공급함으로써 E. coli MT/PYC에서 균체증식이 정상화됨을 의미한다. The efficient fermentative production of L-threonine fermentation was achieved by using Escherichia coli MT201, transformed a plasmid carrying pyruvate carboxylase gene. It is an attempt to supply oxaloacetate to the L-threonine biosynthetic pathway. In order to improve the L-threonine productivity of E. coli MT201, a plasmid pPYC which is an expression vector of the pyruvate carboxylase gene of Coryne-bacterium glutamicum, was introduced. When E. coli MT/pPYC was incubated with medium containing only glucose as a carbon source, both the cell growth and L-threonine production were reduced, compared to the results from fermentation of E. coli MT201. In order to circumvent this effect, we attempted the addition of a mixed carbon source, composed of glucose and sodium citrate at a ratio of 1.5:3.5. It was shown that L-threonine production and cell growth (OD660) with E. coli MT/pPYC reached up to 75.7 g/l and 48, respectively, at incubation for 75 hr under fed-batch fermentation conditions. It is assumed that overproduction of L-threonine by anaplerotic pathway leads unbalance of TCA cycle and sodium citrate might playa role to recover normal TCA cycle.