Advances in Clinical and Experimental Medicine

Title abbreviation: Adv Clin Exp Med
JCR Impact Factor (IF) – 2.1
5-Year Impact Factor – 2.2
Scopus CiteScore – 3.4 (CiteScore Tracker 3.7)
Index Copernicus  – 161.11; MNiSW – 70 pts

ISSN 1899–5276 (print)
ISSN 2451-2680 (online)
Periodicity – monthly

Download original text (EN)

Advances in Clinical and Experimental Medicine

2007, vol. 16, nr 5, September-October, p. 651–657

Publication type: original article

Language: English

Virulence Factors of Uropathogenic Escherichia Coli Strains Isolated from Children with Chronic Pyelonephritis

Czynniki wirulencji uropatogennych szczepów Escherichia coli izolowanych od dzieci chorych na przewlekłe odmiedniczkowe zapalenie nerek

Dorota Wojnicz1,

1 Department of Biology and Medical Parasitology, Silesian Piasts University of Medicine in Wrocław, Poland

Abstract

Background. Urinary tract infection (UTI) is one of the most common bacterial infections among children. Chronic pyelonephritis is a renal injury induced by recurrent or persistent renal infection. The severity of the UTI depends both on the virulence of the infecting bacteria and the susceptibility of the host. Uropathogenic Escherichia coli (UPEC) strains display a variety of virulence factors that help to colonize host mucosal surfaces and circumvent host defenses to allow invasion of the normally sterile upper urinary tract.
Objectives. The purpose of this study was to determine the occurrence of virulence factors among UPEC isolates.
Material and Methods. Sixty−six E. coli strains isolated from the urine of children with chronic pyelonephritis were tested for mannose−resistant hemagglutination in order to indicate P fimbriae. Cell−surface hydrophobicity was assayed by two methods: the bacterial adhesion to hydrocarbon−xylene test (BATH) and the salt aggregation test (SAT). The ability to adhesion was directly measured by using uroepithelial cells. The bacteriophage K1A was used to detect the presence of the capsular antigen K1. The production of α−hemolysin was assessed using blood agar.
Results. Among the isolates studied, the prevalence of the virulence factors α−hemolysin, hydrophobicity, P fimbriae, adhesion to uroepithelium, and K1 capsule were 77%, 74%, 42%, 42%, and 29%, respectively. Most of the E. coli strains (37.9%) expressed two virulence factors.
Conclusion. Hydrophobicity and the production of α−hemolysin in E. coli strains are important virulence factors in the pathogenesis and development of chronic pyelonephritis.

Streszczenie

Wprowadzenie. Zakażenia układu moczowego (z.u.m.) są jednymi z najczęściej występujących infekcji wśród dzieci. Przyczyną przewlekłego odmiedniczkowego zapalenia nerek są stale nawracające zakażenia układu moczowego, z powodu których dochodzi do uszkodzenia miąższu nerek. Przebieg z.u.m. zależy od zjadliwości bakterii oraz wrażliwości organizmu człowieka. Czynniki wirulencji uropatogennych szczepów E. coli (UPEC), umożliwiające adhezję do tkanek żywiciela, a także chroniące bakterie przed działaniem układu odpornościowego makroorganizmu, pozwalają na kolonizację górnych dróg moczowych.
Cel pracy. Określenie częstości występowania czynników wirulencji wśród UPEC.
Materiał i metody. W badaniach wykorzystano 66 szczepów E. coli wyizolowanych z moczu dzieci chorych na przewlekłe odmiedniczkowe zapalenie nerek. Obecność fimbrii P ustalono na podstawie testu hemaglutynacji. Hydrofobowość powierzchni komórek oznaczono dwiema metodami: bakteryjnej adhezji do ksylenu (BATH) i agregacji bakterii w siarczanie amonu (SAT). Określono przyleganie pałeczek E. coli do uroepitelium. W celu wykrycia otoczkowego antygenu K1 użyto bakteriofaga K1A. Zdolność do wytwarzania α−hemolizyny ustalono z użyciem agaru z krwią baranią.
Wyniki. Wśród badanych szczepów E. coli 77% wytwarzało α−hemolizynę, 74% miało hydrofobową powierzchnię. Szczepy, u których wykryto fimbrie P (42%) wykazywały jednocześnie zdolności adhezyjne do uroepitelium. Antygen K1 stwierdzono u 29% izolatów. Najwięcej pałeczek E. coli (37,9%) charakteryzowało się obecnością dwóch czynników wirulencji.
Wnioski. Jednoczesne występowanie w pałeczkach E. coli powierzchni hydrofobowej oraz zdolności do wytwarzania α−hemolizyny ma istotne znaczenie w patogenezie i rozwoju przewlekłego odmiedniczkowego zapalenia nerek.

Key words

Escherichia coli, virulence factors, chronic pyelonephritis

Słowa kluczowe

Escherichia coli, czynniki wirulencji, odmiedniczkowe zapalenie nerek

References (34)

  1. Zmysłowska A, Kozłowski J, Zielińska E, Bodalski J: Zakażenia układu moczowego u dzieci do 3. roku życia. Pol Merk Lek 2003, 14, 319–321.
  2. Wullt B: The role of P fimbriae for Escherichia coli establishment and mucosal inflammation in the human urinary tract. Int J Antimicrob Agents 2003, 21, 605–621.
  3. Emody, L, Kerenyi M, Nagy G: Virulence factors of uropathogenic Escherichia coli. Int J Antimicrob Agents 2003, 22, 29–33.
  4. Twaij M: Urinary tract infection in children: a review of its pathogenesis and risk factors. J R Soc Health 2000, 120, 220–226.
  5. Nowakowska M, Piechula B, Rudy M, Radosz−Komoniewska H, Zientara M: Bacterial etiologic agents in urinary tract infections in children. Med Sci Monit 2000, 6, 49.
  6. Chon CH, Lai FC, Shortliffe LM: Pediatric urinary tract infections. Pediatr Clin North Am 2001, 48, 1441−1459.
  7. Schlager TA: Urinary tract infection in children younger than 5 years of age: epidemiology, diagnosis, treatment, outcomes and prevention. Paediatr Drugs 2001, 3, 219–227.
  8. Latham RH, Stamm WE: Role of fimbriated Escherichia coli in urinary tract infections in adult women: correlation with localization studies. J Infect Dis 1984, 149, 835–840.
  9. Rosenberg M, Gutnick D, Rosenberg E: Adherence of bacteria to hydrocarbons: a simple method for measuring cell−surface hydrophobicity. FEMS Microbiol Lett 1980, 9, 29–33.
  10. Ljungh A, Hjerten S, Wadstrom T: High surface hydrophobicity of autoaggregating Staphylococcus aureus strains isolated from human infections studied with the salt aggregation test. Infect Immun 1985, 47, 522–526.
  11. Baskin H, Dogan Y, Bahar IH, Yulug N: Effect of subminimal inhibitory concentrations of three fluoroquinolones on adherence of uropathogenic strains of Escherichia coli. Int J Antimicrob Agents 2002, 19,79–82.
  12. Devine DA, Roberts AP, Rowe B: Simple technique for detecting K1 antigen of Escherichia coli. J Clin Pathol 1990, 43, 76–78.
  13. Santo E, Macedo C, Marin JM: Virulence factors of uropathogenic Escherichia coli from a university hospital in Ribeirao Preto, Sao Paulo, Brazil. Rev Inst Med Trop S Paulo 2006, 48, 185–188.
  14. Usein CR, Damian M, Tatu−Chitoiu D, Capusa C, Fagaras R, Tudorache D, Nica M, Le Bouguénec C: Prevalence of virulence genes in Escherichia coli strains isolated from Romanian adult urinary tract infection cases. J Cell Mol Med 2001, 5, 303–310.
  15. Vraneš J, Schönwald S, Šterk−Kuzmanović N, Ivančić B: Low virulence of Escherichia coli strains causing exacerbation of chronic pyelonephritis. Acta Clin Croat 2001, 40,165–170.
  16. Wolska K, Sówka A, Bukowski K, Jakubczak A: Adherence of Pseudomonas aeruginosa strains to solid surfaces. Acta Microbiol Pol 2001, 50, 311–314.
  17. Johnson J: Microbial virulence determinants and the pathogenesis of urinary tract infection. Infect Dis Clin North Am 2003, 17, 261–278.
  18. Johnson JR: papG alleles among Escherichia coli strains causing urosepsis: Associations with other bacterial characteristics and host compromise. Infect Immun 1998, 66, 4568– 4571.
  19. Kaper JB, Nataro JP, Mobley HL: Pathogenic Escherichia coli. Nat Rev Microbiol 2004, 2, 123–140.
  20. Wullt B, Bergsten G, Connell H, Rollano P, Gebretsadik N, Hull R, Svanborg C: P fimbriae enhance the early establishment of Escherichia coli in the human urinary tract. Mol Microbiol 2000, 38, 456–464.
  21. Siegfried L, Kmetova M, Puzova H, Molokacova M, Filka J: Virulence−associated factors in Escherichia coli strains isolated from children with urinary tract infections. J Med Microbiol 1994, 41, 127–132.
  22. Kallenius G, Mollby R, Svenson SB: Occurrence of P−fimbriated Escherichia coli in urinary tract infections. Lancet 1981, 2, 1369–1372.
  23. Plos K, Connell H, Jodal U: Intestinal carriage of P fimbriated Escherichia coli and the susceptibility to urinary tract infection in young children. J Infect Dis 1995, 171, 625–631.
  24. Roberts JA, Suarez GM, Kaack B, Kallenius G, Svenson SB: Experimental pyelonephritis in the monkey. VII. Ascending pyelonephritis in the absence of vesicouretral reflux. J Urol 1985, 133, 1068–1075.
  25. Horwitz MA, Silverstein SC: Influence of the Escherichia coli capsule on complement fixation and on phagocytosis and killing by human phagocytes. J Clin Investig 1980, 65, 82–94.
  26. Mushtaq N, Redpath MB, Luzio JP, Taylor PW: Prevention and cure of systemic Escherichia coli K1 infection by modification of the bacterial phenotype Antimicrob Agents Chemother 2004, 48, 1503–1508.
  27. Cisowska A: Polisacharydowa otoczka K1 pałeczek Escherichia coli i jej znaczenie w chorobotwórczości tych drobnoustrojów. Post Mikrobiol 2003, 42, 3–22.
  28. Www.link.med.ed.ac.uk/ridu/UTI2.HTM
  29. Blanco J, Alonso MP, Gonzalez EA, Blanco M, Garabal JI: Virulence factors of bacteraemic Escherichia coli with particular reference to production of cytotoxic necrotizing factor (CNF) by P−fimbriated strains. J Med Microbiol 1990, 31, 175–183.
  30. Blanco J, Blanco M, Alonso MP, Blanko JE, Garabal JI, Gonzalez EA: Serogroups of Escherichia coli strains producing cytotoxic necrotizing factors CNF1 and CNF2. FEMS Microbiol Lett 1992, 96,155–159.
  31. Arisoy M, Aysev D, Ekim M, Ozel D, Köse SK, Ozsoy ED, Akar N: Detection of virulence factors of Escherichia coli from children by multiplex polymerase chain reaction. Int J Clin Pract 2006, 60, 170–173.
  32. Waalwijk C, MacLaren DM, de Graaff J: In vivo function of haemolysin in the nephropathogenicity of Escherichia coli. Infect Immun1983, 42, 245–249. 656 D. WOJNICZ
  33. Blum G, Falbo V, Caprioli A, Hacker J: Gene clusters encoding the cytotoxic necrotizing factor type 1, Prs−fimbriae and alpha−hemolysin form the pathogenicity island II of the uropathogenic Escherichia coli strain J96. FEMS Microbiol Lett 1995, 126,189–195.
  34. Yamamoto S: Molecular epidemiology of uropathogenic Escherichia coli. J Infect Chemother 2007, 13, 68–73.