Advances in Clinical and Experimental Medicine

Adv Clin Exp Med
Impact Factor (IF) – 1.227
Index Copernicus (ICV 2018) – 157.72
MNiSW – 40
Average rejection rate – 84.38%
ISSN 1899–5276 (print)
ISSN 2451-2680 (online)
Periodicity – monthly

Download PDF

Advances in Clinical and Experimental Medicine

2013, vol. 22, nr 2, March-April, p. 165–175

Publication type: original article

Language: English

Swarming Growth and Resistance of Proteus penneri and Proteus vulgaris Strains to Normal Human Serum

Wzrost rozpełzły i oporność szczepów Proteus penneri i Proteus vulgaris na działanie normalnej surowicy ludzkiej

Iwona Kwil1,A,B,C,D,F, Dorota Kaźmierczak1,A,C,D,E,F, Antoni Różalski1,A,C

1 Department of Immunobiology of Bacteria, University of Lodz, Lodz, Poland

Abstract

Background. Proteus sp. strains isolated from patients with urinary tract infection (UTI) are often insensitive to the bactericidal action of normal human serum (NHS) which poses a clinical problem. The swarming phenomenon is an especially important factor in cases of UTIs gained through the ascending route. Both these virulence factors are connected with the cell surface components of bacteria, including lipopolysaccharide (LPS).
Objectives. The resistance of Proteus bacilli to the bactericidal activity of NHS and the swarming phenomenon were investigated as well as the possible relationships between these virulence factors and the chemical structure of LPS.
Material and Methods. The research was carried out on P. penneri and P. vulgaris species. Two preparations of sera were tested with respect to the bactericidal action of NHS. The ability of bacteria to swarm was checked on broth agar plates. The length of the O-specific part of LPS was estimated after poliacrylamide gel electrophoresis (PAGE) and staining with silver nitrate.
Results. Among the 62 tested Proteus strains, over 62% of Proteus vulgaris and 50% of Proteus penneri strains were sensitive to the bactericidal action of NHS. However, the number of resistant strains grew dramatically when serum with blocked complement activation via the alternative pathway was used. From 102 of the Proteus sp. strains, only few were unable to swarm over the solid surface of the media. The remaining showed diverse ability to translocate.
Conclusion. There was no definite correlation between the chemical structure of the O-specific chains of lipopolysaccharides and sensitivity or resistance of the Proteus sp. strains to NHS. Also, no significant relationships were found between the length or the chemical structure of the O-specific chains of the bacterial LPSs and the swarming phenomenon.

Streszczenie

Wprowadzenie.Szczepy Proteus sp. izolowane od pacjentów z zakażeniem układu moczowego (z.u.m.) często są niewrażliwe na bakteriobójcze działanie normalnej surowicy ludzkiej (n.s.l.), co stanowi problem kliniczny. Wzrost rozpełzły bakterii jest niezwykle ważnym czynnikiem zwłaszcza w przypadkach z.u.m. rozwijających się drogą wstępującą. Obydwa czynniki chorobotwórczości mają związek ze strukturami powierzchni pałeczek, w tym także z lipopolisacharydem (LPS).
Cel pracy. Badaniom poddano oporność pałeczek Proteus na bakteriobójczą aktywność n.s.l. i wzrost rozpełzły, jak również przeprowadzono analizę ewentualnych korelacji między tymi czynnikami oraz strukturą chemiczną LPS.
Materiał i metody. Badaniami objęto szczepy P. penneri i P. vulgaris. Zastosowano dwa rodzaje surowic do badania bakteriobójczego działania n.s.l. Zdolność bakterii do wzrostu rozpełzłego sprawdzano na bulionowych płytkach zestalonych agarem. Długość części O-swoistej LPS oceniano po elektroforezie w żelu poliakrylamidowym i wysrebrzeniu żelu.
Wyniki. Wśród 62 badanych szczepów Proteus ponad 62% szczepów P. vulgaris i 50% szczepów P. penneri wykazało wrażliwość na działanie n.s.l. Zastosowanie surowicy z zablokowaną alternatywną drogą aktywacji dopełniacza spowodowało wzrost liczby szczepów opornych. Spośród 102 szczepów Proteus sp. tylko kilka nie miało zdolności pełzania po powierzchni podłoża stałego. Pozostałe wykazały zróżnicowaną zdolność przemieszczania się.
Wnioski. Nie zaobserwowano jednoznacznych korelacji między strukturą chemiczną łańcuchów części O-swoistej LPS i wrażliwością czy opornością szczepów Proteus sp. na działanie n.s.l. Nie znaleziono także wyraźnego związku między długością czy strukturą łańcuchów części O-swoistej LPS szczepów Proteus i wzrostem rozpełzłym.

Key words

Proteus, normal human serum, swarming growth, lipopolysaccharide.

Słowa kluczowe

Proteus, normalna surowica ludzka, wzrost rozpełzły, lipopolisacharyd.

References (30)

  1. Tiwana H, Wilson C, Alvarez A, Abuknesha R, Bansal S, Ebringer A: Cross-reactive between rheumatoid arthritis-associated motif EQKRAA and structurally related sequence found in Proteus mirabilis. Infect Immun 1999, 67, 2769–2775.
  2. Warren JW: Clinical presentations and epidemiology of urinary tract infections. In: Urinary tract infections, molecular pathogenesis and clinical management. Eds.: Mobley HLT, Warren JW, ASM Press, Washington DC, 1996, 2–28.
  3. Różalski A, Sidorczyk Z, Kotełko K: Potential virulence factors of Proteus bacilli. Microbiol Mol Biol Rev 1997, 61, 65–89.
  4. Coker C, Poore CA, Li X, Mobley HLT: Pathogenesis of Proteus mirabilis urinary tract infection. Microbes Infect 2000, 2, 1497–1505.
  5. Różalski A: Molecular basis of the pathogenicity of Proteus bacteria. Adv Clin Exp Med 2002, 11, 3–18.
  6. Belas R: Proteus mirabilis swarmer cell differentiation and urinary tract infection. In: Urinary tract infections, molecular pathogenesis and clinical management. Eds.: Mobley HLT, Warren JW, ASM Press, Washington DC, 1996, 271–298.
  7. Claret L, Hughes C: Rapid turnover of FlhD and FlhC, the flagellar regulon transcriptional activator proteins, during Proteus swarming. J Bacteriol 2000, 182, 833–836.
  8. Dufour A, Furness RB, Hughes C: Novel genes that upregulate the Proteus mirabilis flhDC master operon controlling flagellar biogenesis and swarming. Mol Microbiol 1998, 29, 741–751.
  9. Mobley HLT: Virulence of Proteus mirabilis. In: Urinary tract infections, molecular pathogenesis and clinical management. Eds.: Mobley HLT, Warren JW, ASM Press, Washington DC, 1996, 245–269.
  10. Hay NA, Tipper DJ, Gygi D, Hughes C: A non-swarming mutant of Proteus mirabilis lacks the Lrp global transcriptional regulator. J Bacteriol 1997, 176, 4741–4746.
  11. Hay NA, Tipper DJ, Gygi D, Hughes C: A novel membrane protein influencing cell shape and multicellular swarming of Proteus mirabilis. J Bacteriol 1999, 181, 2008–2016.
  12. Belas R, Schneider R, Melch M: Characterization of Proteus mirabilis precocious swarming mutants: identification of rsbA, encoding a regulator of swarming behavior. J Bacteriol 1998, 180, 6126–6139.
  13. Carpinella MC, De Bellis L, Joray MB, Sosa V, Zunino PM, Palacios SM: Inhibition of development, swarming differentiation and virulence principle (Z,Z)-5-(trideca-4΄7΄-dienyl)-resorcinol. Phytomedicine 2011, 18, 994–997.
  14. Jankowski S: Udział plazmidów w warunkowaniu oporności bakterii Gram-ujemnych na bakteriobójcze działanie dopełniacza. Post Mikrobiol 1993, 32, 305–319.
  15. Jankowski S, Krzyżanowska B, Lachowicz TM, Doroszkiewicz W, Mokracka-Latajka G: Podatność szczepów Proteus, Morganella i Providencia izolowanych od chorych z zakażeniami układu moczowego na bakteriobójcze działanie normalnej surowicy ludzkiej. Med Dośw Mikrobiol 1993, 45, 301–305.
  16. Kumar S, Mathur MD: Sensitivity to the bactericidal effect of humans serum of Proteus strains from clinical specimens. I J Pathol Microbiol 1997, 40, 335–338.
  17. Grzybek-Hryncewicz K, Jankowski S, Mokracka-Latajka G, Mróz E: Sensitivity of Gram negative bacilli isolated from patients to bactericidal action of human serum. Immunol Pol 1981, 6, 41–47.
  18. Tichaczek-Goska D, Wojnicz D: Synergistic effect of normal human serum and antimicrobial agents against colistin-resistant Citrobacter freundii strains. Adv Clin Exp Med 2011, 20, 131–136.
  19. Jankowski S: Mechanizmy obronne chroniące bakterie przed bakteriobójczym działaniem dopełniacza. Post Mikrobiol 1995, 37, 23–44.
  20. Westphal O, Jann K: Bacterial lipopolysaccharides extraction with phenol-water and further applications of the procedure. Methods Carbohydr Chem 1965, 5, 83–91.
  21. Komuro T, Galanos C: Analysis of Salmonella lipopolysaccharides by sodium deoxycholate-polyacrylamide gel electrophoresis. J Chromatogr 1988, 450, 381–387.
  22. Tsai C, Frasch CE: A sensitive silver stain for detecting lipopolysaccharide in polyacrylamide gels. Anal Biochem 1982, 119, 115–119.
  23. Nawrot U, Mokracka-Latajka G, Grzybek-Hryncewicz J, Krzyżanowska B, Jankowski S: Bactericidal activity of normal human serum against Morganella, Proteus, and Providencia strains. Acta Microbiol Pol 1995, 44, 55–61.
  24. Wilkerson ML, Niederhoffer C: Swarming characteristics of Proteus mirabilis under anaerobic and aerobic conditions. Anaerobe 1995, 1, 345–350.
  25. Kłak M, Jankowski S: The influence of lipopolysaccharides isolated from Enterobacteriaceae strains on the bactericidal activity of normal cord serum. Adv Clin Exp Med 2010, 19, 57–64.
  26. Bugla-Płoskońska G, Kiersnowski A, Futoma-Kołoch B, Doroszkiewicz W: Killing of Gram-negative bacteria with normal human serum and normal bovine serum: use of lysozyme and complement proteins in the death of Salmonella strains O48. Microb Ecol 2009, 58, 276–289.
  27. Düring K, Porsch P, Mahn A, Brinkmann O, Gieffers W: The non-enzymatic microbicidal activity of lysozymes. FEBS Letters 1999, 449, 93–100.
  28. Parkhomenko LV, Kovalchuk VK, Openko LV: The mechanisms of Proteus mirabilis resistance to the bactericidal action of blood serum. Microbiol Zh 1992, 54, 81–87.
  29. Carson L, Cathcart GR, Scott CJ, Hollenberg MD, Walker B, Ceri H, Gilmore BF: Comprehensive inhibitor profiling of the Proteus mirabilis metalloprotease virulence factor ZapA (mirabilysin). Biochimie 2011, 93, 1824–1827.
  30. Knirel YA, Perepelov AV, Kondakova AN, Senchenkova SN, Sidorczyk Z, Rozalski A, Kaca W: Structure and serology of O-antigens as the basis for classification of Proteus strains. Innate Immunity 2011, 17, 70–96.