Heterogeneity in enterohemorrhagic Escherichia coli O157:H7 fecal shedding in cattle is related to Escherichia coli O157:H7 colonization of the small and large intestine

Authors: Baines, Danica; Lee, Byron; McAllister, Tim

Source: Canadian Journal of Microbiology, Volume 54, Number 12, December 2008 , pp. 984-995(12)

Publisher: NRC Research Press

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Abstract:

In the last decade, Escherichia coli O157:H7 have emerged as important pathogens of the gastrointestinal tract of humans. Healthy cattle have been identified as the primary reservoir, however, the factors affecting heterogeneous E. coli O157:H7 fecal shedding are not fully understood. The aim of this study was to investigate the contribution of E. coli O157:H7 colonization of small and large intestinal sites to the heterogeneity of fecal shedding in cattle. There was a dose-dependant E. coli O157:H7 E318N colonization of duodenum, jejunum, ileum, cecum, ascending colon, spiral colon, descending colon, and the rectoanal junction in vitro with no difference in E. coli O157:H7 colonization of the rectoanal junction and other intestinal sites. There were 10-100 times greater E. coli O157:H7 colonization of intestinal sites from persistent shedding cattle compared with nonpersistent shedding cattle. Novel pathologies were associated with E. coli O157:H7 colonization sites in the small and large intestine. The first pathology, focal petechiae, was present throughout the intestinal tract of cattle that ceased shedding E. coli O157:H7 for 5-12 weeks or in the jejunum, ileum, cecum, and ascending colon of cattle shedding E. coli O157:H7 for 4-5 months. The second pathology, mucosal hemorrhages, was present in the same sites as the focal petechiae in cattle shedding for 5 months and these hemorrhages were in the final stages of repair. Several features of these hemorrhages support this conclusion including the brown appearance, low amount of classic E. coli O157:H7 induced A/E lesions, flattened epithelium, and blunted villi. Although mucosal hemorrhages were present in the jejunum, ileum, cecum, and ascending colon in cattle shedding for 4 months, many other pathologies were also present that were indicative of hemorrhagic enteritis as evidenced by the blood red appearance of hemorrhages, severe edema, and dark red erythema. Escherichia coli O157:H7 were associated with both pathologies suggesting it is the causative agent. The current study supports a relationship between the amount of E. coli O157:H7 colonization in intestinal sites and heterogeneous fecal shedding by cattle.

Au cours de la dernière décennie, il est apparu qu’Escherichia coli O157:H7 était un pathogène important du système gastro-intestinal chez l’humain. Les boivins sain a été identifié comme réservoir primaire de la bactérie, cependant, les facteurs qui affectent la libération d’E. coli O157:H7 dans les fèces ne sont pas parfaitement compris. Le but de cette étude était d’examiner la contribution de la colonisation de certains sites du petit et du gros intestin par E. coli O157:H7 au processus de libération fécale chez les boivins. Nous avons observé une colonisation du duodénum, du jéjunum, de l’iléon, du caecum, du côlon ascendant, du côlon spiral, du côlon descendant et de la jonction recto-anale in vitro par E. coli O157:H7 E318N de façon dépendante de la concentration, sans différence de colonisation de la jonction recto-anale et des autres sites intestinaux par E. coli O157:H7. La colonisation par E. coli O157:H7 des sites intestinaux des boivins libérant la bactérie de façon persistante était de 10 à 100 fois plus élevée comparativement aux boivins libérant la bactérie de façon non-persistante. De nouvelles pathologies ont été associées aux sites de colonisation du petit ou du gros intestin par E. coli O157:H7. La première pathologie, les pétéchies focales, était présente tout au long du tractus intestinal des boivins ayant cessé de libérer E. coli O157:H7 pendant 5 à 12 semaines ou dans le jéjunum, l’iléon, le caecum et le côlon ascendant des boivins libérant E. coli O157:H7 depuis 4 à 5 mois. La deuxième pathologie consistait en hémorragies muqueuses qui étaient présentes aux mêmes sites que les pétéchies focales chez les boivins libérant la bactérie depuis 5 mois et ces hémorragies en étaient aux stades finaux de guérison. Plusieurs caractéristiques de ces hémorragies appuyaient cette conclusion, dont l’apparence brunâtre, la faible abondance lésions A/E induites par E. coli O157:H7 classique, la présence d’un épithélium pavimenteux et de villosités atrophiées. Quoique les hémorragies muqueuses étaient présentes dans le jéjunum, l’iléon, le caecum et le côlon ascendant des boivins libérant des bactéries depuis 4 mois, plusieurs autres pathologies indicatrices d’une entérite hémorragique étaient aussi présentes tel que démontré par l’apparence rouge sang des hémorragies, l’œdème sévère et la présence d’un érythème rouge foncé. E. coli O157:H7 étant associée aux deux pathologies, ceci suggère qu’elle en soit l’agent causal. La présente étude appuie la relation entre le niveau de colonisation des sites intestinaux par E. coli O157:H7 et l’hétérogénéité de la libération fécale par les boivins.

Document Type: Research Article

Publication date: December 1, 2008

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