Mycobacterium tuberculosis (Mtb) is one of the most successful pathogens to infect one third of world population. Th1-mediated immunity against Mtb infection is known as critical to express mycobacteriostatic function but it is not sufficient to resolve the infection. In this study, to verify the possibility Mtb itself change the gene expression to survive against host immune response, expression pattern of selected H37Rv genes, 16S rRNA, acr, fbpA, aceA, and ahpC, during the course of infection was measured with absolute quantitation method using real-time RT-PCR. The total number of transcripts of 16S rRNA increased during the course of infection, which was coincide with the increasing CFU. The total number of fbpA transcripts per CFU, which encode typical secreted Mtb antigen, Ag85A, increased for 10 days of infection before decreasing. The number of transcripts of acr per CFU, which encode heat shock protein, ${\alpha}$-crystallin, increased during the infection, and ahpC and aceA, they both are enzymes produced in oxidative stressful condition, increased for 20 days and then slightly decreased on day 30. These findings are one of survival strategy of pathogen evading host immune response lead to persistent infection inside host cells.
Tae Soung Kim;Ga Yeon Kim;Young Ki Lee;Jae Kyung Kim
International Journal of Advanced Culture Technology
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v.11
no.3
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pp.260-267
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2023
We aimed to investigate the proportions of MTB- and NTM-positive tests and the distribution patterns of species isolated by contracted testing agencies in South Korea. Respiratory specimens submitted to contracted testing agencies in South Korea for AFB culture from January 2014 to December 2021 were included (533,713 specimens in total). Trends based on MTB and NTM detection, patient sex and age, culture medium type, and testing year were analyzed. MTB and NTM positive detection increased in the patients. The average ages of MTB- and NTM-positive patients increased in those aged ≥61 years. For solid culture, the MTB detection rate decreased from 5.9% in 2014 to 3.3% in 2018 and increased to 4.7% in 2021; the NTM detection rate increased from 2.1% in 2014 to 3.4% in 2018 and 3.7% in 2021. For liquid culture, the MTB detection rate decreased from 8.3% in 2014 to 5.5% in 2018 and increased to 6.0% in 2021; the NTM detection rate increased from 3.5% in 2014 to 5.5% in 2018 and decreased to 5.3% in 2021. An isolation ratio reversal between MTB and NTM was observed in 2018. In this study, we provide information on mycobacterial isolation rates and species distributions using AFB culture test results from Korea's referral laboratories. Increased MTB- and NTM-isolation rates were observed in individuals aged ≥60 years, indicating the need for regular testing and focused management for them. Expanding liquid culture applications, which show higher positivity rates than solid culture methods, is necessary.
Although culture is the gold standard method to identify mycobacteria, its use in tuberculous lymphadenitis (TBL) is limited due to formalin fixation of the submitted specimens. We evaluated the performance of quantitative real-time PCR (q-PCR) for Mycobacterium Tuberculosis (MTB) in granulomatous lymphadenitis using formalin-fixed paraffin-embedded (FFPE) tissues. From 2000 to 2010, a total number of 117 cases of lymph node samples with granulomatous inflammation which were surgically removed and fixed in formalin were studied. Hematoxylin & Eosin (H&E) and Ziehl-Neelsen-stained (ZN) slides were reviewed. qPCR using Real TB-Taq$^{(R)}$ was performed for all cases to identify Mycobacterium tuberculosis. Thirteen non-tuberculous lymphadenopathy cases were used as negative control. Cervical lymph nodes were more frequently affected (60%, 70/117) than other sites. ZN stain for acid fast bacilli was positive in 19 (16.24%) cases. qPCR for tuberculosis was positive in 92 (78.63%) cases. Caseous necrosis was found in 103 (88.03%) cases. While the ZN stain and qPCR were both negative in all control cases, the qPCR showed a significantly higher positive rate (78.63% vs. 16.24%) compared to ZN stain in histologically diagnosed TBL. Quantitative real-time PCR proves to be more sensitive than ZN stain for diagnosis of tuberculous lymphadenitis.
Pulmonary tuberculosis has intermediate prevalence in Korea. It is known that tuberculosis infection predominantly involves the upper lobes, based on the fact that multiplication of Mycobacterium tuberculosis is favored in areas with decreased pulmonary blood flow, impaired lymphatic drainage, and high oxygen tension. We report this case of a 40-year-old man who was brought to our hospital with hemoptysis and dyspnea. Prior to admission, the patient had been in a bedridden state for 15 years due to an injury of the cervical spine 4~5. A 3-Dimensional computed tomography showed predominantly longitudinal distribution of centrilobular nodules along the anterior chest wall, in the left lung. MTB-PCR and AFB culture of bronchial washing fluid revealed pulmonary tuberculosis. This case shows that long-standing supine posture and decreased motion of the anterior chest wall may change the distribution of preferential infection site of Mycobacterium tuberculosis in the lung, resulting in a ventral predominance of tuberculosis infection in the quadriplegic patient.
The combination of trimethoprim (TMP) and sulfamethoxazole (SMX) has been shown to be active against Mycobacterium tuberculosis (Mtb) in clinical tuberculosis (TB) treatment. However, the mechanism of action of TMP-SMX against Mtb is still unknown. To unravel this, we have studied the effect of TMP and SMX by deleting the folP2 gene in Mycobacterium smegmatis (Msm), and overexpressing the Mtb and Msm folP1/2 genes in Msm. Knocking out of the folP2 gene in Msm reduced the minimum inhibitory concentration of SMX 8-fold compared with wild type. Overexpression of the folP1 genes from Mtb and Msm increased the MICs by 4- and 2-fold in Msm for SMX and TMP, respectively. We show a strong correlation between the expression of folP1 and folP2 genes and TMP-SMX resistance in mycobacteria. This suggests that a combination of FolP2 inhibitor and SMX could be used for TB treatment with a better outcome.
Spinal tuberculosis (ST) is the tuberculosis caused by Mycobacterium tuberculosis (Mtb) infections in spinal curds. Isoliquiritigenin (4,2',4'-trihydroxychalcone, ISL) is an anti-inflammatory flavonoid derived from licorice (Glycyrrhiza uralensis), a Chinese traditional medicine. In this study, we evaluated the potential of ISL in treating ST in New Zealand white rabbit models. In the model, rabbits (n=40) were infected with Mtb strain H37Rv or not in their $6^{th}$ lumbar vertebral bodies. Since the day of infection, rabbits were treated with 20 mg/kg and 100 mg/kg of ISL respectively. After 10 weeks of treatments, the adjacent vertebral bone tissues of rabbits were analyzed through Hematoxylin-Eosin staining. The relative expression of Monocyte chemoattractant protein-1 (MCP-1/CCL2), transcription factor ${\kappa}B$ ($NF-{\kappa}B$) p65 in lymphocytes were verified through reverse transcription quantitative real-time PCR (RT-qPCR), western blotting and enzyme-linked immunosorbent assays (ELISA). The serum level of interleukin (IL)-2, IL-4, IL-10 and interferon ${\gamma}$ ($IFN-{\gamma}$) were evaluated through ELISA. The effects of ISL on the phosphorylation of $I{\kappa}B{\alpha}$, $IKK{\alpha}/{\beta}$ and p65 in $NF-{\kappa}B$ signaling pathways were assessed through western blotting. In the results, ISL has been shown to effectively attenuate the granulation inside adjacent vertebral tissues. The relative level of MCP-1, p65 and IL-4 and IL-10 were retrieved. $NF-{\kappa}B$ signaling was inhibited, in which the phosphorylation of p65, $I{\kappa}B{\alpha}$ and $IKK{\alpha}/{\beta}$ were suppressed whereas the level of $I{\kappa}B{\alpha}$ were elevated. In conclusion, ISL might be an effective drug that inhibited the formation of granulomas through downregulating MCP-1, $NF-{\kappa}B$, IL-4 and IL-10 in treating ST.
Although Mycobacterium tuberculosis complex strains remain responsible for the majority of diseases caused by mycobacterial infections worldwide, the increase in HIV (human immuno deficiency virus) infections has allowed for the emergence of other non-tuberculous mycobacteria as clinically significant pathogens. M. tuberculosis was detected by two-tube nested polymerase chain reaction (PCR) and non-tuberculous mycobacteria was detected by PCR-restriction fragment length polymorphism (RFLP) with Msp I. Result of niacin test is equal to result of two-tube nested PCR after culture for M. tuberculosis. In this study, acid fast bacilli stain (AFB. stain) >2+ case, Detection of Mycobacteria is similar to result before culture and after culture. AFB. stain <1+ case, result of mycobacteria is distinguished. Conclusionly, these results suggest that identification of mycobacteria must go side by side both culture and PCR for more fast and accuracy.
Kim, Ki-Hye;Yang, Chul-Su;Shin, A-Rum;Jeon, So-Ra;Park, Jeong-Kyu;Kim, Hwa-Jung;Jo, Eun-Kyeong
IMMUNE NETWORK
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v.11
no.2
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pp.123-133
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2011
Background: Mycobacterium tuberculosis (Mtb) heparin binding hemagglutinin (HBHA) is an Ag known to evoke effective host immune responses during tuberculosis infection. However, the molecular basis of the host immune response to HBHA has not been fully characterized. In this study, we examined the molecular mechanisms by which HBHA can induce the expression of proinflammatory cytokines in macrophages. Methods: HBHA-induced mRNA and protein levels of proinflammatory cytokines were determined in bone marrow-derived macrophages (BMDMs) using RT-PCR and ELISA analysis. The roles of intracellular signaling pathways for NF-${\kappa}B$, PI3-K/Akt, and MAPKs were investigated in macrophage proinflammatory responses after stimulation with HBHA. Results: HBHA robustly activated the expression of mRNA and protein of both TNF-${\alpha}$ and IL-6, and induced phosphorylation of NF-${\kappa}B$, Akt, and MAPKs in BMDMs. Both TNF-${\alpha}$ and IL-6 production by HBHA was regulated by the NF-${\kappa}B$, PI3-K, and MAPK pathways. Furthermore, PI3-K activity was required for the HBHA-induced activation of ERK1/2 and p38 MAPK, but not JNK, pathways. Conclusion: These data suggest that mycobacterial HBHA significantly induces proinflammatory responses through crosstalk between the PI3-K and MAPK pathways in macrophages.
Background: Little information is available the role of Nitric Oxide (NO) in host defenses during human tuberculosis (TB) infection. We investigated the modulating factor(s) affecting NO synthase (iNOS) induction in human macrophages. Methods: Both iNOS mRNA and protein that regulate the growth of mycobacteria were determined using reverase transcriptase-polymerase chain reaction and western blot analysis. The upstream signaling pathways were further investigated using iNOS specific inhibitors. Results: Here we show that combined treatment with 1,25-dihydroxyvitamin D3 (1,25-D3) and Interferon (IFN)-${\gamma}$ synergistically enhanced NO synthesis and iNOS expression induced by Mycobacterium tuberculosis (MTB) or by its purified protein derivatives in human monocyte-derived macrophages. Both the nuclear factor-${\kappa}B$ and MEK1-ERK1/2 pathways were indispensable in the induction of iNOS expression, as shown in toll like receptor 2 stimulation. Further, the combined treatment with 1,25-D3 and IFN-${\gamma}$ was more potent than either agent alone in the inhibition of intracellular MTB growth. Notably, this enhanced effect was not explained by increased expression of cathelicidin, a known antimycobacterial effector of 1,25-D3. Conclusion: These data support a key role of NO in host defenses against TB and identify novel modulating factors for iNOS induction in human macrophages.
Background: For the diagnosis of pleural tuberculosis, polymerase chain reaction (PCR) of pleural effusion specimens has shown very low sensitivity, which might be due to the small number of bacilli in the samples. The purpose of this investigation is to determine whether the sensitivity of PCR testing can be improved when increasing the amount of pleural effusion specimens. Methods: We prospectively analyzed pleural effusion specimens obtained from 53 patients for whom the exclusion of the possibility of tuberculous pleural effusion was necessary. We performed Mycobacterium tuberculosis PCR testing using the Cobas Amplicor MTB test (Roche Diagnostic Systems) with three different amounts (10ml, 25ml, and 50ml) of pleural effusion specimen in each patient. Pleural tuberculosis was defined as having one of the following: culture-positive pleural fluid sample, histopathologic finding consistent with tuberculosis on pleural biopsy, culture-positive sputum specimen, and/or positive response to anti-tuberculous medication without other possible causes of pleural effusion. Results: Of the 53 patients, 26 received the diagnosis of pleural tuberculosis. The sensitivities of AFB smearing, Mycobacterium tuberculosis culture of pleural effusion specimen, pleural biopsy, and measurement of ADA were 3.8%, 15.4%, 84.6%, and 88.5%, respectively. The results of PCR testing were positive for 3 (11.5%), 4 (15.4%), and 3 (11.5%) of the 26 patients when using 10ml, 25ml, and 50ml of pleural effusion specimens, respectively. These results did not show a statistically significant difference in the sensitivity of PCR testing when increasing the amount of pleural effusion samples (p>0.05, symmetry exact test). Conclusion: For specimens such as pleural effusion, in which the bacillary load is very low, the clinical utility of PCR testing seems highly limited with the kits designed for the diagnosis of pulmonary tuberculosis. An increased amount of pleural effusion sample does not improve the sensitivity of PCR testing.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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