An early step in the pathogenesis of non-typhoidal Salmonella species is the ability to penetrate the intestinal epithelial monolayer. This process of cell invasion requires the production and transport of secreted effector proteins by a type III secretion apparatus encoded in Salmonella pathogenicity island I (SPI-1). The control of invasion involves a number of genetic regulators and environmental stimuli in complex relationships. SPI-1 itself encodes several transcriptional regulators (HilA, HilD, HilC, and InvF) with overlapping sets of target genes. These regulators are, in turn, controlled by both positive and regulators outside SPI-1, including the two-component regulators BarA/SirA and PhoP/Q, and the csr post-transcriptional control system. Additionally, several environmental conditions are known to regulate invasion, including pH, osmolarity, oxygen tension, bile, $Mg^{2+}$ concentration, and short chain fatty acids. This review will discuss the current understanding of invasion control, with emphasis on the interaction of environmental factors with genetic regulators that leads to productive infection.
Salmonella typhimurium is a causative agent of the common worldwide disease, salmonellosis. To identify putative invasion genes involved in Samonella infections, a S. typhimurium cosmid library was constructed in noninvasive E. coli DJl. The invasion efficiencies of the cosmid library for cultured HEp-2 and HeLa cells were estimated by tissue-culture invasion assay. 2 out of 1,000 transductants, DHl(pSI623) and DHl(pSI511) were able to invade the cells. Compared to E. coli by DHl(pSI511) increased 25- and 33 fold, respectively. The invasion efficiencies of HeLa cells by DHl(pSI623) increased 31- and 35 fold, respectively. This illustrates that the cosmid clones, DHl(pSI623) and DHl(pSI511) could harbor the invasion determinants derived from genomic DNA of S. typhimurium 82/6915, conferring the invasive characters for the cells.
Kim, Minjeong;Lim, Sangyong;Kim, Dongho;Choy, Hyon E.;Ryu, Sangryeol
Molecules and Cells
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v.28
no.4
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pp.389-395
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2009
We previously observed that the transcription of some flagellar genes decreased in Salmonella Typhimurium tdcA mutant, which is a gene encoding the transcriptional activator of the tdc operon. Since flagella-mediated bacterial motility accelerates the invasion of Salmonella, we have examined the effect of tdcA mutation on the invasive ability as well as the flagellar biosynthesis in S. Typhimurium. A tdcA mutation caused defects in motility and formation of flagellin protein, FliC in S. Typhimurium. Invasion assays in the presence of a centrifugal force confirmed that the defect of flagellum synthesis decreases the ability of Salmonella to invade into cultured epithelial cells. In addition, we also found that the expression of Salmonella pathogenicity island 1 (SPI1) genes required for Salmonella invasion was down-regulated in the tdcA mutant because of the decreased expression of fliZ, a positive regulator of SPI1 transcriptional activator, hilA. Finally, the virulence of a S. Typhimurium tdcA mutant was attenuated compared to a wild type when administered orally. This study implies the role of tdcA in the invasion process of S. Typhimurium.
Park, Jeong-Uk;Jeong, Mi-Yeon;Kim, Mi-Rim;Jeong, Yeong-Gi;Ju, U-Hong
한국생물공학회:학술대회논문집
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2000.04a
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pp.584-587
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2000
The invasion genes from Salmonella typhimurium were identified by the construction of a cosmid library and subcloning genes into a plasmid vector, pGEM-7Z. The 4.65 kb fragment of the invasion-conferring genomic region of the subclone, pSV6235 was sequenced in both direction. The three open reading frames, which were located at downstream of a promoter region, were designated as sir (Salmonella invasion region)A coding for the 36 amino acids, sirB coding for the 132 amino acids and sirC for the 82 amino acids, respectively. Interesingly, the genomic region of pSV6235 was highly homologous to Yersinia enterocolitica genomic DNA for a high pathogenicity island and Salmonella enteritidis insertion element IS1351 and IS200 DNA. These results show that there could be a significant relationship between S. typhimurium, Y. enterocolitica and S. enteritidis with respect to horizontal evolution process and acquisition of virulence determinants by means of transposon, plasmid or bacteriophage.
Salmonella enterica serovar Typhimurium causes human gastroenteritis and a systemic typhoid-like infection in mice. A critical virulence determinant of Salmonella is the ability to invade mammalian cells. The expression of genes required for invasion is tightly regulated by environmental conditions and a variety of regulatory genes. The hilA regulator encodes an OmpR/ToxR family transcriptional regulator that activates the expression of invasion genes in response to both environmental and genetic regulatory factors. Work from several laboratories has highlighted that regulation of hilA expression is a key point for controlling expression of the invasive phenotype. A number of positive regulators of hilA expression have been identified including csrAB, sirA/barA, pstS, hilC/sirC/sprA, fis, and hilD. HilD, an AraC/XylS type transcriptional regulator, is of particular importance as a mutation in hilD results in a 14-fold decrease in chromosomal hilA::Tn5lacZY-080 expression and a 53-fold decrease in invasion of HEp-2 cells. It is believed that HilD directly regulates hilA expression as it has been shown to bind to hilA promoter sequences. In addition, our research group, and others, have identified genes (hilE, hha, pag, and lon) that negatively affect hilA transcription. HilE appears to be an important Salmonella-specific regulator that plays a critical role in inactivating hilA expression. Recent work in our lab has been directed at understanding how environmental signals that affect hilA expression may be processed through a hilE pathway to modulate expression of hilA and the invasive phenotype. The current understanding of this complex regulatory system is reviewed.
Invasion process of bacterial cell into intestinal epithelium is important in Salmonella infection. The invasion is induced by the proteins secreted by type III secretion appratus of Salmonella. It has been known that the proteins do not have N-terminal signal peptide existing in general secreted proteins. Recent studies on Yersinia reported that secretion signal of type III appratus may lie on 5'end secondary structure of mRNA of secreted protein. In this study, we constructed translational fusion of ompR and sopE, encoding type III secretion protein of Salmonella, and observed secretion of the fusion protein for investigating the secretion signal of Salmonella type III appratus. The sopE DNA fragments of the translational fusion contain the region of promoter and from start code to tenth or to fifth code. These translational fusions indicate that type III secretion signal of Salmonella is located on 5'end of mRNA encoding secreted protein. We constructed prototype of secretion vector using this signal to produce useful foreign protein.
Salmonella is a common zoonotic and foodborne pathogen that causes high morbidity and mortality in developing countries. In this study, we established and validated a polymerase spiral reaction (PSR) assay which targeted the conserved invasion gene (invA) of Salmonella by SYBR Green I indicator methods. Subsequently, assays for determination of the optimal conditions for optimal specificity and sensitivity of PSR were performed. We performed comprehensive evaluations using loop-mediated isothermal amplification (LAMP) and real-time PCR. A total number of 532 samples of daily food were analyzed by PSR. Twenty-seven bacterial strains were tested in the specificity assay, from which positive results were obtained only for 14-Salmonella strains. However, none of the 13 non-Salmonella strains was amplified. Similarly with LAMP and real-time PCR, the detection limit of the PSR assay was 50 CFU/ml. The PSR method was also successfully applied to evaluate the contamination with Salmonella in 532 samples of daily food, corroborating traditional culture method data. The novel PSR method is simple, sensitive, and rapid and provides new insights into the prevention and detection of foodborne diseases.
Park, Jeong-Uck;Hwang, Sang-Gu;Moon, Ja-Young;Cho, Yoon-Kweon;Kim, Dong-Wan;Jeong, Yong-Kee;Rhee, Kwang-Ho
Journal of Microbiology
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v.38
no.4
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pp.270-274
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2000
Pathogenic Salmonella typhimurium can invade the intestinal epithelium and cause a wide range of diseases including gastroenteritis and bacteremia in human and animals. To identify the genes involved in the infection, the invasion determinant was obtained from S. typhimurium 82/6915 and was subcloned into pGEM-7Z. A subclone DHl (pSV6235) invaded HEp-2 and Chinese hamster ovary epithelial cells and contained a 4.4 kb fragment of S. typhimurium genomic region. Compared with the host strain E. coli DHl, the subclone DHl (pSV6235) invaded cultured HEp-2 and Chinese hamster ovary cells at least 75- and 68-fold higher, respectively. The invasion rate of E. coli DHl for the cells significantly increased by harbouring the genomic region derived from pathogenic S. typhimurium 82/6915.
Lee, Hojun;Kim, Seul I;Park, Sojung;Nam, Eunwoo;Yoon, Hyunjin
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.28
no.11
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pp.1896-1907
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2018
Salmonellosis is commonly associated with meat and poultry products, but an increasing number of Salmonella outbreaks have been attributed to contaminated vegetables and fruits. Enteric pathogens including Salmonella enterica spp. can colonize diverse produce and persist for a long time. Considering that fresh vegetables and fruits are usually consumed raw without heat treatments, Salmonella contamination may subsequently lead to serious human infections. In order to understand the underlying mechanism of Salmonella adaptation to produce, we investigated the transcriptomics of Salmonella in contact with green vegetables, namely cabbage and napa cabbage. Interestingly, Salmonella pathogenicity island (SPI)-1 genes, which are required for Salmonella invasion into host cells, were up-regulated upon contact with vegetables, suggesting that SPI-1 may be implicated in Salmonella colonization of plant tissues as well as animal tissues. Furthermore, Salmonella transcriptomic profiling revealed several genetic loci that showed significant changes in their expression in response to vegetables and were associated with bacterial adaptation to unfavorable niches, including STM14_0818 and STM14_0817 (speF/potE), STM14_0880 (nadA), STM14_1894 to STM14_1892 (fdnGHI), STM14_2006 (ogt), STM14_2269, and STM14_2513 to STM14_2523 (cbi operon). Here, we show that nadA was required for bacterial growth under nutrient-restricted conditions, while the other genes were required for bacterial invasion into host cells. The transcriptomes of Salmonella in contact with cabbage and napa cabbage provided insights into the comprehensive bacterial transcriptional response to produce and also suggested diverse virulence determinants relevant to Salmonella survival and adaptation.
Mechesso, Abraham F.;Quah, Yixian;Park, Seung-Chun
Journal of Ginseng Research
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v.45
no.1
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pp.75-85
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2021
Background: Invasive infections due to foodborne pathogens, including Salmonella enterica serovar Typhimurium, are prevalent and life-threatening. This study aimed to evaluate the effects of ginsenoside Rg3 (Rg3) on the adhesion, invasion, and intracellular survival of S. Typhimurium. Methods: The impacts of Rg3 on bacterial growth and host cell viability were determined using the time kill and the 3-(4,5-dimethyl-2-thiazolyl)-2,5-diphenyl-2H-tetrazolium bromide assays, respectively. Gentamicin assay and confocal microscopic examination were undertaken to determine the effects of Rg3 on the adhesive and invasive abilities of S. Typhimurium to Caco-2 and RAW 264.7 cells. Quantitative reverse transcription polymerase chain reaction was performed to assess the expression of genes correlated with the adhesion, invasion, and virulence of S. Typhimurium. Results: Subinhibitory concentrations of Rg3 significantly reduced (p < 0.05) the adhesion, invasion, and intracellular survival of S. Typhimurium. Rg3 considerably reduced (p < 0.05) the bacterial motility as well as the release of nitrite from infected macrophages in a concentration-dependent manner. The expression of genes related to the adhesion, invasion, quorum sensing, and virulence of S. Typhimurium including cheY, hilA, OmpD, PrgK, rsgE, SdiA, and SipB was significantly reduced after Rg3 treatment. Besides, the compound downregulated rac-1 and Cdc-42 that are essential for actin remodeling and membrane ruffling, thereby facilitating Salmonella entry into host cells. This report is the first to describe the effects of Rg3 on "trigger" entry mechanism and intracellular survival S. Typhimurium. Conclusion: Rg3 could be considered as a supplement agent to prevent S. Typhimurium infection.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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