Bacillus Anthracis is the causative agent of anthrax. The major virulence factors are a poly-D glutamic acid capsule and three-protein component exotoxin, which is collectively known as anthrax toxin, protective antigen (PA, 83 kDa), lethal factor (LF, 90 kDa), and edema factor (EF, 89 kDa). These three proteins individually have no known toxic activities, but in combination with PA form two toxins (lethal toxin and edema toxin), causing different pathogenic responses in animals and cultured cells. However, it remains to be elucidated for pathogenic mechanism of anthrax toxin. In this study, we constructed toxin component in bacterial overexpression system and purified the native toxin from Bacillus anthracis delta sterne F32 using FPLC system. Recombinant toxin showed high homogeneity and rapid purification processes. Also, this recombinant toxin was comparable to B. anthracis native toxin in terms of cytotoxic effects on cultured cell lines.
The divalent antibody-toxins are expected to have increased binding avidities to target cells because of the two cell-binding domains. However, previous studies showed that the refolding yield of divalent antibody-toxin is very low, and it is assumed that homodimer formation of antibody-toxin is strongly interfered by the repulsion between the two large toxin domains that come close to each other during dimer formation. In this study, B3 antibody was used as a model antibody, and its Fab domain was used to construct three different kinds of Fab divalent molecules, $[B3(Fab)-toxin]_{2}$. The monomer Fab-toxin molecules were made by fusing the Fab domain of monoclonal antibody B3 to PE38, a truncated mutant form of Pseudomonas exotoxin (PE), and a connecting sequence that contained spacer amino acid sequence (G4S)n (n=l, 2, 3) was inserted between Fab and PE38. The prepared divalent molecules were $[Fab-S\;1,\;2,\;3-PE38]_{2}\;(=[Fab-SKPCIST-KAS(G_{4}S)nGGPE-PE38]_{2}\;(n=1,\;2,\;3))$, and they are derivatives of previously studied $[Fab-H2cys-PE38]_{2}\;(=[Fab-SKPCIST-KASGGPE-PE38]_{2})$. In $[Fab-Sl,\;2,\;3-PE38]_{2}$, two Fab-S1, 2, 3-PE38 monomers were covalently linked by the disulfide bond bridge made from cysteine in the -SKPCIST- sequence. The insertion of spacer amino acids after the disulfide bridge resulted in a 12-18 fold higher yield of dimer formation than previously constructed $[Fab-Hlcys-PZ38]_{2}[7]$, 3-4-fold higher than $[Fab-ext-PZ38]_{2}[25]$. These two molecules have less amino acid spacer sequence between the disulfide bridge and PE38 domain. The design of $[Fab-PE38]_{2}$ in this study gave molecules with a higher refolding yield. The results of cytotoxicity assay showed a higher cytotoxic effect of these divalent molecules than that of the monovalent scFv-PE38 molecule.
Cholera toxin (CT) is an ADP-ribosylating bacterial exotoxin that has been used as an adjuvant in animal studies of oral immunization. The mechanisms of mucosal immunogenicity and adjuvanticity of CT remain to be established. In this study, we investigated the role of indoleamine 2,3-dioxygenase (IDO), which participates in the induction of immune tolerance, in CT-mediated breakdown of oral tolerance. When IDO-deficient ($IDO^{-/-}$) mice and their littermates were given oral ovalbumin, significant changes in antibody responses, footpad swelling and $CD4^+$ T cell proliferation were not observed in $IDO^{-/-}$ mice. Feeding of CT decreased IDO expression in mesenteric lymph nodes (MLN) and Peyer's patch (PP). CT-induced downregulation of IDO expression was reversed by inhibitors of nuclear factor-kappa B (NF-${\kappa}B$), pyrrolidine dithiocarbamate and p50 small interfering RNA. IDO expression was downregulated by the NF-${\kappa}B$ inducers lipopolysaccharide and tumor necrosis factor-${\alpha}$. CT dampened IDO activity and mRNA expression in dendritic cells from MLN and PP. These data indicate that CT disrupts oral tolerance by activating NF-${\kappa}B$, which in turn downregulates IDO expression. This study betters the understanding of the molecular mechanism underlying CT-mediated abrogation of oral tolerance.
Staphylococcus aureus is a major pathogen for cattle, causing various forms of subclinical and clinical mastitis and could be a causative agent of food poisoning, it produces various superantigenic exotoxins which have a great public health significance. A total of 72 S. aureus clinical isolates from dairy farms located in Kyunggi Province Korea were examined for the species identification by biochemical method, and for the detection of $\beta$-lactamase, enterotoxin and other exotoxins genes by PCR. The results of species identification by biochemical method agreed with those of PCR done with species specific primer STA-AU. $\beta$-lactamase is an enzyme closely associated with the resistance to antibiotic penicillin, which is an important means of treatment of mastitis, all the isolates were positive for the presence of genes encoding $\beta$-lactamase, which were reproduced in penicillin susceptibility disc assay. Six types of toxin genes, Staphylococcal enterotoxin (SE)A, SEB, SEC, SEE, toxic shock syndrome toxin (TSST-1) and exfoliative toxin A (ET A) were detected in 72 isolates by PCR associated genotypic method in this study, none of the isolates carried the genes for enterotoxin D (SED) and exfoliative toxin B (ETB). The occurrence rate of exotoxin genes rated as 12.5%, and the precision of the PCR identification results has been confirmed using the reference strains.
Actinobacillus pleuropneumoniae is the causative agent of a porcine contagious pleuropneumonia. Among several virulence factors including exotoxin (Apx toxins), LPS, transferrin-binding proteins, OMPs, and some proteases, Apx toxins have been major targets for the protection study. In this study, cloning and expression of A. pleuropneumoniae Apx I and Apx II toxin, which are produced by all highly virulent strains, were performed by Escherichia coli expression system. Genes coding Apx I and II toxin were amplified from the A. pleuropneumoniae serotype 5 genomic DNA using polymerase chain reaction and cloned to a prokaryotic expression vector, pRSET. Expression of the Apx I and Apx II coding sequences in E. coli resulted in the formation of insoluble inclusion bodies purified according to a denaturing purification protocol, which employs the use of guanidium. Recombinant proteins were purified using $Ni^{2+}$-charged resin affinity purification. This expression and purification system made it possible to produce Apx I and Apx II in large amounts for further immunologic studies.
Temperate phages have been suggested to carry virulence factors and other lysogenic conversion genes that play important roles in pathogenicity. In this study, phage TEM123 in wild-type Staphylococcus aureus from food sources was analyzed with respect to its morphology, genome sequence, and antibiotic resistance conversion ability. Phage TEM123 from a mitomycin C-induced lysate of S. aureus was isolated from foods. Morphological analysis under a transmission electron microscope revealed that it belonged to the family Siphoviridae. The genome of phage TEM123 consisted of a double-stranded DNA of 43,786 bp with a G+C content of 34.06%. A bioinformatics analysis of the phage genome identified 43 putative open reading frames (ORFs). ORF1 encoded a protein that was nearly identical to the metallo-β-lactamase enzymes that degrade β-lactam antibiotics. After transduction to S. aureus with phage TEM123, the metallo-β-lactamase gene was confirmed in the transductant by PCR and sequencing analyses. In a β-lactam antibiotic susceptibility test, the transductant was more highly resistant to β-lactam antibiotics than S. aureus S133. Phage TEM123 might play a role in the transfer of β-lactam antibiotic resistance determinants in S. aureus. Therefore, we suggest that the prophage of S. aureus with its exotoxin is a risk factor for food safety in the food chain through lateral gene transfer.
Proceedings of the Plant Resources Society of Korea Conference
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2020.12a
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pp.3-13
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2020
Pseudomonas aeruginosa is a ubiquitous gram-negative bacterium causing serious infections. The P. aeruginosa T3SS is a syringe-like apparatus on the bacterial surface, with 4 effector toxins: ExoS, ExoT, ExoY, and ExoU. Here, we investigated the effect of ExoS and ExoT of the T3SS of P. aeruginosa K strain (PAK). The type three secretion system (T3SS) is a major virulence system of Pseudomonas aeruginosa (P. aeruginosa). The effector protein Exotoxin S (ExoS) produced by P. aeruginosa is secreted into the host cells via the T3SS. For the purpose of screening the inhibitors with regard to ExoS secretion, we developed the sandwich-type enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) system. PAK clinical strains induce proinflammatory cytokine production through the T3SS, and this involves NF-κB activation in pneumonia mouse models. We tried to confirm the role of the NF-κB transcription factor in ExoS- and ExoT-induced pneumonia mouse models. pro-inflammatory cytokines induction in response to ExoS and ExoT infection relied on NF-κB activation. Our findings highlight the roles of natural poduct in inhibiting proinflammatory cytokine expression during ExoS and ExoT exposure in PAK infections, paving the way for a novel therapeutic approach for the treatment of pulmonary infections.
Song Jeong-Wha;Won Jae-Seon;Lee Yong-Chan;Choe Mu-Hyeon
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.16
no.7
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pp.1104-1110
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2006
Recombinant antibody-toxin is a bifunctional protein that binds and kills a target cell expressing a specific antigen on the surface of the cell, and its structure is chimeric, in which a toxin is fused to an antigen-binding domain such as scFv or Fab. Divalent antibody-toxin molecules showed higher cytotoxicities against cancer cell lines than monovalent molecules. However, the yields of the divalent molecules were very low. In this study, we introduced the CH2, CH3, or CH2-CH3 (=Fc) domain of antibody in the middle of the Fab-toxin between the hinge region of human IgG1 and the toxin domain to increase the yield. The covalently bonded dimer could be formed by three disulfide bridges from cysteine residues in the hinge region. The molecule with the CH3 domain showed about 3-fold higher dimerization yield than previously constructed Fab-toxin molecules, while maintaining the cytotoxic activity comparable to that of scFv-toxin. However, the introduction of CH2 or Fc domain to the same position showed little effect on the dimerization yield. We also observed that the introduction of the CH3 region made it possible to form noncovalently associated dimer molecules.
Kanagawa hemolysin (KH), an exotoxin produced from Kanagawa phenomenon-positive Vibrio parahemolyticus, has been shown to possess various biological activities including hemolysis, enterotoxicity, cytotoxicity, and cardiotoxicity. The aim of this study was to investigate the effect of KH on the cardiovascular system and its mechanism, employing in vivo and in vitro experiments of the rat. Intracerebroventricular (icv) administration of 100 mHU KH produced a marked and continuous pressor effect (icv KH-pressor effect), and the icv pressor effect was not repeatable. However, intravenous (iv) injection of the same dose of KH induced a prominent depressor effect (iv KH-depressor effect). The icv KH-pressor effect was inhibited by acid-denaturation, while the iv KH-depressor effect was not. Simultaneous icv administration of the three agents (ouabain, diltiazem, or bumetanide: $10{\mu}g/kg$ each) significantly reduced the pressor effect. The icv KH-pressor effect was inhibited by treatment with iv phentolamine or chlorisondamine, but was not affected by iv candesartan. The iv KH-depressor effect was repeatable and was attenuated by treatment with iv NAME or methylene blue. In vitro experiments using isolated thoracic aorta, $10^{-6}$ M phenylephrine (PE) and 50 mM KCl produced a sustained contraction. In rings contracted with either agents, KH showed relaxant responses in a concentration- dependent fashion and the relaxation (KH-vasorelaxation) was not dependent on the existence of the endothelium. The KH-vasorelaxation in the endothelium-intact rings contracted by PE was abolished by methylene blue treatment. In summary, the present findings suggest that in the icv KH-pressor effect the cation leak-inducing action of KH is implicated, which leads to the increased central sympathetic tone, that the iv KH-depressor effect results from the vasorelaxation via NO-guanylate cyclase system, and that the KH-vasorelaxation is independent of the endothelium and the guanylate cyclase system is involved in it. In conclusion, the mechanism of KH producing the icv pressor effect may not be identical to that of KH producing the iv depressor effect.
Botulinum neurotoxin(BoNT) is a protease exotoxin produced from Clostridium botulinum. It works by blocking the release of acetylcholine from cholinergic nerve endings causing inactivity of muscles or glands. Recently, the therapeutic use of BoNT have expanded to include a wide range of medical and dental conditions. Botulinum neurotoxin type A(BoNT/A) is used off-label in the orofacial region to treat primary and secondary masticatory and facial muscle spasm, severe bruxism, facial tics, orofacial dyskinesias, dystonias, and hypertrophy of the masticatory muscles. Local hematoma, infection, and persistent pain in the injection site are the site-of-injection side effects. Medication-related side effects are adjacent muscle weakness, slurred speech, an alteration in the character of the saliva, and severe headaches. In most cases, these complications are not persistent and bothersome. We reported a case report of a patient who had transient anterior open bite after BoNT/A injection on masseter muscles to treat the refractory myofascial pain.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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