Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/11422/28448

Type: Tese
Title: A novel nrontier in food safety :meeting the evolutionary challenges posed by Escherichia coli
Author(s)/Inventor(s): Machado, Maxsueli Aparecida Moura
Advisor: Conte Junior, Carlos Adam
Co-advisor: Figueiredo, Eduardo Eustáquio de Souza
Abstract: A Escherichia coli E. coli é uma Enterobacteriaceae que possui como habitat o trat o gastrointestinal de animais de sangue quente e o meio ambiente de forma geral. Nove de seus sorotipos estão frequentemente associados a doenças de origem alimentar e podem oca sionar infecções intra e extra intestinais ao humano, e em alguns casos pode le var o indivíduo a morte. Na cadeia de alimentos, tratamentos térmicos são uma das principais alternativas para o combate da bactéria. Entretanto, com um genoma em constant e evolução, a E. coli sofreu mudanças em sua maquinaria genética ao longo dos anos , o que corroborou com sua capacidade de supera r diversos desafios impostos pela sociedade . Desta forma , esta tese buscou caracterizar fenotipicamente a E. coli patogênica isolada de alimentos, animais e humanos oriundos de diferentes partes do mundo, em relação a sua capacidade de superar as pressões ecológicas, buscando entender o papel da maquinaria genética da bactéria nesse contexto. A fim de caracterizar o fenótipo de re sistência térmica da bactéria, cepas de E. coli isoladas de produtos de origem animal (carne bovina e leite pasteurizado) foram expostas à tratamentos de 60 e 71 C. Em seguida, as cepas que apresentaram um padrão para moderada e alta resistên cia térmica foram selecionadas para o sequencia mento do genoma completo a fim de identificar genes presentes na ilha de resistência térmica transmissible locus of stress tolerance ( tLST). Através do sequenciamento do genoma realizamos uma prevalência do tL ST em E. coli de todo o Brasil . Posteriormente, o sequenciamento do genoma também foi realizado em E. coli isolada de frango oriundas de supermercados do Peru, a fim de caracterizar geneticamente a resistência antimicrobiana da bactéria.Em outro momento , uma coleção de E. coli oriunda de humanos e outros animais diversos , isoladas de diferentes partes do mundo, e estocadas no laboratório localizado no departamento de microbiologia e imunologia da Un iversity of Texas Medical Branch em Galveston, no Texas, Estados Unidos foram utilizadas a fim de identificar potenciais proteínas relacionadas a produção de biofilme da bactéria quando na presença de sal de bile. Em seguida, com base em todos os dados so bre o fenótipo e genótipo de resistência de E. coli de fontes diversas, a lgumas dessas cepas, isoladas de produtos de origem animal foram selecionadas e submetidas a desafios de sobrevivência utilizando duas tecnologias não térmicas inovadoras promissoras : os diodos emissores de luz ultravioleta (UVC LED) e o ultrassom (US). Com base nesses resultados, um estudo final foi conduzido utilizando o infravermelho (FT IR) a fim de entender o comportamento biomolecular da bactéria quando expostas a condições térm icas (60 C ) e não térmicas (UVC LED e US). Os resultados desta tese demonstraram a grande adap tabilidade d a E. coli isolada de fontes diversas em superar tensões ambientes extrínsecas (calor, tecnologias não térmicas) e intrínsecas ao hospedeiro (sal de bile). A maquinaria genética da bactéria investigada através dos dados do sequenciamento do genoma demonstrou a prese nça de inúmeros genes responsáveis tanto pela resistência quanto persistência e virulência da bactéria. Os resultados oriundos deste trabalho desempenharão um papel fundamental no desenvolvimento de novas abordagens que sejam capazes de eliminar o patógeno.Disponível somente online.
Abstract: Escherichia coli (E. coli) is an enterobacteria that inhabits the gastrointestinal tract of warm-blooded animals and the environment in general. Nine of its serotypes are frequently associated with foodborne illnesses and can lead to intra- and extraintestinal infections in humans, and in some cases to death. In the food chain, heat treatments are one of the main alternatives to combat the bacteria. However, with a genome in constant evolution, E. coli has undergone changes in its genetic machinery over the years, which has contributed to its ability to overcome various challenges imposed by humans. In this way, this thesis aimed to phenotypically characterize pathogenic E. coli isolated from food, animals and humans from different parts of the world, in relation to their ability to overcome ecological pressures, in an attempt to understand the role of the bacteria's genetic machinery in this context. In order to characterize the bacteria's heat resistance phenotype, E. coli strains isolated from animal-based food (beef and pasteurized milk) were exposed to treatments of 60 and 71°C. Then, the strains that showed a moderate and high heat resistance were selected for whole genome sequencing in order to identify genes present in the heat resistance island called transmissible locus of stress tolerance (tLST). Through genome sequencing we carried out a prevalence of tLST in E. coli from across Brazil. Afterwards, genome sequencing was also carried out on E. coli isolated from chicken from supermarkets in Peru, in order to genetically characterize the antimicrobial resistance of the bacteria.Furthermore, a collection of E. coli from humans and other diverse animals, isolated from different parts of the world, and stored in the laboratory located in the department of microbiology and immunology at the University of Texas Medical Branch in Galveston, Texas, United States, were used to identify potential proteins related to the production of biofilm by the bacteria when in the presence of bile salt. Based on all the data on the resistance phenotype and genotype of E. coli from various sources, some of these strains, isolated from animal products, were selected and subjected to survival challenges using two promising innovative non-thermal technologies: ultraviolet light-emitting diodes (UVC-LED) and ultrasound (US). Using these results, a final study was conducted using infrared (FT-IR) in order to understand the biomolecular behavior of the bacteria when exposed to thermal (60°C) and non-thermal (UVC-LED and US) conditions. The results of this thesis demonstrated the high adaptability of E. coli isolated from diverse sources to overcome extrinsic (heat, non-thermal technologies) and intrinsic host (bile salt) environmental stresses. The genetic machinery of the bacteria investigated through genome sequencing data showed the presence of numerous genes responsible for resistance, persistence and virulence. The results of this work will be instrumental in developing new approaches capable of eliminating the E. coli.
Keywords: Escherichia coli
Genoma bacteriano
Estresse ambiental
Subject CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA
CNPQ::CIENCIAS AGRARIAS::CIENCIA E TECNOLOGIA DE ALIMENTOS::CIENCIA DE ALIMENTOS
Program: Programa de Pós-Graduação em Ciência de Alimentos
Production unit: Instituto de Química
Publisher: Universidade Federal do Rio de Janeiro
Issue Date: 26-Feb-2024
Publisher country: Brasil
Language: eng
Right access: Acesso Aberto
Citation: MACHADO, Maxsueli Aparecida Moura. Uma nova fronteira na segurança de alimentos: conhecendo as evoluções impostas pela Escherichia coli. 2024. Tese (Doutorado em Ciência de Alimentos) – Instituto de Química, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2024.
Appears in Collections:Ciência de Alimentos

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