Author(s):
Guimarães, N. 
Date: 2011
Persistent ID: http://hdl.handle.net/1822/12266
Origin: RepositóriUM - Universidade do Minho
Document details
On the routes of Helicobacter pylori transmission among the humans
Description
Tese de doutoramento em Engenharia Química Biológica Helicobacter pylori is a spiral, microaerophilic, Gram-negative bacterium that colonizes the human stomach and has been associated with the pathogenesis of chronic gastritis, peptic ulcer disease and gastric carcinoma. Since the isolation of H. pylori, numerous studies have been published addressing the prevalence and epidemiology of the infection, the relationship with disease, the identification and characterization of virulence factors and their role in pathogenesis. Nevertheless, the routes of transmission of this bacterium are still a matter of controversy. Both epidemiologic and microbiologic data support direct person to person contact as responsible for the most successful H. pylori colonizations. The most relevant routes of person to person transmission are the gastro-oral, oral-oral, and fecal-oral routes. There is also a growing amount of data reporting the identification of H. pylori in external environmental reservoirs, most significantly in water. The majority of studies that have investigated drinking water, or drinking water-related conditions, as a risk factor for H. pylori infection support a relationship between these parameters. Therefore, exposure of humans to H. pylori from water may not be neglectable. As such, this Thesis explores aspects of H. pylori routes of transmission, considering both the person to person transmission and the human exposure to H. pylori from water environments. In Chapter 1, the literature is reviewed focusing on several aspects of H. pylori, with major emphasis on methods for diagnosis, prevalence and routes of transmission of the infection. The selection of the methods used for H. pylori detection is of utmost importance for achieving the best results. In Chapter 2, a fluorescence in situ hybridization (FISH) method for the rapid detection of H. pylori using a novel peptide nucleic acid (PNA) probe was developed. Laboratory testing with different bacterial species, including other Helicobacter spp., showed that this probe is highly specific for H. pylori strains. In addition, the PNA-FISH method has been successfully adapted for detection of the pathogen in bacterial smears and in paraffin-embedded gastric biopsies. The routes of H. pylori transmission consider the oral cavity as the means of entry of the bacteria in the human host. In Chapter 3, the PNA-FISH assay was used, together with other H. pylori detection methods, to evaluate whether the oral cavity, specifically adenoids and tonsils, may constitute an extra-gastric reservoir for H. pylori. Sixty-two children from the North of Portugal were included in the study, and the presence of H. pylori in adenoids and in tonsils was evaluated in a total of 101 surgical specimens. Results showed that detection methods such as the rapid urease test and immunohistochemistry that have a high specificity for gastric samples, originate false positive results in samples from polimicrobial environments as the adenotonsillar tissue. In all cases of adenoid and tonsillar specimens analysed H. pylori detection was negative, even in children that had a gastric infection assessed by serology. Therefore, is it likely that the adenotonsillar tissue does not constitute an extra-gastric reservoir for H. pylori, or at least a permanent one. Also considering the importance of the oral cavity in H. pylori transmission, in Chapter 4, the influence of the exposure of H. pylori to saliva and its consequences in the survival and infection capacity of the bacteria were evaluated. The culturability of saliva exposed H. pylori was assessed, and it was observed that only at exposure times higher than 24 hours the bacteria loses culturability. Furthermore, contact with saliva did not alter the ability of H. pylori to adhere to and to induce IL-8 secretion by the host cells within the period that bacteria remain viable. This led to the conclusion that only long times of exposure to saliva affects the properties of H. pylori. One can speculate that, since saliva is constantly being swallowed, after H. pylori enters the oral cavity it can rapidly reach the gastric environment and, since adhesion properties are not altered by the contact with saliva in this time period, bacteria are viable and able to colonize the gastric mucosa. In Chapter 5, and considering exposure of humans to H. pylori from environmental sources like water, water exposed H. pylori was evaluated regarding its culturability and the capacity to produce structural components of pathogenicity like the cag type IV secretion system (T4SS). Further, water exposed H. pylori were assessed for their capacity to adhere to host cells and to induce inflammation and apoptosis in those cells. When exposed to water, H. pylori loses the culturability, the ability to induce host cell inflammation and apoptosis, which can be attributed to the non-functionality of the T4SS. Nevertheless, water-exposed H. pylori, although to a lesser extent, are still able to adhere to the host cells, an important property that might allow the bacterium to colonize the gastric epithelium. Overall, water-exposed H. pylori showed a decreased interaction with the host and from the standpoint of the microorganism, attenuation of inflammation and of cell apoptosis may be beneficial in the sense that it may improve the likelihood for the establishment and persistence of the infection. It is therefore possible that H. pylori from water environments recover their capacity to colonize and to infect when reaching the gastric environment. Helicobacter pylori é uma bactéria espiralada, microaerofílica, Gram-negativa que coloniza o estômago humano e está associada à etiopatogénese da gastrite crónica, úlcers péptica e carcinoma gástrico. Desde o isolamento de H. pylori, vários estudos foram publicados e tanto os dados epidemiológicos como os microbiológicos suportam o contacto directo pessoa a pessoa como o responsável pelas colonizações de H. pylori mais bem sucedidas. As vias mais relevantes na transmissão pessoa a pessoa são as vias gastro-oral, oral-oral e fecal-oral. Há também cada vez mais evidências da presença de H. pylori em reservatórios externos ambientais, principalmente na água. A maior parte dos estudos que investigaram a água potável, ou condições associadas à água potável, identificaram estes parâmetros como factores de risco para a infecção por H. pylori. Assim sendo, a exposição de humanos a H. pylori presente na água, não deve ser negligenciada. Em suma, esta Tese explora aspectos das vias de transmissão de H. pylori, considerando a transmissão pessoa a pessoa bem como a exposição humana a H. pylori presente na água. No Capítulo 1, foi feita uma revisão da literatura englobando diversos aspectos da infecção por H. pylori, com maior ênfase nos métodos de diagnóstico, prevalência e vias de transmissão da infecção. A selecção do(s) método(s) utilizados para detectar H. pylori é de extrema importância para a obtenção de resultados inequívocos. No Capítulo 2, foi desenvovido um método de hibridação in situ usando fluorescência (FISH) para a detecção rápida de H. pylori usando uma nova sonda de ácido nucleíco peptídico (PNA). Testes laboratoriais com espécies bacterianas, incluindo espécies que não Helicobacter spp., mostraram que esta sonda é altamente específica para a as estirpes de H. pylori. Além disso, o método de PNA-FISH foi adaptado com sucesso para detecção de H. pylori em esfregaços bacterianos e em biopsias gástricas incluídas em parafina. As vias de transmissão de H. pylori consideram a cavidade oral como o meio de entrada da bactéria no hospedeiro humano. No Capítulo 3, o método de PNA-FISH foi usado, juntamente com outos métodos de detecção da bactéria, para avaliar se a cavidade oral, especificamente as adenóides e as amígdalas, podem constituir um reservatório extragástrico para H. pylori. No estudo foram incluídas 62 crianças do Norte de Portugal, tendo sido determinada a presença de H. pylori nas adenóides e amígdalas num total de 101 amostras cirúrgicas. Os resultados mostraram que métodos de detecção como o teste rápido da urease e imunohistoquímica, que são altamente específicos em amostras gástricas, originaram falsos positivos em amostras de ambientes polimicrobiais, como é o caso do tecido adeno-amigdalino. Em todas as amostras de adenóides e amígdalas que foram analisadas a detecção de H. pylori foi negativa, mesmo em crianças que possuíam infecção gástrica diagnosticada por serologia. Estes resultados sugerem que o tecido adeno-amigdalino não constitui um reservatório extra-gástrico para H. pylori, pelo menos que não constitui um reservatório permanente de H. pylori. Ainda considerando a importância da cavidade oral na transmissão de H. pylori, no Capítulo 4 foi analisada a influência da exposição de H. pylori à saliva e as respectivas consequências na sobrevivência e capacidade de infecção da bactéria. A culturabilidade de H. pylori exposta à saliva foi estudada, obervando-se que a bactéria apenas perde a culturabilidade com tempos de exposição superiores a 24 horas. O contacto com a saliva não alterou a capacidade de H. pylori para aderir e induzir secreção de IL-8 pelas células do hospedeiro no período de tempo que a bactéria permanece viável. Isto permitiu concluir que apenas tempos longos de exposição à saliva afectam as propriedades de H. pylori. Uma vez que a saliva está constantemente a ser engolida, pode-se especular que, depois de H. pylori entrar na cavidade oral, a bactéria pode rapidamente atingir o ambiente gástrico. Tendo em conta que a capacidade de adesão não é alterada com a exposição à saliva neste espaço de tempo, a bactéria mantém-se viável e é capaz de colonizar a mucosa gástrica. No Capítulo 5, avaliou-se a influência da exposição à água na culturabilidade de H. pylori e na capacidade para produzir componentes estruturais de patogenicidade tal como o “cag type IV secretion system” (T4SS). Foram ainda estudadas a capacidade de H. pylori exposta à água de aderir a células do hospedeiro e de induzir inflamação e apoptose nessas células. Quando exposta à água, H. pylori perde a culturabilidade e a capacidade de induzir inflamação e apoptose nas células do hospedeiro, o que pode estar relacionado com a não funcionalidade do T4SS. No entanto, depois de exposta à água, H. pylori mantêm ainda uma considerável capacidade de aderir às células do hopedeiro, uma propriedade importante na colonização do epitélio gástrico. Em suma, H. pylori exposta à água mostrou ter uma menor interacção com o hospedeiro e, do ponto de vista do microorganismo, menos inflamação e diminuição da apoptose das células do hospedeito pode ser benéfico no sentido de poder aumentar a probabilidade do estabelecimento e persistência da infecção. Assim é possível que H. pylori presente em reservatórios ambientais como a água, consiga recuperar a sua capacidade para infectar e colonizar a mucosa após atingir o ambiente gástrico.
Tese de doutoramento em Engenharia Química Biológica Helicobacter pylori is a spiral, microaerophilic, Gram-negative bacterium that colonizes the human stomach and has been associated with the pathogenesis of chronic gastritis, peptic ulcer disease and gastric carcinoma. Since the isolation of H. pylori, numerous studies have been published addressing the prevalence and epidemiology of the infection, the relationship with disease, the identification and characterization of virulence factors and their role in pathogenesis. Nevertheless, the routes of transmission of this bacterium are still a matter of controversy. Both epidemiologic and microbiologic data support direct person to person contact as responsible for the most successful H. pylori colonizations. The most relevant routes of person to person transmission are the gastro-oral, oral-oral, and fecal-oral routes. There is also a growing amount of data reporting the identification of H. pylori in external environmental reservoirs, most significantly in water. The majority of studies that have investigated drinking water, or drinking water-related conditions, as a risk factor for H. pylori infection support a relationship between these parameters. Therefore, exposure of humans to H. pylori from water may not be neglectable. As such, this Thesis explores aspects of H. pylori routes of transmission, considering both the person to person transmission and the human exposure to H. pylori from water environments. In Chapter 1, the literature is reviewed focusing on several aspects of H. pylori, with major emphasis on methods for diagnosis, prevalence and routes of transmission of the infection. The selection of the methods used for H. pylori detection is of utmost importance for achieving the best results. In Chapter 2, a fluorescence in situ hybridization (FISH) method for the rapid detection of H. pylori using a novel peptide nucleic acid (PNA) probe was developed. Laboratory testing with different bacterial species, including other Helicobacter spp., showed that this probe is highly specific for H. pylori strains. In addition, the PNA-FISH method has been successfully adapted for detection of the pathogen in bacterial smears and in paraffin-embedded gastric biopsies. The routes of H. pylori transmission consider the oral cavity as the means of entry of the bacteria in the human host. In Chapter 3, the PNA-FISH assay was used, together with other H. pylori detection methods, to evaluate whether the oral cavity, specifically adenoids and tonsils, may constitute an extra-gastric reservoir for H. pylori. Sixty-two children from the North of Portugal were included in the study, and the presence of H. pylori in adenoids and in tonsils was evaluated in a total of 101 surgical specimens. Results showed that detection methods such as the rapid urease test and immunohistochemistry that have a high specificity for gastric samples, originate false positive results in samples from polimicrobial environments as the adenotonsillar tissue. In all cases of adenoid and tonsillar specimens analysed H. pylori detection was negative, even in children that had a gastric infection assessed by serology. Therefore, is it likely that the adenotonsillar tissue does not constitute an extra-gastric reservoir for H. pylori, or at least a permanent one. Also considering the importance of the oral cavity in H. pylori transmission, in Chapter 4, the influence of the exposure of H. pylori to saliva and its consequences in the survival and infection capacity of the bacteria were evaluated. The culturability of saliva exposed H. pylori was assessed, and it was observed that only at exposure times higher than 24 hours the bacteria loses culturability. Furthermore, contact with saliva did not alter the ability of H. pylori to adhere to and to induce IL-8 secretion by the host cells within the period that bacteria remain viable. This led to the conclusion that only long times of exposure to saliva affects the properties of H. pylori. One can speculate that, since saliva is constantly being swallowed, after H. pylori enters the oral cavity it can rapidly reach the gastric environment and, since adhesion properties are not altered by the contact with saliva in this time period, bacteria are viable and able to colonize the gastric mucosa. In Chapter 5, and considering exposure of humans to H. pylori from environmental sources like water, water exposed H. pylori was evaluated regarding its culturability and the capacity to produce structural components of pathogenicity like the cag type IV secretion system (T4SS). Further, water exposed H. pylori were assessed for their capacity to adhere to host cells and to induce inflammation and apoptosis in those cells. When exposed to water, H. pylori loses the culturability, the ability to induce host cell inflammation and apoptosis, which can be attributed to the non-functionality of the T4SS. Nevertheless, water-exposed H. pylori, although to a lesser extent, are still able to adhere to the host cells, an important property that might allow the bacterium to colonize the gastric epithelium. Overall, water-exposed H. pylori showed a decreased interaction with the host and from the standpoint of the microorganism, attenuation of inflammation and of cell apoptosis may be beneficial in the sense that it may improve the likelihood for the establishment and persistence of the infection. It is therefore possible that H. pylori from water environments recover their capacity to colonize and to infect when reaching the gastric environment. Helicobacter pylori é uma bactéria espiralada, microaerofílica, Gram-negativa que coloniza o estômago humano e está associada à etiopatogénese da gastrite crónica, úlcers péptica e carcinoma gástrico. Desde o isolamento de H. pylori, vários estudos foram publicados e tanto os dados epidemiológicos como os microbiológicos suportam o contacto directo pessoa a pessoa como o responsável pelas colonizações de H. pylori mais bem sucedidas. As vias mais relevantes na transmissão pessoa a pessoa são as vias gastro-oral, oral-oral e fecal-oral. Há também cada vez mais evidências da presença de H. pylori em reservatórios externos ambientais, principalmente na água. A maior parte dos estudos que investigaram a água potável, ou condições associadas à água potável, identificaram estes parâmetros como factores de risco para a infecção por H. pylori. Assim sendo, a exposição de humanos a H. pylori presente na água, não deve ser negligenciada. Em suma, esta Tese explora aspectos das vias de transmissão de H. pylori, considerando a transmissão pessoa a pessoa bem como a exposição humana a H. pylori presente na água. No Capítulo 1, foi feita uma revisão da literatura englobando diversos aspectos da infecção por H. pylori, com maior ênfase nos métodos de diagnóstico, prevalência e vias de transmissão da infecção. A selecção do(s) método(s) utilizados para detectar H. pylori é de extrema importância para a obtenção de resultados inequívocos. No Capítulo 2, foi desenvovido um método de hibridação in situ usando fluorescência (FISH) para a detecção rápida de H. pylori usando uma nova sonda de ácido nucleíco peptídico (PNA). Testes laboratoriais com espécies bacterianas, incluindo espécies que não Helicobacter spp., mostraram que esta sonda é altamente específica para a as estirpes de H. pylori. Além disso, o método de PNA-FISH foi adaptado com sucesso para detecção de H. pylori em esfregaços bacterianos e em biopsias gástricas incluídas em parafina. As vias de transmissão de H. pylori consideram a cavidade oral como o meio de entrada da bactéria no hospedeiro humano. No Capítulo 3, o método de PNA-FISH foi usado, juntamente com outos métodos de detecção da bactéria, para avaliar se a cavidade oral, especificamente as adenóides e as amígdalas, podem constituir um reservatório extragástrico para H. pylori. No estudo foram incluídas 62 crianças do Norte de Portugal, tendo sido determinada a presença de H. pylori nas adenóides e amígdalas num total de 101 amostras cirúrgicas. Os resultados mostraram que métodos de detecção como o teste rápido da urease e imunohistoquímica, que são altamente específicos em amostras gástricas, originaram falsos positivos em amostras de ambientes polimicrobiais, como é o caso do tecido adeno-amigdalino. Em todas as amostras de adenóides e amígdalas que foram analisadas a detecção de H. pylori foi negativa, mesmo em crianças que possuíam infecção gástrica diagnosticada por serologia. Estes resultados sugerem que o tecido adeno-amigdalino não constitui um reservatório extra-gástrico para H. pylori, pelo menos que não constitui um reservatório permanente de H. pylori. Ainda considerando a importância da cavidade oral na transmissão de H. pylori, no Capítulo 4 foi analisada a influência da exposição de H. pylori à saliva e as respectivas consequências na sobrevivência e capacidade de infecção da bactéria. A culturabilidade de H. pylori exposta à saliva foi estudada, obervando-se que a bactéria apenas perde a culturabilidade com tempos de exposição superiores a 24 horas. O contacto com a saliva não alterou a capacidade de H. pylori para aderir e induzir secreção de IL-8 pelas células do hospedeiro no período de tempo que a bactéria permanece viável. Isto permitiu concluir que apenas tempos longos de exposição à saliva afectam as propriedades de H. pylori. Uma vez que a saliva está constantemente a ser engolida, pode-se especular que, depois de H. pylori entrar na cavidade oral, a bactéria pode rapidamente atingir o ambiente gástrico. Tendo em conta que a capacidade de adesão não é alterada com a exposição à saliva neste espaço de tempo, a bactéria mantém-se viável e é capaz de colonizar a mucosa gástrica. No Capítulo 5, avaliou-se a influência da exposição à água na culturabilidade de H. pylori e na capacidade para produzir componentes estruturais de patogenicidade tal como o “cag type IV secretion system” (T4SS). Foram ainda estudadas a capacidade de H. pylori exposta à água de aderir a células do hospedeiro e de induzir inflamação e apoptose nessas células. Quando exposta à água, H. pylori perde a culturabilidade e a capacidade de induzir inflamação e apoptose nas células do hospedeiro, o que pode estar relacionado com a não funcionalidade do T4SS. No entanto, depois de exposta à água, H. pylori mantêm ainda uma considerável capacidade de aderir às células do hopedeiro, uma propriedade importante na colonização do epitélio gástrico. Em suma, H. pylori exposta à água mostrou ter uma menor interacção com o hospedeiro e, do ponto de vista do microorganismo, menos inflamação e diminuição da apoptose das células do hospedeito pode ser benéfico no sentido de poder aumentar a probabilidade do estabelecimento e persistência da infecção. Assim é possível que H. pylori presente em reservatórios ambientais como a água, consiga recuperar a sua capacidade para infectar e colonizar a mucosa após atingir o ambiente gástrico.
Document Type
Doctoral Thesis
Language English
Advisor(s) Vieira, M. J.; Figueiredo, C.
Language English
Advisor(s) Vieira, M. J.; Figueiredo, C.
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