Dissertação de Mestrado - Embrapa

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL CENTRO DE BIOTECNOLOGIA PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM BIOLOGIA CELULAR E MOLECULAR CÁPSULA E SUPERÓXIDO DISMUTASE COMO FATORES DE VIRULÊNCIA EM Actinobacillus pleuropneumoniae CATIA SILENE KLEIN PORTO ALEGRE dezembro de 2000

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL CENTRO DE BIOTECNOLOGIA

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM BIOLOGIA CELULAR E MOLECULAR

CÁPSULA E SUPERÓXIDO DISMUTASE COMO FATORES DE VIRULÊNCIA EM Actinobacillus pleuropneumoniae

CATIA SILENE KLEIN

PORTO ALEGRE

dezembro de 2000

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM BIOLOGIA CELULAR E MOLECULAR

CÁPSULA E SUPERÓXIDO DISMUTASE COMO FATORES DE VIRULÊNCIA EM Actinobacillus pleuropneumoniae

por

Catia Silene Klein

Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Biologia

Celular e Molecular da UFRGS como um dos requisitos para obtenção do

grau de Mestre.

Profª. Irene Silveira Schrank

Orientadora

PORTO ALEGRE, dezembro de 2000.

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL

CENTRO DE BIOTECNOLOGIA

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM BIOLOGIA CELULAR E MOLECULAR

Cápsula e Superóxido Dismutase como Fatores de Virulência em Actinobacillus pleuropneumoniae

por

CATIA SILENE KLEIN

Dissertação apresentada como requisito parcial para obtenção do grau de Mestre no

Programa de Pós-Graduação em Biologia Celular e Molecular da Universidade

Federal do Rio Grande do Sul, pela comissão formada pelos professores:

Profa.

Dra. Marisa Ribeiro de Itapema Cardoso

Membro da Comissão

Prof.

Dr. Itabajara da Silva Vaz Jr

Membro da Comissão

Dr. Itamar Antônio Piffer

Membro da Comissão

Profa. Dra. Irene Silveira Schrank

Orientadora e Presidente da Comissão

Porto Alegre, dezembro de 2000.

Page 4: Dissertação de Mestrado - Embrapa

iii

Este trabalho foi realizado nos laboratórios do

Centro de Biotecnologia da Universidade Federal

do Rio Grande do Sul, sendo financiado pela

Fundação de Amparo à Pesquisa do Rio Grande

do Sul (FAPERGS) e Coordenadoria de

Aperfeiçoamento de Pessoal de Ensino Superior

(CAPES).

Page 5: Dissertação de Mestrado - Embrapa

iv

AGRADECIMENTOS

À Dra. Irene Silveira Schrank, pela orientação, ensinamentos, sugestões,

confiança em mim depositada durante a realização deste curso.

Ao Dr. Sérgio Ceroni da Silva pela atenção, auxílio, sugestões dadas e

amizade durante a minha permanência no laboratório 213.

Ao Dr. Itamar Piffer pessoa que admiro muito e tornou possível a realização

deste curso e também pelo apoio, atenção e sugestões dadas quando solicitei seus

conhecimentos.

Aos Profs. Dra. Marilene Vainstein e Dr. Arnaldo Zaha, pelas sugestões e

ensinamentos repassados através da comissão de acompanhamento.

Ao Prof. Dr. Augusto Schrank pela atenção dada sempre que solicitado.

Aos secretários do PPGBCM Sílvia e Luciano pela amizade, dedicação e

atenção profissional sempre que solicitados.

À todas as colegas do laboratório 213 pela convivência e amizade e em

especial à Raquel e à Clarissa pelo auxílio técnico em muitos momentos.

Aos colegas da Embrapa e dos laboratórios 107, 205 e 210 pela convivência,

amizade e auxílio quando necessário.

À amiga e colega Deise pela amizade, convivência, atenção e auxílio sempre

que solicitei seus conhecimentos teóricos e práticos.

As amigas Jalusa, Valéria, Virgínia, Suzana e Patrícia pelo incentivo e apoio

sempre em todos os momentos.

Ao Hermides pela amizade, auxílio, ensinamentos teóricos e práticos em

muitos momentos.

À minha família especialmente aos meus pais pelo amor e esforços para a

minha formação.

Ao meu marido Sérgio pelo incentivo, amor e compreensão na minha

ausência e pelo apoio em todos os momentos de dificuldades.

À todos os professores e funcionários do Centro de Biotecnologia.

À colega da Embrapa Maria Fávero pelo incentivo e ajuda laboratorial.

Aos colegas do curso, pela amizade e convivência.

Page 6: Dissertação de Mestrado - Embrapa

v

SUMÁRIO Lista de abreviaturas, símbolos e unidades ..............................................................viii

Lista de tabelas .......................................................................................................... xi

Lista de figuras .......................................................................................................... xii

Resumo.................................................................................................................... xiv

Abstract .................................................................................................................... xvi

Capítulo 1 ....................................................................................................................1

1 Introdução ................................................................................................................2

1.1 Importância da suinocultura no Brasil ...................................................................2

1.2 Doenças respiratórias dos suínos .........................................................................3

1.3 Pleuropneumonia suína (PPS) ..............................................................................4

1.3.1 Agente etiológico da PPS...................................................................................7

1.3.2 Caracterização bioquímica .................................................................................8

1.3.3 Isolamento do A. pleuropneumoniaae ................................................................9

1.3.4 Sorotipos de A. pleuropneumoniae ..................................................................11

1.3.5 Epidemiologia...................................................................................................12

1.3.6 Fatores de virulência ........................................................................................13

1.3.6.1 Toxinas e LPS ...............................................................................................13

1.3.6.2 Cápsula. ........................................................................................................17

1.3.6.3 Superóxido dismutase (SOD)........................................................................23

1.3.7 Vacinas e resposta imune e celular..................................................................28

1.3.8 Técnicas utilizadas na identificação e detecção do A. pleuropneumoniae .......31

1.3.9 Reação em cadeia da polimerase (PCR) .........................................................32

1.4 A espécie Actinobacillus suis ..............................................................................36

1.5 Objetivos .............................................................................................................38

Capítulo 2 ..................................................................................................................39

Page 7: Dissertação de Mestrado - Embrapa

vi

Detection of Actinobacillus pleuropneumoniae by PCR on field strains isolated from

healthy and diseased pigs.........................................................................................39

Capítulo 3 ..................................................................................................................40

3 Materiais e métodos ...............................................................................................41

3.1 Origem das amostras analisadas ........................................................................41

3.2 Meios de cultura e condições de cultivo das amostras .......................................43

3.3 Enzimas...............................................................................................................43

3.4 Caracterização do gene cpx de A. pleuropneumoniae ........................................43

3.4.1 Clivagem do produto amplificado por PCRcpx .................................................43

3.4.2 Clivagem do DNA genômico. ...........................................................................44

3.4.3 Detecção microbiológica de cápsula ................................................................44

3.5 PCR para genes sodC de A. pleuropneumoniae.................................................45

3.5.1 Desenvolvimento de primers específicos .........................................................45

3.5.2 Extração de DNA total ......................................................................................46

3.5.3 Aplicação da técnica de PCR para o gene sodC de

A. pleuropneumoniae ................................................................................................46

3.6 Otimização das condições de PCR para o gene sodC de

A. pleuropneumoniae ................................................................................................47

3.6.1Controles da técnica de PCR ............................................................................47

3.6.2 Clivagem do produto PPsodC ..........................................................................49

3.6.3 Eletroforese dos produtos de PCR em gel de agarose ....................................49

3.6.4 Southern blot ....................................................................................................49

3.6.4.1 Transferência de DNA para membrana de nylon ..........................................49

3.6.4.2 Preparo da sonda para hibridização..............................................................49

3.6.5 Seqüenciamento dos fragmentos de PCR .......................................................50

3.6.5.1 Eletroforese em gel de poliacrilamida desnaturante......................................50

3.6.5.1.1 Solução estoque de acrilamida a 42% .......................................................50

3.6.5.1.2 Montagem do gel, aplicação das amostras e corrida eletroforética............51

3.6.5.1.3 Secagem do gel, exposição e revelação em filme de radiografia...............51

3.7 Detecção da atividade de superóxido dismutases (SODs)..................................51

3.7.1 Preparo das amostras de A. pleuropneumoniae ..............................................51

3.7.2 Soluções utilizadas...........................................................................................52

3.7.2.1 Tampão de amostra ......................................................................................52

Page 8: Dissertação de Mestrado - Embrapa

vii

3.7.2.2 Soluções para visualização de atividade das SODs .....................................52

3.7.2.2.1 Solução de NBT (Nitrobluetetrazolium) ......................................................52

3.7.2.2.2 Solução de inibição KCN/H2O2...................................................................52

3.7.2.2.3 Solução reveladora.....................................................................................52

3.7.2.3 Solução estoque de acrilamida-bisacrilamida ...............................................53

3.7.2.3.1 Solução separadora (Running)...................................................................53

3.7.2.3.2 Solução concentradora (Stacking)..............................................................53

3.7.2.4 Soluções aceleradoras da polimerização ......................................................53

3.7.2.4.1 Solução aceleradora separadora (Running)...............................................53

3.7.2.4.2 Solução aceleradora concentradora (Stacking)..........................................53

3.7.2.5 Tampão para corrida eletroforética (10X)......................................................53

3.7.3 Confecção dos géis nativos (não desnaturantes).............................................53

3.7.3.1 Gel separador (Running) ...............................................................................53

3.7.3.2 Gel concentrador (Stacking)..........................................................................54

3.7.4 Determinação do metal ligante.........................................................................54

Capítulo 4 ..................................................................................................................55

4 Resultados .............................................................................................................56

4.1 Caracterização do produto de amplificação relativo ao operon que

codifica as proteínas de transporte de cápsula .........................................................56

4.2 Padronização da técnica de PCR para amplificação do gene sodC ...................60

4.3 Aplicação da técnica de PCRsodC em isolados de campo.................................65

4.4 CuZnSOD em A. pleuropneumoniae ...................................................................70

Capítulo 5 ..................................................................................................................74

5. Discussão..............................................................................................................75

Capítulo 6 ..................................................................................................................87

6 Referências bibliográficas ......................................................................................88

Page 9: Dissertação de Mestrado - Embrapa

viii

LISTA DE ABREVIATURAS, SÍMBOLOS E UNIDADES

AP-PCR arbitrarily primed polymerase chain reaction (reação em cadeia da

polimerase com primers arbitrários)

α-33P fósforo radioativo

Am Actinobacillus minor

App Actinobacillus pleuropneumoniae

aroA gene codificante - 5-enolpyruvylshikimate 3-phosphate synthase

BHI brain heart infusion

ºC grau Celsius

CAMP Christie, Atkin, Munch-Peterson reaction

CNPSA Centro Nacional de Pesquisa de Suínos e Aves

CO2 dióxido de carbono

cm centímetros

CuZnSOD Cobre-Zinco superóxido dismutase

DNA ácido desoxirribonucléico

EDTA ácido etilenodiaminotetraacético; sal dissódico

ELISA enzyme-linked immunosorbent assay (ensaio imunoenzimático)

EMBRAPA Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária

ETB extrato total bacteriano

FeSOD ferro superóxido dismutase

g força gravitacional

HCl ácido clorídrico

Hps Haemophilus parasuis

kb kilobase

KDA kilodalton

LB Lúria Bertani

LPS-CL lipopolissacarídeos de cadeia longa

MnSOD Manganês superóxido dismutase

mg miligrama

Mg magnésio

MgCl2 cloreto de magnésio

ml mililitro

mM milimolar

Page 10: Dissertação de Mestrado - Embrapa

ix

NAD nicotimamida-adenina-dinucleotídeo

NBT nitrobluetetrazoliun

NT não sorotipificáveis

omlA gene codificante - outer membrane lipoprotein (lipoproteína de

membrana externa)

ORF open reading frame (fase de leitura aberta)

PMOL picomolar

PB par de bases

PH potencial de hidrogênio

PFGE pulsed field gel electrophoresis (PFGE) (Eletroforese em gel de

campo pulsado)

PMSF fenilmetilsulfonil fluoreto

PPS pleuropneumonia suína

P/V peso por volume

PCR polymerase chain reaction (reação em cadeia da polimerase)

PCRcpx reação em cadeia da polimerase para genes cpx de

A. pleuropneumoniae

PCRsodC reação em cadeia da polimerase para genes sodC de

A. pleuropneumoniae

PPcpx produto amplificado por PCRcpx utilizando os primers cpx

PPsodC produto amplificado por PCRsodC utilizando os primers sodC

PPMsod produto amplificado por PCRsodC utilizando os primers Msod

RFLP restriction fragment length polymorphism (polimorfismo para

tamanho de fragmentos de restrição)

rpm rotações por minuto

RTX repeat toxins (toxinas com repetições)

SDS dodecilsulfato de sódio

SOD superóxido dismutase

SPF specific patogen free (livre de patógeno específico)

SSC solução sódio citrato

ST sorotipificáveis

TEMED N,N,N’,N’-tetrametil etilenediametilamina

TLCK Nα-p-tosil-L-lisina clorometil cetona

TPCK N-tosil-L-fenilalanina clorometil cetona

Page 11: Dissertação de Mestrado - Embrapa

x

Tris tris (hidroximetil) aminometano

U unidade

UFC unidade formadora de colônia

µg micrograma

µM micromolar

v/v volume por volume

10 X 10 vezes a concentração de uso

20 X 20 vezes a concentração de uso

Page 12: Dissertação de Mestrado - Embrapa

xi

LISTA DE TABELAS TABELA 1. Isolados de A. pleuropneumoniae oriundos de casos clínicos no

Brasil .........................................................................................................................42

TABELA 2. Número de amostras NAD-dependentes isoladas de tonsilas de

leitões assintomáticos ...............................................................................................42

TABELA 3. Seqüências dos primers sodC e Msod ...................................................45

TABELA 4. Amostras bacterianas utilizadas na padronização dos testes de

PCRcpx e PCRsodC .................................................................................................48

TABELA 5. Análise microbiológica de presença de cápsula .....................................60

TABELA 6. Classificação bioquímica e resultados de PCR de isolados App

de casos clínicos .......................................................................................................65

TABELA 7. Classificação bioquímica e resultados de PCRsodC dos isolados

de rebanhos assintomáticos......................................................................................66

TABELA 8. Caracterização de isolados App originados de casos clínicos de

PPS ...........................................................................................................................67

TABELA 9. Caracterização de isolados App de rebanhos assintomáticos com

9 a 15 semanas de idade ..........................................................................................68

TABELA 10. Caracterização de amostras NT. ..........................................................86

Page 13: Dissertação de Mestrado - Embrapa

xii

LISTA DE FIGURAS FIGURA 1. Operon dos genes cpx com a região de 715pb amplificada pelos

primers cpx................................................................................................................44

FIGURA 2. Região genômica de App ressaltando o gene sodC (573 pb).................45

FIGURA 3. Clivagem do produto de PCR PPcpx do sorotipo 5a de

A. pleuropneumoniae ................................................................................................56

FIGURA 4. Clivagem do produto de PPcpx do isolado de

A. pleuropneumoniae 6800 oriundo de campo..........................................................57

FIGURA 5. Esquema de clivagem do fragmento PPcpx com os sítios para

TaqI ...........................................................................................................................57

FIGURA 6. Seqüência de nucleotídeo do produto PPcpx de App.............................58

FIGURA 7. Clivagem dos DNAs genômicos e hibridização com PPcpx ...................59

FIGURA 8. Análise por PCR da presença do gene sodC em App ...........................61

FIGURA 9. Análise por PCR da presença do gene sodC .........................................62

FIGURA 10. Clivagem do fragmento PPsodC de App ..............................................63

FIGURA 11. Esquema de clivagem do fragmento PPsodC com o sítio para

BamHI .......................................................................................................................63

FIGURA 12. Seqüência de nucleotídeo do produto amplificado de PPMsod............64

FIGURA 13. Detecção de CuZnSOD em App sorotipo 5a ........................................71

FIGURA 14. Detecção de CuZnSOD em isolado de App ST ....................................71

Page 14: Dissertação de Mestrado - Embrapa

xiii

FIGURA 15. Detecção de CuZnSOD em isolado de App NT....................................72

FIGURA 16. Detecção de CuZnSOD em isolado de A. minor...................................73

FIGURA 17. Detecção de CuZnSOD em A. suis.......................................................73

Page 15: Dissertação de Mestrado - Embrapa

xiv

RESUMO

O Actinobacillus pleuropneumoniae causador da pleuropneumonia suína

apresenta vários fatores relacionados com sua patogenicidade como presença de

cápsula e de toxinas. As enzimas superóxido dismutase podem também estar

envolvidas no processo de patogenicidade por permitir o App resistir a ação tóxica

de espécies reativas de oxigênio produzido pelas células inflamatórias do

hospedeiro. O operon composto dos genes cpxDCBA, responsável pelo transporte

da cápsula, é altamente conservado nos diferentes sorotipos de App. A

padronização do método de PCR para os genes cpx (PCRcpx) de App resultou na

amplificação de um produto de 715pb a partir do DNA de todos os sorotipos com

exceção do sorotipo 4. Como não ocorreu também hibridização do fragmento de

PCR com DNA total do sorotipo 4 sugere-se que este deve apresentar um sistema

alternativo de transporte de polissacarídeos capsulares diferente dos demais

sorotipos. O desenvolvimento e aplicação do método de PCR para o gene sodC

(PCRsodC) de App, que codifica a proteína CuZnSOD, resultaram na amplificação

de um produto de 504pb em todos os sorotipos de App. Foram analisadas por

PCRcpx e PCRsodC um total de 120 isolados NAD-dependentes oriundos da

cavidade nasal ou de fragmento de pulmão de suínos. Entre estes isolados sessenta

e três foram obtidos de casos clínicos de PPS e os outros cinqüenta e sete foram

obtidos de diferentes rebanhos com aspectos clínicos e sanitário diversos.

Entre os isolados analisados para PCRsodC e PCRcpx cento e onze

isolados confirmaram os resultados da classificação prévia. Somente nove isolados

apresentaram resultados contraditórios sendo, todos eles, classificados como App

não sorotipificávies (NT). Destes App NT isolados, três apresentaram um perfil de

genes que codificam toxinas compatíveis com o sorotipo 4 e os demais isolados

apresentaram perfis de toxinas correspondente aos outros sorotipos. O resultado de

PCRcpx negativo pode sugerir que estes isolados devem possuir uma estrutura de

genes similares aos do sorotipo 4 que não pôde ser detectada pelos primers cpx ou

fazem parte de novos sorotipos que possuem estruturas diferente dos demais

sorotipos padrões. Estes resultados indicam que a metodologia de PCRcpx pode ser

aplicada na caracterização de isolados App diferenciando de outros isolados NAD-

dependentes. Resultados do PCRsodC demonstraram que este gene é comum em

todos os isolados App mesmo nos isolados de rebanhos sem sintomas de PPS.

Page 16: Dissertação de Mestrado - Embrapa

xv

Provavelmente a presença de superóxido dismutase não deve ser considerada como

fator diretamente relacionado de virulência de App.

Page 17: Dissertação de Mestrado - Embrapa

xvi

ABSTRACT

Actinobacillus pleuropneumoniae (App) is the etiological agent of porcine

pleuropneumoniae. Several factors have been proposed to be involved in virulence

as the presence of capsule and toxins. The role of superoxide dismutase as a

potential virulence determinant can be suggested by the protection of the bacterial

cell from the direct killing mechanisms used by the host immune system. The DNA

region involved in the exportation of capsular polysaccharides (cpxDCBA) is highly

conserved among the A. pleuropneumoniae serotypes. Using the specific PCR assay

(PCRcpx) it was possible to amplify a 715 bp fragment from the DNA of all App

serotypes with the exception of serotype 4. No hybridization product was visualized

when total DNA from serotype 4 was hybridized against the 715 bp PCR product

from serotype 5. We can suggest that serotype 4 has an alternative mechanism for

the exportation of capsular polysaccharides. We have developed a PCRsod system

that amplifies a 504 bp fragment from the sodC gene from al App serotypes. Using

both PCR tests, PCRcpx and PCRsod, we have characterized 120 NAD-dependent

isolates from tonsils of different herds. Among these, 63 were originated from herds

with clinical symptons of swine pleuropneumoniae and 57 from animals of apparently

healthy herds. The PCR assays (PCRcpx and PCRsod) have classified 111 isolates

as App and are in agreement with the biochemical analysis. Only 9 App

nonserotypeable (NT) showed conflicting results. Three of these isolates revealed a

pattern of toxin amplification product compatible to serotype 4. The other App NT

might represent a population of isolates that originally were serotypeable but lost the

ability to react with serotype-specific antisera or might belong to new serotypes not

yet described. The PCRcpx can be applied for detection of cpx genes from

serotypeable App strains and for nonserotypeable strains isolates from acute cases

of swine pleuropneumoniae. The PCRsod assay revealed that the sodC gene is

present in all App isolates from different herds. Therefore, it is possible to suggest

that the presence of CuZn-superoxide dismutase (sodC) is not directly related with

App virulence.

Page 18: Dissertação de Mestrado - Embrapa

CAPÍTULO 1

INTRODUÇÃO

Page 19: Dissertação de Mestrado - Embrapa

2

1 INTRODUÇÃO

1.1 Importância da suinocultura no Brasil.

A suinocultura no Brasil gera cerca de 2,5 milhões de empregos diretos ou

indiretos (GOMES, 1993). Com mão de obra tipicamente familiar, está presente em

quase metade das propriedades agrícolas e é praticada na maioria por pequenos

produtores, que participam de sistemas integrados coordenados pelas agroindústrias

(BOHRER, 1993) tendo importância fundamental na fixação do homem no campo.

VIOLA e BARTELS (1993) estimaram que 76% das propriedades rurais do Rio

Grande do Sul possuem suínos e destas, 16% comercializam os animais como fonte

de renda.

O rebanho de suínos no Brasil no ano de 1999 era de 36,5 milhões de

cabeças, sendo que 66% da produção foi dirigida ao consumo interno através de

produtos industrializados, 29% foi comercializada como carne congelada, salgada ou

gorduras e 5% foi exportada (MARTINS, 1999). Segundo dados do censo

agropecuário do IBGE no ano de 1996 o estado de Santa Catarina contava com um

rebanho de 4.535.571 suínos sendo que o rebanho da região oeste do estado era de

3.431.932 suínos. O estado do Rio Grande do Sul contava com um rebanho de

3.933.845 suínos e destes, 2.799.195 localizavam-se na região noroeste do estado.

No Brasil existem 118 indústrias frigoríficas, que são responsáveis pelo

abate de 22,4 milhões de suínos/ano, sendo 18,2 milhões com inspeção federal e

gerando produção de 1,62 milhões de toneladas (MARTINS, 1999). A região sul do

Brasil é responsável por 87% do abate inspecionado (GOMES, 1993) e detém mais

de 50% da produção nacional com média de abate de 11.245.927 cabeças /ano

(MARTINS, 1999).

A carne suína também é e continuará sendo a carne mais consumida

mundialmente, com 38,1% a mais que a carne de aves que vem em segundo lugar

(FAO/GIEWS, 2000). Na Alemanha, Holanda e Dinamarca o consumo chega a 50kg,

na China consomem 19kg per capita por ano (GOMES, 1993). Quanto à produção

mundial de carnes em 1998, a carne suína representou 45%, a de frango 29% e a

de bovino 26%. A exportação brasileira de suínos no ano de 1997 foi de 63.827

Page 20: Dissertação de Mestrado - Embrapa

3

toneladas para 81.565 toneladas no ano de 1998. Os índices de produção e

produtividade foram comparáveis com os obtidos nos EUA, Canadá, Dinamarca,

Holanda e Reino Unido (MARTINS, 1999). Os números para o ano de 2000 no Brasil são de um rebanho de 38.300

milhões cabeças, com produção de 24.700 milhões de cabeças e 1.926 milhões de

toneladas. A quantia de carne abatida, com inspeção federal, é de 19.900 milhões

de cabeças, com um consumo interno de 1.807 milhões de toneladas e 10,9

kg/habitante. (ABIPECS/ABCS, 2000). A estimativa em milhões de toneladas para o

ano de 2000, será de 90,3 para a produção e de 3,210 para exportação da carne

suína (FAO/GIEWS, 2000). Até o mês de agosto deste ano, foram exportadas 72,4

mil toneladas, com receita de US$ 95,841 milhões, indicando um crescimento de

42% na quantidade e de 25% na receita obtida. No mês de agosto deste ano o

volume de exportação foi de 15,5 mil toneladas, gerando receita de US$ 20,954

milhões, 126% superior ao volume verificado no mesmo mês do ano de 1999

(ABIPECS/ABCS, 2000).

1.2 Doenças respiratórias dos suínos.

Devido à criação intensiva de suínos na região sul e sudeste do Brasil, a

ocorrência de doenças respiratórias está presente em quase todos os criatórios,

aumentando assim o custo da produção.

A prevalência de doenças respiratórias determinada para o ano de 1987

para o estado de Santa Catarina foi de 47% para rinite atrófica e de 55,3% para

pneumonias em animais oriundos de 133 rebanhos de sistema integrado de

produção. A estimativa de perda foi de 3,7% para redução no ganho de peso diário

causada por rinite atrófica e 2,4% por pneumonias, desde o nascimento até o abate

dos animais. As principais doenças respiratórias dos suínos são: pneumonia

micoplásmica (Mycoplasma hyopneumoniae), rinite atrófica (Bordetella

bronchiseptica e Pasteurella multocida) e pleuropneumonia (Actinobacillus

pleuropneumoniae) (SOBESTIANSKY et alii, 1987). As pneumonias são

responsáveis pela perda de 2,4 suínos com peso de 95kg para cada 100 animais

abatidos no sul do Brasil (PIFFER et alii, 1985b). PIFFER et alii (1985b) analisaram um conjunto de animais com diversos

graus de severidade de hepatização pulmonar e pleurisia observadas ao abate e

Page 21: Dissertação de Mestrado - Embrapa

4

relacionaram com o desempenho produtivo no período de 128 e 169 dias de idade.

A hepatização pulmonar associada com pleurisia pode levar a uma redução de

14,7% no desenvolvimento dos animais e a hepatização superior a 10% da área

pulmonar pode reduzir em 9,3% o ganho de peso, quando comparados a animais

sem comprometimento pulmonar do mesmo grupo.

No ano de 1992, foram abatidos 4.061.479 suínos terminados no estado

de Santa Catarina e, do total, 6,07% foram condenados por pneumonia ou pleurisias

e tiveram aproveitamento condicional da carcaça (AINCADESC, 1993). Podem ser adotadas medidas estratégicas globais para o controle das

doenças respiratórias como, despopulação do rebanho, desmame precoce

medicado, produção em três sítios e sistema Zimmerman (PIFFER, 1997), porém é

necessário avaliar os custos e escolher o melhor método de acordo com cada

rebanho.

Em trabalho conjunto da Embrapa Suínos e Aves com o Centro de

Biotecnologia/UFRGS-Porto Alegre-RS, buscamos desenvolver métodos cada vez

mais precisos e seguros com a utilização de técnicas de biologia molecular para a

detecção do microrganismo causador da pleuropneumonia suína, evitando maiores

custos na produção.

1.3 Pleuropneumonia suína (PPS).

A PPS é uma doença infecto-contagiosa que se apresenta sob a forma

superaguda, aguda, subaguda e crônica. Na forma super-aguda, os animais

apresentam febre em torno de 41,5°C, apatia, anorexia e freqüentemente diarréia,

tosse e vômito. Usualmente envolve inflamação do pulmão, pleura e pericárdio. A

manifestação clínica da doença cursa com pneumonia fibrino-necrótica e

hemorrágica aguda. A taxa de morbidade é baixa, mas a mortalidade pode chegar a

100% se os animais não forem medicados. A forma super-aguda se manifesta por

um severo quadro respiratório, seguido de morte que pode ocorrer entre 24 e

36 horas após o surgimento clínico da enfermidade. Podem ser encontrados animais

mortos, sem sinais clínicos anteriores, apresentando secreção sanguinolenta nas

narinas e boca e na maioria das vezes, a infecção torna-se crônica. Na forma aguda,

os mesmos animais apresentam febre em torno de 40.5-41oC, severo quadro

respiratório com dispnéia, tosse, acompanhado de anorexia com morbidade alta e,

Page 22: Dissertação de Mestrado - Embrapa

5

dependendo da virulência da amostra, a mortalidade pode variar sendo geralmente

alta. As formas subaguda e crônica se desenvolvem após desaparecerem os

sintomas agudos com pouca ou nenhuma febre e os sinais estão relacionados

principalmente com a diminuição no desenvolvimento dos animais e tosse

esporádica (NICOLET, 1992; SOBESTIANSKY et alii, 1999). Nos estágios agudos

da pleuropneumonia as lesões histológicas são caracterizadas por necrose

coagulativa, hemorragia, trombose vascular, edema, deposição de fibrina e

infiltração do parênquima pulmonar por neutrófilos, linfócitos e macrófagos

alveolares e pleurite fibrinosa (BERTRAM, 1985; LIGGET et alii, 1987; IDRIS et alii,

1993). Em lesões crônicas uma fina camada de tecido granuloso seqüestra a área

de necrose pulmonar (LIGGETT et alii, 1987). O mesmo quadro morfopatológico

pulmonar foi observado por MORES et alii (1984) através de experimentos com 16

suínos de 70 a 90 dias de idade inoculados com diferentes concentrações de

A. pleuropneumoniae e sacrificados nos dias 1, 3, 5, 14 e 21 pós infecção (PI).

Durante as primeiras 24 horas foi observada uma reação circulatória perivascular,

peribronquial, interlobular e intra-alveolar caracterizada por edema, hemorragia e

exudação fibrinosa. Até o quinto dia após a inoculação (PI) foi observada uma

reação celular mononuclear que envolvia o tecido conjuntivo, alvéolos, brônquios,

bronquíolos, vasos sangüíneos e linfáticos. Entre o quinto e vigésimo sétimo dia PI

foi observada necrose do parênquima pulmonar e reação fibrótica.

Após a recuperação do quadro agudo da doença, alguns animais

permanecem com lesões crônicas no pulmão, resultando numa redução no ganho

de peso. Os suínos que sobrevivem à infecção tornam-se carreadores e portadores

subclínicos do patógeno, podendo abrigar o App no trato respiratório, principalmente

nas tonsilas ou na cavidade nasal (KUME et alii, 1984; SIDIBÉ et alii, 1993). Uma

vez o rebanho tornando-se infectado, este permanece com a presença do agente

(FENWICK & HENRY, 1994).

O A. pleuropneumoniae é um patógeno do trato respiratório, sendo

específico de suínos (KUME et alii, 1984), entretanto, lesões de pleuropneumonia

observadas em 3 grupos de camundongos inoculados experimentalmente com

células de A. pleuropneumoniae intactas, lipopolissacarídeos (LPS) ou sobrenadante

de cultura livre de células (CFCSF) contendo hemolisinas, foram similares àquelas

encontradas em suínos (IDRIS et alii, 1993).

Os rebanhos que possuem PPS crônica, apresentam registro de

Page 23: Dissertação de Mestrado - Embrapa

6

condenação de carcaças no abatedouro por aderência de pleura (pleurisia)

(NICOLET, 1992; SOBESTIANSKY et alii, 1999). Os sintomas podem ocorrer ou se

agravar quando a PPS está associada a outros problemas respiratórios. Lesões de

hepatização pulmonar características de pneumonia enzoótica foram observadas em

78% dos animais inoculados com A. pleuropneumoniae (PIFFER et alii, 1986).

Entretanto, o A. pleuropneumoniae é capaz de induzir sozinho, e sem a associação

de vírus, uma pneumonia fulminante acompanhada de pleurite com mortalidade em

torno de 50% (SHOPE, 1964). O A. pleuropneumoniae é altamente contagioso, espalhando-se

rapidamente para rebanhos não imunes e afeta suínos de todas as idades. Isso

muitas vezes ocorre como resultado da introdução de animais portadores do agente

em rebanhos livres da infecção (SEBUNYA & SAUNDERS, 1983; INZANA, 1991;

CHATELLIER et alii, 1999). A severidade da doença depende do estado imune dos

animais (NIELSEN, 1979), do número de bactérias que atingem o pulmão (SHOPE,

1964; SEBUNYA et alii, 1983b) e da presença concomitante de fatores estressantes (PIFFER et alii, 1982). Os índices de morbidade e mortalidade são muito variáveis,

permanecendo entre 8,5% a 40% e 0,4% a 24%, respectivamente (SEBUNYA &

SAUNDERS, 1983).

O primeiro surto de PPS ocorreu na Inglaterra e foi registrado por

MATHEWS & PATTISON (1961), em seguida por ORLANDER (1963) nos EUA, por

SHOPE (1964) na Argentina, por SCHIEFER & GREENFIELD (1974) no Canadá,

por MYLREA et alii (1974) na Austrália, por HILBINK et alii (1992) na Nova Zelândia

e em muitos outros países (SEBUNYA & SAUNDERS, 1983). LOCATELLI et alii

(1981), registraram pela primeira vez no Brasil a ocorrência de um surto agudo de

PPS no município de Chapecó – SC com morbidade de 70% e mortalidade entre 10

e 20%. Desde então, vários outros surtos foram observados na região sul do Brasil

(PIFFER et alii, 1983) e existem relatos da ocorrência da enfermidade em todos os

países onde a produção de suínos é intensiva (NICOLET, 1992; PIFFER et alii,

1987).

As perdas econômicas relacionadas à PPS recaem tanto sobre o

produtor, como sobre a indústria. O produtor sofre em conseqüência das perdas de

animais pela alta mortalidade, gastos com medicação, aumento do custo devido ao

maior tempo para engorda e pela redução no desenvolvimento corporal dos animais.

Na indústria, há muita condenação ou utilização condicional das carcaças devido a

Page 24: Dissertação de Mestrado - Embrapa

7

sinais clínicos da doença (PIFFER et alii, 1982). As carcaças condenadas são

destinadas para graxaria e conservas (PIFFER et alii, 1985b).

PROTAS et alii (1985) avaliaram que os custos com morte de animais e

despesas com medicamentos nos três meses correspondentes à fase aguda da

doença foram equivalentes a 31.681kg (21.081 kg por mortes e 10.600 kg por gastos

com medicamentos) de suínos em condições de abate. ROHRBACH et alii (1993)

sugeriram que 5,64 dias adicionais são necessários para suínos com infecção

subclínica adquirirem peso para o abate quando comparados com suínos de

rebanhos não infectados.

A PPS é transmitida por via respiratória e a doença espalha-se

rapidamente de um animal doente para suínos sadios. O A. pleuropneumoniae pode

ser transmitido pelo ar, por aerossóis, numa distância de poucos metros entre as

baias adjacentes ou por contato direto suíno-suíno (SEBUNYA & SAUNDERS, 1983;

SAVOYE et alii, 2000; JOBERT et alii, 2000). Cobaias (porquinhos-da-índia)

inoculados por via intratraqueal com dose elevada de sorotipo 1 de A.

pleuropneumoniae apresentaram morte em 24 horas com lesões pulmonares

hemorrágicas, enquanto que animais com dose mais baixa foram sacrificados 11

dias após inoculação e apresentaram apenas hiperplasia do tecido linfóide

peribronquial (PERFUMO et alii, 1999). Estes experimentos, sugerem que

camundongos e cobaias podem ser usados como modelo para o desenvolvimento

de experimentos de inoculação de A. pleuropneumoniae. Alguns fatores de risco predispõem os surtos de PPS, como, a introdução

e transporte de animais no rebanho, condições estressantes em decorrência do

afastamento da mãe, condições climáticas adversas, alta umidade do ar e ventilação

insuficiente, superlotação, mudança de regime alimentar, mistura com animais

estranhos e/ou oriundos de outros lotes (PIFFER, 1997; NICOLET, 1992). Formas

de manejo que causem estresse favorecem o surgimento da doença em rebanhos

cronicamente infectados (SANFORD & JOSEPHSON, 1981; ROSENDAL &

MITCHELL, 1983; NICOLET, 1992).

1.3.1 Agente etiológico da PPS.

A família Pasteurellaceae compreende organismos dos gêneros

Haemophilus, Actinobacillus e Pasteurella. São organismos pequenos, Gram-

Page 25: Dissertação de Mestrado - Embrapa

8

negativos, imóveis, pleomórficos, cocobacilos, anaeróbicos facultativos com

metabolismo de forma respiratória ou fermentativa, com baixa taxa de G + C (38-

44%) e genoma relativamente pequeno (MACINNES & SMART, 1993). No trato

respiratório superior de suínos são encontrados sete membros fator V (Nicotinamida

Adenina Dinucleotídeo - NAD) dependentes da família Pasteurellaceae:

Actinobacillus pleuropneumoniae, Haemophilus parasuis, Haemophilus taxon minor

group, Haemophilus taxon C, D, E e F (PIFFER et alii, 1997). Através de análise de

hibridização DNA-DNA e comparação das seqüências dos genes que codificam

rDNA 16S, três novas espécies da família Pasteurellaceae foram propostas como

pertencentes a diferentes grupos filogenéticos. O Haemophilus taxon minor group foi

reclassificado para Actinobacillus minor, os taxa D e E foram classificados como

Actinobacillus porcinus e o taxon F classificado como Actinobacillus indolicus

(MØLLER et alii, 1996).

O A. pleuropneumoniae é capsulado, anaeróbico facultativo sendo o

agente etiológico causador da pleuropneumonia suína. Suas colônias produzem

zona β-hemolítica e as hemolisinas atuam sinérgicamente com a β-toxina de

Staphylococcus aureus em células sangüíneas produzindo o efeito CAMP

(SEBUNYA & SAUNDERS, 1983). O A. pleuropneumoniae foi classificado

primeiramente como Haemophilus parahaemolyticus (PITTMAN, 1953). KILLIAN et

alii (1978) recomendaram o uso do nome Haemophilus pleuropneumoniae para

substituir Haemophilus parahaemolyticus, conforme SHOPE (1964) havia proposto para diferenciar do agente que causa doença em humanos. POHL et alii (1983) com

o uso da técnica de hibridização do DNA reclassificou o agente como pertencente ao

gênero Actinobacillus e denominou-o como Actinobacillus pleuropneumoniae. O

A. pleuropneumoniae é diferenciado em 2 biotipos: biotipo 1, (β-NAD-dependente)

requer fator de crescimento e biotipo 2 (β-NAD-independente) (POHL et alii, 1983).

O biotipo 1 é distribuído em 12 sorotipos e é considerado mais virulento que o

biotipo 2 (NICOLET, 1992; DOM & HAESEBROUCK, 1992; JACOBSEN et alii,

1996).

1.3.2 Caracterização bioquímica.

O A. pleuropneumoniae é identificado através dos seguintes testes:

produção de hemólise, reação de CAMP, dependência do fator V, degradação da

Page 26: Dissertação de Mestrado - Embrapa

9

uréia (BIBERSTEIN et alii, 1977), fermentação de manitol, D-galactose e ribose,

incapacidade de fermentar arabinose, inositol, melibiose, rafinose, sorbitol, trealose e

ausência de hidrólise pela α-fucosidase (GUTIERREZ et alii, 1993; MØLLER &

KILIAN, 1990). Diferencia-se dos outros grupos basicamente por três reações: falta

de produção de ácido da melibiose, hidrólise de leucina aminopeptidase e a falta de

hidrólise pela α-galactosidase (GUTIERREZ et alii,1993), esta última também foi

relatada por O`REILLY et alii (1984).

SIROIS & HIGGINS (1991) caracterizaram 67 amostras de A.

pleuropneumoniae como pertencentes a seis grupos fenotípicos. No Brasil, PIFFER

et alii (1997) caracterizaram 55 amostras de A. pleuropneumoniae isoladas de casos

clínicos de PPS e descreveram sete grupos fenotípicos pela variação bioquímica.

SIROIS & HIGGINS (1991) sugerem que as variações fenotípicas das amostras

podem representar sub-biovares de amostras dependentes do fator V.

As diferenças nos testes bioquímicos, resultados conflitantes e problemas

na sorotipificação das amostras de A. pleuropneumoniae com o surgimento de

muitas amostras não sorotipificáveis, levaram a aplicação de outras metodologias

objetivando a solução dos problemas de identificação e diferenciação das bactérias.

As metodologias de PCR (Técnica de Reação em Cadeia da Polimerase) e

Fingerprinting de DNA foram utilizadas como técnicas alternativas mais precisas na

tentativa de facilitar o diagnóstico e a diferenciação dos sorotipos (HENNESSY et

alii, 1993; RYCHLÍK et alii, 1994).

1.3.3 Isolamento do A. pleuropneumoniae.

O diagnóstico definitivo da pleuropneumonia é baseado nos sintomas

clínicos e nas lesões observadas no momento da necrópsia com isolamento

posterior do agente (MA et alii, 1990). O protocolo ideal sugerido para detecção do

A. pleuropneumoniae tem sido a cultura da bactéria a partir de amostras de animais

portadores assintomáticos (KUME et alii, 1984 e 1986; MITTAL et alii, 1983), pois

constituem a forma mais importante de manutenção da infecção no rebanho e de

transmissão da doença (ROSENDAL & MITTCHELL, 1983). Em torno de 30 a 60%

dos suínos de rebanhos convencionais carregam o App na cavidade nasal ou nas

tonsilas (KUME et alii, 1984, 1986; WILSON et alii, 1987; SIDIBÉ et alii, 1993;

JACOBSEN & NIELSEN, 1995; GRAM et alii, 1996; KICH et alii (2000).

Page 27: Dissertação de Mestrado - Embrapa

10

O A. pleuropneumoniae pode ser isolado dos pulmões, tonsilas e de

secreções nasais dos leitões e de animais doentes com PPS de todas as idades,

assim como da cavidade nasal e tonsilas de suínos portadores assintomáticos

(KUME et alii, 1984; SIDIBÉ, 1993; MACHADO, 1996; KICH et alii, 2000). O

isolamento a partir de secreção pode ocorrer nos casos super-agudos, devido ao

grande número de bactéria, mas não de lesões crônicas, sendo necessário o

diagnóstico sorológico (FENWICK, 1990). O isolamento de App das tonsilas e

cavidade nasal é dificultado por inúmeras outras espécies de bactérias presentes,

necessitando, portanto, de meios seletivos (SIDIBÉ et alii, 1993; JACOBSEN &

NIELSEN, 1995). MØLLER et alii (1984) e SIDIBÉ et alii (1993) demonstraram que o

App foi preferencialmente isolado das tonsilas comparativamente ao isolamento da

cavidade nasal dos suínos. KICH et alii (2000) compararam três locais de coleta de

material em leitões portadores assintomáticos para isolamento sendo estes: swab

nasal; swab da superfície tonsilar e fragmento de tonsila. Estes materiais coletados

foram submetidos a cultivo em três diferentes meios: 1) semeadura direta em meio

sólido seletivo; 2) diluição em caldo BHI enriquecido e seletivo e 3) mesmas

diluições anteriores com semeadura em ágar sangue com estria de Staphylococcus

aureus. Este trabalho determinou que o melhor local de coleta é o fragmento de

tonsila cultivado em meio sólido seletivo. Amostras isoladas das tonsilas são

geneticamente mais divergentes do que as amostras isoladas de pulmão

(CHATELLIER et alii, 1999). A aderência do App às células do epitélio tonsilar,

constitui-se a primeira etapa no estabelecimento da bactéria no hospedeiro. Entretanto, os mecanismos pelos quais o App adere às células do epitélio tonsilar

não estão totalmente claros. É possível que o App eventualmente sobreviva nas

criptas tonsilares tornando o animal um portador (CHIERS et alii, 1999).

O A. pleuropneumoniae juntamente com P. multocida, foi isolado de otite

média e interna em suínos desmamados, provavelmente, causada por uma infecção

mista (DUFF et alii, 1996). Em suínos com osteomielite necrotizante e artrite

fibrinopurulenta foi registrado o isolamento de A. pleuropneumoniae sorotipo 2,

através da aplicação de hibridização in situ para RNA ribossomal 16S de

A. pleuropneumoniae (JENSEN et alii, 1999). A amostra K17 pertencente ao sorotipo

5a, isolada de artrite em cordeiro, quando inoculada em suínos, produz lesões

pneumônicas idênticas àquelas produzidas por isolados de suínos (BIBERSTEIN et

alii, 1977). Estes dados indicam uma nova patogenia para o A. pleuropneumoniae.

Page 28: Dissertação de Mestrado - Embrapa

11

GUTIERREZ et alii (1992) estudaram a viabilidade do

A. pleuropneumoniae em amostras de pulmão, congeladas ou frescas, com

diferentes métodos de diagnósticos e verificaram que o isolamento de

A. pleuropneumoniae de amostras de pulmão fresco foi de 15,3% e de pulmão

congelado foi de 0,9%. Esta diferença demonstra que o A. pleuropneumoniae é

sensível ao congelamento e que quando pretende-se isolar o agente, amostras

frescas devem ser enviadas ao laboratório. O organismo sobrevive por curto período

de tempo no ambiente e quando protegido com muco ou matéria orgânica pode

sobreviver por poucos dias (NICOLET, 1992).

1.3.4 Sorotipos de A. pleuropneumoniae. O A. pleuropneumoniae é classificado em no mínimo 12 sorotipos

baseado na estrutura dos seus antígenos capsulares (NIELSEN, 1986; NICOLET,

1988; INZANA et alii, 1988).

Os sorotipos 1, 2 e 3 foram descritos por NICOLET (1971), os sorotipos 4,

5 e 6 por GUNNARSON et alii (1977), o sorotipo 7 por ROSENDAL & BOYD (1982),

o sorotipo 8 por NIELSEN & O’CONNOR (1983), os sorotipos 9 e 10 por NIELSEN

(1985a e b), e o sorotipo 12 por NIELSEN (1986a). O sorotipo 1 e o sorotipo 5 foram

divididos em dois subtipos a e b devido a diferenças antigênicas nos LPS e

polissacarídeos capsulares, respectivamente (JOLIE et alii, 1994; NIELSEN, 1986b).

Foram descritos sete antígenos somáticos (lipopolissacarídeos de cadeia longa-

LPS-CL), sendo que estes possuem reações cruzadas entre os diferentes sorotipos.

Os sorotipos capsulares 1, 9 e 11 apresentam o mesmo antígeno somático 1, os

sorotipos 3, 6 e 8 o antígeno somático 3 e os sorotipos 4 e 7 o antígeno somático 4.

Os demais sorotipos capsulares 2, 5, 10 e 12 apresentam um único antígeno

somático 2, 5, 6 e 7 respectivamente (NAKAI et alii, 1992). Devido à similaridade de

antígenos LPS, reações cruzadas podem ocorrer entre os sorotipos 1, 9 e 12; entre

os sorotipos 4 e 7; entre os sorotipos 3, 6 e 8 (NICOLET, 1988).

Diferenças significativas na virulência dos 12 sorotipos têm sido

observadas, sendo considerados os sorotipos 1, 5, 9 e 11 como os mais virulentos,

estando envolvidos em surtos graves da doença, com alta taxa de mortalidade e

graves lesões pulmonares. Os sorotipos 2, 3, 4, 6, 7, 8 e 12 se apresentam como os

menos virulentos, causando menores níveis de mortalidade (RAPP et alii, 1985;

Page 29: Dissertação de Mestrado - Embrapa

12

INZANA, 1991; NICOLET, 1992). Entretanto, existem relatos de diferenças na

patogenicidade entre amostras do mesmo sorotipo, tendo sido isoladas amostras

pouco virulentas do sorotipo 5 e muito virulentas do sorotipo 3 e 7 (INZANA, 1991;

PIFFER & MORES, 1995).

Diferenças na seqüência de nucleotídeos na região média do gene omlA

do A. pleuropneumoniae, dividiu os sorotipos em 4 grupos com similaridades

variáveis. Um grupo contém os sorotipos 1, 9, 11 e 12 com 99-100% de similaridade,

outro grupo apresenta os sorotipos 3, 4, 6, 7 e 8 com 97 e 100% de similaridade e

um terceiro grupo com os sorotipos 5a, 5b e 10 com similaridade próxima de 100%.

Somente o sorotipo 2 constituiu um grupo separado (GRAM & AHRENS, 1998).

1.3.5 Epidemiologia.

O padrão de distribuição dos sorotipos no mundo varia de um país para

outro, sendo que poucos sorotipos predominam numa determinada região

geográfica e um mesmo rebanho pode ser contaminado por diferentes amostras do

mesmo sorotipo ou diversos sorotipos (SEBUNYA & SAUNDERS, 1983; INZANA,

1991; CHATELLIER et alii, 1999).

A determinação do sorotipo é importante para o controle epidemiológico,

manutenção de rebanhos e monitoramento da dispersão ou introdução de novas

cepas (LO et alii, 1998). O conhecimento da distribuição dos sorotipos é importante

na aplicação de vacinas, pois as vacinas inativadas protegem apenas contra os

sorotipos que a constituem (NIELSEN et alii, 1976; NIELSEN, 1984).

Entre 1981 e 1984 foram identificados no Brasil os sorotipos 3 e 5

(PIFFER et alii, 1987). Posteriormente, os sorotipos 1, 3, 4 e 5 foram identificados no

período de 1986 e 1987 (SAITO et alii, 1988). No primeiro período, o sorotipo 5 foi o

mais prevalente e no segundo período o sorotipo 1 (PIFFER et alii, 1997). Durante o

desenvolvimento deste trabalho apenas os soros hiperimunes contra os sorotipos de

1 a 5 estavam disponíveis, portanto PIFFER et alii (1987) sorotipificaram apenas

19/33 (66%) das amostras estudadas. Em outro estudo, PIFFER et alii (1997) utilizando as técnicas de

imunodifusão (GUNNARSON, 1979) e hemaglutinação passiva (NIELSEN &

O`CONNOR, 1983), classificaram sorologicamente 55 isolados oriundos de pulmão

e da cavidade nasal de suínos com casos clínicos de PPS no sul e sudeste do Brasil

Page 30: Dissertação de Mestrado - Embrapa

13

no período entre 1981 e 1993. Destes isolados, 54,5% pertenciam ao sorotipo 5,

27,3% ao sorotipo 3 e 13% ao sorotipo 7, dois isolados pertenceram ao sorotipo 1 e

um ao sorotipo 9. No estado do Rio Grande do Sul, foram isolados os sorotipos 3

(BOROWSKI et alii, 1995), 5 e 7, em Santa Catarina 3, 5 e 7, no Paraná e São

Paulo, o sorotipo 5 e em Minas Gerais os sorotipos 1, 3, 5, 7 e 9 (PIFFER, 1997).

Em um estudo da prevalência dos sorotipos na Austrália no período de

1988 à 1992 foi possível determinar que de 296 isolados de App, apenas 156

(52,7%) puderam ser sorotipificados como pertencente a apenas um dos 12

sorotipos como segue: sorotipo 1 (85 isolados), sorotipo 2 (4 isolados), sorotipo 3

(2 isolados), sorotipo 5 (10 isolados), sorotipo 7 (51 isolados), sorotipo 11

(2 isolados) e o sorotipo 12 (2 isolados). Dos 140 isolados restantes, 91 tiveram

reações cruzadas com os sorotipos 3 e 6, 1 com os sorotipos 9 e 10, 1 com os

sorotipos 9 e 11 e outros 47 permaneceram não sorotipificáveis (BLACKALL &

PAHOFF, 1995). Em outro estudo no período de 1993 à 1996, 91% (346/378) dos

isolados foram sorotipificados como pertencentes aos sorotipos 1 (104 isolados),

7 (83 isolados) e 12 (104 isolados), restaram ainda 3,4% dos isolados como não

sorotipificáveis e 5,1% como autoaglutinantes (BLACKALL et alii, 1999).

1.3.6 Fatores de virulência.

1.3.6.1 Toxinas e LPS.

Os padrões de virulência entre os sorotipos são bastante variáveis,

podendo existir diferenças entre amostras do mesmo sorotipo o que estaria

relacionado com a composição, estrutura e quantidade de cápsula (INZANA,

1991). Quando suínos saudáveis são expostos a sorotipos pouco virulentos ou um

baixo número de bactérias de sorotipos virulentos, apresentam títulos de anticorpos

séricos aumentados, embora não apresentem sinais clínicos característicos da PPS

(FENWICK & HENRY, 1994). MACHADO (1997) realizou um experimento inoculando três grupos de animais com os sorotipos 3, 5 e 7 de

A. pleuropneumoniae, mantendo outros não inoculados em contato. Os animais

inoculados com o sorotipo 5 apresentaram sinais de pleuropneumonia aguda com

lesões características observadas na necrópsia. Os animais inoculados com os

sorotipos 3 e 7 apresentaram alguma tosse, quando movimentados, sem sinais

clínicos de pleuropneumonia e na necrópsia não apresentaram lesões

Page 31: Dissertação de Mestrado - Embrapa

14

macroscópicas. Este experimento demonstrou que a diferença na virulência entre os

sorotipos pode influenciar no desenvolvimento da doença.

Em relação aos outros sorotipos, alguns autores descrevem que nenhuma

diferença na virulência foi observada quando foram analisados os sorotipos 2, 3 e 9

de A. pleuropneumoniae NAD-dependente (DOM & HAESEBROUCK, 1992). No

entanto, outros autores descrevem o sorotipo 9 como mais virulento que o sorotipo 2

e muito mais virulento que o sorotipo 3 (DESROSTERS et alii, 1984). Similaridade

de virulência também foi encontrada entre os sorotipos 2, 5b e 6 do biotipo 1

(JACOBSEN et alii, 1996).

DOM & HAESEBROUCK (1992) inocularam leitões sem imunidade ativa e

passiva para comparar a virulência de uma amostra de A. pleuropneumoniae

sorotipo 2 NAD-dependente e uma amostra sorotipo 2 NAD-independente. Três de

seis animais inoculados com 500 UFC da amostra NAD-independente morreram 36

horas após a inoculação e outros 3 animais não apresentaram sintomas e foram

necropsiados 2 dias após a inoculação, apresentando poucas lesões com

quantidade de bactéria de 105-106 UFC por grama de tecido pulmonar. Entretanto, os

outros três suínos sem imunidade ativa e passiva inoculados com 50 UFC de

amostra NAD-independente desenvolveram doença super-aguda e morte em 36

horas. Outros 7 animais inoculados com a amostra NAD-dependente apresentaram

um perfil mais virulento em apenas 12 horas após a inoculação e exceto um, todos

os demais morreram 36 horas após a inoculação, apresentando pleuropneumonia

severa e uma quantidade de bactéria de 108-109 UFC por grama de tecido pulmonar

(DOM & HAESEBROUCK, 1992). Este experimento indicou que amostras NAD-

dependentes são mais virulentas que amostras NAD-independentes, porém

amostras NAD-independentes podem causar lesões similares tanto patológicas

quanto histologicamente, conforme já havia sido observado por FODOR et alii

(1989).

Alguns componentes celulares do A. pleuropneumoniae têm sido

relacionados com sua virulência e patogenicidade entre os quais: moléculas

receptoras de membrana responsáveis pela captação de ferro, um elemento

essencial para crescimento bacteriano (NIVEN et alii, 1989; GONZÁLES et alii,

1990); proteínas de membrana (GONZÁLEZ et alii, 1990); fímbrias que possibilitam

a adesão da bactéria nos tecidos (UTRERA & PIJOAN, 1991); cápsula que impede a

fagocitose da bactéria pelos macrófagos (INZANA et alii, 1988); proteases que

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15

degradam IgA e hemoglobina suína mas não degradam IgG suína (NEGRETE-

ABASCAL et alii, 1994); lipopolissacarídeo (LPS) responsável pela inflamação

pulmonar aguda (UDEZE et alii, 1987; BÉLANGER et alii, 1995); citotoxinas que

inativam macrófagos, neutrófilos e outras células do sistema imune (DOM et alii,

1992b); hemolisinas que causam lise celular e necrose dos tecidos (BHATIA et alii,

1991; KAMP et alii, 1997) e a urease que catalisa a hidrólise da uréia para produzir

amônia e dióxido de carbono (BOSSÉ & MACINNES, 1997). No entanto, uma

amostra mutante que não produz urease mostrou-se virulenta e desenvolveu PPS

aguda indistingüível da produzida pela amostra tipo selvagem, indicando que o

A. pleuropneumoniae não necessita da atividade da urease para desenvolver

doença aguda (TASCÓN-CABRERO et alii, 1997).

Estudos de revisão sobre os fatores de virulência têm sido realizados por

INZANA (1991), TASCÓN et alii (1996) e HAESEBROUCK et alii (1997), onde

ressaltam como os principais fatores responsáveis pela virulência as toxinas Apx, a

cápsula, o LPS e as proteínas de membrana.

Os mecanismos pelos quais o A. pleuropneumoniae danifica os tecidos e

as células não são totalmente conhecidos (BHATIA et alii, 1991; IDRIS et alii, 1992; UDEZE & KADIS, 1992) e a variação na virulência entre os sorotipos é devida à

presença de diversos fatores (INZANA, 1991), podendo ser considerada multifatorial.

Os diferentes graus de virulência dos sorotipos de A. pleuropneumoniae

podem estar correlacionados com os padrões heterogêneos na produção de toxinas

Apx, sendo ApxI e ApxII relacionadas com as amostras mais virulentas (TASCÓN et

alii, 1994). O A. pleuropneumoniae produz quatro diferentes toxinas da família RTX

(Repeat ToXins), denominadas toxinas ApxI, ApxII, ApxIII (FREY et alii, 1993; FREY,

1995) e ApxIV (SCHALLER et alii, 1999). Em cultivo a maioria dos sorotipos produz

duas toxinas assim, os sorotipos 1, 5a, 5b, 9 e 11 produzem ApxI e ApxII, os

sorotipos 2, 3, 4, 6 e 8 produzem ApxII e ApxIII. Os demais sorotipos produzem

apenas uma toxina: ApxI pelo sorotipo 10 e ApxII pelos sorotipos 7 e 12 (FREY &

NICOLET, 1990; KAMP et alii, 1991). A ApxIA é uma proteína de 105 kDa fortemente hemolítica e citotóxica e

os sorotipos que a expressam são considerados os mais virulentos (KAMP et alii,

1991; BECK et alii, 1994). A biossíntese desta toxina é induzida por íons Ca+,

havendo indícios da necessidade de Ca+ para a sua atividade (FREY & NICOLET,

1988; FREY et alii, 1991a). A ApxIIA, é uma proteína de 103-105 kDa fracamente

Page 33: Dissertação de Mestrado - Embrapa

16

hemolítica e moderadamente citotóxica (KAMP et alii, 1991, FREY et alii, 1992). A

sua biossíntese não é induzida por Ca+, mas este íon é um cofator para a atividade

hemolítica (FREY & NICOLET, 1990). A ApxIIIA é uma proteína de 120 kDa,

diferindo das outras por não possuir atividade hemolítica, mas é fortemente

citotóxica (KAMP et alii, 1991). A toxina Apx IV, recentemente clonada, seqüenciada,

expressada e caracterizada como uma proteína de 202 kDa, não é hemolítica sendo

expressada apenas in vivo por todos os sorotipos (SCHALLER et alii, 1999). As

toxinas RTX possuem atividades hemolíticas e citotóxicas independentes uma da

outra (TU et alii, 1994).

As toxinas Apx contém unidades repetidas de nanopeptídeos ricos em

glicina na região C-terminal onde liga Ca+ (cálcio) (SCHALLER et alii, 1999), que são

responsáveis pela fenótipo β-hemolítico do A. pleuropneumoniae (INZANA, 1991) e

pela reação de CAMP (CHRISTIE et alii, 1944) do A. pleuropneumoniae (FREY et

alii, 1994), teste muito importante para a caracterização da espécie (KRIEG & HOLT,

1984).

A virulência do A. pleuropneumoniae é fortemente relacionada com as

toxinas Apx (BECK et alii, 1994) responsáveis pela necrose observada nos casos

agudos de pleuropneumonia em camundongos e suínos (UDEZE, 1987). O

mecanismo de ação destas toxinas é a formação de poro na membrana da célula-

alvo (hemácias) e na membrana fosfolipídica (INZANA, 1991; BURROWS & LO,

1992). ApxI e ApxII estimulam em pequenas doses neutrófilos e macrófagos

alveolares sendo, em grandes doses, citotóxicas para eritrócitos, neutrófilos e

linfócitos pulmonares de suínos, células endoteliais e macrófagos (ROSENDAL et

alii, 1988; KAMP & VAN LEENGOED, 1989; FREY & NICOLET, 1990; IDRIS et alii,

1993; FENWICK & HENRY, 1994, CRUIJSEN et alii, 1996). O A. pleuropneumoniae

não produz sideróforos, mas é capaz de captar ferro do hospedeiro através da lise

celular causada pelas toxinas Apx, que faz a liberação da hemoglobina, de onde

retira ferro para seu crescimento (BÉLANGER et alii, 1995). As toxinas são os fatores bacterianos responsáveis pelo desenvolvimento

dos sintomas clínicos e das lesões nos pulmões típicas de PPS (KAMP et alii, 1997).

Estas lesões são em parte causadas pelos efeitos citotóxicos das toxinas Apx nas

células epiteliais alveolares. Células de A. pleuropneumoniae viáveis são capazes

de destruir as células epiteliais, entretanto, bactéria inativada e mutantes que não

secretam toxinas Apx não causam morte nestas mesmas células (VAN DE

Page 34: Dissertação de Mestrado - Embrapa

17

KERKHOF et alii, 1996). Entretanto o biotipo 2 de A. pleuropneumoniae produz a

toxina ApxIIA tanto in vitro como in vivo e não produz as toxinas ApxIA e ApxIIIA

(DOM et alii, 1994). Esta diferença na expressão das toxinas entre os 2 biotipos de

App pode explicar a diferença no potencial de virulência entre os dois biotipos

(FREY, 1995).

Entre as outras espécies de Actinobacillus encontrados no trato

respiratório de suínos somente foi detectada a presença de toxinas homólogas a

ApxIA e ApxIIA de A. pleuropneumoniae em Actinobacillus suis (KAMP et alii, 1994;

BURROWS & LO, 1992; OSTAAIJEN et alii, 1997). No entanto, o A. suis não

expressa a toxina ApxIV indicando ser esta uma toxina espécie-específica

(SCHALLER et alii, 1999).

A atividade biológica do LPS de A. pleuropneumoniae induz pneumonia

multifocal ou intersticial em camundongos e suínos como infiltração de células

inflamatórias. É provável que o LPS atue em conjunto para intensificar as lesões

causadas pelas toxinas (UDEZE et alii, 1987). A estrutura das cadeias O do LPS são

específicas para alguns sorotipos, mas todas são compostas de derivados de

glicose, galactose, ramnose, N-acetilglucosamina e N-acetilgalactosamina (INZANA,

1991). BÉLANGER et alii (1990) descreveram que 83% dos sorotipos que possuem

cadeias lisas de LPS aderem fortemente aos anéis da traquéia, enquanto que 80%

dos sorotipos de cadeia parcialmente lisa aderem fracamente. Isto indica que o LPS

está associado com a aderência e pode ser um fator específico da colonização do

trato respiratório atuando como a principal adesina do A. pleuropneumoniae. Os

mesmos autores relataram que a aderência do A. pleuropneumoniae na cavidade

nasal do suíno está associada com a ligação do lipídio A do LPS às cadeias α e β da

hemoglobina.

1.3.6.2 Cápsula.

Os polissacarídeos capsulares (ou cápsula) são reconhecidos como

importantes fatores de virulência. Estes são responsáveis, na ausência de anticorpos

específicos, pelo aumento da resistência e da invasividade da bactéria pela

capacidade de evadir da fagocitose (INZANA & MATHISON, 1987; BEYNON et alii,

1991). Também inibem a atividade bactericida do soro protegendo a bactéria das

defesas do hospedeiro. A cápsula confere hidrofilicidade à superfície da bactéria

Page 35: Dissertação de Mestrado - Embrapa

18

sendo uma característica importante para que não ocorra a fagocitose (BOROWSKI,

1991). A resistência à fagocitose nas bactérias Gram-negativas, mediada pela

cápsula, atua como uma barreira protetiva podendo ocorrer através da inibição da

ativação do complemento e sendo influenciada pela composição e massa molecular

capsular (INZANA et alii, 1988; WARD & INZANA, 1997).

Estudos analisando a toxicidade da cápsula purificada demonstraram que

esta não é capaz de ativar a cascata do complemento, que não demonstra atividade

tóxica para a reação dermal de Shwartzman, atividade pirogênica em cobaios,

mortalidade de embrião de galinha ou blatogênese dos linfócitos periféricos do

sangue dos suínos (INZANA, 1991). O A. pleuropneumoniae é resistente à lise pelo complemento na presença

de anticorpos para antígenos capsulares ou somáticos. A resistência do

A. pleuropneumoniae para anticorpos somáticos ocorre pela inacessibilidade dos

antígenos somáticos devida à interferência esteárica da cápsula, enquanto que a

resistência para anticorpos capsulares pode ser pelo fato que a cápsula impede a

fixação do complemento na membrana da bactéria (INZANA et alii, 1988). Os

sorotipos 1, 2, 3, 5 e 7 capsulados são resistentes à lise por anticorpo e

complemento, quando utilizado soro hiperimune de coelho ou de suíno. Entretanto já

existem relatos de amostras do sorotipo 2 e 3 lisadas quando utilizado soro normal

de humano. Mutantes acapsulados do sorotipo 5 são efetivamente lisados em

presença de soro normal de suíno, humano, coelho ou cobaia (INZANA, 1991).

INZANA (1991) sugere que a presença e o tipo da cápsula são importantes na

resistência à lise mediada por complemento na presença ou ausência de anticorpo

específico. No soro normal o A. pleuropneumoniae é resistente à fagocitose por

leucócitos polimorfonucleares, entretanto é opsonizado em presença de anticorpos

para cápsula. A fagocitose de amostras mutantes acapsuladas também necessita de

opsonização com anticorpos (INZANA, 1991). Também no soro normal, na ausência

de anticorpos específicos, a cápsula limita a quantidade de anticorpos e deposição

do componente C9 do complemento na superfície bacteriana, mas não previne a

ativação do complemento ou a ligação do componente C3 do complemento na

superfície da bactéria. No entanto, não estão totalmente esclarecidos todos os

mecanismos responsáveis pela resistência do A. pleuropneumoniae à lise ou

fagocitose. Provavelmente, o LPS e o polissacarídeo capsular atuam em conjunto ou

Page 36: Dissertação de Mestrado - Embrapa

19

em diferentes estágios da infecção para limitar a habilidade do complemento na

eliminação do A. pleuropneumoniae (WARD & INZANA, 1994).

BERTRAM (1985) determinou experimentalmente que uma dose de

5 X 106 UFC/ml da amostra isolada de A. pleuropneumoniae sorotipo 5, denominada

I200, é capaz de desenvolver severa pneumonia necro-hemorrágica três horas após

a infecção, enquanto que a mesma dose da amostra isolada de

A. pleuropneumoniae sorotipo 5, denominada B8, foi incapaz de causar lesões no

mesmo período. Estes resultados demonstram que isolados do mesmo sorotipo

podem apresentar diferença na virulência. JENSEN & BERTRAM (1986)

compararam estas amostras, a de alta virulência (I200) e a de baixa virulência (B8),

quanto às características morfológicas e bioquímicas. A amostra virulenta tem uma

cápsula diferente, maior e aderente, enquanto que a amostra avirulenta, tem uma

cápsula menor, frágil e facilmente removível. Os autores demonstraram diferenças

na estrutura capsular, composição bioquímica e LPS, sugerindo que a maior

quantidade e aderência da cápsula da amostra de alta virulência, somada à maior

quantidade de LPS, acentuam as lesões causadas pelo A. pleuropneumoniae.

O polissacarídeo capsular é um importante componente sendo utilizado

como alvo para estudos patogênicos, epidemiológicos e diagnóstico. Amostras de

A. pleuropneumoniae mutantes acapsulados sorotipo 1 e 5a (acapsuladas por

deleções dos genes cpsABC envolvidos na biossíntese dos polissacarídeos

capsulares) foram isolados após mutagênese por ácido ethil-ester-metano-sulfônico

e mostraram-se avirulentas. Estes mutantes não causaram sinais clínicos ou lesões

em suínos após inoculação intratraqueal com uma dose 10 vezes maior que a DL50

da amostra não mutante. Amostras acapsuladas que produzem toxinas induzem

resposta imune e podem ser usadas como vacinas vivas (INZANA et alii, 1993).

Outra amostra de A. pleuropneumoniae mutante acapsular foi obtida por

RIOUX et alii (2000) usando o sistema de mutagênese por inserção com o

transposon Tn10. Este mutante não reagiu com o anticorpo monoclonal contra o

antígeno capsular do sorotipo 1, nem apresentou vestígios de cápsula por

microscopia eletrônica e citometria de fluxo, confirmando a incapacidade de

transportar os polissacarídeos capsulares para a membrana externa da bactéria. O

sítio de inserção do mini-Tn10 foi determinado e sendo posicionado no gene cpxC

de transporte dos polissacarídeos capsulares. Este mutante foi inoculado em suínos

SPF e apresentou um padrão menos virulento sem mortalidade, comparado com a

Page 37: Dissertação de Mestrado - Embrapa

20

amostra bacteriana original que apresentou-se mais virulenta com 100% de

mortalidade.

PIJOAN et alii (1983) relataram que a proteção de suínos vacinados com

cultura de seis horas de A. pleuropneumoniae é devida a anticorpos capsulares, pois

essas culturas contém grande quantidade de material capsular, mas pouca toxina no

sobrenadante. Formularam a hipótese de que o material capsular pode proteger os

suínos contra uma inoculação homóloga, mas não heteróloga. Sugeriram também

que anticorpos protetores não são somente induzidos pelas toxinas. Devido a isso, a

imunidade celular anticapsular é descrita como sendo muito importante nessa

doença. NIELSEN et alii (1976) haviam determinado que antígeno capsular de

culturas mais velhas (24 horas), extraído pelo calor, não conferem proteção aos

suínos. Enquanto que NIELSEN & O´CONNOR (1984) determinaram que antígenos

de culturas jovens (6 horas) sorotipo específicos extraídos da mesma maneira

podem proteger os suínos, demonstrando que a cápsula é componente importante e

confere proteção.

INZANA et alii (1988) estudaram as propriedades de virulência do

polissacarídeo capsular do A. pleuropneumoniae sorotipo 5 e sua capacidade de

proteger suínos e camundongos da agressão experimental. A bactéria viva

capsulada foi resistente à morte por complemento e anticorpos para antígenos

somáticos, enquanto que a amostra acapsulada foi sensível à morte pela via

alternativa do complemento. Camundongos foram protegidos da morte devido à

inoculação intranasal com sorotipos homólogos ou heterólogos, após imunização

com bactéria viva capsulada ou acapsulada. Entretanto, os animais não foram

protegidos quando imunizados tanto com a bactéria morta, ou com

lipopolissacarídeos ou mesmo com a vacina conjugada de proteína e cápsula.

Imunização passiva com soro de suíno monoespecífico para cápsula protegeu os

suínos contra infecção letal, mas não impediu o desenvolvimento de lesões

hemorrágicas nos pulmões. Já os suínos imunizados passivamente com anti-soro

para bactéria viva ou quando a bactéria foi pré-opsonizada por anticorpos anti-

cápsula produzidos em coelhos, antes da agressão em suínos, não desenvolveram

lesões respiratórias severas.

JACQUES et alii (1992) estudaram a correlação entre a quantidade de

material capsular dos isolados de A. pleuropneumoniae e a afinidade pelo muco do

trato respiratório do suíno. Estes pesquisadores observaram que isolados com uma

Page 38: Dissertação de Mestrado - Embrapa

21

camada capsular maior ou igual a 100 nm apresenta baixa afinidade pelo muco,

enquanto isolados com uma fina camada de material capsular mostram vários graus

de afinidade pelo muco do trato respiratório suíno. Por outro lado, RIOUX et alii

(2000) avaliaram a capacidade de aderência de uma amostra de

A. pleuropneumoniae sorotipo 1 mutante acapsular e determinaram que esta

apresentou 20 vezes maior quantidade de células aderidas em cortes congelados de

traquéia de leitões do que a amostra original. Estes estudos confirmam que a

cápsula não é responsável pela aderência, ao contrário, impede a aderência do

A. pleuropneumoniae ao tecido do hospedeiro.

Amostras de A. pleuropneumoniae, pertencentes aos sorotipos de 1 a 10,

foram examinadas por microscopia eletrônica para analisar a camada de material

capsular. Foi verificado que todas apresentaram uma camada variável dependendo

do sorotipo. A quantidade de cápsula também variou de acordo com o tempo de

crescimento e o meio de cultura. Quando crescidos em meio líquido, por 6 horas,

apresentaram entre 210-230 nm de camada de cápsula, enquanto que com 18 horas

de crescimento a camada foi de 130-140 nm. Entretanto, quando o

A. pleuropneumoniae foi crescido em meio sólido a camada visualizada foi muito

menor e variou de 70-100 nm. Utilizando esta metodologia, estes pesquisadores

ainda visualizaram A. pleuropneumoniae em pulmões de animais infectados e

estimaram a quantidade de material capsular. Os resultados indicam que existem

diferenças na estrutura capsular entre os diferentes sorotipos de

A. pleuropneumoniae e isso pode explicar a diferença na virulência entre os

sorotipos, já que os sorotipos mais virulentos apresentaram maior quantidade de

cápsula (JACQUES et alii, 1988).

A estrutura capsular de todos os sorotipos de A. pleuropneumoniae já foi

identificada por métodos de ressonância magnética nuclear e química (PERRY et

alii, 1990). A cápsula bacteriana é carregada negativamente por polímeros de

carboidratos altamente hidratados (INZANA, 1987) que são responsáveis pela

especificidade dos sorotipos (INZANA & MATHISON, 1987). A estrutura capsular

dos diferentes sorotipos pode ser classificada como segue: uma seqüência normal

de unidades de açúcar ligadas glicosidicamente, que constituem as cápsulas dos

sorotipos 5a, 5b e 10; polímeros tipo ácido teicóico, onde unidades de glicosil-glicitol

são ligadas através de ligações fosfato- diéster, como as cápsulas dos sorotipos 2,

3, 6, 7, 8, 9, e 11 e polímeros repetidos de oligossacarídeos, também ligadas através

Page 39: Dissertação de Mestrado - Embrapa

22

de fosfato, como encontrado na cápsula dos sorotipos 1, 4 e 12. As últimas são

relativamente instáveis, pois ligações fosfato sofrem hidrólise levando a um produto

de baixo peso molecular com subseqüente degradação (PERRY et alii, 1990). INZANA (1987), após a purificação da cápsula do A. pleuropneumoniae sorotipo 5,

analisou a composição química do polímero capsular por radioimunoensaio e

observou que a quantidade máxima de cápsula é obtida na fase estacionária

(48 horas) de cultura em meio líquido e não de meio sólido. A composição química

da cápsula foi de 85% de hexosamina, 12% de hexose, 3% de fosfato, 0,17% de

proteína, 0,20% de ácido nucléico e 0,01% de endotoxina.

Para um melhor entendimento do papel da cápsula como fator de

virulência em A. pleuropneumoniae, WARD & INZANA (1997) identificaram,

clonaram e seqüenciaram uma região do DNA envolvida na exportação dos

polímeros capsulares de A. pleuropneumoniae sorotipo 5a. Esta região é constituída

de um operon, designado cpxDCBA, que codifica quatro proteínas envolvidas na

exportação dos polissacarídeos através da membrana citoplasmática. CpxD é uma

lipoproteína da membrana externa de 42.1 kDa envolvida no transporte do

polissacarídeo capsular através da membrana. CpxC é uma proteína de 43.4 kDa,

relativamente hidrofílica, periplasmática, com domínio hidrofóbico próximo ao N e C-

terminal que serve como âncora e está envolvida no transporte dos polissacarídeos

capsulares através da membrana citoplasmática. CpxB é uma proteína de 29.9 kDa,

muito hidrofóbica com no mínimo 6 domínios α-hélice, sugerindo que pode ser uma

proteína de membrana integral. CpxA é uma proteína hidrofílica de 24.6 kDa,

contendo uma seqüência consenso característica de ligação de ATP. Um fragmento

de 1.5 kb, correspondente a parte dos genes cpxCB, foi utilizado como sonda contra

DNA total de A. pleuropneumoniae clivado com BglII. Esta sonda hibridizou com

DNA dos sorotipos 1, 2, 5, 7 e 9 de A. pleuropneumoniae indicando que esta região

do DNA é bastante conservada.

WARD et alii (1998) identificaram, clonaram e seqüenciaram os genes

envolvidos na biossíntese da cápsula (cps) do sorotipo 5. Quatro open reading frame

(ORFs) constituem os genes cps denominados cpsD, cpsC, cpsB e cpsA. Este

operon apresenta a característica de ser sorotipo-específico e está localizado

adjacente (upstream) ao gene cpxD do operon cpxDCBA que codifica as proteínas

responsáveis pelo transporte dos polissacarídeos capsulares. Entretanto, a função

de cada gene não foi determinada. Um mutante incapaz de produzir polissacarídeo

Page 40: Dissertação de Mestrado - Embrapa

23

capsular intracelular ou extracelular, foi construído por recombinação homóloga com

deleções nos genes cpsABC na amostra de A. pleuropneumoniae J45, sendo

denominado J45-100. Quando inoculada esta bactéria mutante em uma dose três

vezes a DL50 da amostra J45 em suínos não imunes, aquela mostrou-se avirulenta.

Uma dose seis vezes a DL50 da amostra J45, causou de média a moderadas lesões

nos pulmões, mas não causou morte nos animais. A biossíntese de

lipopolissacarídeos, das toxinas Apx e das proteínas de membrana não foram

afetadas. O mutante acapsular foi capaz de crescer mais rápido que a amostra não

mutante, indicando que a expressão é um processo metabolicamente custoso e que

células que não produzem cápsula podem usar a energia para seu crescimento.

LO et alii (1998) desenvolveram e padronizaram um método de PCR

Multiplex com primers específicos para as regiões dos genes cpx e cps do sorotipo 5

com a finalidade de identificar amostras de A. pleuropneumoniae. Esses primers

amplificam fragmentos de DNA de 0,7 kb (715 pb) para os genes cpx e 1,1 kb

(1.114 pb) para os genes cps. Os autores aplicaram esta metodologia em DNA de

A. pleuropneumoniae extraídos de fragmentos de pulmões de animais infectados

que estiveram congelados por 6 anos. Foi possível amplificar fragmentos de

tamanhos esperados para os genes cpx em todas as amostras. No entanto, nem

todas as amostras apresentaram produto de amplificação para os genes cps. Os

resultados apresentados por LO et alii (1998) confirmaram que a região cps é

sorotipo específica, sendo possível distinguir especificamente A. pleuropneumoniae

sorotipo 5 de outros sorotipos e que a região cpx com exceção do sorotipo 4, é

comum a todos os sorotipos. Este foi o primeiro desenvolvimento de PCR espécie-

específico capaz de identificar pelo menos 11 dos 12 sorotipos de

A. pleuropneumoniae.

1.3.6.3 Superóxido dismutase (SOD).

O ambiente aeróbico é potencialmente tóxico para a vida devido à alta

reatividade do oxigênio que, quando torna-se parcialmente reduzido, freqüentemente

gera espécies de oxigênio reativas (FRIDOVICH, 1978).

Superóxido dismutases são enzimas que catalisam a dismutação das

espécies reativas do radical ânion superóxido (O2−) altamente reativo para peróxido

de hidrogênio (H2O2) e oxigênio (O2). As SODs assim como a catalase e a glutationa

Page 41: Dissertação de Mestrado - Embrapa

24

peroxidase agem evitando a formação de espécies de oxigênio deletérios para a

célula (BOWLER et alii, 1990; BITTENCOURT, 1998). Esta é a primeira etapa de

uma série de reações que previnem o acúmulo de radicais livres de oxigênio tóxico

gerados pela redução do oxigênio molecular (FRIDOVICH, 1989 e 1995). A remoção

dos radicais superóxidos bloqueia reações secundárias que podem levar a formação

do radical hidroxil (•OH) altamente reativo responsável por maiores danos em todas

as classes de macromoléculas biológicas (ácidos nucléicos, proteínas e lipídios) (IMLAY & LINN, 1988; WILKIS et alii, 1998). Tem sido sugerido que enzimas

antioxidantes que removem O2− ou H2O2 in vitro desempenham papel importante na

proteção da viabilidade da bactéria in vivo (HALLIWELL & GUTTERIDGE, 1984;

FRIDOVICH, 1989).

As superóxido dismutases, da família das metaloproteínas, são

classificadas de acordo com o metal ligante no seu sítio ativo como: cobre-zinco

superóxido dismutase (CuZnSOD), manganês superóxido dismutase (MnSOD) e

ferro superóxido dismutase (FeSOD). Outras duas formas de SODs, níquel

superóxido dismutase (NiSOD) e ferro-zinco superóxido dismutase (FeZnSOD),

foram descritas em Streptomyces coelicolor Muller (KIM et alii, 1998). CuZnSOD e

provavelmente NiSOD não possuem similaridade e são estruturalmente distintas de

Fe e MnSOD (MEIER et alii, 1998) que possuem alta similaridade de seqüência

primária, assim como de estruturas secundária e terciária (BOWLER et alii, 1990;

WU et alii, 1998). Uma outra enzima a FeZnSOD apresenta uma região C-terminal

conservada com as Fe e MnSODs (KIM et alii, 1998).

As SODs são encontradas em uma grande variedade de organismos e

dentro de diferentes organelas e compartimentos celulares. MnSODs são

principalmente encontradas em mitocôndria de eucariotos e em procariotos. FeSODs

são encontradas principalmente em procariotos e em cloroplastos das plantas. As

CuZnSODs são encontradas na maioria de eucariotos e em algumas bactérias

(GRACE, 1990; GILLE & SINGLER, 1995; BITTENCOURT, 1998; FRIDOVICH,

1995). Em bactérias a FeSOD e MnSOD têm localização citoplasmática e estão

envolvidas na remoção dos radicais ânions superóxidos gerados durante a

respiração aeróbica (FRIDOVICH, 1995). A CuZn SOD é tipicamente encontrada em

células eucarióticas, onde está presente no citosol, porém atualmente existem

muitos estudos relatando a sua presença no periplasma de células procarióticas

(FRIDOVICH, 1995; WU et alii, 1998).

Page 42: Dissertação de Mestrado - Embrapa

25

Em E.coli o gene sodA, que codifica MnSOD, têm expressão regulada

pelo nível de ferro (Fe) presente no meio de cultura, enquanto que o gene sodB, que

codifica FeSOD, têm expressão constitutiva (NIEDERHOFFER et alii, 1990). A

expressão de CuZnSOD é induzida durante a fase exponencial de crescimento e

expressada em altos níveis somente na fase estacionária (BENOV & FRIDOVICH,

1994; IMLAY & IMLAY, 1996).

A presença de CuZnSOD tem sido relatada em muitos organismos

patogênicos como: Escherichia coli (HASSAN & FRIDOVICH, 1979; BENOV &

FRIDOVICH, 1994), Brucella abortus (BECK et alii, 1989), Haemophilus influenzae e

Haemophilus parainfluenzae (KROLL et alii, 1991), Salmonella typhimurium (DE

GROOTE et alii, 1997), Neisseria meningitidis (WILKS et alii, 1998), Mycobacterium

tuberculosis (WU et alii, 1998) e Haemophilus pleuropneumoniae (LANGFORD et

alii, 1996; SCHEEHAN et alii, 2000).

KROLL et alii (1995) utilizaram a técnica de PCR para detectar genes

sodC que codificam CuZnSOD em organismos patogênicos de humanos e de

animais como os membros dos grupos Haemophilus, Actinobacillus, Pasteurella e

Neisseria meningitidis. Os autores confirmaram estudos prévios que a CuZnSOD

procariótica é completamente separada evolucionariamente da CuZnSOD

eucariótica.

Existem evidências do papel das CuZnSOD na virulência de bactérias

patogênicas pela capacidade da enzima de dismutar radicais superóxidos gerados

fora da célula bacteriana. Desta forma a localização de CuZnSOD no periplasma

estaria protegendo a bactéria dos efeitos tóxicos dos radicais superóxidos

produzidos fora da célula (LANGFORD et alii, 1996; WILKS et alii, 1998). Mutantes

de S. typhimurium, N. meningitidis, H. ducreyi que não expressam CuZnSOD são

mais sensíveis à atividade bactericida dos radicais superóxidos. Também

apresentam efeito letal reduzido, quando inoculados por via oral ou intraperitonial em

camundongo, demonstrando que são significantemente menos virulentos do que o

tipo não mutante (DE GROOTE et alii, 1997; FARRANT et alii, 1997; WILKS et alii,

1998; SAN MATEO et alii, 1998). Também foi sugerido que Bacteroides gingivalis,

um patógeno de infecções periodontais, possui capacidade de sobrevivência devida

a presença deste tipo de SOD (AMANO et alii, 1990). No entanto, existem relatos

conflitantes como em B. abortus onde mutantes para CuZnSOD continuam virulentos

em camundongos (LATIMER et alii, 1992; TATUM et alii, 1992).

Page 43: Dissertação de Mestrado - Embrapa

26

Possivelmente a CuZnSOD permite que o A. pleuropneumoniae resista a

ação tóxica de espécies de oxigênio ativado produzido por células inflamatórias do

hospedeiro pois, o produto da dismutação do radical superóxido, o peróxido de

hidrogênio (H2O2), pode interferir no mecanismo mucociliar da bactéria do trato

respiratório superior, favorecendo a colonização e permitindo o estabelecimento do

A. pleuropneumoniae no organismo (LANGFORD et alii, 1996). Estudos demonstram

que a excessiva produção de radical oxigênio pelos macrófagos e neutrófilos

pulmonares, estimulados pelas toxinas Apx, é um fator importante nas lesões

pulmonares que ocorrem em animais com PPS. As toxinas Apx provocam uma

explosão oxidativa nos neutrófilos, que resulta numa produção excessiva de radicais

de oxigênio provocando efeitos deletérios nas células do hospedeiro (DOM et alii,

1992a e b). LANGFORD et alii (1992) clonaram os genes sodC de H. influenzae tipo b

e de H. parainfluenzae e determinaram a presença de CuZnSOD pela visualização

da atividade da proteína em gel de poliacrilamida não desnaturante. A presença de

CuZnSOD também foi demonstrada em outras espécies de Haemophilus tais como:

H. aphrophilus, H. paraphrophilus, H. haemolyticus, H. paraphrohaemolyticus,

H. haemoglobinophilus, H. influenzae não tipável e H. parasuis. Também analisaram

por hibridização Southern blot do DNA de H. influenzae não tipável, H. aphrophilus,

H. paraphrophilus e H. haemolyticus com uma sonda de DNA de H. influenzae tipo b,

indicando a existência de uma região homóloga entre estas espécies. Os mesmos

autores clonaram e caracterizaram o gene sodC que codifica CuZnSOD de

A. pleuropneumoniae. Analisaram também a vantagem da presença deste gene em

App quanto à sobrevivência deste microrganismo no hospedeiro por aceleração na

dismutação do superóxido derivado de neutrófilos durante a resposta à infecção em

suínos.

O A. pleuropneumoniae apresenta evidências de possuir duas SODs, uma

contendo o íon Mn e outra contendo os íons Cu/Zn. O gene sodC de

A. pleuropneumoniae não é regulado por variações das fases de crescimento da

bactéria. Análises de atividade em gel não desnaturante por separação eletroforética

sugere que ambas, MnSOD (sodA) e CuZnSOD (sodC), são expressadas durante as

fases de crescimento exponencial e estacionário. A expressão de sodA é regulada

por O2 e concentrações variadas de Fe2+. Trabalhos demonstraram que a enzima

MnSOD de A. pleuropneumoniae foi funcionalmente ativa em condições de

Page 44: Dissertação de Mestrado - Embrapa

27

crescimento aeróbico na presença ou ausência de ferro, e em condições de

crescimento anaeróbico apenas na presença de ferro. Nenhum efeito regulatório ou

variação da expressão em relação à fase de crescimento pôde ser detectada para o

gene sodC de A. pleuropneumoniae. Analisando a atividade de SOD de diferentes

compartimentos celulares foi demonstrado que a CuZnSOD é uma enzima

extracitoplasmática, mais precisamente presente no periplasma. A presença de uma

banda correspondente à CuZnSOD foi detectada por hibridização Western blot com

soros de suínos inoculados com o sorotipo 3 de A. pleuropneumoniae, indicando que

a enzima pode ser expressada durante a infecção (LANGFORD et alii, 1996). A

existência de CuZnSOD extracelular reforça a hipótese sobre o efeito de proteção da

bactéria contra a mortalidade fagocítica. Somente alguns organismos intracelulares

como a Brucella abortus sobrevivem à fagocitose (BECK et alii, 1989). Outro

exemplo, é a identificação de CuZnSOD em H. influenzae e H. parainfluenzae, que

pode estar determinando a sobrevivência do agente no hospedeiro devido à rápida

eliminação dos radicais superóxidos produzidos (KROLL et alii, 1991).

A seqüência de aminoácidos deduzida a partir do gene sodC de

A. pleuropneumoniae foi comparada com as seqüências de CuZnSOD presente em

outras bactérias. A porção N-terminal apresenta os aminoácidos característicos de

peptídeo sinal, sugerindo que a proteína é exportada (LANGFORD et alii, 1996),

como outras diversas CuZnSODs (JAMES, 1994). A região C-terminal possui uma

seqüência de aminoácidos com nível de homologia de 75% com CuZnSOD de

H. parainfluenzae (LANGFORD et alii, 1996). Com o objetivo de avaliar se a

CuZnSOD é importante na proteção da bactéria contra radicais superóxidos um

experimento foi desenvolvido com Neisseria meningitidis onde, foram inoculados

camundongos com amostras sodC mutantes e tipo selvagem. Os resultados

demonstraram que os animais que receberam inoculações com a amostra sodC

mutante apresentaram menor índice de doença quando comparados com animais

que receberam inoculações com o tipo selvagem, onde a maioria deles

apresentaram a doença. Desta forma os autores sugerem que CuZnSOD está

associada com fatores de virulência neste modelo experimental (WILKS et alii,

1998). Recentemente, SCHEEHAN et alii (2000) desenvolveram um mutante de

sodC por troca alélica do sorotipo 1 de A. pleuropneumoniae e investigaram o papel

da proteína CuZnSOD na infecção causada por A. pleuropneumoniae. Também

Page 45: Dissertação de Mestrado - Embrapa

28

analisaram a possibilidade do uso deste mutante, que não expressa CuZnSOD,

como vacina viva. Nenhuma diferença foi observada em animais inoculados com o

mutante comparado com animais inoculados com a amostra não mutante. Ambos

desenvolveram lesões pulmonares hemorrágicas e pleurisia fibrinosa típica de

infecção por A. pleuropneumoniae, sendo indistinguível a patologia das lesões de

ambos os grupos.

1.3.7 Vacinas e resposta imune e celular.

Poucos programas de controle da PPS sem depopulação total do rebanho

tem tido sucesso. A maioria das estratégias que combina medicação e depopulação

parcial falham na eliminação do A. pleuropneumoniae, mas reduzem a doença

clínica, lesões e morte com o passar do tempo (PLOMGAARD, 1999). Um dos

principais interesses, em programas de controle da PPS, é a prevenção da entrada

do organismo em rebanhos livres através da introdução de animais portadores

assintomáticos (SIDIBÉ et alii, 1993).

A pleuropneumonia pode ser controlada por vacinação ou programas

baseados em diagnósticos sorológicos evitando circulação de suínos entre rebanhos

(ROSENDAL & BOYD, 1982). A determinação do perfil sorológico através do tempo

auxilia na identificação da duração da imunidade materna, na entrada de sorotipos

novos e pode detectar o início da infecção (PIJOAN, 1993). Rebanhos soropositivos

podem desenvolver pleuropneumonia ou transmitir A. pleuropneumoniae para outros

animais saudáveis e para outros rebanhos soronegativos (KUME, 1984). Os suínos

são protegidos da infecção apenas pelos sorotipos que possuem antígenos

homólogos, podendo ser reinfectados com sorotipos que possuem antígenos

heterólogos (NIELSEN, 1976; CRUIJSEN et alii, 1995b). Na Austrália, por exemplo,

ocorreu uma explosão de resultados positivos para o sorotipo 12, que pode ter sido

devido ao fato deste sorotipo não estar incluído na vacina utilizada. Desta forma a

introdução de animais de outras regiões disseminou este sorotipo nos rebanhos e

evidenciou a importância de se determinar a prevalência dos sorotipos isolados na

região (BLACKALL et alii, 1999).

Diversas vacinas para controle da pleuropneumonia têm sido

desenvolvidas e a maioria consistem de bactérias mortas (bacterinas). Estas vacinas

apresentam alguma eficácia, prevenindo ou reduzindo a mortalidade, diminuindo os

Page 46: Dissertação de Mestrado - Embrapa

29

sinais clínicos e a prevalência de lesões. No entanto, a infecção crônica e

propagação do A. pleuropneumoniae para animais não imunes são os principais

problemas na indústria suinícola (INZANA et alii, 1988; PLOMGAARD, 1999).

A falta de proteção das bacterinas pode ser atribuída à desnaturação

química do antígeno pela formalina, fazendo com que o anticorpo produzido não

reconheça a forma nativa da proteína durante a infecção natural (FEDORKA-CRAY

et alii, 1993; FURESZ et alii, 1997). Em camundongos, anticorpos protetivos contra

dose letal podem ser produzidos por imunização com bactérias vivas capsuladas ou

acapsuladas, mas não com bactérias mortas por formalina ou por aquecimento

(100°C por 1 hora). As bactérias vivas são conhecidas por induzir maior imunidade

celular do que as mortas, devido à prolongada estimulação do tecido linfóide local

(INZANA et alii, 1988).

Para uma bacterina ou vacina ser considerada eficaz, não pode ser

observada reação tecidual no sítio de vacinação e precisa haver redução

significativa ou eliminação da morbidade e mortalidade (FEDORKA-CRAY et alii,

1993). Uma preparação de cultura de A. pleuropneumoniae concentrada, livre de

bactérias, contendo os fatores de virulência como carboidrato, endotoxinas e

proteínas com atividade hemolítica e citotóxica, protegeu suínos SPF completamente

da mortalidade, reduzindo a morbidade para inoculação homóloga, quando

comparada com uma bacterina comercial. Nenhuma reação tecidual no sítio foi

observada na musculatura cervical. Entretanto, é provável que vacinação contra um

ou diversos fatores de virulência não seja suficiente para induzir imunidade completa

(FEDORKA-CRAY et alii, 1993) e que outros componentes secretados, como

componentes da superfície bacteriana incluindo LPS e proteínas não secretadas,

podem ter efeito citotóxico (HUANG et alii, 1998). Anticorpos para

lipopolissacarídeos, lipoproteínas da membrana externa reguladas por ferro e

proteínas da membrana externa, contribuem apenas parcialmente para prevenir a

pleuropneumonia (CRUIJSEN et alii, 1995a e b).

Toxinas Apx são consideradas importantes para a indução da resposta

imune protetiva, pois vacinas de bactéria mortas que não possuem toxinas Apx em

sua formulação, não protegem adequadamente (INZANA et alii, 1991). As vacinas

que utilizam toxinas em sua formulação protegem parcialmente, porém, outros

componentes são necessários para induzir imunidade, além de altos títulos de

anticorpos. Anticorpos para toxinas Apx diminuem a severidade da doença e

Page 47: Dissertação de Mestrado - Embrapa

30

permitem que o animal se recupere mais rápido, mas não previnem a infecção

(CHIERS et alii, 1998). Suínos que não desenvolvem anticorpos anti-toxinas Apx são

mais suscetíveis à pleuropneumonia sendo que anticorpos para toxinas ApxII são

capazes de contribuir para proteção cruzada (CRUIJSEN et alii, 1995b).

GOTTSCHALK (1999) relatou que algumas vacinas para

pleuropneumonia suína disponíveis no mercado induzem níveis de anticorpos

elevados, outras muito baixo, indicando que nenhuma vacina é 100% protetiva.

Vacinas que possuem toxinas ApxI, ApxII e ApxIII purificadas e outras, que têm

proteínas de membrana externa incluídas, representam uma nova categoria. Estas

vacinas, possuem vantagem sobre as demais porque, teoricamente, protegem os

suínos contra todos os sorotipos. Também os animais vacinados não apresentam

anticorpos contra cápsula ou LPS, podendo ser diferenciados de infectados com

testes que utilizam estes componentes como antígeno.

PRIDEAUX et alii (1999) desenvolveram uma vacina utilizando

mutagênese sítio-específica no gene ativador apxIIC do sorotipo 7 de

A. pleuropneumoniae. Este sorotipo mutante secreta uma toxina ApxIIA inativa e

suínos vacinados por via intranasal com esta amostra mutante viva foram protegidos

contra inoculação de sorotipo 1 virulento. Normalmente, o sorotipo 7 e 1 apresentam

reações cruzadas.

A aplicação de polissacarídeo capsular como imunógeno resulta em

anticorpos que protegem os suínos da pleuropneumonia fatal, mas não previnem o

desenvolvimento das lesões (ROSENDAL et alii, 1986; INZANA et alii, 1988).

Amostras bacterianas que apresentam pouca cápsula, naturalmente encontradas,

parecem proteger apenas parcialmente (ROSENDAL & MACINNES, 1990) enquanto

que amostras mutantes acapsuladas foram mais eficientes (INZANA et alii, 1993).

Anticorpos para cápsula são opsônicos mas não protegem completamente (INZANA

et alii, 1988), pois a cápsula purificada é pouco imunogênica em coelhos e suínos

(INZANA, 1987). Amostras de A. pleuropneumoniae mutantes acapsuladas, avirulentas,

com atividade hemolítica e perfil de LPS-CL idêntica aos tipos não mutante do

sorotipo 1 e 5 foram capazes de sobreviver subcutâneamente por mais de uma

semana após inoculação, permitindo uma forte resposta imune para células totais e

toxinas ApxI e II. Vacinas mutantes possuem vantagens sobre as vacinas inativadas

sendo altamente eficazes e ainda induzem proteção similar contra sorotipo

Page 48: Dissertação de Mestrado - Embrapa

31

homólogo e heterólogo; não causam infecção nos pulmões; são extremamente

estáveis e não revertem para o fenótipo capsulado; não induzem anticorpos para

cápsula, portanto, suínos imunizados podem ser diferenciados de suínos infectados;

podem ser administradas por via subcutânea sem adjuvantes, evitando lesões e

gastos maiores com imunização e ainda são economicamente viáveis (INZANA et

alii, 1993).

1.3.8 Técnicas sorológicas para o diagnóstico da pleuropneumonia causada pelo A. pleuropneumoniae.

A detecção da infecção prévia ou crônica em animais vivos é realizada

principalmente através de testes sorológicos. Entretanto, com a variabilidade

antigênica existente entre os sorotipos de App, determinaram a necessidade de

produzir testes de diagnósticos espécie-específicos que incluem todos os sorotipos

(MA et alii, 1990; GRAM & AHRENS, 1998). Vários testes sorológicos para

diagnóstico tem sido descritos para detecção de anticorpos produzidos por

A. pleuropneumoniae como: fixação de complemento (NICOLET et alii, 1971; GUNNARSSON, 1979), soroaglutinação em macrotitulação com 2-mercaptoetanol,

(MITTAL et alii, 1984), soroaglutinação em microtitulação com 2-mercaptoetanol

(PIFFER et alii, 1985a), inibição da citolisina (HUTRERA & PIJOAN, 1992;

FENWICK, 1992), imunodifusão (NICOLET, 1971), aglutinação (GUNNARSSON et

alii, 1977), imunofluorescência (ROSENDAL et alii, 1983), aglutinação em látex

(MITUI et alii, 1981), soroaglutinação rápida, hemaglutinação passiva (MITTAL et alii,

1983), ensaio imunoenzimático ELISA (NICOLET et alii, 1981; BOSSÉ et alii, 1992b)

e método de separação imunomagnética (SIM) (GAGNÉ et alii, 1998).

A avaliação sorológica da exposição a agentes infecciosos é limitada por

problemas com a especificidade devido a reações cruzadas entre as espécies e a

dependência na habilidade individual para desenvolver resposta imune. A resposta

imune de uma infecção aguda em um hospedeiro imunologicamente competente,

está associada com um retardo de dias a meses entre o momento da infecção e a

soroconversão (EHRLICH & GREENBERG, 1994). Suínos infectados podem ser

sorologicamente negativos (SIDIBÉ et alii, 1993) e resultados sorológicos positivos

podem ser observados na ausência de sinais clínicos e patológicos, deste modo o

isolamento do agente é importante para confirmar a presença da infecção (GAGNÉ

et alii, 1998).

Page 49: Dissertação de Mestrado - Embrapa

32

Foram desenvolvidos na Embrapa Suínos e Aves (CNPSA), testes de

ELISA baseados em antígenos capsulares, LPS-CL (lipopolissacarídeo cadeia

longa) e FAF (fase aquosa da extração fenólica) mono e polivalente para os

sorotipos 3, 5 e 7 de App. Em animais experimentalmente infectados, os ELISAs

baseados em antígenos FAF e LPS-CL apresentaram para os três sorotipos,

especificidade de 100% e sensibilidade variando entre 88,3 (LPS-CL) e 98,3% (FAF)

(MACHADO, 1997). Os testes de ELISAs com antígenos capsulares apresentaram

especificidade de 100% para os três sorotipos e sensibilidade de 92, 88 e 90% para

os sorotipos 3, 5 e 7, respectivamente (DUTRA et alii, 2000).

Os testes para diagnóstico de doenças infectocontagiosas podem ser

caracterizados como definitivos ou presuntivos. O teste definitivo é aquele que

envolve o isolamento do agente, enquanto que o teste presuntivo mede a resposta à

presença do agente. Os testes presuntivos podem levar a um diagnóstico errôneo

devido a reações cruzadas com outros agentes microbianos (falsos positivos) ou não

detectar animais recentemente infectados. Todos os testes sorológicos devem ser

considerados presuntivos, sendo que este teste é baseado na capacidade de

diferenciar animais infectados, não necessariamente doentes, de animais não

infectados (PIFFER & GUIDONI, 1997).

FENWICK (1992) comparou alguns testes sorológicos para diagnosticar a

PPS e determinou que os testes de ELISA e de neutralização da citolisina foram os

que deram melhores resultados.

Testes sorológicos possuem alguns problemas que limitam sua utilização

como método imediato de detecção do agente, pois não diferenciam animais

infectados de animais vacinados ou imunes e não detectam animais com menos de

15 dias de infecção. Outro ponto importante é que o teste precisa ter sensibilidade e

especificidade confiáveis, pois normalmente, a relação é inversa e não existe prova

100% sensível e 100% específica (PIJOAN, 1993).

1.3.9 Reação em cadeia da polimerase (PCR).

A PCR é um método que consiste na síntese enzimática in vitro de

seqüências de DNA através de primers que hibridizam na fita complementar do DNA

do gene alvo. Uma série de ciclos repetidos que consistem de desnaturação da fita

template, anelamento de primer e extensão dos primers anelados pela DNA

Page 50: Dissertação de Mestrado - Embrapa

33

polimerase termoestável, resulta em acúmulo exponencial do fragmento de

interesse. A amplificação da reação de PCR não é infinita. Após certo número de

ciclos, a amplificação do fragmento desejado acumulando exponencialmente

termina, entrando na fase linear ou estacionária. Este segundo estágio da reação é

denominado plateau. O ponto no qual a PCR atinge o plateau depende do número

de cópias da fita original de DNA presente na amostra e da quantidade total de DNA

sintetizado (ERLICH, 1989).

Atualmente tem sido muito usada a técnica de Reação em Cadeia da

Polimerase (PCR), tanto em medicina humana como veterinária, para detectar

isolados clínicos de vírus e outros microrganismos (EHRLICH & GREENBERG,

1994). A PCR possui uma capacidade de amplificar seqüências específicas de DNA

de um microrganismo em até 1012 vezes (LI et alii, 1988) com um limite de detecção

na maioria das vezes de 102 UFC por tubo. Esta metodologia aplicada à detecção do

agente da pleuropneumonia apresenta vantagens com relação a outras técnicas, por

ser capaz de identificar a infecção antes que a doença esteja presente no plantel.

Desta forma pode-se evitar maiores perdas e também a disseminação da doença

pela venda de animais a plantéis livres de PPS.

Teoricamente, gêneros ou espécies de organismos infecciosos podem

apresentar uma seqüência única de DNA, possibilitando a escolha judiciosa de

oligonucleotídeos que servem como primers para a síntese de DNA (EHRLICH &

GREENBERG, 1994). Estes primers específicos para genes de cada microrganismo,

permite alta especificidade da PCR para detectar seqüências alvos de DNA

elevando a probabilidade de detectar seqüências raras. Alguns fatores podem afetar

a especificidade da reação de amplificação como: temperatura de anelamento,

tempo de incubação durante o anelamento, concentração de primers e de enzima e

a concentração de íons de magnésio, necessário para a atividade enzimática da

polimerase (ERLICH, 1989). A PCR detecta a presença do material genético do

microrganismo, ao contrário da resposta imune do hospedeiro, sendo a medida

direta da infecção. Entretanto, esta característica pode levar à detecção de

organismos não viáveis, podendo conduzir a resultado positivo clinicamente

irrelevante, como no caso de DNA de bactéria morta após tratamento com antibiótico

(EHRLICH & GREENBERG, 1994).

Uma outra grande vantagem do sistema de PCR é a capacidade de

detectar um único microrganismo, produzindo um fragmento de DNA específico, a

Page 51: Dissertação de Mestrado - Embrapa

34

partir de uma mistura de microrganismos sem o isolamento individual da bactéria

(HANCE et alii, 1989; OLIVE, 1989). Quantidades muito grande de células

bacterianas (maior que 106 /ml) podem inibir a reação de PCR devido à presença de

inibidores; tendo este cuidado, resultados falsos-negativos encontrados em

amplificações de DNA de extrato cru podem ser evitados (SIROIS et alii, 1991).

Substâncias inibidoras presentes em amostras clínicas constituem-se no principal

obstáculo para a utilização de PCR na detecção e identificação destes organismos

(STONE et alii, 1994).

A PCR possui muitas vantagens como especificidade, sensibilidade e

rapidez. No entanto, a presença ou ausência de um produto de amplificação de um

tamanho esperado, não necessariamente reflete a presença ou ausência de um

agente patogênico, sendo que para o projeto de primers, é importante escolher uma

região codificante, pois isto minimizaria o risco de mutações pontuais que podem

impedir a amplificação (GRAM & AHRENS, 1998).

A capacidade da PCR para detectar seqüências genéticas de quantidades

muito pequena de DNA é uma vantagem comparada com outras formas sorológicas

de detecção por duas razões principais: reações cruzadas entre antígeno e

anticorpo são evitadas e amostras que tenham sido classificadas anteriormente

como não tipificáveis, devido à autoaglutinação, poderiam ser tipificáveis por PCR. A

amplificação de DNA por PCR é extremamente sensível, podendo ser aplicado

diretamente na amostra sem a espera do cultivo da bactéria (LO et alii, 1998).

A técnica de PCR, pode ser uma alternativa para o diagnóstico etiológico

da PPS, principalmente em animais cronicamente infectados e sem sinais clínicos

aparentes pois, o isolamento do agente é dificultado pelo pouco número de células

de A. pleuropneumoniae presentes e pela interferência da flora normal do trato

respiratório (SIROIS et alii, 1991). Também o App é raramente isolado de animais

saudáveis ou subclinicamente infectados (FENWICK & HENRY, 1994). A detecção

do A. pleuropneumoniae de animais vivos por um método sensível, diferenciando-o

dos outros microrganismos da flora do trato respiratório superior pode ser feita

através de swab nasal ou de tonsila (SIROIS et alii, 1991). Quando comparado com métodos convencionais de isolamento de App, o

método de PCR aplicado direto na amostra clínica mostrou ser três vezes mais

sensível para detecção de App, pois uma das dificuldades encontradas no

isolamento da bactéria deve-se à dificuldade na identificação visual do

Page 52: Dissertação de Mestrado - Embrapa

35

A. pleuropneumoniae da flora microbiana abundante da tonsila durante o subcultivo

(GRAM et alii, 1996; GRAM & AHRENS, 1998).

SIROIS et alii (1991) iniciaram o desenvolvimento de testes baseados em

PCR para detectar amostras de A. pleuropneumoniae e projetaram três primers a

partir de um fragmento comum a todos os sorotipos isolado de um banco do DNA

genômico de App. Estes primers foram capazes de reconhecer os 12 sorotipos de

App pertencentes ao biotipo 1 e também amostras do biotipo 2. Outras amostras de

H. influenzae, A. equlii, E. coli, A. suis, A. rossii e P. haemolytica não apresentaram

produtos de amplificação.

PCR baseado na seqüência do gene omlA, que codifica uma proteína de

membrana externa de A. pleuropneumoniae, revelou que este gene está presente

em quatro diferentes grupos de sorotipos denominados grupo específicos,

semelhantes aos grupos sorotipo-específico das toxinas Apx presentes em App:

grupo 1: sorotipos 1, 9, 11 e 12; grupo 2: sorotipos 2 e 8; grupo 3: sorotipos 3, 4, 6 e

7 e grupo 4: sorotipos 5a, 5b e 10 (GRAM & AHRENS, 1998). Mais tarde, foi

verificado que uma diferença na região média do gene omlA possibilitou diferenciar

os sorotipos como pertencentes a cinco grupos: grupo 1 (omlAI) sorotipos 1, 9, 11 e

12; grupo 2 (omlAII) sorotipos 2 e 8; grupo 3 (omlAIII), sorotipos 3, 6 e 7; grupo 4

(omlAIV) sorotipo 4 e grupo 5 (omlAV) sorotipos 5a, 5b e 10. Quando comparados as

reações de PCR para genes das toxinas apx e omlA foi possível identificar o mesmo

padrão de sorotipo específico encontrado na maioria das amostras, possibilitando

ainda a tipificação de amostras não classificadas por sorotipificação (GRAM et alii,

2000).

HENNESSY et alii (1993) utilizaram Arbitralily Primed Polimerase Chain

Reaction (AP-PCR) e identificaram um padrão de bandas para cada um dos 12

sorotipos de A. pleuropneumoniae, possibilitando a tipificação de amostras que não

puderam ser tipificadas por outros métodos como a soroaglutinação rápida (SAR).

AP-PCR amplifica segmentos do DNA genômico que podem ou não codificar

determinantes antigênicos ou relacionados com a virulência. Os demais organismos

relacionados às doenças de suínos, puderam ser diferenciados do

A. pleuropneumoniae pelo padrão de amplificação das bandas. Entretanto, este

método requer cuidado especial, pois necessita de cultura pura da bactéria e é

altamente suscetível a contaminações.

Page 53: Dissertação de Mestrado - Embrapa

36

Outros trabalhos aplicaram a técnica de PCR com primers baseados na

seqüência do gene aroA combinando com Restriction Fragment Length

Polymorphism (RFLP) e permitiram a divisão dos sorotipos de App em três grupos:

grupo 1: sorotipos 1, 4, 5, 9, 11 e 12; grupo 2: sorotipos 2, 3, 6, 7 e 8 e grupo 3:

sorotipo 10 (HERNANZ MORAL et alii, 1999).

Com a finalidade de avaliar a diversidade genética, CHATELLIER et alii

(1999) caracterizaram quarenta e quatro isolados de A. pleuropneumoniae

pertencentes aos sorotipos 1 (19 isolados) e 5 (23 isolados), oriundos de animais

saudáveis e com sintomas de PPS de 35 rebanhos da região de Quebec (Canadá),

através da utilização das técnicas de Random Amplified Polimorphic DNA Analisis

(RAPD), Pulsed Field Gel Electrophoresis (PFGE) e tipagem por Polimerase Chain

Reaction (PCR) para genes de toxinas. Diferentes perfis foram encontrados entre os

suínos doentes e os portadores sadios, indicando que a diversidade entre as

amostras isoladas de suínos saudáveis deve ser maior que a de animais portadores

doentes e que existem diferenças que discriminam os sorotipos 1 do 5. Entretanto,

foi observado que as amostras do sorotipo 1 isoladas de tonsilas de suínos

portadores sadios apresentaram tipo de RAPD diferentes das amostras isoladas de

pulmão de animais doentes. Desta forma a técnica de RAPD pode ser usada para

identificar os diferentes isolados pertencentes ao sorotipo 1, enquanto que para o

sorotipo 5, não foram observadas diferenças dos isolados, sendo necessário uma

combinação de técnicas para a tipagem deste sorotipo. A metodologia de PFGE

apresentou resultados compatíveis aos das técnicas de RAPD e PCR para genes de

toxinas, permitindo a identificação do padrão de toxinas de trinta e nove isolados de

acordo com a sorotipificação.

1.4 A espécie Actinobacillus suis.

O A. suis é um cocobacilo Gram-negativo, aeróbico e anaeróbico

facultativo, NAD-independente, causador da actinobacilose. As colônias são

cinzentas, aderentes, circulares, translúcidas e β-hemolíticas. Esta espécie, hidrolisa

esculina, produz catalase, oxidase e urease, produz ácido da celobiose, dextrose,

lactose, melibiose, arabinose, sacarose, salicina e trealose mas não produz ácido de

manitol e sorbitol (BURROWS & LO, 1992; SANFORD, 1995; OSTAAIJEN et alii,

1997).

Page 54: Dissertação de Mestrado - Embrapa

37

O A. suis foi descrito pela primeira vez por Terpstra e Akkermans, em

1955 (BURROWS & LO, 1992), como uma bactéria oportunista em suínos, mais

freqüentemente encontrada em rebanhos de alto status sanitário. Pode afetar suínos

de todas as idades, porém é mais grave em animais jovens. Em leitões com menos

de duas semanas de idade pode ser observada necrose da pele, petéquias nos rins

e excesso de líquido na cavidade toráxica com a presença de hemorragia nos

pulmões. Em leitões de 1 a 6 meses de idade, causa pleurisia, pericardite fibrinosa,

endocardite vegetante, artrite, pneumonia, abscessos nos pulmões, fígado, rins e

articulações. A infecção por A. suis também causa septicemia aguda, rápida e fatal

num período de 15 horas a três dias (SOBESTIANSKY et alii, 1999), anorexia,

hemorragia, febre acima de 40oC, sinais de cianose, aflição respiratória, distúrbios

neurológicos ou artrite (SANFORD, 1995). Em animais adultos, a doença é menos

severa e os animais apresentam febre, letargia, aborto, anorexia, pneumonia

necrótica focal, abscessos na pele, nefrite, metrite, meningite e tosse. As lesões de

pneumonia fibrino-necrótica e hemorrágica nos pulmões, são facilmente confundidas

com pleuropneumonia. Os animais podem também apresentar lesões na pele que

são confundidas com lesões da erisipela (MACINNES & SMART, 1993; SANFORD,

1995; OSTAAIJEN et alii, 1997; SOBESTIANSKY et alii, 1999).

O A. suis reside nas tonsilas e cavidade nasal de suínos sadios de

qualquer idade e na vagina de porcas sadias (SANFORD, 1995). A transmissão

ocorre por aerossol, contato direto ou cortes na pele (OSTAAIJEN et alii, 1997).

A patogenicidade do A. suis é provavelmente mediada por toxinas da

família RTX que têm reação cruzada com A. pleuropneumoniae (SANFORD, 1995).

No entanto, esta bactéria deve apresentar outros fatores de virulência como cápsula

e lipopolissacarídeos (OSTAAIJEN et alii, 1997). Outros autores têm relatado

reações cruzadas entre A. pleuropneumoniae e A. suis (DEVENISH et alii, 1989;

KAMP et alii, 1994), sugerindo que os fatores de virulência devem ser os mesmos

(MACINNES & SMART, 1993). BURROWS & LO (1992) clonaram e seqüenciaram

genes que codificam as toxinas de A. suis apresentando alta similaridade com os

genes apxIIC e apxIIA de A. pleuropneumoniae. OSTAAIJEN et alii (1997)

denominaram as toxinas Apx de A. suis como apxICABDvar.suis e apxIICAvar.suis. Estes

autores sugerem que devem existir diferenças na seqüência de nucleotídeos dos

genes apxBD de A. suis, pois não foi possível obter produtos de amplificação a partir

da utilização de primers específicos para os genes apxIBD de A. pleuropneumoniae.

Page 55: Dissertação de Mestrado - Embrapa

38

1.5 Objetivos

A caracterização por testes bioquímicos e sorológicos da espécie

A. pleuropneumoniae e de amostras NAD-dependentes isoladas de rebanhos sem

sintomas de PPS apresenta muitas dificuldades de interpretação de resultados e de

reações cruzadas com outras espécies relacionadas do gênero e da Família

Pasteurellaceae, principalmente entre A. pleuropneumoniae e A. suis. Devido a

estes problemas, torna-se necessário o desenvolvimento de testes mais específicos

e sensíveis, que possam ser utilizados como rotina de laboratório.

O A. pleuropneumoniae apresenta vários fatores de virulência que são

pouco conhecidos, dificultando o controle da PPS e o desenvolvimento de testes

utilizando alvos específicos. No entanto, a cápsula é sugerida como um destes

principais fatores e é sugerido que a superóxido dismutase apresente alguma

vantagem na sobrevivência do App no organismo do hospedeiro. Portanto,

buscamos estudar e analisar estes fatores de virulência do A. pleuropneumoniae.

Como objetivos específicos foram apresentados:

o desenvolvimento de primers para amplificar o gene sodC e

padronização de primers para amplificação dos genes cpx

responsáveis pela síntese de proteínas envolvidas no transporte da

cápsula de A. pleuropneumoniae;

aplicação dos primers cpx e sodC para caracterização de amostras

NAD-dependentes isoladas de campo;

caracterização das superóxidos dismutases (SOD) de

A. pleuropneumoniae;

análise da presença de cápsula nas amostras de

A. pleuropneumoniae.

Page 56: Dissertação de Mestrado - Embrapa

CAPÍTULO 2

Detection of Actinobacillus pleuropneumoniae by PCR on field strains isolated

from healthy and diseased pigs

Artigo submetido à Revista: Journal of Clinical Microbiology

Page 57: Dissertação de Mestrado - Embrapa

1

Detection of Actinobacillus pleuropneumoniae by PCR on field strains isolated from healthy

and diseased pigs.

Running title: Detection of A. pleuropneumoniae by PCR

C. S. Klein1,4, I. A. Piffer4, S. C. Silva1,3, A. Schrank1,2, M. B. B. Fávero4 and I. S. Schrank*1,2

Address of institution where the work was performed:

Centro de Biotecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Av. Bento Gonçalves,

9500, Prédio 43421, C.P. 15005, Porto Alegre, RS, Brazil.

Catia Silene Klein1,4, Itamar Antônio Piffer4, Sérgio Ceroni da Silva1,3, Augusto Schrank1,2,

Maria Bernardete Burin Fávero4 and Irene Silveira Schrank*1,2

Footnote:

1Centro de Biotecnologia – UFRGS

2Depto. de Biologia Molecular e Biotecnologia - UFRGS

3Depto. de Patologia Clínica Veterinária, Faculdade de Veterinária - UFRGS

4Centro Nacional de Pesquisa de Suínos e Aves, EMBRAPA

Irene Silveira Schrank*: Fax: 55 (51) 319 10 79

Telephone: 55 (51) 316 60 55

Correspondig author:

Irene Silveira Schrank

Page 58: Dissertação de Mestrado - Embrapa

2

Centro de Biotecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Av. Bento Gonçalves,

9500, Prédio 43421, C.P. 15005, CEP 91501-970, Porto Alegre, RS, Brazil.

E-mail:[email protected]

Page 59: Dissertação de Mestrado - Embrapa

3

Abstract

We investigated whether primers that specifically amplify a 0.7 kb DNA

fragment from the conserved cpx genes could be applied to characterize A. pleuropneumoniae

field isolates. The specific cpx primers were applied on 120 strains of A. pleuropneumoniae

and other NAD-dependent field isolates from healthy and diseased animals to characterize A.

pleuropneumoniae isolates from herds in Brazil. The PCR and hybridization experiments

were applicable to discriminate between isolates of A. pleuropneumoniae and isolates of other

microorganisms. The 0.7 kb cpx DNA bands were amplified from all 63 A. pleuropneumoniae

isolates from herds with clinical symptoms and isolated from lesions of acute cases of swine

pleuropneumonia whether serotypeable or nonserotypeable. The method was also applied to

fifty-seven field isolates obtained from animals of apparently healthy herds and the amplified

cpx product was present in 4 serotypeable and only in 2 out of 11 A. pleuropneumoniae

nonserotypeable isolates. All nonserotypeable A. pleuropneumoniae isolates revealed the

apxA amplification pattern compatible to previously known serotypes. Our results suggest that

some nonserotypeable isolates might represent a population of isolates that originally were

serotypeable but lost the ability to react with serotype-specific antisera or might belong to

novel serotypes. The PCR method applied is highly sensitive for serotypeable A.

pleuropneumoniae strains and for nonserotypeable strains isolated from acute cases of swine

pleuropneumoniae in Brazil.

Page 60: Dissertação de Mestrado - Embrapa

4

Introduction

Porcine pleuropneumonia, distributed worldwide, is a major contagious respiratory

disease in pigs and causes high mortality with severe economic losses to the swine industry

(31). The disease is characterized by fibrinous pleuritis with hemorrhagic and necrotic lesions

in the lungs, and pleural adhesions (22). The etiological agent of porcine pleuropneumonia,

Actinobacillus pleuropneumoniae can be differentiated in two biovars; biovar 1, NAD

dependent and biovar 2 NAD independent (28). At least 12 serotypes with significant

differences in virulence have been identified (4). Serotyping is mainly based on capsular

antigens. In addition, the serotypes have different lipopolisaccharide (LPS) composition,

except serotypes 1, 9 and 11; serotypes 3, 6 and 8; and serotypes 4 and 7 that show common

epitopes. Several putative factors have been proposed to be involved in virulence of this

agent: capsule, endotoxin, exotoxins (Apx toxins), adhesins, transferrin binding protein, outer

membrane proteins and secreted proteases (12).

Animals that survive an A. pleuropneumoniae infection generally suffer from chronic

lesions and became subclinical carriers of the pathogen (3). In diseased animals the clinical

symptoms and pathological lesions are very characteristic, allowing the isolation of the agent

followed by serotyping and drug susceptibility determination.

In cases of subclinical infection, without the presence of symptoms and lesions, the

diagnosis is normally based on serology. Several techniques were developed for serologic

diagnosis of A. pleuropneumoniae including tube agglutination test, agglutination in the

presence of 2- mercapto-ethanol, complement fixation test and enzyme-linked immunosorbent

assay (ELISA). Among these tests, the ELISA shows the best sensitivity and specificity and

can been run in a totally automated form. Amongst the ELISA tests, the most utilized are

those based on long chain LPS (5, 6, 7).

Page 61: Dissertação de Mestrado - Embrapa

5

In spite of the ELISA tests sensitivity there are situations of subclinical infections in which

the animals are in excellent clinical state, but with few seropositive animals. In this situation

the interpretation is very difficult, considering that any ELISA-test is 100% specific. In these

situations it is necessary to make the diagnosis based on the isolation of the agent from tonsil

(16, 32). However this method is not sensitive enough. In addition, there are several resident

Actinobacillus-like species in swine tonsils that are very difficult to differentiate

biochemically from A. pleuropneumoniae (16). The technique of A. pleuropneumoniae

immunomagnetic isolation is promising, but is limited to the serotypes to which the test was

standardized. Moreover, several studies have shown the incidence of isolates from clinical

cases that could not be serotyped (1, 11, 21). Therefore, the detection of A. pleuropneumoniae

from live animals by a specific and sensitive method would be helpful for identification of

this pathogen within the normal flora of the upper respiratory tract.

The polymerase chain reaction (PCR) is a method of gene amplification that can be

used for highly sensitive and specific detection of microorganisms in a wide range of samples.

Problems with non-typeable and cross-reactive A. pleuropneumoniae isolates can be solved

by PCR amplification and easily identified (13). Recently, Ward and Inzana (33) have

characterized a DNA region involved in the exportation of capsular polysaccharides (cpx) by

A. pleuropneumoniae serotype 5a. Based on the conserved nature of cpx genes a PCR assay

was developed for detection of A. pleuropneumoniae to improve the sensitivity and specificity

of identification of serotypes 5 isolates and for early detection (18).

We have used primers that specifically amplify a 0.7 kb DNA fragment present in

serotype 5a from the conserved cpx genes to characterize the other serotypes. We have also

applied the specific cpx primers on NAD-dependent field isolates from healthy and diseased

animals to further characterize A. pleuropneumoniae isolates from herds in Brazil.

Page 62: Dissertação de Mestrado - Embrapa

6

Materials and methods

Bacterial strains and culture conditions

The 12 reference strains for the recognized A. pleuropneumoniae serotypes and other

bacteria used in this work are listed on Tables 1 and 2. The two A. pleuropneumoniae field

isolates (6796 and 7260), a capsule-deficient mutant of strain K17 (K17-C) and a hemolysis-

deficient mutant mIT4-H were also utilized for comparative analysis.

All strains were streaked on blood agar with a nursery strain of Staphylococcus aureus

and incubated at 37oC during an 18 hours period in a humid atmosphere with 5-10% CO2. A

characteristic NAD-dependent colony was picked up and streaked on Columbia agar (Oxoid,

Basingstoke, UK) supplemented with 5% bovine serum, 50 µg of NAD (Sigma Chemical Co.,

St. Louis, MO) and incubated at same conditions. Microbiological presence of capsule on

A pleuropneumoniae strains was determined by visualization of an iridescent colony on

Columbia agar supplemented with NAD as previously described (14).

Source of the isolates

The 120 field isolates of A. pleuropneumoniae and other NAD-dependent strains

(Table 3) were from Centro Nacional de Pesquisa em Suínos e Aves (CNPSA), EMBRAPA,

Brazil and were previously characterized (16, 26, 27). All field isolates were characterized

using methods and tables previously described (10, 17, 19). Serotyping was performed by

immunodiffusion test (ID) as described by Nielsen and O’Connor (23) but using a phenol –

water extracted antigen as described by Gunnarsson et al. (9). Strains which resulted in

unknown serotypes according to the ID test were subsequently serotyped by the passive

hemaglutination test described by Mittal et al. (20). Sixty three field isolates were originated

Page 63: Dissertação de Mestrado - Embrapa

7

from herds with clinical symptoms and isolated from lesions of acute cases of swine

pleuropneumonia (ASPP). Among them, forty-nine were assigned to serotypes 3, 5 or 7 and

fourteen were nontypeable (27).

The other fifty seven field isolates were from animals of apparently healthy herds.

These herds were classified into three different groups as follows: group A; contains twenty

five field isolates from tonsils of asymptomatic 9-15 weeks old piglets provinient from three

chronically infected herds with previous history of pleuropneumonia outbreaks (CSPP).

Groups B and C herds, containing, respectively, 20 and 12 field strains isolated from tonsils

of asymptomatic piglets from three herds where never had been observed symptom nor

lesions characteristic of swine pleuropneumoniae and with no record of A . pleuropneumoniae

isolation (NSPP) (Table 3). Additionally, these herds were under constant veterinary

surveillance (16). Antibodies detected by an ELISA based in LPS-LC polyvalent for serotypes

3, 5 and 7 were present in all CSPP (ELISA+) and in Group B NSPP herds (16).

DNA isolation and PCR conditions

Total DNA was purified as previously described (24). Briefly, a loopful of colonies

from Columbia agar plates were washed in distilled water, resuspended in water with 1.7%

SDS, 50mg/ml of proteinase K and incubated at 65oC for 1 h. Total DNA was purified by

repeated phenol-chloroform extractions and precipitation from the aqueous phase by adding

0.1 volumes of 3 M sodium acetate and 0.6 volumes of isopropanol. The precipitated DNA

was dried and resuspended in distilled water.

The PCR assays were performed in a DNA thermal cycler (MJ Research PTC 200).

PCR mixture contained the reaction buffer (50 mM KCl, 10 mM Tris-Cl pH 8.3, 2 mM

MgCl2), 30 pmol of each primer, 1U of Taq polymerase (CenBiot Enzymes, Centro de

Page 64: Dissertação de Mestrado - Embrapa

8

Biotecnologia, UFRGS), 200 µM of each dNTP, template DNA and distilled water for a final

volume of 25 µl. The reaction mixture was subjected to PCR under conditions described by

Lo et al. (18). Primers cpx-up and cpx-do (18) were purchased from Oligo ETC & Oligo

Therapeutics Inc. (Wilsonville, USA).

DNA manipulation, sequencing and Southern blotting

DNA manipulations were performed using standard techniques (29) and instructions

provided by suppliers of kits, enzymes and reagents. Southern blot analysis was performed

using the ECL Direct Nucleic Acid Labeling and Detection Systems (Amersham Pharmacia

Biotech). The nucleotide sequence determination was performed by the chain-termination

method (30) using 33P-dNTPs and ThermoSequenase radiolabeled terminator cycle

sequencing kit (Amersham Pharmacia Biotech).

Results

Using the cpx specific PCR assay it was possible to amplify a 0.7 kb (715 bp) product

from the DNA of all A. pleuropneumoniae reference serotypes but the serotype 4 (Figure 1).

DNA from all other Actinobacillus, Haemophilus and Pasteurella species, as well as other

bacterial strains resulted in no amplification (Figure 1C). These results are in agreement with

previously published work showing that even within a highly conserved region there may be

areas of nonhomology among different serotypes (18). To evaluate the specificity of the PCR

assay the amplified PCR product from serotype 5a was sequenced and used as a probe against

the PCR fragments amplified from the other serotypes. The 0.7 kb fragment from serotype 5a

showed total homology with the previously published cpx DNA sequence (33). Southern

Page 65: Dissertação de Mestrado - Embrapa

9

blotting revealed a similar hybridization pattern for all PCR positive serotypes (Figure 1B)

indicating that the amplified product has identical sequence as published for serotype 5a.

Sixty three bacterial strains isolated from clinical infections in pigs (ASPP) were

tested using the cpx primers in PCR reactions in order to establish the specificity of the

primers for different field strains. A PCR product of 0.7 kb, specifically hybridizing to

serotype 5a cpx probe was obtained for all strains considered to be A. pleuropneumoniae by

microbiological and biochemistry methods (27).

The 57 NAD-dependent field isolates obtained from apparently healthy herds (CSPP

and NSPP) were also analyzed by PCR for the presence of cpx genes. Based on a previous

characterization these field isolates were assigned to three distinct biochemical profiles. The

first group with 15 field isolates identified as A. pleuropneumoniae. The second group, with

27 strains corresponded to A. minor and the third group with 15 strains corresponded to other

NAD-dependent field isolates.

Among the 15 field isolates of A. pleuropneumoniae only four were serotyped and all

of then were isolated from CSPP herds (Group A). All remaining 11 A. pleuropneumoniae

strains were nontypeable. Serotypes 7 and 12 were identified amongst the four

A. pleuropneumoniae typeable strains (16). The serotype 7 isolated have been previously

isolated from the same herds while the serotype 12 was isolated from herds chronically

infected with serotype 3. These results together with the PCR / hybridization analysis are

summarized on Table 3. Amplification of field isolates total DNA using cpx primers resulted

in a single 0.7 kb DNA band in all A. pleuropneumoniae serotypeable and only in 2 out of 11

A. pleuropneumoniae nontypeable isolates. All A. minor and other NAD-dependent field

isolates showed negative results for the PCR/hybridization analysis confirming the specificity

of the assigned primers. The 0.7 kb PCR fragment from two field isolates was also sequenced

revealing total homology with the previously characterized sequence from serotype 5a DNA.

Page 66: Dissertação de Mestrado - Embrapa

10

Discussion

Rapid and accurate identification of A. pleuropneumoniae strains potentially virulent

in subclinically infected herds is relevant both for limiting the severity of outbreaks and for

determining the source of the bacteria entry into specific herds. A PCR assay with primers

specific for the transport region of the capsular polysaccharide of serotype 5 has been recently

proposed (18). The present study was conducted to evaluate the feasibility of applying the cpx

primers to differentiate A. pleuropneumoniae from the other NAD-dependent strains. The

results of the PCR and hybridization experiments for the cpx gene revealed that all A.

pleuropneumoniae serotypes, with exception of serotype 4, could be detected by the PCR

assay (Figure 1). Moreover, no amplification of DNA under conditions tested was observed

from any of the other swine respiratory pathogens analyzed, indicating that the PCR assay is

very specific.

The PCR assay was also applied to testing NAD-dependent isolates provinient from

different herds. The test was able to discriminate between isolates of A. pleuropneumoniae

and isolates of other microorganisms (Table 3). The 0.7 kb cpx DNA bands were amplified

from all 63 A. pleuropneumoniae isolates from ASPP herds whether serotypeable or

nonserotypeable as well from the 4 serotypeable isolates from CSPP or NSPP herds.

However, the amplification of the cpx product was positive only from 2 out of 11 A.

pleuropneumoniae nonserotypeable isolates provinient from CSPP or NSPP herds.

All the strains isolated from ASPP were isolated from lesions and thus can be

considered pathogenic, in contrast to strains isolated from tonsil of healthy piglets from NSPP

herds never reported to have swine pleuropneumoniae outbreaks, neither characteristic lesions

observed at abattoir nor isolation of the A. pleuropneumoniae (16). This fact indicates that

these strains might be not pathogenic at all or are less pathogenic than those isolated from

Page 67: Dissertação de Mestrado - Embrapa

11

field cases. All the strains belonging to the pathogenic groups of A. pleuropneumoniae gave

positive results in the cpx PCR even if they were nonserotypeable, while among the less

pathogenic or not pathogenic (NSPP isolates) only 1/8 was positive and all were

nonserotypeable. This fact suggests that the PCR test is more prone to detect pathogenic

strains than nonpathogenic ones. Based on this observation and taking in consideration that

serotype 4 is not detected by this PCR test, the application of cpxPCR directly to tonsil

secretions might be a good alternative for defining the status of a herd in regard to the

occurrence of pathogenic strains of A. pleuropneumoniae, specially in Brazil where there are

few records of serotype 4 isolation from field cases of swine pleuropneumoniae.

The present study describes the use of primers to amplify conserved capsular gene

regions that identify all A. pleuropneumoniae serotypes with exception of serotype 4.

Therefore, these 9 A. pleuropneumoniae nonserotypeable isolates could represent the

previously known serotype 4 or possiby the existence of a novel serotype(s). Serotypes of A.

pleuropneumoniae are distinguished by their unique capsular polysaccharide that is related

with the virulence of the A. pleuropneumoniae strains (15). The 9 isolates discussed above

could also have differences on the virulence pattern related with the presence of capsule.

However, the presence of capsule was demonstrated in all 9 nonserotypeable isolates by the

visualization of characteristic iridescent colonies on Columbia agar (data not shown).

A. pleuropneumoniae isolates that do not react with any of the serotype-specific

antisera have been detected and normally are not further characterized. Genotypic

characterization of nonserotypeable A. actinomycetemcomitans isolates suggest that the

isolates are serotype antigen variants originating from isolates of known serotype (25).

Additionally, primers specific to amplify a region of the apxA genes from A.

pleuropneumoniae were constructed (2) and applied to characterize all nonserotypeable

isolates. The amplification products related to apxIA, apxIIA and apxIIIA genes could be

visualized and are shown on Table 4. All nonserotypeable A. pleuropneumoniae isolates

Page 68: Dissertação de Mestrado - Embrapa

12

revealed the apxA pattern compatible to previously known serotypes. However, only 3 out of

9 nonserotypeable isolates could be assigned to serotype 4 based on the apxA pattern (apxII

and apxIIIA). Our results suggest that some nonserotypeable isolates might represent a

population of isolates that originally were serotypeable but lost the ability to react with

serotype-specific antisera or might belong to novel serotypes not yet described.

In conclusion, the PCR for detection of cpx genes was 100% sensitive for serotypeable

A. pleuropneumoniae strains and for nonserotypeable strains isolated from acute cases of

swine pleuropneumoniae in Brazil.

Acknowledgments

This work was supported by grants from FAPERGS (Fundação de Amparo à Pesquisa do

Estado do Rio Grande do Sul). C.S.K is a receiver of a scholarship from CAPES

(Coordenadoria de Aperfeiçoamento de Pessoal de Ensino Superior).

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Page 72: Dissertação de Mestrado - Embrapa

16

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Page 73: Dissertação de Mestrado - Embrapa

17

Figure legend

Figure 1

Specificity of PCR-hybridization assay for amplification of the cpx genes of different

A. pleuropneumoniae serotypes.

In panels A and C the amplified PCR products were electrophoresed in 1.5% agarose gels and

visualized by UV transillumination after ethidium bromide staining. Bacterial strains and

serotypes are indicated over the gel. Lane M contains pUC DNA digested with AluI . The

negative control lane contains no template DNA in the reaction mixture. Panels B and D show

the Southern blot and correponding hybridization with 33P-dNTP labeled 0.7 kb cpx DNA

fragment amplified from serotype 5a DNA.

Page 74: Dissertação de Mestrado - Embrapa

18

TABLE 1. Source of Actinobacillus pleuropneumoniae strains. Serotype Strain Source or reference 1 4074 Dr. R. Ross 2 1536 Dr. R. Ross 3 1421 Dr. R. Ross 4 M62 ATCC 33378 5a K17 ATCC 33377 5b L20 Dr. R. Ross 6 Femø SCI-A Dr. R. Petersen 7 WF83 SCI-A Dr. R. Petersen 8 F384 Dr. R. Petersen 9 F60 Dr. R. Petersen 10 13039 Dr. R. Ross 11 56153 Dr. R. Ross 12 1096 Dr. R. Ross 5a mIT4-H* Dr. T. Inzana 5a K17-C* Dr. T. Inzana 5b 6796** CNPSA-EMBRAPA NT 7260** CNPSA-EMBRAPA

Dr. Richard Ross, Iowa University, USA.

Dr. Ruth Petersen, Intervet, Denmark.

Dr. Thomas Inzana, Virginia University, USA.

*Strains K17-C and mIT4-H are nonencapsulated and nonhaemolytic mutants of

A. pleuropneumoniae, respectively. **Strains 6796 and 7260 were isolated from clinical

infections in pigs.

Page 75: Dissertação de Mestrado - Embrapa

19

TABLE 2. Source of bacterial strains. Species Strain Source or reference Actinobacillus suis 110UK Dr. D. Barcellos Actinobacillus minor Field strain CNPSA-EMBRAPA Bordetella bronchiseptica Field strain CNPSA-EMBRAPA Pasteurella multocida Field strain CNPSA-EMBRAPA Haemophilus parasuis Field strain CNPSA-EMBRAPA Staphilococcus aureus Field strain CNPSA-EMBRAPA Streptococcus suis Field strain CNPSA-EMBRAPA

Dr. David Barcellos, UFRGS, Brazil.

Page 76: Dissertação de Mestrado - Embrapa

20

TABLE 3: Number of cpx PCR positive bacterial strains among field isolates previously

characterized biochemically.

NAD-dependent field isolates from tonsils of apparently healthy animals on farms in Brazil,

isolated in the period 1995-1996.

App ST NT Am Other* Totals

Herds P B P B P B P B P B

4 1 0 0 5 Group A (CSPP, ELISApos) 4 3 11 7 25

0 1 0 0 1 Group B (NSPP, ELISApos) 0 3 13 4 20

0 0 0 0 0 Group C (NSPP, ELISAneg) 0 5 3 4 12

4 2 0 0 6 Totals 4 11 27 15 57 App: Actinobacillus pleuropneumoniae

ST: serotypeable

NT: nonserotypeable

Am: Actinobacillus minor

*NAD-dependent bacteria other than A. pleuropneumoniae or A. minor.

P: no. of field isolates with positive PCR results for cpx gene.

B: no. of field isolates characterized by microbiological and biochemical methods.

Page 77: Dissertação de Mestrado - Embrapa

21

TABLE 4: Characterization of nonserotypable (NT) field isolates of A. pleuropneumoniae.

PCR for apxA genes PCR for

cpx gene No. of

isolates I II III Compatible serotypes* Herds

3 + + - 1, 5, 9 ASPP 11 - + + 2, 3, 4, 6, 8 ASPP 1 - + - 7, 12 group A

cpx positive

1 - + + 2, 3, 4, 6, 8 group B

1 + - - 10 group A 1 - + - 7, 12 group A 2 + + - 1, 5, 9 group B 2 - + - 7, 12 group C

cpx negative

3 - + + 2, 3, 4, 6, 8 group C ASPP: animals from herds with clinical simptoms of acute swine pleuropneumonia. Groups

A, B and C are the same as presented in Table 3. *This column lists the A. pleuropneumoniae

reference serotypes whose toxin genes profile are compatible with the profile determined

from the field isolates.

Page 78: Dissertação de Mestrado - Embrapa

CAPÍTULO 3

MATERIAIS E MÉTODOS

Page 79: Dissertação de Mestrado - Embrapa

41

3 MATERIAIS E MÉTODOS.

3.1 Origem das amostras analisadas.

Um grupo de amostras foi constituído de sessenta e três isolados de

lesões de casos agudos de PPS de várias regiões do Brasil no período de 1981-

2000, pertencentes à bacterioteca do Centro Nacional de Pesquisa de Suínos e

Aves e classificados por testes bioquímicos como A. pleuropneumoniae (Tabela 1).

O segundo grupo de amostras foi constituído de cinqüenta e sete isolados

de tonsilas de leitões assintomáticos com idade de 9-15 semanas de rebanhos.

Estas amostras foram distribuídas em 3 grupos. O grupo A continha vinte e cinco

isolados NAD-dependentes oriundas de rebanhos com registro, no passado, de

ocorrência de surto agudo de pleuropneumonia com isolamento de

A. pleuropneumoniae e sem repopulação do plantel. Também apresentaram

resultados sorológicos positivos por ELISA-LPS. O grupo B continha vinte isolados

oriundos de rebanhos que nunca apresentaram sintomas ou lesões de

pleuropneumonia e sem isolamento de amostras de A. pleuropneumoniae, porém

apresentaram resultados sorológicos positivos por ELISA-LPS e tinham assistência

médica veterinária permanente. O quarto grupo (grupo C) continha doze amostras

oriundas de um rebanho com aspecto sanitário idêntico ao grupo B, porém com

resultado sorológico negativo por ELISA-LPS (Tabela 2). Estas amostras foram

caracterizadas previamente por KICH et alii (2000).

Todos os isolados dos três grupos bem como os isolados de casos

clínicos de PPS e as amostras controles positivos e negativos utilizadas neste

experimento foram mantidas em leite desnatado à –70oC e foram cedidas pelo

Centro Nacional de Pesquisa de Suínos e Aves da Empresa Brasileira de Pesquisa

Agropecuária (Embrapa Suínos e Aves, Concórdia, SC). As amostras mutantes

foram doadas à Embrapa Suínos e Aves pelo Dr. T. J. Inzana da Universidade de

Virgínia (Tabela 4).

Page 80: Dissertação de Mestrado - Embrapa

42

TABELA 1. Isolados de A. pleuropneumoniae oriundos de casos clínicos no Brasil.

No de amostras (n=63) Sorotipo

1 1

17 3

1 5

1 5a

23 5b

5 7

1 11

14 NT

NT: Não sorotipável

TABELA 2. Número de isolados NAD-dependentes oriundos de tonsilas de leitões assintomáticos.

Rebanhos App

ST NT Am

Hps Taxon NAD-dependentes

Grupo A: Infecção crônica com ELISA* positivo

1 (S12); 3 (S7) 3 11 2 1 4

Grupo B: Sem registro de infecção/doença e ELISA* positivo

0 4 13 1 2 1

Grupo C: Sem registro de infecção/doença e ELISA * negativo

0 5 3 0 2 2

Total de amostras (n=57) 4 11 27 3 5 7 Am: A. minor Hps: H. parasuis ST: sorotipificável NT: Não sorotipificável *Antígeno LPS-CL S7: App classificado como pertencente ao sorotipo 7. S12: App classificado como pertencente ao sorotipo 12.

Page 81: Dissertação de Mestrado - Embrapa

43

3.2 Meios de cultura e condições de cultivo das amostras.

As amostras, ao serem removidas dos estoques foram semeadas em

placa com meio de ágar sangue com semeadura perpendicular de S. aureus. Uma

colônia representativa foi repicada para o meio de ágar Colúmbia (Oxoid,

Basingstoke, Inglaterra) suplementado com 50 µg /ml de NAD (Sigma Chemical Co.)

(modificado de FREY, 1992) e 5% de soro bovino. Este meio foi utilizado para

observação da presença de iridiscência da colônia como indicativo de presença de

cápsula (INZANA, 1991). Quando utilizado cultivo em meio líquido, o meio utilizado

foi LB (Lúria Bertani, Sigma Chemical Co.) suplementado com soro e NAD nas

mesmas concentrações anteriores. Todos os cultivos foram incubados a 37oC, por

18 horas, numa atmosfera entre 5 e 10% de CO2 conforme uso de rotina no

laboratório de microbiologia da Embrapa Suínos e Aves.

3.3 Enzimas.

A enzima Proteinase K (Sigma Chemical Co.) foi utilizada na

concentração de 50 µg/ml. Para as reações de clivagens foram utilizadas as enzimas de restrição

HindIII, HaeIII, TaqI e BamHI (Amersham Pharmacia Biotech).

Como controle da inibição da atividade de SOD em gel de poliacrilamida

não desnaturante foi utilizada CuZnSOD bovina purificada (Sigma Chemical Co.).

3.4 Caracterização do gene cpx de A. pleuropneumoniae.

Um esquema representando o operon cpxDCBA com destaque para a

região amplificada pelos primers cpx é mostrado na Figura 1.

3.4.1 Clivagem do produto amplificado por PCRcpx.

As reações de clivagem total dos produtos de PCR amplificados (PPcpx)

a partir de DNA do sorotipo 5a de A. pleuropneumoniae e do isolado 6800 oriundo

de caso clínico de PPS foram realizadas utilizando 2 U da enzima de restrição TaqI

(GibcoBRL-Life Tecnology, Inc.) para cada micrograma de DNA. Foi utilizado o

Page 82: Dissertação de Mestrado - Embrapa

44

tampão para enzima REactTM Buffer Chart 2 (GibcoBRL- Life Tecnology, Inc.) e a

reação foi incubada em banho-maria por 1 hora a 37ºC.

3.4.2 Clivagem do DNA genômico.

Para a clivagem foram utilizados 2 µg de DNA genômico das amostras

padrões de App sorotipos 4, 5a e da amostra padrão de A. suis com 15 U da enzima

de restrição HindIII sendo incubados em banho-maria a 37oC por 2 horas. Após a

clivagem as amostras foram aplicadas em gel de agarose 0,8% e utilizado em

experimentos de hibridização com a sonda do fragmento PPcpx purificado conforme

item 3.6.4.2.

3.4.3 Detecção microbiológica de cápsula.

Foram analisados no total 120 amostras pertencentes aos grupos A, B, C

e de casos clínicos. Como controle foram utilizadas as amostras do sorotipo 5a

padrão de App, K17 contendo cápsula, mIT4−H mutante não hemolítica e a K17−C

mutante acapsulada.

Para a observação da cápsula nas amostras de A. pleuropneumoniae

foram utilizadas as colorações de Hiss (DOETSH, 1981) e a coloração negativa com

tinta da china (tinta nankin) através de microscopia ótica e também a observação

visual da iridiscência das colônias em meio claro ágar Colúmbia (3.2) segundo

INZANA (1990).

cpxD cpxC cpxB cpxA-35 / -10t

Actinobacillus pleuropneumoniaecpxDCBAoperon

4576pb do up

cpxD cpxC cpxB cpxA-35 / -10t

Actinobacillus pleuropneumoniaecpxDCBAoperon

4576pb4576pb do up715pb

Figura 1. Operon dos genes cpx com a região de 715pb amplificada pelos primers cpx.

Page 83: Dissertação de Mestrado - Embrapa

45

3.5 PCR para genes sodC de A. pleuropneumoniae.

3.5.1 Desenvolvimento de primers específicos.

Foram desenvolvidos dois pares de primers, um denominado sodC-UP e

sodC-DO e outro denominado Msod-UP e Msod-DO. Ambos primers correspondem

à seqüência do gene sodC de A. pleuropneumoniae que têm o total de 573 pb e

codifica a proteína CuZnSOD (cobre-zinco-superóxido dismutase). Foi utilizado o

programa Vector NTI version 4.0 (InforMax, Inc.) para projetar estes primers que

possibilitavam a amplificação de um produto de 447 pb com os primers sodC-UP e

sodC-DO, denominado PPsodC. Os primers Msod-UP e Msod-DO foram projetados

para amplificar toda a região codificante do gene com exceção do peptídeo sinal,

amplificando assim um produto de 504 pb, denominado PPMsod (Tabela 3).

Um esquema mostrando em destaque o cluster sodC é apresentado na

Figura 2.

TABELA 3. Seqüências dos primers sodC e Msod.

Primers Seqüências

sodC-UP 5’ AAGCGGATAACAGCTCAG 3’

sodC-DO 5’ CTAATGGAGCCGGGTGAT 3’

Msod-UP 5’ AACATATGGATCATGATCATAAA 3’

Msod-DO 5’ AAGAATTCTTATTTGATGACGCC 3’

sodCasd

BamH1 EcoR1

recF

573 pb

Actinobacillus pleuropneumoniaesodC cluster

updo

Figura 2. Região genômica de App ressaltando o gene sodC (573 pb).

Page 84: Dissertação de Mestrado - Embrapa

46

3.5.2 Extração de DNA total.

Para a extração de DNA total foi utilizada a técnica descrita por

OSTAAIJEN et alii (1997) contendo algumas modificações. As colônias de

A. pleuropneumoniae foram raspadas da placa de cultivo em ágar Colúmbia,

ressuspendidas em 1 ml de água MilliQ (Millipore), centrifugadas a 12000 x g por

5 minutos e novamente ressuspendidas em 700 µl de água MilliQ. As células foram

lisadas com SDS (1,7%), tratadas com proteinase K (50 µg/ml) e incubadas a 65ºC

por 1 hora. O lisado foi purificado por extração com volumes iguais de fenol-

clorofórmio (SAMBROOK et alii, 1989) e o DNA foi precipitado com acetato de sódio

3 M (1/10 volumes) e etanol absoluto (2 volumes) ou isopropanol (0,6 volumes),

permanecendo por 16 horas a –20oC. Após a centrifugação a 12000 x g por 10

minutos o sobrenadante foi desprezado e o pellet lavado com etanol (70%) e

ressuspendido em 500 µl de água MilliQ.

3.5.3 Aplicação da técnica de PCR para o gene sodC de

A. pleuropneumoniae.

Foram analisadas, através da técnica de PCR com os primers Msod,

quarenta e nove isolados provenientes de casos clínicos de PPS, previamente

sorotipificadas como pertencentes aos sorotipos 1, 3, 5, 7 e 11 (PIFFER et alii, 1997)

e quatorze não sorotipificáveis (NT) (Tabela 1). Também foram analisados outros

cinqüenta e sete isolados oriundos de 8 rebanhos classificados nos grupos A, B e C,

com diferentes aspectos clínicos, previamente caracterizados como NAD-

dependentes (KICH et alii, 2000). Estes rebanhos estão localizados na região oeste

de Santa Catarina e região do planalto do Rio Grande do Sul (Tabela 2). Do total de cinqüenta e sete isolados de rebanhos, vinte e sete foram

classificados por testes bioquímicos como A. minor, três como H. parasuis, cinco

como pertencentes ao grupo Taxon, quinze como A. pleuropneumoniae e outros

sete isolados foram apenas classificadas como NAD-dependentes, uma vez que

apresentaram uma caracterização bioquímica conflitante com aquela descrita para

as espécies NAD-dependentes da Família Pasteurellaceae. Dos isolados de

A. pleuropneumoniae quatro foram sorotipificáveis sendo três pertencentes ao

sorotipo 7 e uma ao sorotipo 12. As onze amostras restantes não puderam ser

sorotipificadas.

Page 85: Dissertação de Mestrado - Embrapa

47

3.6 Otimização das condições de PCR para o gene sodC de A. pleuropneumoniae.

Foram padronizadas a temperatura e concentração de íons de Mg para

otimizar a reação de PCR. As temperaturas testadas variaram de 50oC e 55oC sendo

utilizado para amplificação o DNA do sorotipo 9 de App. Para a padronização da

concentração de MgCl2 foram testadas as concentrações de 1,5 mM, 2 mM e

2,5 mM.

A reação para um volume final de 25 µl foi padronizada para conter: 5 µl do

DNA total de App; 10 mM de Tris-HCl (pH 8,3); 2,5 mM MgCl2; 50 mM KCl; 200 µM

de cada desoxinucleotídeo trifosfatado (dNTP's); 30 pmol de cada primer e 1 U de

Taq DNA polimerase.

As reações de PCR foram realizadas em termociclador (MJ Research, Inc.)

sendo o DNA desnaturado com uma etapa a 94°C por 5 minutos e amplificado por

35 ciclos consistindo de desnaturação a 94oC por 45 segundos; anelamento dos

primers a 50oC por 45 segundos; polimerização a 72oC por 45 segundos. Após

completados os 35 ciclos uma etapa adicional consistia de anelamento a 50oC por 2

minutos com uma etapa de polimerização a 72 oC por 5 minutos.

3.6.1 Controles da técnica de PCR.

Como controles positivos foram utilizadas amostras de referência dos

doze sorotipos padrões de A. pleuropneumoniae, um isolado altamente virulento

oriundo de pulmão de caso clínico agudo de PPS (6796), um isolado não

sorotipificável oriundo de pulmão com sinais clínicos de PPS (7260), uma amostra

padrão sorotipo 5a de App mutante não hemolítica (mIT4-H) e uma amostra padrão

sorotipo 5a de App mutante não capsulada (K17-C) (Tabela 4).

Como controles negativos foram utilizadas amostras de referência de

A. suis e S. aureus, isolados de campo com características bioquímicas de amostras

padrões de H. parasuis, P. multocida, A. minor, B. anthracis, B. bronchiseptica e

S. suis (Tabela 4). Com exceção de S. aureus e de B. anthracis as demais são

freqüentemente encontradas no trato respiratório dos suínos.

Page 86: Dissertação de Mestrado - Embrapa

48

TABELA 4. Amostras bacterianas utilizadas na padronização dos testes de PCRcpx e PCRsodC.

Espécie Sorotipo Amostra Referência

Actinobacillus pleuropneumoniae

1 Shope 4074 ATCC 27088 – Dr. R. Ross

2 1536 Dr. R. Ross

3 1421 Dr. R. Ross

4 M62 ATCC 33378

5a K17 ATCC 33377

5b L20 Dr. R. Ross

6 Femø SCI-A Dra. R. Petersen

7 WF83 SCI-A Dra. R. Petersen

8 F384 Dra. R. Petersen

9 F60 Dra. R. Petersen

10 13039 Dr. R. Ross

11 56153 Dr. R. Ross

12 1096 Dr. R. Ross

5a mIT4-H Dr. T. Inzana

5a K17-C Dr. T. Inzana

5b 6796 CNPSA-EMBRAPA

NT 7260 CNPSA-EMBRAPA

Actinobacillus suis 110UK Dr. David Barcellos

Pasteurella multocida Isolado de campo

CNPSA-EMBRAPA

Haemophilus parasuis Isolado de campo

CNPSA-EMBRAPA

Staphylococcus aureus ATCC 25923

Actinobacillus minor Isolado de campo

CNPSA-EMBRAPA

Streptococcus suis Isolado de campo

CNPSA-EMBRAPA

Bacillus anthracis Isolado de campo

CNPSA-EMBRAPA

ATCC: American Type Culture Collection Dr. Richard Ross, Iowa University, USA Dra. Ruth Petersen, Intervet, Denmark Dr. Thomas Inzana, Virginiae University, USA Dr. David Barcellos, UFRGS, Brasil

Page 87: Dissertação de Mestrado - Embrapa

49

3.6.2 Clivagem do produto PPsodC.

A reação de clivagem total do produto de PCR amplificado a partir de

DNA da amostra padrão sorotipo 5a de A. pleuropneumoniae, foi realizada utilizando

2 U da enzima de restrição BamHI (GibcoBRL-Life Tecnology, Inc.) para cada

micrograma de DNA. Foi utilizado o tampão para enzima REactTM Buffer Chart 3

(GibcoBRL- Life Tecnology, Inc.) e a reação foi incubada em banho-maria por 1 hora

a 37ºC.

3.6.3 Eletroforese dos produtos de PCR em gel de agarose.

Na verificação do resultado de PCR, cerca de 25% (10 µl) do volume da

reação foi separado por eletroforese em gel de agarose na concentração de 1,5%,

com 0,5 µg de brometo de etídio/ml (TAYLOR, 1993) e visualizadas em um

transiluminador de luz ultravioleta. O tampão utilizado para a corrida eletroforética foi

TEB 1X (SAMBROOK et alii, 1989).

3.6.4 Southern blot.

3.6.4.1 Transferência de DNA para membrana de nylon.

Após separação por eletroforese em gel de agarose os produtos de PCR

foram transferidos para uma membrana de nylon positivamente carregada

(HibondTM-N+, Amershan Pharmacia Biotech) com a utilização do sistema de

transferência VacuGeneTM XL Pump (Amersham Pharmacia Biotech). O protocolo

utilizado seguiu a orientação do fabricante do sistema. As soluções de

desnaturação, neutralização e SSC, foram preparadas segundo SAMBROOK et alii

(1989).

3.6.4.2 Preparo da sonda para hibridização.

Foi utilizado como sonda o produto amplificado por PCR a partir de DNA

do sorotipo 5a de A. pleuropneumoniae. Para purificação do fragmento de DNA

amplificado foi utilizado o GFXTM PCR DNA and Gel band purification Kit (Amershan

Pharmacia Biotech). O produto de 504pb foi separado por eletroforese em gel de

Page 88: Dissertação de Mestrado - Embrapa

50

agarose na concentração de 1,5% e a etapa de purificação seguiu o protocolo

fornecido pelo fabricante do kit.

O produto de PCR do sorotipo 5a de App utilizado como sonda foi

marcado de acordo com as instruções fornecidas pelo fabricante do kit ECLTM Direct

Nucleic Acid Labelling and Detection Systems (Amershan Pharmacia Biotech). Para

a hibridização e revelação dos produtos de PCR foi utilizado o kit ECLTM Direct

Nucleic Acid Labelling and Detection Systems (Amershan Pharmacia Biotech). Após

esta etapa, a membrana foi exposta em um filme de radiografia (XK-1 - Kodak) por

períodos de 10 a 30 segundos para visualização.

3.6.5 Seqüenciamento dos fragmentos de PCR

Para o seqüenciamento de parte do gene que codifica para a proteína

CuZnSOD de A. suis e do sorotipo 5a de A. pleuropneumoniae pela técnica de

Sanger (SANGER et alii, 1977) foi utilizado o Thermosequenase radiolabeled

terminator cycle sequencing kit (Amersham Pharmacia Biotech). Foram realizadas

duas reações de seqüenciamento, uma utilizando o primer Msod-UP e a outra

reação utilizando o primer Msod-DO.

Os fragmentos amplificados relativos aos genes cpx foram seqüenciados

também utilizando os dois primers cpx-UP e cpx-DO com as amostras do sorotipo 5a

padrão de A. pleuropneumoniae e dos isolados 7047 e 7011 oriundos de rebanhos.

3.6.5.1 Eletroforese em gel de poliacrilamida desnaturante.

3.6.5.1.1 Solução estoque de acrilamida a 42%.

Acrilamida 42% (p/v) e N’, N’-metilenebisacrilamida 1,8% (p/v) dissolvidos

em água destilada sob agitação com 5% (p/v) de resina monobeb Amberlite (Sigma

Chemical Co.) por 1 hora. A solução foi filtrada e armazenada a 4°C protegida da luz

até o momento do uso.

Page 89: Dissertação de Mestrado - Embrapa

51

3.6.5.1.2 Montagem do gel, aplicação das amostras e corrida

eletroforética.

Foram aplicados 5 µl de cada amostra contendo dideoxinucleotídeos

marcados com α-33P. O DNA foi separado por eletroforese em gel de poliacrilamida

(3.5.5.1.1) com a concentração de 8% contendo 8 M de uréia. A eletroforese foi

realizada em uma cuba de eletroforese vertical com tampão TEB 1X por 2:30 horas

com uma corrida eletroforética de 80 W constante com temperatura de 55°C.

3.6.5.1.3 Secagem do gel, exposição e revelação em filme de

radiografia.

Após a corrida, o gel foi colocado em um secador de gel (Bio Rad gel

Dryer model 583) por aproximadamente 2 horas e exposto a um filme de radiografia

(Kodak) por 2 ou 3 dias, revelado por 30 segundos e fixado por 10 minutos (Kodak).

3.7 Detecção da atividade de superóxido dismutases (SODs).

A atividade das proteínas SODs foi observada por eletroforese em gel não

desnaturante (nativo) de acordo BEUCHAMP & FRIDOVICH (1971).

3.7.1 Preparo das amostras de A. pleuropneumoniae.

A bactéria foi cultivada por 18 horas em 25 ml de caldo LB conforme

descrito no item 3.2 a 37 oC sob agitação de 180 rpm. A cultura foi centrifugada a

4.000 rpm por 10 minutos e o sobrenadante desprezado. O pellet de bactéria foi

ressuspendido em 5 ml de Tris pH 7,8 e novamente centrifugado para remoção de

resíduos de meio de cultura. Após a etapa de lavagem, o pellet foi ressuspendido

em 2 ml de Tris 50 mM, pH 8,0 e sulfato de cobre 1 mM (LANGFORD et alii, 1996).

Posteriormente foram realizadas 5 etapas de congelamento em nitrogênio líquido e

posterior descongelamento em temperatura de 4 oC e sonicação com 4 pulsos de 20

segundos cada com intervalo de 2 minutos entre os pulsos. Após a etapa de lise

celular a suspensão foi centrifugada a 13.500 x g em microcentrífuga por 10 minutos

e o sobrenadante foi armazenado, originando o ETB (extrato total bacteriano).

Page 90: Dissertação de Mestrado - Embrapa

52

Também foram testados ETBs contendo inibidores de proteases (Iodoacetamida

5 mM; PMSF 1 mM; TLCK 50 µM; TPCK 50 µM) (SPIEGELHALDER et alii, 1993).

Os ETBs contendo SOD foram mantidos sob congelamento em freezer a –20oC até

o momento do uso.

3.7.2 Soluções utilizadas.

3.7.2.1 Tampão de amostra.

Tris.HCl 50 mM, pH 7,8; glicerol 30% (v/v); azul de bromofenol 0,5% (p/v)

utilizado na proporção de 10% do volume da amostra.

3.7.2.2 Soluções para visualização de atividade das SODs.

3.7.2.2.1 Solução de NBT (Nitrobluetetrazolium).

NBT (Sigma Chemical Co.) 2,45 mM em água destilada, preparado no

momento de uso.

3.7.2.2.2 Solução de inibição KCN/H2O2.

Na2EDTA 0,1 mM; KCN 1 mM; H2O2 20 mM e K2HPO4 50 mM

adicionados na solução reveladora (3.7.2.2.3), modificada de PRIVALLE &

FRIDOVICH (1987). Esta solução permite a inibição de CuZnSOD e FeSOD

simultaneamente.

Para a visualização apenas da atividade de CuZnSOD, foi adicionado

10mM de KCN à solução reveladora (3.7.2.2.3) (SCHRANK, 1988).

3.7.2.2.3 Solução reveladora.

K2HPO4 36 mM, pH 7,8; riboflavina (vitamina B2 - Sigma Chemical Co.)

2,8 µM; TEMED 28 mM em água destilada, pH 8,0.

Page 91: Dissertação de Mestrado - Embrapa

53

3.7.2.3 Solução estoque de acrilamida-bisacrilamida.

3.7.2.3.1 Solução separadora (Running).

Acrilamida 30%; N’, N’-metilenebisacrilamida 0,8% em água destilada.

3.7.2.3.2 Solução concentradora (Stacking).

Acrilamida 10%; N’, N’-metilenebisacrilamida 2,5% em água destilada.

As soluções foram filtradas em 0,45 µm e conservadas em geladeira.

3.7.2.4 Soluções aceleradoras da polimerização.

3.7.2.4.1 Solução aceleradora separadora (Running).

24 ml 1N HCl; 15,85 g Tris base; 320 µl TEMED e água destilada para

100ml.

3.7.2.4.2 Solução aceleradora concentradora (Stacking).

24 ml 1N HCl; 2,72 g Tris base; 320 µl TEMED e água destilada para

100ml.

3.7.2.5 Tampão para corrida eletroforética (10X).

Glicina 3,53%; Tris.base 0,47% pH 8,5.

3.7.3 Confecção dos géis nativos (não desnaturantes).

3.7.3.1 Gel separador (Running).

Foram adicionados volumes iguais das soluções aceleradora separadora

(3.7.2.4.1) e da solução estoque de acrilamida-bisacrilamida 30:0,8% (3.7.2.3.1). A

quantidade de água foi igual ao volume das duas soluções juntas e foi acrescentado

0,30% de persulfato de amônio.

Page 92: Dissertação de Mestrado - Embrapa

54

3.7.3.2 Gel concentrador (Stacking).

Foram adicionados volumes iguais das soluções aceleradora

concentradora (3.7.2.4.2) e da solução estoque de acrilamida-bisacrilamida 10:2,5%

(3.7.2.3.2). A quantidade de água foi igual ao volume das duas soluções juntas e foi

acrescentado 0,28% de persulfato de amônio.A corrida foi feita em cuba vertical

(Bio-Rad) com tampão de corrida eletroforética (3.7.2.5) 1 X na câmara superior e

inferior e corrida constante de 150 Volts por 2:30 horas.

Os géis foram confeccionados em cuba vertical (Bio-Rad) com tamanho

de 73 mm de altura por 83 mm de largura.

As amostras foram descongeladas e mantidas em gelo, misturadas com

10% de tampão de amostra (3.7.2.1) e aplicadas em gel nativo (3.7.3).

3.7.4 Determinação do metal ligante.

Após a corrida eletroforética, o gel foi submergido em solução de NBT

(3.7.2.2.1) por 20 minutos em câmara escura. Em seguida foi lavado em água

destilada. A atividade enzimática das amostras foi inibida com diferentes inibidores e

o gel revelado com a solução reveladora (3.7.2.2.3) sob luz intensa por

aproximadamente 15 minutos com suave agitação até a obtenção uniforme da cor

azul, exceto nas posições das bandas da proteína SOD que formava regiões

acromáticas.

A determinação do metal ligante foi realizada por inibição da atividade da

proteína com a solução inibidora KCN/H2O2 (3.7.2.2.2). Esta solução inibe a

presença de CuZnSOD e FeSOD, mas não inibe a presença de MnSOD.

Page 93: Dissertação de Mestrado - Embrapa

CAPÍTULO 4

RESULTADOS

Page 94: Dissertação de Mestrado - Embrapa

56

4 RESULTADOS

4.1 Caracterização do produto de amplificação relativo ao operon que codifica as proteínas de transporte de cápsula.

Com o objetivo de caracterizar o fragmento de 715 pb amplificado por

PCR para os genes cpx foi realizada uma clivagem com enzima de restrição. Os

produtos amplificados por PCR, denominados PPcpx, a partir do DNA da amostra

padrão do sorotipo 5a de App (Figura 3) e do isolado 6800 de casos clínicos de PPS

(Figura 4) foram clivados com a enzima de restrição TaqI. Esta enzima cliva o

produto PPcpx em duas regiões originando três fragmentos de 333 pb, 220 pb e

160 pb. Um esquema demonstrando os tamanhos dos fragmentos com o sítio para

TaqI está apresentado na Figura 5.

Com o objetivo de confirmar que os fragmentos de PPcpx amplificados

por PCR fazem parte da seqüência do gene cpxCB de A. pleuropneumoniae,

depositada no GenBank, os produtos de PCR (PPcpx) obtidos de App padrão

sorotipo 5a, utilizado como sonda para Southern blot, e dos isolados 7047 e 7011

dos rebanhos foram seqüenciados pelas extremidades utilizando os dois primers da

reação. O resultado do seqüenciamento foi comparado com a seqüência disponível

no GenBank apresentando 99% de similaridade. A Figura 6 apresenta a seqüência

de nucleotídeos do fragmento amplificado do isolado 7011 comparativamente a

FIGURA 3. Clivagem do produto dePCR PPcpx do sorotipo 5a deA. pleuropneumoniae. Eletroforese emgel de agarose 1,5% do produto PPcpx ea clivagem com TaqI. (1) Marcador depeso molecular (100 pb ladderAmersham Pharmacia); (2) PPcpx daamostra padrão de App sorotipo 5aclivado e (3) não clivado.

1 2 3 pb pb

715

335 220 160

800

200

Page 95: Dissertação de Mestrado - Embrapa

57

seqüência presente no GenBank. Estes resultados demonstram que os produtos

obtidos na reação de PCR são relativos àqueles originados do operon cpxDCBA.

Taq I

160 pb 220 pb715 pb

335 pb

Taq I

FIGURA 5. Esquema de clivagem do fragmento PPcpx com os sítios para TaqI.

FIGURA 4. Clivagem do produto de PPcpxdo isolado de A. pleuropneumoniae 6800oriundo de campo. Eletroforese em gel deagarose 1,5% do produto de PCR e a clivagemcom TaqI. (1) Marcador de peso molecular(100 pb ladder Amersham Pharmacia); (2)PPcpx do isolado 6800 clivado e (3) nãoclivado.

715

335 220 160

800

200

1 2 3 pb pb

Page 96: Dissertação de Mestrado - Embrapa

58

1 50 cpxCB AGCGAAAGGC TATGGTATGG GTATGGATGT ACCGACGGTT TATCGTGTGA 7011 .......... .......... ......ATGT ACCGACGGTT TATCGTGTGA 51 100 cpxCB ATTTACTTGA GCCGCAATCA CTGTTTTTAT TACAACGCTT CCCGATGCAA 7011 ACTTACTTGA GCCGCAATCA CTGTTTTTAT TACAACGCTT CCCGATGCAA 101 150 cpxCB GATAAAGATA TTGTCTATGT ATCAAATGCA CCGTTGTCCG AATTCCAAAA 7011 GATAAAGATA TTGTCTATGT ATCAAATGCA CCGTTGTCCG AATTCCAAAA 151 200 cpxCB ATTCTTGAGA ATGATTTTCT CGATTACTTC GCCGGTTACA AGTACGACTA 7011 ATTCTTGAGA ATGATTTTCT CGATTACTTC GCCGGTTACA AGTA...... 201 250 cpxCB ATGCTATTCG TGCCTATTAA TATATTGAAT TTATAAGGAT AAAATATGGA 7011 .......... .......... .......... .......... .......... 251 300 cpxCB AACAACTATT ACGGCAAGTC CGACAGAAAA ACTACAAAAA CCGGTTAAAC 7011 .......... .......... .......... .......... .......... 301 350 cpxCB AGAAAAAAAG TTGGTTAAAA AAGCTTAATC CGTTATTTTG GGTAACTGTA 7011 .......... .......... .......... .......... .......... 351 400 cpxCB GCGATTCCTA CGGTATTATC AGCCTTTTAT TTCGGTTCTG TTGCTTCCGA 7011 .......... .......... .......... .......... .......... 401 450 cpxCB TATTTATATT TCGGAATCAA GCTTCGTTGT AAGATCTCCT CAAAATCAGA 7011 .......... .......... .......... .......... .......... 451 500 cpxCB CCGCTTTAAC CGGTGTCGGT GCCTTATTAC AAGGTTCCGG ATTTTCTCGA 7011 .......... .......... .......... .......... .......... 501 550 cpxCB GCTCAAGATG ATACTTATAC CGTACAAGAA TATATGCATT CTCGTACGGC 7011 .......... .......... .......GAA TATATGCATT CTCGTACGGC 551 600 cpxCB ACTAGAACAG TTAATGAAAG ACTTGCCAAT ACGTGAATAC TATGAGAATC 7011 ACTAGAACAG TTAATGAAAG ACTTGCCAAT ACGTGAATAC TATGAGAATC 601 650 cpxCB AAGGCGATAT TATCGCTCGC TTTAATGGAT TTGGTTTAAA TAATAGTAAA 7011 AAGGCGATAT TATCGCTCGC TTTAATGGAT TTGGTTTAAA TAATAGTAAA 651 700 cpxCB GAAGCGTTTT ATAAATATTT CCGAGATCGC TTAAGTGTGG ACTTTGACTC 7011 GAAGCGTTTT ATAAATATTT CCGAGATCGC TTAAGTGTGG ATTTC..... 701 717 cpxCB TGTTTCCGGT ATCGCCA 7011 .......... .......

FIGURA 6. Seqüência de nucleotídeo do produto PPcpx de App. Alinhamento de parte da seqüência de nucleotídeos dos genes cpxCB do operoncpx (GenBank nº U36397) que codifica proteínas de transporte da cápsula deA. pleuropneumoniae com a seqüência de nucleotídeos amplificada do isolado7011. Os nucleotídeos idênticos estão em azul e a seqüência dos primers emvermelho.

Page 97: Dissertação de Mestrado - Embrapa

59

Os resultados obtidos neste trabalho, assim como os previamente

descritos por LO et alii (1998), demonstram que o App sorotipo 4 apresenta

diferenças na região genômica utilizada para amplificar o produto PPcpx. Com o

objetivo de caracterizar esta região do sorotipo 4 foi realizada uma hibridização entre

o DNA total deste sorotipo com a sonda heteróloga de PPcpx. O operon cpx do

sorotipo 5 apresenta 4 sítios para a enzima de restrição HindIII originando 5

fragmentos de aproximadamente 50 pb, 480 pb, 1100 pb, 1300 pb e 1600 pb. O

fragmento PPcpx do sorotipo 5a de A. pleuropneumoniae foi também clivado com a

enzima de restrição HindIII para ser usado como controle de hibridização. A enzima

HindIII cliva o fragmento PPcpx em duas regiões originando um fragmento de

aproximadamente 50pb e dois fragmentos de aproximadamente 300pb. Nenhuma

banda de hibridização foi verificada com os fragmentos gerados pela clivagem

genômica do DNA do sorotipo 4 de App. Entretanto, a amostra do DNA de A. suis

apresentou três bandas de hibridização de aproximadamente 1100 pb, 900 pb e

800 pb com a sonda PPcpx (Figura 7). O DNA do isolado 6951 utilizado,

previamente caracterizado como App não sorotipificável, não apresentou homologia

com a sonda utilizada (Figura 7, canaleta 3). Estes resultados sugerem que existem

FIGURA 7. Clivagem dos DNAs genômicos e hibridização com PPcpx. Eletroforese em gel de agarose 0,8% dos DNAs totais clivados com HindIII (A)e autoradiografia da hibridização com a sonda (B). (1) Marcador de pesomolecular pUC18 clivado com AluI; (2) sorotipo 4 de App; (3) isolado App NT6951 (rebanho 20); (4) amostra padrão de A. suis; (5) fragmento dePPcpx/ HindIII e (6) λ/ HindIII.

23,1

6,5 9,4

4,3

2,3 2,0

0,3

Kb pb

690 521

286

1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6

A B

Page 98: Dissertação de Mestrado - Embrapa

60

regiões similares aos genes cpx de App em A.suis e que o isolado de campo pode

não ser App.

A análise microbiológica de presença de cápsula apresentou resultados

de difícil conclusão. Não foi possível observar a presença de cápsula utilizando as

colorações de Hiss e a coloração negativa com tinta da china. A observação visual

da iridiscência das colônias em meio claro foi utilizada, porém, sua interpretação

depende do observador. Os resultados da observação visual são apresentados na

Tabela 5 e a correlação com os resultados da técnica de PCR (PCRcpx) estão

apresentados nas Tabelas 8 e 9.

4.2 Padronização da técnica de PCR para amplificação do gene sodC.

A técnica de PCR foi previamente padronizada estabelecendo como a

temperatura ideal 50oC para anelamento de ambos os primers MSod ou SodC e a

concentração de 2,5 mM de MgCl2 para a amplificação do gene que codifica a

enzima CuZnSOD de A. pleuropneumoniae sem apresentar amplificações

inespecíficas (dados não mostrados).

O teste de PCR apresentou a amplificação de um produto de 504pb,

denominado PPMsod à partir do DNA de todos os sorotipos padrões de App e das

amostras de App utilizadas como controles positivos do teste (Figura 8A).

TABELA 5. Análise microbiológica de presença de cápsula. A tabela apresenta o número de amostras com resultado positivo ou negativo para presença de cápsula.

App NAD-dep Origem das

amostras Positivos Negativos Positivos Negativos

Casos clínicos 27 - - -

Grupos A, B, C de

Rebanhos

15 - 28 14

Controles* 02 01 - -

Total (n=88) 44 02 28 14 * os controles utilizados foram às amostras de App mutante acapasulada sorotipo 5a (K17-C), a amostra padrão do sorotipo 5a normal e o isolado de B. anthracis.

Page 99: Dissertação de Mestrado - Embrapa

61

Para verificação da homologia entre os produtos de PCR amplificados a

partir do DNA de todos os sorotipos de A. pleuropneumoniae e das outras bactérias

utilizadas como controles do teste, foi utilizada a técnica de Southern blot. Um

produto de PPMsod de 504 pb do sorotipo 5a foi purificado e utilizado como sonda

frente a todas as amostras controles positivas e negativas. Todas as amostras de

A. pleuropneumoniae controles positivos hibridizaram para a sonda de 504 pb

(Figura 8B).

Quando esta metodologia foi aplicada a amostras controles negativos

somente foram visualizados um produto de amplificação de 504 pb na amostra

padrão de A. suis, um produto de amplificação de aproximadamente 530 pb na

amostra de P. multocida e um produto de amplificação de alto peso molecular na

amostra de B. bronchiseptica. Nenhum outro fragmento de amplificação foi

observado nas outras amostras (Figura 9A). Hibridização com a sonda foi observada

somente com o produto de 530 pb da amostra de P. multocida e do produto de

504 pb da amostra de A. suis. Nenhuma outra banda de hibridização foi observada

nas demais amostras controles negativos (Figura 9B).

M 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

pb

504 587

pb

504

FIGURA 8. Análise por PCR da presença do gene sodC em App Eletroforese em gel de agarose 1,5% do produto PPMsod amplificado (A) eresultado da hibridização dos produtos amplificados em (A) com a sondaPPMsod isolada do sorotipo 5a (B). (M) marcador de peso molecular pUC18clivado com HaeIII; (1 a 13) amostras dos sorotipos padrões 1, 2, 3, 4, 5a, 5b,6, 7, 8, 9, 10, 11 e 12 de App; (14) amostra de App mutante mIT4-H; (15)amostra de App mutante K17-C; (16) isolado de App não sorotipificável 7260;(17) isolado de App altamente virulenta 6796 e (18) controle negativo dareação de PCR.

A

B

Page 100: Dissertação de Mestrado - Embrapa

62

Com o objetivo de caracterizar o produto amplificado, foi realizada a

clivagem com a enzima de restrição BamHI do produto de 447 pb amplificado por

PCR utilizando os primers sodC-UP e sodC-DO denominado PPsodC a partir da

amostra padrão do sorotipo 5a de A. pleuropneumoniae. Esta enzima apresenta um

único sítio de clivagem no gene sodC de A. pleuropneumoniae originando 2

fragmentos, um de 200 pb e outro de 227 pb (Figura 10). O esquema de restrição do

produto PPsodC é mostrado na Figura 11.

Para confirmar a similaridade dos fragmentos amplificados de PPMsod

com a seqüência depositada no GenBank, o produto de App padrão sorotipo 5a

utilizado como sonda para Sothern blot foi seqüenciado pelas extremidades

utilizando os dois primers da reação. O resultado do seqüenciamento foi comparado

com a seqüência disponível no GenBank apresentando 96% de similaridade (Figura

12). O produto amplificado a partir da amostra padrão de A. suis também foi

seqüenciado e apresentou 96% de identidade com a seqüência de nucleotídeos do

gene sodC de A. pleuropneumoniae (dados não mostrados).

FIGURA 9. Análise por PCR da presença do gene sodC. Eletroforese em gel de agarose 1,5% das amostras utilizadas como controlesnegativos (A) e hibridização com a sonda PPMsod isolada do sorotipo 5a (B).(M) marcador de peso molecular pUC18 clivado com HaeIII; amostras de:(1) B. anthracis; (2) P. multocida; (3) S. aureus; (4) A. minor; (5) S. suis; (6)B. bronchiseptica; (7) H. parasuis; (8) A. suis; (9) controle negativo da reaçãoe (10) App sorotipo 5.

M 1 2 3 4 5 6 7 108 9

pb pb

504587

504

A

B

Page 101: Dissertação de Mestrado - Embrapa

63

1 2 3 pb pb

447 247 200

800

200

FIGURA 10. Clivagem do fragmentoPPsodC de App. Eletroforese em gel de agarose 1,5% doproduto amplificado. (1) marcador de pesomolecular (100 pb ladder AmershamPharmacia); (2) produto de PCR não clivadoda amostra de App sorotipo 5a e (3) produtode PCR clivado com BamHI.

Bam HI

247 pb 200 pb 447 pb

FIGURA 11. Esquema de clivagem do fragmento PPsodC com o sítio para BamHI.

Page 102: Dissertação de Mestrado - Embrapa

64

1 50 sodC GATCATGATC ATAAAAAAGC GGATAACAGC TCAGTGGAAA AACTTGTCGT S5a .......... .......... ........GC TCAGTGGAAA AACTTGTCGT 51 100 sodC ACAAGTACAA CAACTTGATC CTGTAAAAGG AAACAAGGAT GTCGGTACGG S5a ACAAGTACAA CAACTTGATC CTGTAAAAGG AAACAAGGAT GTCGGTACGG 101 150 sodC TAGAAATTAC CGAATCTGCA TACGGTTTAG TGTTTACTCC GCACTTACAC s S5a TAGAAATTAC CGAATCTGCA TACGGTTTAG TGTTTACTCC GCACTTACAC 151 200 sodC GGTTTAGCTC AAGGTTTACA CGGCTTCCAT ATTCACCAAA ACCCAAGCTG S5a GGTTTAGCTC AAGGTTTACA CGGCTTCCAT ATTCACCAAA ACCCAAGCTG 201 250 sodC TGAACCGAAA GAAAAAGACG GTAAACTGGT TGCCGGTTTA GGCGCGGGCG S5a TGAGCCGAAA GAAAAAGACG GTAAACTGGT TGCCGGTTTA GGCGCGGGCG 251 300 sodC GGCACTGGGA TCCGAAAGAT ACCAAGCAAC ACGGCTATCC GTGGTCGGAC S5a GTCACTGGGA TCCGAAAGAG ACCAAGCAAC ACGGTTATCC GTGGTCGGAT 301 350 sodC GATGCGCACT TAGGTGATTT ACCGGCATTA ACCATCGCAC ACGACGGTTC S5a TACGCACACT TAGGCGATTT ACCGGCATTA TTCGTAGAGC ATGACGGTTC 351 400 sodC TGCAACCAAT CCGGTTCTTG CTCCGCGTTT GAAAAAACTT GATGAAGTTA S5a TGCAACTAAC CCTGTTCTTG CTCCGCGTTT GAAAAAACTG GATGAAGTTA 401 450 sodC AAGGTCACTC TTTAATGATT CACGAAGGCG GCGATAACCA CTCTGATCAC S5a AAGGTCACTC TTTAATGATT CACGAAGGCG GCGATAACCA CTCTGATCAC 451 500 sodC CCGGCTCCAT TAGGCGGTGG CGGTCCGCGT ATGGCTTGCG GCGTCATCAA S5a CCGGCTCCAT TAGGCGGTGG CG........ .......... .......... ......... 501 sodC ATAA S5a ....

FIGURA 12. Seqüência de nucleotídeo do produto amplificado de PPMsod.Alinhamento da seqüência do gene sodC (GenBank n° X99396) que codificaCuZnSOD de A. pleuropneumoniae com a seqüência de nucleotídeos amplificadado sorotipo 5a de A. pleuropneumoniae (S5a) Os nucleotídeos idênticos estão emazul e a seqüência dos primers em vermelho.

Page 103: Dissertação de Mestrado - Embrapa

65

4.3 Aplicação da técnica de PCRsodC em isolados de campo.

A metodologia de PCR padronizada para o gene sodC foi utilizada para

analisar isolados de App a partir de diferentes rebanhos. As sessenta e três amostras isoladas de casos agudos de PPS foram submetidas à reação de PCR e

todas apresentaram produto de amplificação correspondente ao produto PPMsod do

gene sodC (Tabela 6 e ver Tabela 8).

Também foram analisados cinqüenta e sete isolados NAD-dependentes

classificados nos grupos A, B e C através do teste de PCR para o gene sodC. Deste

total somente dois isolados, classificados por testes bioquímicos como

A. pleuropneumoniae, não apresentaram produto de amplificação para o gene sodC.

Entre os outros isolados classificados por testes bioquímicos como A. minor,

H. parasuis e como NAD-dependentes somente 07 apresentaram produto de

amplificação correspondente ao gene sodC de A. pleuropneumoniae (Tabela 7 e ver

Tabela 9).

TABELA 6. Classificação bioquímica e resultados de PCR de

isolados App de casos clínicos.

ST - amostras de App sorotipificáveis NT - amostras de App não sorotipificáveis

BIOQUÍMICA NÚMERO DE AMOSTRAS COM PCRsodC POSITIVO

App ST (n = 49)

App NT (n = 14) 49

14

Total das amostras 63

Page 104: Dissertação de Mestrado - Embrapa

66

TABELA 7. Classificação bioquímica e resultados de PCRsodC dos isolados de rebanhos assintomáticos

BIOQUÍMICA NÚMERO TOTAL DE

ISOLADOS PCR Positivo

PCR Negativo

App ST 04 04 -

App NT 11 09 02

Actinobacillus minor 27 03 24

Haemophilus parasuis 03 01 02

NAD-dependentes 12 03 09

Total de amostras 57 23 37 ST - amostras de App sorotipificáveis NT - amostras de App não sorotipificáveis

Page 105: Dissertação de Mestrado - Embrapa

67

TABELA 8. Caracterização de isolados App originados de casos clínicos de PPS.

Análise Microbiológica Análise

Molecular

Am

ostr

a

Hem

ólis

e*

Cáp

sula

**

Soro

tipo*

**

PCR

sodC

Cáp

sula

PC

Rcp

x 6634 + S3 + + 6635 + S3 + + 6636 + S3 + + 6654 + S3 + + 6735 + + NT + + 6740 + + S5B + + 6742 + S3 + + 6743 + S5B + + 6744 + S5B + + 6745 + S5B + + 6746 + S5B + + 6747 + S7 + + 6751 + S5B + + 6752 + S7 + + 6754 + + S5B + + 6778 + + S5B + + 6789 + S5B + + 6790 + S5B + + 6791 + S3 + + 6792 + S5B + + 6796 + S5B + + 6800 + + S5B + + 6801 + S5B + + 6802 + + S5B + + 6803 + + S7 + + 6804 + + S7 + + 6805 + + S5B + + 6806 + + S5B + + 6824 + S3 + + 6825 + + S11 + + 6826 + S5B + + 6807 + S5B + +

Análise Microbiológica

Análise Molecular

Am

ostr

a

Hem

ólis

e*

Cáp

sula

**

Soro

tipo*

**

PCR

sodC

Cáp

sula

PC

Rcp

x

6813 + S5B + + 6815 + S5B + + 6816 + S7 + + 6822 + + S5B + + 6823 + S3 + + 6827 + + S5 + + 6829 + S3 + + 6830 + S3 + + 6834 + S5B + + 6835 + + S3 + + 6850 + + S3 + + 6857 + + S5A + + 7058 + + NT + + 7114 + + S3 + + 7164 + + S3 + + 7180 + S3 + + 7222 + + NT + + 7258 + + S1 + + 7260 + + NT + + 7276 + + NT + + 7277 + + NT + + 7278 + + NT + + 7300 + + NT + + 7301 + NT + + 7305 + + NT + +

*Hemólise em hemácia de carneiro. **Presença de cápsula determinada pela iridiscência da colônia em meio agar colúmbia. ***Sorotipo determinado pela técnica de imunodifusão em gel de agarose.

Page 106: Dissertação de Mestrado - Embrapa

TABELA 9. Caracterização de isolados App de rebanhos assintomáticos com 9 asemanas de idade.

Análise Microbiológica Análise Molecul

Amostras

Urea

se

CAMP

te

st #

Hem

ólise

*

Cáps

ula*

*

Soro

tipo*

**

Classificação Bioquímica

PCRs

odC

Hibr

idiz.

cp

x

mIT 4 H + - - + 5a App + + +K17 C + + + - 5a App + + + A. suis + + + - -A. minor - - - -B.anthracis + + - - -B. bronchiseptica + - - -H. parasuis - - - - -S. suis + - - -P. multocida - - - -S. aureus + - - - 6894 (rebanho 4) - - - - Taxon - - -6905 (rebanho 4) + - - - A. minor - - -6961 (rebanho 4) - - - + H. parasuis + - -7001 (rebanho 4) - - - + ND**** - - -7007 (rebanho 4) + - - + A. minor - - -7008 (rebanho 4) - - - + ND**** - - -7009 (rebanho 4) - - - - ND**** + - -7010 (rebanho 4) + - - - A. minor - - -7011 (rebanho 4) + + + + 12 App + + +7012 (rebanho 4) + - - - A. minor + - -7017 (rebanho 4) - - - - A. minor - - -7023 (rebanho 4) + - - + A. minor - - -7027 (rebanho 4) - - - + ND**** + - -7073 (rebanho 4) + - - - A. minor - - -7077 (rebanho 4) + - - + A. minor - - - 6895 (rebanho 5) + - - + A. minor - - - 6986 (rebanho 6) + + + + NT App - - - 6876 (rebanho 7) + + + 7 App + + +6963 (rebanho 7) + - - + A. minor - - -6964 (rebanho 7) + + + + NT App + - -6974 (rebanho 7) + + + + 7 App + + +6975 (rebanho 7) + + + + 7 App + + +6976 (rebanho 7) - - - + H. parasuis - - -

Continua na página

68

15

ar

PCRc

px

69

Page 107: Dissertação de Mestrado - Embrapa

69

Continuação da Tabela 9

Amostras

Urea

se

CAMP

test

#

Hem

ólise

*

Cáps

ula*

*

Soro

tipo*

**

Classificação Bioquímica

PCRs

odC

Hibr

idiz.

cp

x

PCRc

px

6980 (rebanho 7) + + + + NT App + + - 6998 (rebanho 8) + - - + A. minor + - - 7019 (rebanho 11) + - - + A. minor - - - 7022 (rebanho 11) + - - + A. minor - - - 7024 (rebanho 11) + - - + NT App + - - 7025 (rebanho 11) + - - + A. minor - - - 7038 (rebanho 11) + - - + A. minor - - - 7039 (rebanho 11) + - - + A. minor - - - 7041 (rebanho 11) + - - + A. minor - - - 7042 (rebanho 11) - - - + H. parasuis - - - 7043 (rebanho 11) + - - + A. minor - - - 7044 (rebanho 11) + - - - A. minor - - - 7045 (rebanho 11) + - - + NT App + - - 7046 (rebanho 11) + - - - A. minor - - - 7047 (rebanho 11) + - + + NT App + + + 7050 (rebanho 11) - - - - Taxon - - - 7082 (rebanho 11) - - - + A. minor - - - 6896 (rebanho 12) + - - + A. minor - - - 6897 (rebanho 12) + - - + A. minor - - - 6904 (rebanho 12) - - - + ND**** + - - 6906 (rebanho 12) - - - + A. minor + - - 6907 (rebanho 12) - - - + Taxon - - - 6951 (rebanho 20) + - + + NT App - - - 6953 (rebanho 20) + - + + NT App + - - 6954 (rebanho 20) - - - - ND**** - - - 6955 (rebanho 20) + - - - A.minor - - - 6956 (rebanho 20) + - - + A.minor - - - 6957 (rebanho 20) + - + + NT App + - - 6977 (rebanho 20) - - - + A. minor - - - 6978 (rebanho 20) - - - - Taxon - - - 6979 (rebanho 20) + - + + NT App + - - 6981 (rebanho 20) - - - + ND**** - - - 6982 (rebanho 20) - - - - Taxon - - - 6983 (rebanho 20) - - + + NT App + - -

NT: amostra de App não sorotipificável. ND****: amostras classificadas apenas como NAD-dependentes. Grupos dos rebanhos: (A) rebanhos 4, 5, 6, 7 e 8; (B) rebanhos 11 e 12; (C) rebanho 20. # Teste que determina a presença de hemólise sinérgica com a β-hemolisina de S. aureus em hemácia de carneiro. *Hemólise em hemácia de carneiro. **Presença de cápsula determinada pela iridiscência da colônia em meio agar colúmbia. ***Sorotipo determinado pela técnica de imunodifusão em gel de agarose.

Page 108: Dissertação de Mestrado - Embrapa

70

4.4 CuZnSOD em A. pleuropneumoniae.

A atividade das superóxido dismutases (SODs) foi visualizada em géis de

poliacrilamida, de acordo com a redução do NBT, pela geração de radicais

superóxidos através da foto-oxidação da riboflavina, formando um complexo de cor

azul denominado formazan com bandas acromáticas que determinam a presença de

SOD (BEUCHAMP & FRIDOVICH, 1971). Foram analisadas amostras padrões do

sorotipo 5a de A. pleuropneumoniae, de A. suis, os isolados 7011 (sorotipo 12),

6951 (não sorotipificável), 6974 (sorotipo 7) de A. pleuropneumoniae e o isolado

6897 de A. minor. Todas as amostras foram analisadas em gel nativo corado com

NBT, sem inibição, para visualização de SODs. As amostras de

A. pleuropneumoniae sorotipificáveis e A. suis apresentaram uma banda de

migração intermediária (MI) enquanto que os isolados de App (NT) e A. minor

apresentaram uma banda de migração lenta (ML) (Figuras 13, 14, 15, 16 e 17).

As SODs foram caracterizadas de acordo com o metal ligante no seu sítio

ativo através da inibição da atividade das enzimas utilizando soluções de inibição

contendo: cianeto (CN−), que inibe a atividade de CuZnSOD, mas não inibe MnSOD

e FeSOD; H2O2, que inibe a atividade de CuZnSOD e FeSOD, mas não inibe

MnSOD (ASADA et alii, 1975; HASSAN, 1989; MISRA & FRIDOVICH, 1978;

BASSANESI, 1992).

A presença da enzima CuZnSOD foi observada na amostra padrão de

A. pleuropneumoniae sorotipo 5a. Esta amostra apresentou uma banda de migração

intermediária (MI) e foi submetida ao ensaio de inibição da atividade de SOD. A

banda de migração intermediária (MI) foi totalmente inibida com a solução de

inibição indicando a presença de CuZnSOD (Figura 13).

Para investigar a presença da enzima CuZnSOD em

A. pleuropneumoniae sorotipificáveis (ST) e não sorotipificáveis (NT) isolados de

campo, foram selecionadas e analisadas duas amostras ST que apresentavam

amplificação do gene sodC e uma amostra NT 6951 que não apresentava

amplificação para o gene sodC por PCR. Os isolados ST 6974 (sorotipo 7) e 7011

(sorotipo 12), apresentaram uma banda de migração intermediária (MI), similar à

amostra padrão de App sorotipo 5a, enquanto que o isolado NT 6951 apresentou

uma banda de migração lenta (ML). Todos os isolados foram submetidos ao ensaio

de inibição da atividade de SOD. A banda de migração intermediária (MI) foi

Page 109: Dissertação de Mestrado - Embrapa

71

totalmente inibida com a solução de inibição KCN/H2O2 indicando a presença de

CuZnSOD (Figura 14). A banda de migração lenta (ML) também foi totalmente

inibida com a solução de inibição KCN/H2O2 indicando a presença de CuZnSOD

(Figura 15).

Estes resultados indicam que possivelmente este isolado NT pode não ser

MnSOD MnSOD

CuZnSODe MI

FeSOD

1 2 3 1 2 3 A B

FIGURA 14. Detecção de CuZnSOD em isolado de App ST. Gel de poliacrilamida 7,5% não desnaturante em presença de NBT e reveladopara detecção de SODs (A) e com adição de inibidor da atividade de CuZnSOD(B). Canaleta 1: extrato proteico total do isolado de App 6974; canaleta 2:CuZnSOD purificada e canaleta 3: extrato proteico total de E. coli revelandoFeSOD e MnSOD.

MnSOD MnSOD

CuZnSODe MI

FeSOD

1 2 3 1 2 3 A B

FIGURA 13. Detecção de CuZnSOD em App sorotipo 5a. Gel de poliacrilamida 7,5% não desnaturante em presença de NBT e reveladopara detecção de SODs (A) e com adição de inibidor da atividade deCuZnSOD (B). Canaleta 1: extrato proteico total do sorotipo 5a padrão de App;canaleta 2: CuZnSOD purificada e canaleta 3: extrato proteico total de E. colirevelando FeSOD e MnSOD.

Page 110: Dissertação de Mestrado - Embrapa

72

App, pois apresenta um perfil de migração de CuZnSOD diferente dos App padrões

e também não apresenta amplificação com os primers para o gene sodC.

A presença da enzima SOD em amostras de A. minor foi analisada

utilizando um isolado que não apresentava amplificação do gene sodC com os

primers utilizados. Este isolado apresentou uma banda de migração lenta e foi

submetido ao ensaio de inibição da atividade de SOD. A banda de migração lenta

(ML) foi totalmente inibida com a solução de inibição KCN/H2O2 indicando a

presença de CuZnSOD (Figura 16).

A amostra de A. suis padrão apresenta um fragmento de amplificação por

PCRsodC idêntico ao de App. Sendo assim, a amostra padrão de A. suis foi

analisada para a presença de CuZnSOD. Esta amostra apresentou uma banda de

migração intermediária (MI) similar à amostra padrão de App sorotipo 5a e foi

submetida ao ensaio de inibição da atividade de SOD sendo totalmente inibida com

a solução de inibição KCN/H2O2 indicando a presença de CuZnSOD (Figura 17).

FIGURA 15. Detecção de CuZnSOD em isolado de App NT. Gel de poliacrilamida 7,5% não desnaturante em presença de NBT e reveladopara detecção de SODs (A) e com adição de inibidor da atividade de CuZnSOD(B). Canaleta 1: extrato proteico total do isolado de App NT 6951; canaleta 2:CuZnSOD purificada e canaleta 3: extrato proteico total de E. coli revelandoFeSOD e MnSOD.

MnSOD MnSOD

ML

CuZnSOD

FeSOD

1 2 3 1 2 3 A B

Page 111: Dissertação de Mestrado - Embrapa

73

FIGURA 16. Detecção de CuZnSOD em isolado de A. minor. Gel de poliacrilamida 7,5% não desnaturante em presença de NBT e reveladopara detecção de SODs (A) e com adição de inibidor da atividade de CuZnSOD(B). Canaleta 1: extrato proteico total do isolado de A. minor; canaleta 2:CuZnSOD purificada e canaleta 3: extrato proteico total de E. coli revelandoFeSOD e MnSOD.

FeSOD

CuZnSOD

MnSOD ML

MnSOD

1 2 3 1 2 3 A B

FIGURA 17. Detecção de CuZnSOD em A. suis. Gel de poliacrilamida 7,5% não desnaturante em presença de NBT e reveladopara detecção de SODs (A) e com adição de inibidor da atividade de CuZnSOD(B). Canaleta 1: extrato proteico total do isolado de A. suis; canaleta 2:CuZnSOD purificada e canaleta 3: extrato proteico total de E. coli revelandoFeSOD e MnSOD.

A B 1 2 3

MnSOD MnSOD

1 2 3

CuZnSODe MI

FeSOD

Page 112: Dissertação de Mestrado - Embrapa

CAPÍTULO 5

DISCUSSÃO

Page 113: Dissertação de Mestrado - Embrapa

75

5 DISCUSSÃO.

O controle da PPS através da detecção do agente é fundamental para

evitar a transmissão e disseminação do A. pleuropneumoniae entre rebanhos,

principalmente daqueles que visam o melhoramento genético e multiplicação de

animais. A infecção de um rebanho de reprodutores, principalmente por animais

denominados portadores assintomáticos, constitui uma fonte de infecção

permanente devido à distribuição e comércio destes animais, podendo disseminar a

doença para todo o País.

O App possui diversos fatores de virulência ainda pouco entendidos que

podem estar associados ao desenvolvimento da doença clínica. No entanto, muitas

amostras são isoladas do trato respiratório de animais portadores assintomáticos

que não apresentam lesões características de PPS. Estas amostras necessitam uma

caracterização mais precisa tendo um potencial de utilização como vacinas vivas. O

App apresenta similaridades antigênicas entre os 12 sorotipos, que apesar da

desvantagem por apresentar reações cruzadas, auxilia no desenvolvimento de

testes espécie-específicos para triagem de rebanhos. No entanto, após esta análise

inicial dos rebanhos, havendo resultados positivos, existe a necessidade da

aplicação de um teste sorotipo-específico que auxilie na identificação do sorotipo

presente no rebanho em questão.

No Brasil os testes sorológicos são os mais utilizados na determinação da

presença de infecção. No entanto, estes testes possuem algumas desvantagens

devido a presença de reações cruzadas existente entre os sorotipos, o que dificulta

a identificação do sorotipo presente num rebanho. Outra desvantagem é que os

testes sorológicos não diferenciam animais infectados de animais vacinados, uma

vez que é detectada a resposta imunológica que tanto pode ser por via vacinação ou

por infecção. Segundo BLACKALL et alii (1999) nenhuma técnica sorológica é capaz

de reconhecer os 12 sorotipos, porém a utilização conjunta das técnicas de

hemaglutinação indireta (IHA) e gel de difusão quantitativa (QGD) permite diferenciar

no mínimo 10 dos 12 sorotipos. Estes mesmos autores registraram ainda problemas

de sorotipificação errônea de amostras ao utilizar anti-soros homólogos com títulos

baixos, consistindo um erro laboratorial, o que levou à caracterização de isolados

Page 114: Dissertação de Mestrado - Embrapa

76

como não sorotipificáveis. Estes resultados demonstram os problemas que a

utilização de técnicas sorológicas podem causar na caracterização dos sorotipos,

principalmente porque os animais utilizados para a produção de anti-soros

apresentam variações quanto a produção de anticorpo e a técnica precisa estar bem

validada.

O teste de ELISA é o método de diagnóstico sorológico mais utilizado

atualmente, pois permite que um grande número de amostras possa ser analisado.

Apesar da aparente facilidade da utilização deste teste, que normalmente apresenta

boa sensibilidade, sua especificidade é menor quando comparada às técnicas de

biologia molecular.

De acordo com levantamentos epidemiológicos é possível identificar e

monitorar a prevalência dos sorotipos de uma região e assim desenvolver um teste

específico para estes sorotipos. Desta forma, os rebanhos utilizados neste estudo

foram classificados utilizando o teste de ELISA baseado nos antígenos LPS-CL dos

sorotipos 3, 5 e 7 desenvolvido por MACHADO (1997). Este teste, por apresentar

reações cruzadas, possibilita a detecção dos sorotipos 3, 4, 5, 6, 7 e 8, não

diferenciando o sorotipo infectante. JENSEN & BERTRAN (1986) relataram que as

reações cruzadas entre sorotipos são devidas à similaridade de antígenos dentro

dos componentes do lipopolissacarídeo (LPS). Foi desenvolvido por DUTRA et alii

(2000) outro teste de ELISA baseado na especificidade dos antígenos capsulares

dos sorotipos 3, 5 e 7, que são os mais prevalentes no Brasil, para a utilização na

caracterização dos sorotipos em amostras positivas ao ELISA LPS-CL.

O App apresenta diversos fatores de virulência como LPS, cápsula,

toxinas e proteínas da membrana externa (INZANA, 1991; HAESEBROUCK et alii,

1997). O conhecimento destes fatores pode auxiliar no controle da PPS, podendo

ser utilizados como alvo para o desenvolvimento de vacinas ou mesmo testes para

diagnóstico (KAMP et alii, 1994).

Um problema encontrado no diagnóstico da PPS é a dificuldade de

isolamento do App, que depende de meios enriquecidos ou seletivos. A classificação

de App por testes microbiológicos e bioquímicos também pode apresentar resultados

de difícil interpretação durante a caracterização dos isolados. Segundo GRAM et alii

(1996) e SAVOYE et alii (2000) o teste de PCR aplicado diretamente em amostras

de biópsia de tonsila e de fluido de lavado broncoalveolar de suínos apresenta 2,5 a

3 vezes mais sensibilidade comparado ao isolamento convencional de App.

Page 115: Dissertação de Mestrado - Embrapa

77

Para o diagnóstico preciso da PPS se faz necessário o conhecimento dos

fatores de virulência envolvidos, uma vez que os testes podem ser dirigidos a estes

fatores ao invés de enfocar somente a identificação do sorotipo. Também é

necessário o desenvolvimento de métodos de diagnóstico rápidos, de fácil manuseio

apresentando alta sensibilidade e especificidade para a detecção do agente em

trabalhos de rotina no laboratório que visam monitoramento do rebanho.

Neste trabalho foram padronizados dois testes de PCR, um para genes

cpx (PCRcpx) e outro para genes sodC (PCRsodC) de A. pleuropneumoniae. Os

testes de PCRcpx e PCRsodC foram padronizados, utilizando amostras dos

sorotipos padrões de App assim como bactérias isoladas normalmente de suínos

para avaliar a especificidade dos primers. Os resultados de padronização

apresentados para PCRcpx foram similares aos descritos por LO et alii (1998) sendo

somente observado um produto de amplificação nas amostras classificadas como

App. Com exceção do sorotipo 4, todos os demais amplificaram um fragmento de

715 pb demonstrando assim a conservação desta região em A. pleuropneumoniae

com os primers utilizados. Foi observado que o DNA total de A. suis clivado com

HindIII e hibridização com a sonda PPcpx apresenta três bandas de hibridização

(Figura 7), indicando que existe similaridade entre os genes cpx de App com regiões

genômicas de A. suis. No entanto, nenhum produto de amplificação foi observado

por PCRcpx na amostra de A. suis utilizada na padronização do teste. Podemos,

portanto concluir que o A.suis apresenta genes similares aos genes cpx de App com

diferenças significantes nas regiões utilizadas para sintetizar os primers. Nossos

resultados indicaram que, mesmo em presença de outras bactérias encontradas no

trato respiratório dos suínos, o App pode ser identificado devida a alta especificidade

do teste. Resultado similar foi obtido por SAVOYE et alii (2000) com a utilização de

PCR para genes omlA de App.

A padronização da técnica de PCRsodC revelou amplificações para todos

os sorotipos de App (Figura 8A) além de outras espécies da família Pasteurellaceae

como A. suis e P. multocida (Figura 9A). Entretanto este PCR não foi padronizado

com o objetivo de ser utilizado na diferenciação da espécie App de outras bactérias

e sim para determinar a presença de genes sodC e avaliar o grau de importância

das SODs como fator de virulência. A amplificação de um fragmento a partir do DNA

de A.suis utilizando os primers para sodC confirma resultados anteriores que

demonstraram alta similaridade entre seqüências de DNA desta bactéria com

Page 116: Dissertação de Mestrado - Embrapa

78

seqüências de DNA de App. Os genes para toxinas de A. suis apresentam alta

similaridade com os genes de toxinas de A. pleuropneumoniae (BURROWS & LO,

1992; KAMP et alii, 1994; OSTAAIJEN et alii, 1997 e SCHALLER et alii, 1999).

Entretanto, até o momento não existem registros sobre o isolamento ou

caracterização de genes para superóxido dismutase em A. suis. Entretanto o gene

que codifica CuZnSOD de P. multocida já foi caracterizado (no de acesso X83124)

existindo similaridade dos genes sodC com App (dados não publicados).

O seqüenciamento dos fragmentos PPcpx (Figura 6) e PPMsod (Figura

12) indicaram que os fragmentos amplificados correspondem à seqüência de genes

cpxCB e sodC de A. pleuropneumoniae depositadas no GenBank. O

seqüenciamento do fragmento de PPMsod de A. suis apresentou 96% de

similaridade com a seqüência de App depositada no GenBank, indicando que o

A. suis deve possuir gene para superóxido dismutase e que este tem alta

similaridade com o gene sodC de A. pleuropneumoniae. A presença de genes para

superóxido dismutase em A. suis ainda não havia sido relatada. Os fragmentos

PPcpx e PPMsod foram também analisados frente à clivagem com enzimas de

restrição. Existem, em cada um dos fragmentos, sítios para enzimas de restrição que

caracterizam o produto amplificado (Figuras 3, 4 e 10). A clivagem dos produtos

amplificados demonstrou que estes correspondem à região dos genes cpx e sodC

do genoma.

A partir destes resultados podemos concluir que a técnica de PCR,

utilizada para os genes cpx, apresenta alta especificidade podendo ser aplicada na

caracterização da espécie em isolados de casos clínicos de PPS considerando que,

quando negativo, deve ser utilizado outro teste capaz de identificar o sorotipo 4.

Com o objetivo de caracterizar a região dos genes que codificam as proteínas

envolvidas no transporte de cápsula do sorotipo 4 realizamos hibridização do DNA

total com a sonda heteróloga PPcpx do sorotipo 5a. No entanto, não se observou

região de homologia demonstrando que o sorotipo 4 apresenta diferenças na

seqüência de nucleotídeos desta região gênica que não está localizada somente nas

regiões dos primers. Podemos, portanto, sugerir que o sorotipo 4 apresenta um

sistema alternativo de transporte de cápsula diferente dos outros sorotipos. No

entanto, não existem evidências mais conclusivas, até o momento, da presença de

outro sistema de transporte dos polissacarídeos capsulares para o sorotipo 4 ou

para a espécie App. A ausência de um produto de amplificação a partir do sorotipo 4

Page 117: Dissertação de Mestrado - Embrapa

79

deve ser considerada uma limitação do teste PCRcpx devendo ser buscada uma

solução através do projeto de primers que sejam capazes de identificar amostras

pertencentes a este sorotipo.

Os genes cpx utilizados como alvos de amplificação pelo PCRcpx são

espécie-específicos e responsáveis pelo transporte dos polissacarídeos capsulares,

os quais são codificados pelos genes cps que possivelmente determinam a

especificidade dos sorotipos de App (WARD & INZANA, 1997). Sendo assim, era

esperado que com exceção do sorotipo 4, todas as amostras sorotipificadas

apresentassem resultados de amplificação de acordo com os resultados de LO et alii

(1998). Neste estudo buscamos utilizar a técnica de PCR com primers cpx espécie-

específicos para validar o teste com amostras isoladas de lesões pulmonares de

animais com sintomas agudos de pleuropneumonia, podendo assim identificar

amostras patogênicas e para caracterizar amostras NAD-dependentes isoladas de

tonsilas de leitões assintomáticos oriundos de rebanhos com diferentes aspectos

clínicos.

Os resultados de validação do teste obtidos na caracterização dos

isolados de casos clínicos agudos de PPS, portanto isolados patogênicos,

apresentaram produto de amplificação em todos as amostras bacterianas, mesmo

naqueles onde a sorotipificação não foi possível. Assim sendo podemos concluir que

com excessão do sorotipo 4 o teste é 100% sensível em amostras capazes de

induzir a doença. Entretanto, quando o teste de PCRcpx foi aplicado em amostras

de A. pleuropneumoniae não sorotipificáveis caracterizadas por testes bioquímicos e

isoladas de tonsilas de animais oriundos de leitões com infecção subclínica

pertencentes aos grupos A, B e C, estas amostras foram de difícil caracterização

pelo teste. Todas as amostras de App sorotipificadas apresentaram fragmento de

amplificação correspondente aos genes cpx, porém os resultados dos isolados de

App não sorotipificáveis (NT) apresentaram variações significativas relativas à

amplificação do produto. Do total de 11 isolados NT dos grupos A, B e C apenas 02

isolados apresentaram resultados positivos para PCRcpx. Quando o teste foi

aplicado em isolados NAD-dependentes não App pertencentes aos mesmos grupos,

todas apresentaram resultados negativos, sendo possível diferenciar 100% das

amostras de A. pleuropneumoniae das amostras de A. minor, H. parasuis e outras

NAD-dependentes não App. Estes resultados indicam que a caracterização de

amostras patogênicas pode ser realizada de forma mais precisa, tanto através de

Page 118: Dissertação de Mestrado - Embrapa

80

técnicas bioquímicas ou pelo método de PCR, do que as amostras não patogênicas.

A caracterização prévia considerava que dos 57 isolados, obtidos de 8

rebanhos assintomáticos, 42 isolados eram NAD-dependentes não App, sendo que

a maioria (27 isolados) eram A. minor (KICH et alii, 2000) (Tabela 2). De acordo com

resultados obtidos por NICOLET (1986) e RAPP et alii (1985) o A. minor representa

20% da flora residente do trato respiratório dos suínos. BLACKALL et alii (1991)

descrevem o isolamento de A. minor de pulmão de suínos com e sem lesões ou

sintomas de PPS.

O papel do A. minor como patógeno não está muito claro, pois existem

poucos estudos até o momento, sendo importante à utilização de testes que facilitem

a sua diferenciação e caracterização. De acordo com BIBERSTEIN et alii (1977) e

M∅LLER & KILLIAN (1990) o A. minor apresenta semelhanças bioquímicas com o

App sendo porém negativo para o teste CAMP e não hemolítico. Os resultados

indicam que há uma diversidade muito grande de amostras NAD-dependentes

residentes na cavidade nasal e nas tonsilas dos suínos sem causar problemas ao

portador. Esta diversidade pode prejudicar o isolamento de App por cultivo

bacteriológico e as variações observadas nos testes bioquímicos têm dificultado a

caracterização do agente da PPS.

Ao analisarmos os resultados da caracterização bioquímica dos diferentes

isolados foi observado que App NT isolados de tonsilas dos rebanhos dos grupos A,

B e C, apresentaram variabilidade quanto a presença de hemólise observada em

hemácia de carneiro (Tabela 9). A ausência da atividade hemolítica em conjunto com

as variações nos testes bioquímicos podem ocasionar uma caracterização errônea

da espécie. Segundo NICOLET (1970) e KILLIAN (1976) a atividade hemolítica é

uma característica da espécie A. pleuropneumoniae e a intensidade varia de acordo

com a hemácia utilizada e o sorotipo da amostra. Ainda foram observadas nos testes

bioquímicos dos isolados das tonsilas de animais de rebanhos assintomáticos,

variações na reação de CAMP, ausência de hidrólise de α-galactosidase, lactose, D-

xilose e rafinose que dificultaram a caracterização (dados não mostrados). Resultados similares já foram relatados por KILLIAN et alii (1978); O`REILLY et alii

(1984); M∅LLER & KILLIAN (1990); GUTIERREZ et alii (1993); BLANCHARD et alii

(1993); PIFFER et alii (1997).

Uma amostra isolada do rebanho 20 (isolado 6983) caracterizada como

App NT também não apresentou produção de urease (Tabela 9). No Brasil foram

Page 119: Dissertação de Mestrado - Embrapa

81

isoladas amostras urease negativas do sorotipo 1 e 5 por PIFFER et alii (1997)

sendo também relatado por BLANCHARD et alii (1993).

O rebanho 20, pertencente ao grupo C (Tabela 9) classificado como

negativo para ELISA LPS-CL, foi o único que apresentou isolados App NT que após

análise dos resultados do PCRcpx podem ser consideradas pertencentes ao sorotipo

4. O sorotipo 4 apresenta o mesmo LPS do sorotipo 7 (NAKAI et alii, 1992) presente

no antígeno do ELISA utilizado para triagem do rebanho. No entanto, o teste de

ELISA não foi capaz de detectar a presença deste sorotipo. Portanto estes isolados

App NT devem apresentar diferenças na estrutura de LPS relativas ao sorotipo 4

padrão. Ainda segundo KUME et alii (1984 e 1986) e SIDIBÉ et alii (1993) o App

pode colonizar o trato respiratório sem induzir uma soroconversão, explicando assim

o resultado negativo de sorologia. SAITO et alii (1988) registraram o isolamento de

App sorotipo 4 da cavidade nasal de animais pertencentes a rebanhos com

diferentes aspectos clínicos no estado de São Paulo e Minas Gerais. No entanto,

não houve isolamento de amostras de App sorotipo 4 sorotipificáveis nos rebanhos

analisados (KICH et alii, 2000).

Todos os demais rebanhos apresentaram sorologia positiva (Tabela 2), e

isolamento de amostras de A. pleuropneumoniae não sorotipificáveis, sugerindo que

estes isolados podem apresentar epítopos comuns com o LPS-CL dos sorotipos

detectados pelo ELISA (1, 9 e 11; 3, 6 e 8; 4 e 7 segundo NAKAI et alii, 1992). Esta

hipótese precisa ser averiguada. Ainda, segundo LEVONEN et alii (1996), as

reações cruzadas no teste de ELISA podem ser devido à infecção por mais de um

sorotipo presente no rebanho.

No experimento com PCRcpx, a comparação dos resultados, obtidos dos

isolados App de rebanhos de animais assintomáticos com os isolados de animais

portadores de PPS, revelou grande diversidade. As bactérias isoladas de rebanhos

assintomáticos classificadas bioquimicamente como App eram NT e apresentaram

resultados negativos para genes cpx. Estes isolados de App NT devem apresentar

diferenças na estrutura capsular tornando-os menos virulentos do que os isolados de

casos clínicos, uma vez que a cápsula é determinante a virulência (Inzana et alii,

1988).

Com o objetivo de caracterizar a presença de cápsula nos isolados

analisados por PCRcpx e relacionar com a virulência dos mesmos, várias tentativas

de coloração para a visualização microscópica de cápsula foram realizadas, porém

Page 120: Dissertação de Mestrado - Embrapa

82

nenhuma foi conclusiva. Resultado similar foi observado por BOROWSKI (1992).

Segundo INZANA (1990) a presença de cápsula pode ser visualizada pela

iridiscência da colônia em meio claro. Assim, optamos para a realização desta

análise visual, ressaltando que não é um teste conclusivo, pois depende do

treinamento visual do observador, além de a cápsula não poder ser visualizada

quando presente em pequena quantidade. Do total de quarenta e dois isolados de

App analisados, entre eles 27 isolados de casos clínicos e 15 isolados dos rebanhos

A, B e C, todos apresentaram cápsula determinada pela observação da iridiscência

das colônias, inclusive os nove isolados que apresentaram teste de PCR negativo

para os genes cpx. Podemos supor que estes isolados devem possuir um sistema

de transporte diferente do operon cpxDCBA já caracterizado.

Todas as amostras de App, sorotipificáveis e não sorotipificáveis, isoladas

de casos clínicos apresentaram por PCRsodC amplificação correspondente (Tabela

8). No entanto, entre as quinze amostras de App isoladas de leitões assintomáticos

dos grupos A, B e C esta homogeneidade não ocorreu, apenas dois isolados App NT

(6986 e 6951) apresentaram resultados negativos para PCRsodC (Tabela 9). Porém,

ambos isolados apresentaram hemólise e presença de genes apxII (Collares, 2000)

e o isolado 6985 foi positivo ao teste CAMP enquanto que o 6951 foi negativo. Até o

momento, não há registro de amostra NAD-dependente, além de App, que

apresente hemólise e CAMP teste positivo em isolados de suínos. Entre as outras

quarenta e duas amostras NAD-dependentes não App isoladas de leitões

assintomáticos, sete apresentaram amplificação de um fragmento correspondente ao

gene sodC de App (Tabela 9), indicando que este PCR não é específico o suficiente

para ser utilizado na caracterização da espécie A. pleuropneumoniae. De acordo

com os resultados obtidos ocorreu isolamento de App (ST e NT) com resultado

positivo para PCRsodC em todos os grupos de animais, independente do isolado ser

de casos clínicos de PPS ou de rebanhos negativos. Estes resultados sugerem que

a presença de sodC pode não ser um forte determinante de virulência, não se

descartando a hipótese de que a CuZnSOD possa junto com outros fatores de

virulência como cápsula e toxinas Apx ser um fator agravante de patogenicidade.

Das cinco amostras (03 de App, 01 de A. minor e 01 de A.suis) que foram

analisadas quanto à presença de CuZnSOD todas apresentaram banda de atividade

em gel nativo (Figuras 13, 14, 15, 16 e 17). O isolado NT (6951) analisado para

presença de genes homólogos a cpx por hibridização apresentou PCRsodC

Page 121: Dissertação de Mestrado - Embrapa

83

negativo. No entanto demonstrou uma banda de atividade correspondente a

CuZnSOD, mas com perfil de migração diferente do perfil encontrado em App

(Figura 15). Nossos resultados indicam que CuZnSOD pode auxiliar no processo de

patogenicidade de App , mas não deve ser um fator essencial de virulência. Estudos

realizados por SCHEEHAN et alii (2000) comparando experimentalmente amostras

de App mutante e não mutante para sodC demonstraram que a amostra mutante

desenvolveu sinais clínicos de PPS e foi igualmente virulenta quando inoculada em

suínos.

Observamos ainda que as amostras de A. minor e de A. suis também

apresentam a presença de CuZnSOD (Figuras 16 e 17). Até o momento não há

registro da presença de SOD nestes organismos. A CuZnSOD de A. suis além de

apresentar alta similaridade quanto à região do DNA amplificada e seqüenciada,

também apresenta um perfil de migração em gel nativo similar a CuZnSOD de App.

A presença de MnSOD não foi observada em nenhuma das amostras

analisadas (Figuras 13, 14, 15, 16 e 17). Estes dados são contraditórios aos de

LANGFORD et alii (1996) e SCHEEHAN et alii (2000). Nosso cultivo foi aeróbico e

segundo HASSAN & FRIDOVICH (1977b e 1979) MnSOD, codificada pelo gene

sodA de E.coli, não é sintetizada anaerobicamente e é induzida por exposição ao O2

ou por O2−. Entretanto, NIEDERHOFFER et alii (1990) concluíram que nem O2 e

nem O2− estão envolvidos na regulação de sodA em E. coli e que a sua expressão

depende da natureza da fonte de carbono e o modo de crescimento, fermentativo ou

respiratório. MOODY & HASSAN (1984) demonstraram que a atividade de MnSOD

em E. coli foi aumentada quando foi fortemente diminuída a concentração de Fe no

meio de cultura. Com base nos resultados apresentados podemos concluir que a

superóxido dismutase ou a presença do gene sodC não deve ser considerada como

um fator relevante de virulência para App.

Todos os isolados de App NT de casos clínicos e de rebanhos

assintomáticos foram analisados por PCR (COLLARES, 2000) para verificar o perfil

de genes que codificam as toxinas e relacionar com um provável grupo de sorotipos.

Os isolados de casos clínicos apresentaram um perfil dos genes apxI, apxII ou

apxIII, que codificam as diferentes toxinas, similares aos sorotipos conhecidos de

App (Tabela 10). Portanto a impossibilidade de sorotipificar estes isolados sugere

que estes podem ter perdido a habilidade de reagir com o anti-soro ou fazem parte

de novos sorotipos que possuem o mesmo perfil de genes apx que alguns sorotipos

Page 122: Dissertação de Mestrado - Embrapa

84

padrões. Estes resultados indicam que estas amostras de App NT, por terem sido

isoladas de animais com sintomas clínicos de PPS, são patogênicas e, portanto

devem apresentar fatores de virulência similares aos já descritos para os sorotipos

padrões.

Dos nove isolados App NT oriundos dos rebanhos que apresentaram

resultados negativos para PCRcpx, três isolados pertencentes ao grupo C,

apresentaram amplificação para genes apxII e apxIII, indicando que podem fazer

parte do sorotipo 4. Os demais isolados App NT negativos por PCRcpx

apresentaram amplificações para os genes apxI, apxII ou ainda apxI e II. Estes

resultados indicam que com exceção de um isolado (6951) que apresentou genes

apxII, os demais devem ser App possuindo um sistema alternativo de transporte dos

polissacarídeos capsulares similar ao do sorotipo 4 (Tabela 10) ou sofreram

mutações ou deleções na região do DNA alvo para os primers cpx. GRAM et alii

(2000) encontraram isolados App NT de tonsilas que foram tipificados por PCR e

sugeriram que estes isolados NT podem constituir novos variantes dos sorotipos de

A. pleuropneumoniae. O isolamento de A. pleuropneumoniae NT já foi descrito por

MUSSER et alii (1987), HENNESSY et alii (1993); HAMPSON et alii (1993) e GRAM

et alii (2000). Segundo PAJU et alii (1998) as amostras NT representam uma

população de amostras que originalmente eram sorotipificáveis mas perderam a

habilidade de reagir com o anti-soro sorotipo específico. HAMPSON et alii (1993)

classificaram vinte e três isolados App NT como pertencentes a 7 grupos de acordo

com o perfil de bandas utilizando multilocus enzyme electrophoresis (MEE).

Considerando que um grande número de isolados App NT analisados

neste trabalho faziam parte de rebanhos com sintomas de casos clínicos de

pleuropneumonia, estudos mais detalhados sobre a patogenicidade e caracterização

destes isolados se fazem necessários. Com o objetivo de tentar uma caracterização

melhor dos isolados foi selecionado o isolado 6951 (Tabela 9) caracterizado como

App NT para os experimentos de hibridização. Assim como o DNA do sorotipo 4,

DNA total deste isolado não apresentou banda de hibridização com a sonda PPcpx

(Figura 7). Esta amostra apresentou resultados de difícil interpretação pois

apresentou genes apxII por PCR e foi hemolítica, características exclusivas de App

entre as NAD-dependentes. Estas observações indicam claramente que em certas

situações a definição quanto a que espécie estas amostras pertencem fica muito

difícil, necessitando de outras ferramentas para a correta caracterização.

Page 123: Dissertação de Mestrado - Embrapa

85

Nossos resultados sugerem que isolados de tonsilas de animais de

rebanhos subclinicamente infectados devem apresentar maior variabilidade genética

do que isolados de pulmão de animais com sinais clínicos de PPS. Esta observação

foi relatada por CHATELLIER et alii (1999) utilizando PFGE, RAPD e tipagem por

PCR para genes de toxinas em isolados de pulmão e de tonsilas de animais

subclinicamente infectados. Os autores encontraram 8 diferentes perfis de RAPD e 7

padrões de PFGE entre amostras pertencentes ao sorotipo 1 e para o sorotipo 5

todas as amostras apresentaram o mesmo perfil de RAPD mas encontraram 7

padrões de PFGE. Sugeriram ainda que um mesmo rebanho pode ser infectado por

cepas diferentes pertencentes ao mesmo sorotipo ou ainda, que os isolados

sofreram mutações ou deleções nas seqüências de DNA analisadas pelo PFGE e

RAPD.

GRAM et alii (2000) desenvolveram um sistema de tipificação através do

uso de PCR para genes apx em conjunto com genes omlA possibilitando a

identificação de 9 grupos de sorotipos, indicando que através de técnicas de biologia

molecular é possível identificar as diferenças existentes entre os isolados e

comparar com sorotipos padrões.

Nossos resultados sugerem que os isolados App NT oriundos de casos

clínicos podem pertencer a um dos sorotipos conhecidos, já que os perfis de toxinas

observados nos isolados App NT podem indicar a presença de todos os sorotipos,

ou de novos sorotipos , indicando uma limitação no uso do PCR para genes apx

para caracterizar sorotipos de App.

Os isolados 7024 e 7045 (Tabela 9) apresentaram resultados negativos

para PCRcpx, não apresentaram hemólise nem reação de CAMP, porém

apresentaram a presença de genes apxI e II (Tabela 10), que segundo FREY et alii

(1989) são responsáveis pela atividade hemolítica e atuam sinergísticamente com a

hemólise de S. aureus para produzir a reação de CAMP. Segundo FENWICK &

HENRY (1994) amostras de A. pleuropneumoniae quando subcultivadas em

laboratório várias vezes, podem perder a dependência ao fator V e a capacidade de

produzir hemólise pode aumentar ou diminuir substancialmente, explicando o fato

observado. Cinco amostras (6951, 6953, 6957, 6979, 6983 e 7047) apresentaram

hemólise, mas não apresentaram reação de CAMP e todas apresentaram a

presença de genes apxII ou apxII e III. Com exceção da amostra 6951, todas as

demais apresentaram genes sodC, indicando que as amostras devem ser App.

Page 124: Dissertação de Mestrado - Embrapa

86

Os resultados contraditórios encontrados para muitos dos isolados

indicam a necessidade do desenvolvimento de outros métodos de análise na

tentativa da caracterização destes isolados. Além de buscar outras técnicas que

possam ser utilizadas na tentativa de identificar amostras de App pertencentes ao

sorotipo 4 utilizando como alvo outros fatores de virulência.

Tabela 10: Caracterização de amostras NT.

PCR para

genes apxA

PCRcpx No. de

isolados I II III Sorotipo compatível* Rebanho

3 + + - 1, 5, 9 CC 11 - + + 2, 3, 6, 8 CC 1 - + - 7, 12 grupo A

cpx positivo

1 - + + 2, 3, 6, 8 grupo B

1 + - - 10 grupo A 1 - + - 7, 12 grupo A 2 + + - 1, 5, 9 grupo B 2 - + - 7, 12 grupo C

cpx negativo

3 - + + 2, 3, 4, 6, 8 grupo C

CC: amostras isoladas de animais de rebanhos apresentando sintomas clínicos de casos agudos de pleuropneumonia apresentados na Tabela 9. Grupos A, B e C são os mesmos apresentados na Tabela 9. *Perfil dos genes de toxinas para os sorotipos padrões.

Page 125: Dissertação de Mestrado - Embrapa

CAPÍTULO 6

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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