Approche combinatoire pour la caractérisation des souches de Bacillus cereus à l'origine d'infections chez l'Homme

Bacillus cereus is the second cause of foodborne outbreaks (FBO) in France since 2012. Several cases of local and systemic infections caused by B. cereus were also reported. By its ability to form biofilms and spores, B. cereus arises real problems in the food industry and public health by resisting to cleaning and disinfection procedures. It remains many questions about the toxicity differences observed among B. cereus strains, several are harmless to humans while others can cause death. But the food industry and hospitals need to know if a strain found in their environment is unsafe and requires intervention that can have an economic and human impact. Face to these challenges, my work was to collect and characterize 564 strains isolated from FBO and 56 strains isolated from patients following cases of non-gastrointestinal infections in order to compare them with environmental strains of B. cereus and identify what differentiates them to others.By a full analysis of epidemiological and clinical data of B. cereus strains and their molecular typing and characterization by a genetic model based on the detection of ten genes potentially involved in virulence, interest strains have been selected to deal with toxicity and transcriptomic in depth. This first part has also allowed increasing knowledge about FBO caused by B. cereus and also to highlight cross-contaminations occurred in several French hospitals leading to death.The in vitro toxicity studies performed on three eukaryotic cell models showed significant differences between toxicity levels of B. cereus strains that have caused infections and those no linked to infections. The differential trancriptomic study has allowed identifying a list of markers that could be used, after validation, for differentiating pathogenic strains from those considering as non-pathogenic. Following the transfer of knowledge and methods, these markers could be used by food safety laboratories and medical laboratories to be a decision aid in case of B. cereus contamination.Bacillus cereus est une bactérie connue pour être le deuxième agent responsable de Toxi-Infections Alimentaires Collectives (TIAC) en France depuis 2012. Plusieurs cas d'infections locales et systémiques à B. cereus ont également été signalés. Par sa capacité à former des biofilms et à sporuler, B. cereus pose de vrais problèmes en agroalimentaire et en santé publique en résistant aux procédures de nettoyage et désinfection. Il reste néanmoins beaucoup d’interrogations sur les différences de toxicité observées chez les souches de B. cereus, des souches étant inoffensives pour l’Homme alors que d’autres sont mortelles. Or, les industries agroalimentaires et les hôpitaux ont besoin de savoir si une souche retrouvée dans leur environnement présente un danger et nécessite une intervention qui pourra avoir des répercussions économiques et humaines. Pour répondre à ces enjeux, mon travail a consisté à collecter et caractériser 564 souches isolées dans le cadre de TIAC et 56 souches isolées suite à des cas d’infections non-gastro-intestinales dans le but de les comparer avec des souches environnementales de B. cereus non reliées à des infections et identifier ce qui les différencie.A la suite de l’analyse complète des données épidémiologiques et cliniques des souches de B. cereus ainsi que leur typage et leur caractérisation sur un modèle de caractérisation génétique basé sur la détection de dix gènes présumés impliqués dans la virulence, des souches d’intérêts ont été sélectionnées pour faire l’objet d’une étude approfondie de toxicité et de transcriptomique. Cette première partie du travail a également permis d’approfondir les connaissances portant sur les foyers de TIAC causés par B. cereus et aussi de mettre en évidence des cas de contaminations croisées survenues au sein de plusieurs hôpitaux français pouvant conduire au décès du patient.L’étude portant sur la toxicité in vitro des souches sur trois modèles cellulaire eucaryotes a montré des différences significatives entre des B. cereus qui ont causé des infections et ceux non reliés à des infections. L’étude de trancriptomique différentielle a permis d’identifier une liste de marqueurs qui pourraient être utilisés, après validation, pour différencier les souches pathogènes et environnementales considérées comme non pathogènes. À la suite d’un transfert de connaissance et de méthode, ces marqueurs pourront être utilisés par les laboratoires de terrain en agro-alimentaire et les laboratoires d’analyses médicales pour aider à la prise de décision en cas de contamination à B. cereus

Combinatory approach for the characterization of Bacillus cereus strains involved in human infections

Bacillus cereus est une bactérie connue pour être le deuxième agent responsable de Toxi-Infections Alimentaires Collectives (TIAC) en France depuis 2012. Plusieurs cas d'infections locales et systémiques à B. cereus ont également été signalés. Par sa capacité à former des biofilms et à sporuler, B. cereus pose de vrais problèmes en agroalimentaire et en santé publique en résistant aux procédures de nettoyage et désinfection. Il reste néanmoins beaucoup d’interrogations sur les différences de toxicité observées chez les souches de B. cereus, des souches étant inoffensives pour l’Homme alors que d’autres sont mortelles. Or, les industries agroalimentaires et les hôpitaux ont besoin de savoir si une souche retrouvée dans leur environnement présente un danger et nécessite une intervention qui pourra avoir des répercussions économiques et humaines. Pour répondre à ces enjeux, mon travail a consisté à collecter et caractériser 564 souches isolées dans le cadre de TIAC et 56 souches isolées suite à des cas d’infections non-gastro-intestinales dans le but de les comparer avec des souches environnementales de B. cereus non reliées à des infections et identifier ce qui les différencie.A la suite de l’analyse complète des données épidémiologiques et cliniques des souches de B. cereus ainsi que leur typage et leur caractérisation sur un modèle de caractérisation génétique basé sur la détection de dix gènes présumés impliqués dans la virulence, des souches d’intérêts ont été sélectionnées pour faire l’objet d’une étude approfondie de toxicité et de transcriptomique. Cette première partie du travail a également permis d’approfondir les connaissances portant sur les foyers de TIAC causés par B. cereus et aussi de mettre en évidence des cas de contaminations croisées survenues au sein de plusieurs hôpitaux français pouvant conduire au décès du patient.L’étude portant sur la toxicité in vitro des souches sur trois modèles cellulaire eucaryotes a montré des différences significatives entre des B. cereus qui ont causé des infections et ceux non reliés à des infections. L’étude de trancriptomique différentielle a permis d’identifier une liste de marqueurs qui pourraient être utilisés, après validation, pour différencier les souches pathogènes et environnementales considérées comme non pathogènes. À la suite d’un transfert de connaissance et de méthode, ces marqueurs pourront être utilisés par les laboratoires de terrain en agro-alimentaire et les laboratoires d’analyses médicales pour aider à la prise de décision en cas de contamination à B. cereus.Bacillus cereus is the second cause of foodborne outbreaks (FBO) in France since 2012. Several cases of local and systemic infections caused by B. cereus were also reported. By its ability to form biofilms and spores, B. cereus arises real problems in the food industry and public health by resisting to cleaning and disinfection procedures. It remains many questions about the toxicity differences observed among B. cereus strains, several are harmless to humans while others can cause death. But the food industry and hospitals need to know if a strain found in their environment is unsafe and requires intervention that can have an economic and human impact. Face to these challenges, my work was to collect and characterize 564 strains isolated from FBO and 56 strains isolated from patients following cases of non-gastrointestinal infections in order to compare them with environmental strains of B. cereus and identify what differentiates them to others.By a full analysis of epidemiological and clinical data of B. cereus strains and their molecular typing and characterization by a genetic model based on the detection of ten genes potentially involved in virulence, interest strains have been selected to deal with toxicity and transcriptomic in depth. This first part has also allowed increasing knowledge about FBO caused by B. cereus and also to highlight cross-contaminations occurred in several French hospitals leading to death.The in vitro toxicity studies performed on three eukaryotic cell models showed significant differences between toxicity levels of B. cereus strains that have caused infections and those no linked to infections. The differential trancriptomic study has allowed identifying a list of markers that could be used, after validation, for differentiating pathogenic strains from those considering as non-pathogenic. Following the transfer of knowledge and methods, these markers could be used by food safety laboratories and medical laboratories to be a decision aid in case of B. cereus contamination

The cytotoxic potential of Bacillus cereus strains of various origins

https://doi.org/10.1016/j.fm.2021.103759 B. cereus is a human pathogen associated with food poisoning leading to gastrointestinal disorders, as well as local and severe systemic infections. The pathogenic spectrum of B. cereus ranges from strains used as probiotics in humans to lethal highly toxic strains. In this study, we gathered a collection of 100 strains representative of the pathological diversity of B. cereus in humans, and characterized these strains for their cytotoxic potential towards human cells. We analyzed the correlation between cytotoxicity to epithelial and macrophage cells and the combination of 10 genes suspected to play a role during B. cereus virulence. We highlight genetic differences among isolates and studied correlations between genetic signature, cytotoxicity and strain pathological status. We hope that our findings will improve our understanding of the pathogenicity of B. cereus, thereby making it possible to improve both clinical diagnosis and food safety

Bacillus cereus-induced food-borne outbreaks in France, 2007 to 2014: epidemiology and genetic characterisation

The aim of this study was to identify and characterise Bacillus cereus from a unique national collection of 564 strains associated with 140 strong-evidence food-borne outbreaks (FBOs) occurring in France during 2007 to 2014. Starchy food and vegetables were the most frequent food vehicles identified; 747 of 911 human cases occurred in institutional catering contexts. Incubation period was significantly shorter for emetic strains compared with diarrhoeal strains A sub-panel of 149 strains strictly associated to 74 FBOs and selected on Coliphage M13-PCR pattern, was studied for detection of the genes encoding cereulide, diarrhoeic toxins (Nhe, Hbl, CytK1 and CytK2) and haemolysin (HlyII), as well as panC phylogenetic classification. This clustered the strains into 12 genetic signatures (GSs) highlighting the virulence potential of each strain. GS1 (nhe genes only) and GS2 (nhe, hbl and cytK2), were the most prevalent GS and may have a large impact on human health as they were present in 28% and 31% of FBOs, respectively. Our study provides a convenient molecular scheme for characterisation of B. cereus strains responsible for FBOs in order to improve the monitoring and investigation of B. cereus-induced FBOs, assess emerging clusters and diversity of strains

<i>Bacillus cereus</i>, a serious cause of nosocomial infections: Epidemiologic and genetic survey

<div><p><i>Bacillus cereus</i> is the 2^nd most frequent bacterial agent responsible for food-borne outbreaks in France and the 3^rd in Europe. In addition, local and systemic infections have been reported, mainly describing individual cases or single hospital setting. The real incidence of such infection is unknown and information on genetic and phenotypic characteristics of the incriminated strains is generally scarce. We performed an extensive study of <i>B</i>. <i>cereus</i> strains isolated from patients and hospital environments from nine hospitals during a 5-year study, giving an overview of the consequences, sources and pathogenic patterns of <i>B</i>. <i>cereus</i> clinical infections. We demonstrated the occurrence of several hospital-cross-contaminations. Identical <i>B</i>. <i>cereus</i> strains were recovered from different patients and hospital environments for up to 2 years. We also clearly revealed the occurrence of inter hospital contaminations by the same strain. These cases represent the first documented events of nosocomial epidemy by <i>B</i>. <i>cereus</i> responsible for intra and inter hospitals contaminations. Indeed, contamination of different patients with the same strain of <i>B</i>. <i>cereus</i> was so far never shown. In addition, we propose a scheme for the characterization of <i>B</i>. <i>cereus</i> based on biochemical properties and genetic identification and highlight that main genetic signatures may carry a high pathogenic potential. Moreover, the characterization of antibiotic resistance shows an acquired resistance phenotype for rifampicin. This may provide indication to adjust the antibiotic treatment and care of patients.</p></div

Correlation clusters of the quantitative variables characterizing each <i>B</i>. <i>cereus</i> strain isolated from patients.

<p>The percentages of variation explained by the principal components (PC1 and PC2) are indicated in brackets. The factors involved in PC1 (Dim1: age of patients and NHE indice) and PC2 (Dim2: HBL indice) are indicated in the variable factor map at the top right of the figure. The strains located inside a colored circle belong to the same cluster, as determined by the hierarchical cluster analysis performed after PCA. Each dot corresponds to a strain. The squares represent the representative value for the cluster.</p