A highly virulent clonal population of Aeromonas hydrophila (vAh) has been the cause of recent motile Aeromonas septicemia epizootic in channel catfish (Ictalurus punctatus) farms in the Southeastern United States. The pathology of the disease caused by vAh has not been studied well yet. Thus, our aim was to determine histopathological and ultrastructural changes in channel catfish following vAh challenge. To accomplish this, catfish fingerlings were challenged with vAh (strain ML09-119) by bath. Six fish per each time point were collected at 1, 3, 5, 6, 24, and 48 h for light microscopy, and six fish were collected at 48 h for transmission electron microscopy (TEM). The first pathological lesions were detected in the spleen and stomach at 1 h post-challenge (HPC) while intestine, gills, kidney, and liver lesions were observed at 24 and 48 HPC. Histopathological examination revealed degenerative changes, necrosis, extensive edema, and inflammation in internal organs. The TEM showed severe tissue destruction with multiple bacterial cells secreting outer membrane vesicles, especially in spleen and gills and far number in the stomach. Degenerated bacterial cells were observed in the intestinal lumen and the phagosomes of phagocytic kidney cells. We identified, for the first time, degranulate eosinophilic granular cells, and dendritic cells like (DC-like) cells in the necrotic intestinal epithelium. These findings suggest that vAh rapidly proliferated and spread through the catfish organs following bath challenge.

Tagging of bacteria with living colors and living light allows increasingly valuable new imaging and detection technologies to be accessible to researchers. In this study, we aimed to create stable broad host range expression vectors for tagging Gram-negative bacteria with fluorescence and bioluminescence. To accomplish this, a mutated form of promoterless green fluorescent protein (gfp) gene, gfpmut3a, from Aequorea victoria and promoterless bacterial luciferase genes, luxCDABE, from Photorhabdus luminescens were inserted into broad host range plasmid pBBR1MCS4. Expression of gfp and luxCDABE genes was driven by lacZ promoter. In addition, dual versions with both gfpmut3a and luxCDABE genes and inducible versions carrying lacIq gene were also constructed. These new broad host range vectors containing a stable broad host range origin of replication and mobility genes can be transferred to Gram-negative bacteria by either electroporation or conjugal mating and maintained stably. Availability of these expression vectors should be useful in developing new approaches to study a broad variety of Gram-negative bacteria, particularly for applications investigating host-pathogen interactions in vivo and in vitro.

Aeromonas veronii is a gram-negative species abundant in aquatic environments that causes disease in humans as well as terrestrial and aquatic animals. In the current study, 41 publicly available A. veronii genomes were compared to investigate distribution of putative virulence genes, global dissemination of pathotypes, and potential mechanisms of virulence. The complete genome of A. veronii strain ML09-123 from an outbreak of motile aeromonas septicemia in farm-raised catfish in the southeastern United States was included. Dissemination of A. veronii strain types was discovered in dispersed geographical locations. Isolate ML09-123 is highly similar to Chinese isolate TH0426, suggesting the two strains have a common origin and may represent a pathotype impacting aquaculture in both countries. Virulence of strain ML09-123 in catfish in a dose-dependent manner was confirmed experimentally. Subsystem category disposition showed the majority of genomes exhibit similar distribution of genomic elements. The type I secretion system (T1SS), type II secretion system (T2SS), type 4 pilus (T4P), and flagellum core elements are conserved in all A. veronii genomes, whereas the type III secretion system (T3SS), type V secretion system (T5SS), type VI secretion system (T6SS), and tight adherence (TAD) system demonstrate variable dispersal. Distribution of mobile elements is dependent on host and geographic origin, suggesting this species has undergone considerable genetic exchange. The data presented here lends insight into the genomic variation of A. veronii and identifies a pathotype impacting aquaculture globally.

Journal Article Genetic and virulence characterization of Flavobacterium columnare from channel catfish (Ictalurus punctatus) Get access E. Soto, E. Soto Thad Cochran National Warmwater Aquaculture Center, Stoneville, MS, USACollege of Veterinary Medicine, Mississippi State University, Mississippi State, MS, USA Search for other works by this author on: Oxford Academic Google Scholar M.J. Mauel, M.J. Mauel Thad Cochran National Warmwater Aquaculture Center, Stoneville, MS, USACollege of Veterinary Medicine, Mississippi State University, Mississippi State, MS, USA Search for other works by this author on: Oxford Academic Google Scholar A. Karsi, A. Karsi College of Veterinary Medicine, Mississippi State University, Mississippi State, MS, USA Search for other works by this author on: Oxford Academic Google Scholar M.L. Lawrence M.L. Lawrence College of Veterinary Medicine, Mississippi State University, Mississippi State, MS, USA Mark L. Lawrence, College of Veterinary Medicine, Mississippi State University, PO Box 6100, Mississippi State, MS 39762‐6100, USA. E‐mail: lawrence@cvm.msstate.edu Search for other works by this author on: Oxford Academic Google Scholar Journal of Applied Microbiology, Volume 104, Issue 5, 1 May 2008, Pages 1302–1310, https://doi.org/10.1111/j.1365-2672.2007.03632.x Published: 01 May 2008 Article history Received: 29 June 2007 Revision received: 01 September 2007 Accepted: 10 September 2007 Published: 01 May 2008

A virulent clonal population of Aeromonas hydrophila (VAh) is recognized as the etiological agent in outbreaks of motile aeromonas septicemia (MAS) in catfish aquaculture in the southeastern United States since 2009. Genomic subtraction revealed three outer membrane proteins present in VAh strain ML09-119 but not in low virulence reference A. hydrophila strains: major outer membrane protein OmpA1, TonB-dependent receptor (Tdr), and transferrin-binding protein A (TbpA). Here, the genes encoding ompA1, tdr, and tbpA were cloned from A. hydrophila ML09-119 and expressed in Escherichia coli. The purified recombinant OmpA1, Tdr, and TbpA proteins had estimated molecular weights of 37.26, 78.55, and 41.67 kDa, respectively. Catfish fingerlings vaccinated with OmpA1, Tdr, and TbpA emulsified with non-mineral oil adjuvant were protected against subsequent VAh strain ML09-119 infection with 98.59%, 95.59%, and 47.89% relative percent survival (RPS), respectively. Furthermore, the mean liver, spleen, and anterior kidney bacterial concentrations were significantly lower in catfish vaccinated with the OmpA1 and Tdr than the sham-vaccinated control group. ELISA demonstrated that catfish immunized with OmpA1, Tdr, and TbpA produce significant antibody response by 21 days post-immunization. Therefore, OmpA1 and Tdr proteins could be used as potential candidates for vaccine development against virulent A. hydrophila infection. However, TbpA protein failed to provide strong protection.

Edwardsiella ictaluri is a facultative intracellular bacterium that causes enteric septicemia of catfish (ESC). In this study, we aimed to develop bioluminescent E. ictaluri that can be monitored by noninvasive bioluminescence imaging (BLI). To accomplish this, the luxCDABE operon of Photorhabdus luminescens was cloned downstream of the lacZ promoter in the broad host range plasmid pBBR1MCS4. Edwardsiella ictaluri strain 93-146 transformed with the new plasmid, pAKlux1, was highly bioluminescent. pAKlux1 was stably maintained in E. ictaluri without any apparent effect on growth or native plasmid stability. To assess the usefulness of the bioluminescent strain in disease studies, catfish were infected with 93-146 pAKlux1 by intraperitoneal injection and by bath immersion, and in vivo bacterial dissemination was observed using BLI. This study demonstrated that bioluminescent E. ictaluri can be used for real-time monitoring of ESC in live fish, which should enable observation of pathogen attachment sites and tissue predilections.

Aeromonas veronii is a Gram-negative species ubiquitous in different aquatic environments and capable of causing a variety of diseases to a broad host range. Aeromonas species have the capability to carry and acquire antimicrobial resistance (AMR) elements, and currently multidrug resistant (MDR) Aeromonas isolates are commonly found across the world. A. veronii strain MS-17-88 is a MDR strain isolated from catfish in the southeastern United States. The present study was undertaken to uncover the mechanism of resistance in MDR A. veronii strain MS-17-88 through the detection of genomic features. To achieve this, genomic DNA was extracted, sequenced, and assembled. The A. veronii strain MS-17-88 genome comprised 5,178,226-bp with 58.6% G+C, and it encoded several AMR elements, including imiS, ampS, mcr-7.1, mcr-3, catB2, catB7, catB1, floR, vat(F), tet(34), tet(35), tet(E), dfrA3, and tetR. The phylogeny and resistance profile of a large collection of A. veronii strains, including MS-17-88, were evaluated. Phylogenetic analysis showed a close relationship between MS-17-88 and strain Ae5 isolated from fish in China and ARB3 strain isolated from pond water in Japan, indicating a common ancestor of these strains. Analysis of phage elements revealed 58 intact, 63 incomplete, and 15 questionable phage elements among the 53 A. veronii genomes. The average phage element number is 2.56 per genome, and strain MS-17-88 is one of two strains having the maximum number of identified prophage elements (6 elements each). The profile of resistance against various antibiotics across the 53 A. veronii genomes revealed presence of tet(34), mcr-7.1, mcr-3, and dfrA3 in all genomes (100%). By comparison, sul1 and sul2 were detected in 7.5% and 1.8% of A. veronii genomes. Nearly 77% of strains carried tet(E), and 7.5% of strains carried floR. This result suggested a low abundance and prevalence of sulfonamide and florfenicol resistance genes compared with tetracycline resistance among A. veronii strains. Overall, the present study provides insights into the resistance patterns among 53 A. veronii genomes, which can inform therapeutic options for fish affected by A. veronii.

Flavobacterium columnare is a Gram-negative fish pathogen causing columnaris disease in wild and cultured fish species. Although the pathogen is widespread in aquatic environments and fish worldwide, little is known about biology of F. columnare and mechanisms of columnaris disease pathogenesis. Previously we presented the complete genome sequence of F. columnare strain ATCC 49512. Here we present a comparison of the strain ATCC 49512 genome to four other Flavobacterium genomes. In this analysis, we identified predicted proteins whose functions indicate F. columnare is capable of denitrification, which would enable anaerobic growth in aquatic pond sediments. Anaerobic growth of F. columnare ATCC 49512 with nitrate supplementation was detected experimentally. F. columnare ATCC 49512 had a relatively high number of insertion sequences and genomic islands compared to the other Flavobacterium species, suggesting a larger degree of horizontal gene exchange and genome plasticity. A type VI subtype III secretion system was encoded in F. columnare along with F. johnsoniae and F. branchiophilum. RNA sequencing proved to be a valuable technique to improve annotation quality; 41 novel protein coding regions were identified, 16 of which had a non-traditional start site (TTG, GTG, and CTT). Candidate small noncoding RNAs were also identified. Our results improve our understanding of F. columnare ATCC 49512 biology, and our results support the use of RNA sequencing to improve annotation of bacterial genomes, particularly for type strains.

The route of entry of Edwardsiella ictaluri into its catfish host has been a subject of investigation since the pathogen was first discovered. There is evidence to support entry through the intestinal tract, the nares, and the gills. Here, we evaluated the role of skin abrasion through a series of experimental challenges using bioluminescent E. ictaluri carrying the plasmid pAKLux1. Our results show that E. ictaluri is able to colonize abrasion sites on catfish skin and that catfish with abrasions developed systematic infection faster. We also found that abrasions are associated with significantly increased mortalities following experimental immersion exposure. Finally, a protocol was developed during this study that allowed for immunohistochemical examination of the tissue layers underneath the abrasion sites, confirming the presence of E. ictaluri in subdermal tissues from abrasion sites. This study constitutes the first report on the role of channel catfish skin as a portal of entry for E. ictaluri and further illustrates how versatile this pathogen can be in its mechanisms of entry.

Edwardsiella ictaluri is a Gram-negative facultative intracellular pathogen causing enteric septicemia of channel catfish (ESC). The disease causes considerable economic losses in the commercial catfish industry in the United States. Although antibiotics are used as feed additive, vaccination is a better alternative for prevention of the disease. Here we report the development and characterization of novel live attenuated E. ictaluri mutants. To accomplish this, several tricarboxylic acid cycle (sdhC, mdh, and frdA) and one-carbon metabolism genes (gcvP and glyA) were deleted in wild type E. ictaluri strain 93-146 by allelic exchange. Following bioluminescence tagging of the E. ictaluri ΔsdhC, Δmdh, ΔfrdA, ΔgcvP, and ΔglyA mutants, their dissemination, attenuation, and vaccine efficacy were determined in catfish fingerlings by in vivo imaging technology. Immunogenicity of each mutant was also determined in catfish fingerlings. Results indicated that all of the E. ictaluri mutants were attenuated significantly in catfish compared to the parent strain as evidenced by 2,265-fold average reduction in bioluminescence signal from all the mutants at 144 h post-infection. Catfish immunized with the E. ictaluri ΔsdhC, Δmdh, ΔfrdA, and ΔglyA mutants had 100% relative percent survival (RPS), while E. ictaluri ΔgcvP vaccinated catfish had 31.23% RPS after re-challenge with the wild type E. ictaluri.