Development of molecular-based techniques for the detection, identification and quantification of food-borne pathogens

La presencia de microorganismos patógenos en alimentos es uno de los problemas esenciales en salud pública, y las enfermedades producidas por los mismos es una de las causas más importantes de enfermedad. Por tanto, la aplicación de controles microbiológicos dentro de los programas de aseguramiento de la calidad es una premisa para minimizar el riesgo de infección de los consumidores. Los métodos microbiológicos clásicos requieren, en general, el uso de pre-enriquecimientos no-selectivos, enriquecimientos selectivos, aislamiento en medios selectivos y la confirmación posterior usando pruebas basadas en la morfología, bioquímica y serología propias de cada uno de los microorganismos objeto de estudio. Por lo tanto, estos métodos son laboriosos, requieren un largo proceso para obtener resultados definitivos y, además, no siempre pueden realizarse. Para solucionar estos inconvenientes se han desarrollado diversas metodologías alternativas para la detección identificación y cuantificación de microorganismos patógenos de origen alimentario, entre las que destacan los métodos inmunológicos y moleculares. En esta última categoría, la técnica basada en la reacción en cadena de la polimerasa (PCR) se ha convertido en la técnica diagnóstica más popular en microbiología, y recientemente, la introducción de una mejora de ésta, la PCR a tiempo real, ha producido una segunda revolución en la metodología diagnóstica molecular, como pude observarse por el número creciente de publicaciones científicas y la aparición continua de nuevos kits comerciales. La PCR a tiempo real es una técnica altamente sensible -detección de hasta una molécula- que permite la cuantificación exacta de secuencias de ADN específicas de microorganismos patógenos de origen alimentario. Además, otras ventajas que favorecen su implantación potencial en laboratorios de análisis de alimentos son su rapidez, sencillez y el formato en tubo cerrado que puede evitar contaminaciones post-PCR y favorece la automatización y un alto rendimiento. En este trabajo se han desarrollado técnicas moleculares (PCR y NASBA) sensibles y fiables para la detección, identificación y cuantificación de bacterias patogénicas de origen alimentario (Listeria spp., Mycobacterium avium subsp. paratuberculosis y Salmonella spp.). En concreto, se han diseñado y optimizado métodos basados en la técnica de PCR a tiempo real para cada uno de estos agentes: L. monocytogenes, L. innocua, Listeria spp. M. avium subsp. paratuberculosis, y también se ha optimizado y evaluado en diferentes centros un método previamente desarrollado para Salmonella spp. Además, se ha diseñado y optimizado un método basado en la técnica NASBA para la detección específica de M. avium subsp. paratuberculosis. También se evaluó la aplicación potencial de la técnica NASBA para la detección específica de formas viables de este microorganismo. Todos los métodos presentaron una especificidad del 100 % con una sensibilidad adecuada para su aplicación potencial a muestras reales de alimentos. Además, se han desarrollado y evaluado procedimientos de preparación de las muestras en productos cárnicos, productos pesqueros, leche y agua. De esta manera se han desarrollado métodos basados en la PCR a tiempo real totalmente específicos y altamente sensibles para la determinación cuantitativa de L. monocytogenes en productos cárnicos y en salmón y productos derivados como el salmón ahumado y de M. avium subsp. paratuberculosis en muestras de agua y leche. Además este último método ha sido también aplicado para evaluar la presencia de este microorganismo en el intestino de pacientes con la enfermedad de Crohn's, a partir de biopsias obtenidas de colonoscopia de voluntarios afectados. En conclusión, este estudio presenta ensayos moleculares selectivos y sensibles para la detección de patógenos en alimentos (Listeria spp., Mycobacterium avium subsp. paratuberculosis) y para una rápida e inambigua identificación de Salmonella spp. La exactitud relativa de los ensayos ha sido excelente, si se comparan con los métodos microbiológicos de referencia y pueden serusados para la cuantificación de tanto ADN genómico como de suspensiones celulares. Por otro lado, la combinación con tratamientos de preamplificación ha resultado ser de gran eficiencia para el análisis de las bacterias objeto de estudio. Por tanto, pueden constituir una estrategia útil para la detección rápida y sensible de patógenos en alimentos y deberían ser una herramienta adicional al rango de herramientas diagnósticas disponibles para el estudio de patógenos de origen alimentario.

Mariner-like elements in Rhynchosciara americana (Sciaridae) genome: molecular and cytological aspects

Two mariner-like elements, Ramar1 and Ramar2, are described in the genome of Rhynchosciara americana, whose nucleotide consensus sequences were derived from multiple defective copies containing deletions, frame shifts and stop codons. Ramar1 contains several conserved amino acid blocks which were identified, including a specific D,D(34)D signature motif. Ramar2 is a defective mariner-like element, which contains a deletion overlapping in most of the internal region of the transposase ORF while its extremities remain intact. Predicted transposase sequences demonstrated that Ramar1 and Ramar2 phylogenetically present high identity to mariner-like elements of mauritiana subfamily. Southern blot analysis indicated that Ramar1 is widely represented in the genome of Rhynchosciara americana. In situ hybridizations showed Ramar1 localized in several chromosome regions, mainly in pericentromeric heterochromatin and their boundaries, while Ramar2 appeared as a single band in chromosome A.

Caracterização biológica e molecular da interação de Drechslera avenae (Eidam) Sharif com cultivares e linhagens de aveia (Avena sativa L.)

A helmintosporiose, incitada por Drechslera avenae (teleomorfo, Pyrenophora avenae), constitui fator limitante à produção e à qualidade do grão de aveia (Avena sativa L). A caracterização biológica e molecular da interação aveia - D. avenae pode contribuir para o manejo e a determinação de estratégias de controle da doença. Para a caracterização biológica, foram avaliadas trinta cultivares de aveia quanto à percentagem de área foliar com sintomas da doença e o tipo de lesão, inicialmente sob condições de inoculação artificial com três isolados do fungo e, após, no campo, sob condições naturais de infecção. Os resultados demonstraram haver interações significativas entre os genótipos da planta e isolados do patógeno. Classificaram-se como mais resistentes ao fungo OR 4, UFRGS 7, UFRGS 14, UFRGS 18 e UPF 19. Para a caracterização molecular da interação, cinco genótipos (CTC 5, ORLA 975, preta-comum, UFRGS 18 e UPF 17), não inoculados e inoculados com dois isolados do fungo, foram investigados para a análise de expressão diferencial de genes após 12, 24 e 72 horas após a inoculação. A partir do RNA total extraído das plantas submetidas aos tratamentos, realizaram-se a síntese de cDNA (RT-PCR), o isolamento de cDNAs expressados diferencialmente e a produção de sondas para a verificação de mRNAs induzidos, os quais foram hibridizados por meio de “Southern blot” e “Reverse Northern”. Foram observadas diferenças na expressão de genes, em nível de mRNA, entre plantas sadias e infectadas, tendo-se obtido sete fragmentos de cDNAs relacionados à interação com D. avenae, os quais foram comparados quanto a sua similaridade com seqüências depositadas no banco de dados do Genbank. Pela análise de “Reverse Northern”, pôde-se identificar um cDNA denominado E3-IFCO, relacionado com a resposta de defesa da planta.

Variabilidade molecular na região 3'UTR do gene do receptor da lipoproteína de baixa densidade - diversidade intra e intercontinental

As origens das populações e o processo de povoamento das Américas são questões bastante controversas e, por isso, têm sido amplamente estudadas. O gene LDLR (low density lipoprotein receptor), que está localizado no braço curto do cromossomo 19 (p13.1-p13.3) e possui 18 éxons, bem como uma porção 3’UTR onde ocorrem dois elementos Alu completos (chamados de U e D) e um parcial, foi escolhido para esclarecer esses e outros problemas de evolução e variação genética humana. O objetivo geral deste trabalho foi verificar o que esta região hipervariável, especificamente na sua porção U, nos indicaria sobre a história evolutiva das populações ameríndias. Para este trabalho foram analisadas amostras de DNA de indivíduos nativos da Mongólia (n=24), da Sibéria (n=26), das Américas do Norte (n=11), Central (n=26) e do Sul (n=16), totalizando 14 populações e 103 indivíduos. Essas amostras foram amplificadas pela técnica de PCR (polymerase chain reaction), utilizando-se primers específicos para o segmento hipervariável U e, posteriormente, foram elas seqüenciadas automaticamente. Quatorze sítios polimórficos foram encontrados, classificáveis em sete haplótipos, sendo que o sítio 3809 apresentou uma transversão de C para G não descrita na literatura. A estimativa geral de diversidade nucleotídica (π) foi de 0.62%, considerada alta para um marcador autossômico. Verificou-se uma certa uniformidade haplotípica entre a Ásia e a América, mas com a diferenciação maior ocorrendo entre a Mongólia e a América+Sibéria. Não foi detectada diferenciação significativa entre nativos sul e centro-americanos. De um modo geral, o estudo desse marcador confirmou uma provável origem asiática para as populações ameríndias e apoiou a hipótese de uma única onda de migração no processo de povoamento pré-histórico das Américas.

Um estudo clínico, bioquímico, histoquímico e genético-molecular de pacientes com doenças do DNA mitocondrial

Introdução: As doenças mitocondriais apresentam características heterogêneas devido à própria natureza e função da mitocôndria, que possui o seu próprio DNA (mtDNA). A disfunção mitocondrial pode afetar um único órgão ou ser uma doença multissistêmica, de manifestação na infância ou na vida adulta, podendo ter um padrão de herança materna ou mendeliana. O diagnóstico é complexo e requer uma investigação criteriosa, passo-a-passo, com atenção a história clínica, exames laboratoriais, neuroimagem e, muitas vezes, a biópsia muscular para análise histoquímica, bioquímica e genética. A análise molecular é fundamental na definição do diagnóstico e os protocolos propostos até o momento são, geralmente, direcionados para um grupo de pacientes com características clínicas homogêneas. Objetivos: os objetivos deste trabalho foram: a) propor um protocolo combinando dados clínicos e laboratoriais para indicar a melhor forma de investigação molecular de pacientes com suspeita clínica de doença do DNA mitocondrial, b) Comparar os achados clínicos e laboratoriais nos pacientes com e sem mutação no mtDNA, c) avaliar quais são os fatores clínicos preditivos de mutação no mtDNA que podem ser utilizados como sinalizadores para o médico decidir quando deve ser realizado um procedimento diagnóstico invasivo e de alto custo, c) estimar a proporção de mtDNA mutado, através da técnica PCR em tempo real em um grupo de pacientes com deleção, correlacionando com a idade de início dos sintomas e gravidade de manifestações clínicas, d) relatar achados de RNM com espectroscopia por emissão de prótons em pacientes com deleção no mtDNA. Pacientes, material e métodos: Foram selecionados, no ambulatório de doenças mitocondriais do HCPA, 43 pacientes com suspeita clínica de doença mitocondrial. Esse pacientes foram submetidos à análise, por etapas, de 5 mutações de ponto no mtDNA de leucócitos, de deleção no mtDNA de músculo e ao sequenciamento do tRNAleu e tRNAlys. Os pacientes com resultados positivos e negativos para mutações do mtDNA foram então comparados em relação às suas características clínicas e laboratoriais. Foram selecionados 11 pacientes para a determinação da percentagem relativa de deleção do mtDNA no tecido muscular e 3 pacientes para a descrição da RNM com espectroscopia. Resultados – Foram encontradas mutações no mtDNA em 17 pacientes (39.9%) distribuídas da seguinte forma: 4 pacientes com MELAS (A3243G), 1 paciente com síndrome de Leigh (T8993C) e 12 pacientes com deleções no mtDNA. As características significativamente mais freqüentes no grupo de pacientes com mutação no mtDNA comparados com os demais foram: miopatia (p=0,032), retinopatia pigmentar (p=0,007), oftalmoplegia e ptose (p=0,002), baixa estatura (p=0,04), hipotrofismo (p=0,033) e acidose lática (p=0,006). A quantificação do mtDNA pela técnica de PCR em tempo real foi realizada em 11 amostras de músculo de pacientes com deleção no mtDNA e com diferentes manifestações clínicas. Não houve correlação entre a percentagem relativa de deleção no mtDNA com os fenótipos clínicos (PEO, KSS e encefalomiopatia associado à doença multissistêmica), bem como com a idade de início das manifestações clínicas. A RNM com espectroscopia por emissão de prótons realizada em três pacientes com deleção no mtDNA associada a um quadro clínico não clássico mostrou achados distintos para cada paciente, sendo comum a todos as lesões cerebrais e a presença do pico invertido de lactato. Conclusões - A criteriosa seleção clínica e laboratorial se mostrou apropriada e o protocolo empregado se mostrou eficiente, uma vez que a mutação no mtDNA pode ser detectada em 17 dos 43 pacientes com suspeita de doença mitocondrial. Os pacientes positivos para deleção no mtDNA apresentaram algumas características clínicas preditivas para doença do mtDNA, o que pode ser importante na indicação de um procedimento invasivo (biópsia muscular) e de alto custo. A técnica e PCR em tempo real pode ser utilizado para quantificar a percentagem relativa de mtDNA deletado, porém para o diagnóstico das deleções, essa técnica deve ser realizada de forma complementar à técnica tradicional (Southern blot). O número amostral ainda é pequeno para correlacionar a quantidade relativa de mtDNA deletado com as síndromes mitocondriais clássicas e não clássicas. A RNM com espectroscopia por emissão de prótons, por possibilitar a detecção do lactato cerebral, parece ter utilidade na avaliação clínica de pacientes com suspeita clínica de doença mitocondrial, mesmo quando o quadro não é clássico.

Origin and molecular organization of supernumerary chromosomes of Prochilodus lineatus (Characiformes, Prochilodontidae) obtained by DNA probes

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Classical and molecular cytogenetic characterization of Agonostomus monticola, a primitive species of Mugilidae (Mugiliformes)

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Multiple nucleolus organizer regions in Leptodactylus mystacinus (Amphibia, Anura) and comments on its systematic position in the L fuscus group based on cytogenetic and molecular analyses

Specimens of Leptodactylus mystacinus from Brazil were karyotyped with conventional and differential staining. The 2n = 22 karyotype is similar to that found for the majority of the Leptodactylus, the karyotypic conservatism also confirmed by the similarity of the replication banding patterns with those previously described. L. mystacinus has a small amount of C-banded heterochromatin, located mainly at the centromeres, although telomeric or interstitial bands have also been noticed. With DA/CMA(3) some chromosome regions showed slightly bright fluorescence, and with DA/DAPI, no particular AT-rich repetitive region was observed. Silver staining showed an extensive inter- and intraindividual variation in the number and position of Ag-positive regions, in 1p, 4p, 8p, 8q, and 11p. Nevertheless, FISH using rDNA probes confirmed only the signals on the short arms of chromosomes 4 and 8 as true NORs. The remaining silver stained regions are probably due to the heterochromatin with some affinity to the Ag-staining. Phylogenetic analysis based on partial cytochrome b sequence revealed that L. mystacinus forms a basal branch, so that the presence of multiple NORs in pairs 4 and 8 in this species indicates an autapomorphy.

Molecular phylogeny and karyotype differentiation in Paratelmatobius and Scythrophrys (Anura, Leptodactylidae)

Paratelmatobius and Scythrophrys are leptodactylid frogs endemic to the Brazilian Atlantic forest and their close phylogenetic relationship was recently inferred in an analysis that included Paratelmatobius sp. and S. sawayae. To investigate the interspecific relationships among Paratelmatobius and Scythrophrys species, we analyzed a mitochondrial region (approximately 2.4 kb) that included the ribosomal genes 12S and 16S and the tRNAval in representatives of all known localities of these genera and in 54 other species. Maximum parsimony inferences were done using PAUP* and support for the clades was evaluated by bootstrapping. A cytogenetic analysis using Giemsa staining, C-banding and silver staining was also done for those populations of Paratelmatobius not included in previous cytogenetic studies of this genus in order to assess their karyotype differentiation. Our results suggested Paratelmatobius and Scythrophrys formed a clade strongly supported by bootstrapping, which corroborated their very close phylogenetic relationship. Among the Paratelmatobius species, two clades were identified and corroborated the groups P. mantiqueira and P. cardosoi previously proposed based on morphological characters. The karyotypes of Paratelmatobius sp. 2 and Paratelmatobius sp. 3 described here had diploid chromosome number 2n = 24 and showed many similarities with karyotypes of other Paratelmatobius representatives. The cytogenetic data and the phylogenetic analysis allowed the proposal/corroboration of several hypotheses for the karyotype differentiation within Paratelmatobius and Scythrophrys. Namely the telocentric pair No. 4 represented a synapomorphy of P. cardosoi and Paratelmatobius sp. 2, while chromosome pair No. 5 with interstitial C-bands could be interpreted as a synapomorphy of the P. cardosoi group. The NOR-bearing chromosome No. 10 in the karyotype of P. poecilogaster was considered homeologous to chromosome No. 10 in the karyotype of Scythrophrys sp., chromosome No. 9 in the karyotype of Paratelmatobius sp. 1, chromosome No. 8 in the karyotypes of Paratelmatobius sp. 2 and of Paratelmatobius sp. 3, and chromosome No. 7 in the karyotype of P. cardosoi. A hypothesis for the evolutionary divergence of these NOR-bearing chromosomes, which probably involved events like gain in heteochromatin, was proposed.

Molecular characterization and relatedness of Haematobia irritans (horn fly) populations, by RAPD-PCR

Haematobia irritans is a hematophagous parasite of cattle that causes significant economic losses in many parts of the world, including Brazil. In the present work, one American and four Brazilian populations of this species were studied by Random Amplified Polymorpht DNA (RAPD) to assess basically genetic variability within and between populations. Ten different decamer random primers were employed in the genomic DNA amplification, yielding 117 fragments in the five H.. irritans populations. In Drosophila prosaltans, used as an outgroup, 81 fragments were produced. Forty-three of these fragments were shared by both species. Among the H. irritans samples, that from Rio Branco (Acre State, Brazil) produced the smallest numbers of fragments and polymorphic bands. This high genetic homogenity may be ascribed to its geographic origin (in the Northwest of Brazil), which causes high isolation and low gene flow, unlike the other Brazilian populations, from the South Central region, in which cattle trade is very intensive. Marker fragments (exclusive bands) detected in every sample enabled the population origin to be characterized, but they are also potentially useful for further approaches such as the putative origin of Brazilian populations from North America. Similarity indices [Nei & Li, 1979, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 76: 5269-5273] and phylogenetic trees, rooted by using the outgroup and produced by the Phylogenetic Analysis using Parsimony (PAUP 4.0-Swofford, 2001) program showed the closest relationships between flies from Sao Jose do Rio Preto and Turiuba (both from São Paulo State, Brazil) while flies from the geographically distant Rio Branco showed the greatest differentiation relative to the others.

Molecular characterization and chromosomal localization of two families of satellite DNA in Prochilodus lineatus (Pisces, Prochilodontidae), a species with B chromosomes

Prochilodus lineatus, an abundant species in the Mogi-Guaçu river basin, represents a large part of the region's fishing potential. Karyotypic analyses based on classic cytogenetic techniques have revealed the presence of 54 metasubmetacentric type chromosomes, together with the occurrence of small supernumerary chromosomes with intra and interindividual variations. This paper describes the genomic organization of two families of satellite DNA in the P. lineatus genome. The chromosomal localization these two repetitive DNA families through fluorescence in situ hybridization (FISH) demonstrated that the SATH1 satellite DNA family, composed of approximately 900 bp, was located in the pericentromeric region of a group of chromosomes of the standard complement, as well as on all the B chromosomes. The SATH2 satellite family has a monomeric unit of 441 bp and was located in the pericentromeric regions of some chromosomes of the standard complement, but was absent in the B chromosomes. Double FISH analyses showed that these two families participate jointly in the pericentromeric organization of several chromosomes of this species. The data obtained in this study support the hypothesis that the B chromosomes derive from chromosomes of the standard complement, which are carriers of the SATH1 satellite DNA.

Levantamento de sarcofagídeos(Diptera) do Brasil incluindo a caracterização molecular de Peckia (Pattonella) intermutans (Walker)

Pós-graduação em Biologia Geral e Aplicada - IBB

Identificação molecular de peixes marinhos das regiões Sudeste e Sul do Brasil com ênfase no Estado de São Paulo

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Caracterização molecular da estrutura genética de populações e espécies camarões palemonídeos Macrobrachium do gênero Macrobrachium

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)