Affinity purification and characterization of 2,4-dichlorophenol hydroxylase from Pseudomonas cepacia

2,4-Dichlorophenol hydroxylase, a flavoprotein monooxygenase from Pseudomonas cepacia grown on 2,4-dichlorophenoxyacetic acid (2,4-D) as the sole source of carbon, was purified to homogeneity by a single-step affinity chromatography on 2,4-DCP-Sepharose CL-4B. The enzyme was eluted from the affinity matrix with the substrate 2,4-dichlorophenol. The enzyme has a molecular weight of 275,000 consisting of four identical subunits of molecular weight 69,000 and requires exogenous addition of FAD for its complete catalytic activity. The enzyme required an external electron donor NADPH for hydroxylation of 2,4-dichlorophenol to 3,5-dicholorocatechol. NADPH was preferred over NADH. The enzyme had Km value of 14 μImage for 2,4-dichlorophenol, and 100 μImage for NADPH. The enzyme activity was significantly inhibited by heavy metal ions like Hg2+ and Zn2+ and showed marked inhibition with thiol reagents. Trichlorophenols inhibited the enzyme competitively. The hydroxylase activity decreased as a function of increasing concentrations of Cibacron blue and Procion red dyes. The apoenzyme prepared showed complete loss of FAD when monitored spectrophotometrically and had no enzymatic activity. The inactive apoenzyme was reconstituted with exogenous FAD which completely restored the enzyme activity.

Purification of 3,5-Dichlorocatechol 1,2-Dioxygenase, a Nonheme Iron Dioxygenase and a Key Enzyme in the Biodegradation of a Herbicide, 2,4-Dichlorophenoxyacetic acid (2,4-D), from Pseudomonas cepacia CSV90

An enzyme which cleaves the benzene ring of 3,5-dichiorocatechol has been purified to homogeneity from Pseudomonas cepacia CSV90, grown with 2,4-dichlorophenoxyacetic acid (2,4-D) as the sole carbon source. The enzyme was a nonheme ferric dioxygenase and catalyzed the intradiol cleavage of all the examined catechol derivatives, 3,5-dichlorocatechol having the highest specificity constant of 7.3 μM−1 s−1 in an air-saturated buffer. No extradiol-cleaving activity was observed. Thus, the enzyme was designated as 3,5-dichlorocatechol 1,2-dioxygenase. The molecular weight of the native enzyme was ascertained to be 56,000 by light scattering method, while the Mr value of the enzyme denatured with 6 M guanidine-HCl or sodium dodecyl sulfate was 29,000 or 31,600, respectively, suggesting that the enzyme was a homodimer. The iron content was estimated to be 0.89 mol per mole of enzyme. The enzyme was deep red and exhibited a broad absorption spectrum with a maximum at around 425 nm, which was bleached by sodium dithionite, and shifted to 515 nm upon anaerobic 3,5-dichlorocatechol binding. The catalytic constant and the Km values for 3,5-dichlorocatechol and oxygen were 34.7 s−1 and 4.4 and 652 μM, respectively, at pH 8 and 25°C. Some heavy metal ions, chelating agents and sulfhydryl reagents inhibited the activity. The NH2-terminal sequence was determined up to 44 amino acid residues and compared with those of the other catechol dioxygenases previously reported.

Identification and characterization of a new plasmid carrying genes for degradation of 2,4-dichlorophenoxyacetate from Pseudomonas cepacia CSV90

Pseudomonas cepacia CSV90 is able to utilize 2,4-dichlorophenoxyacetate (2,4-D) and 2-methyl-4-chlorophenoxyacetate as sole sources of carbon and energy. Mutants of the strain CSV90 which had lost this ability appeared spontaneously on a nonselective medium. The wild-type strain harbored a 90-kb plasmid, pMAB1, whereas 2,4-D-negative mutants either lost the plasmid or had a 70-kb plasmid, pMAB2. The plasmid pMAB2 was found to have undergone a deletion Of a 20-kb fragment of pMAB1. The plasmid-free mutants regained the ability to degrade 2,4-D after introduction of purified pMAB1 by electroporation. Cloning in Escherichia coli of a 10-kb BamHI fragment from pMAB1, the region absent in pMAB2, resulted in the expression of the gene tfdC encoding 3,5-dichlorocatechol 1,2-dioxygenase. After subcloning, the tfdC gene was located in a 1.6-kb HindIII fragment. The nucleotide sequence of the tfdC gene and the restriction map of its contiguous region are identical to those of the well-characterized 2,4-D-degradative plasmid pJP4 of Alcaligenes eutrophus, whereas the overall restriction maps of the two plasmids are different. The N-terminal 44-amino-acid sequence of the enzyme purified from the strain CSV90 confirmed the reading frame in the DNA sequence for tfdC and indicated that the initiation codon GUG is read as methionine instead of valine.

Thermolabile ribonucleases from antarctic psychrotrophic bacteria: detection of the enzyme in various bacteria and purification from Pseudomonas fluorescens

Thirteen terrestrial psychrotrophic bacteria from Antarctica were screened for the presence of a thermolabile ribonuclease (RNAase-HL). The enzyme was detected in three isolates of Pseudomonas fluorescens and one isolate of Pseudomonas syringae. It was purified from one P. Fluorescens isolate and the molecular mass of the enzyme as determined by SDS-PAGE was 16 kDa. RNAase-HL exhibited optimum activity around 40 degrees C at pH 7.4. It could hydrolyse Escherichia coli RNA and the synthetic substrates poly(A), poly(C), poly(U) and poly(A-U). Unlike the crude RNAase from mesophilic P. Fluorescens and pure bovine pancreatic RNAase A which were active even at 65 degrees C, RNAase-HL was totally and irreversibly inactivated at 65 degrees C.

A pathway for biodegradation of 1-naphthoic acid by Pseudomonas maltophilia CSV89

Pseudomonas maltophilia CSV89, a bacterium isolated from soil in our laboratory, grows on 1-naphthoic acid as the sole source of carbon and energy. To elucidate the pathway for degradation of 1-naphthoic acid, the metabolites were isolated from spent medium, purified by TLC, and characterized by gas chromatography-mass spectrometry. The involvement of various metabolites as intermediates in the pathway was established by demonstrating relevant enzyme activities in cell-free extracts, oxygen uptake and transformation of metabolites by the whole cells. The results obtained from such studies suggest that the degradation of 1-naphthoic acid is initiated by double hydroxylation of the aromatic ring adjacent to the one bearing the carboxyl group, resulting in the formation of 1,2-dihydroxy-8-carboxynaphthalene. The resultant diol was oxidized via 3-formyl salicylate, 2-hydroxyisophthalate, salicylate and catechol to TCA cycle intermediates.

Production of biosurfactant “Biosur-Pm” by Pseudomonas maltophila CSV89: characterization and role in hydrocarbon uptake

Pseudomonas maltophilia CSV89, a soil bacterium, produces an extracellular biosurfactant, ''Biosur-Pm''. The partially purified product is nondialyzable and chemically composed of 50% protein and 12-15% sugar, which indicates the complex nature of Biosur-Pm. It reduces the surface tension of water from 73 to 53 x 10(-3) N m(-1) and has a critical micellar concentration of 80 mg/l. Compared to aliphatic hydrocarbons, Biosur-Pm shows good activity against aromatic hydrocarbons. The emulsion formed is stable and does not require any metal ions for emulsification. The kinetics of Biosur-Pm production suggest that its synthesis isa growth-associated and pH-dependent process. At pH 7.0, cells produced more Biosur-Pm with less cell surface hydrophobicity. At pH 8.0, however, the cells produced less Biosur-Pm with more cell surface hydrophobicity and showed a twofold higher affinity for aromatic hydrocarbons compared to the cells grown at pH 7.0. The Biosur-Pm showed a pH-dependent release, stimulated growth of the producer strain on mineral salts medium with 1-naphthoic acid when added externally, and facilitated the conversion of salicylate to catechol. All these results suggest that Biosur-Pm is probably a cell-wall component and helps in hydrocarbon assimilation/uptake.

Metallo beta lactamase producing Pseudomonas aeruginosa and Acinetobacter baumannii

This study aims in identifying MBLs particularly Zn requiring Molecular Class B enzymes produced by Pseudomonas aeruginosa and Acinetobacter baumannii. The resistance by these organisms are in a rise against all antibiotics including carbapenems and no prescribed CLSI guidelines is available for detecting them. Clinical isolates antibiotic susceptibility was determined by number of phenotypic tests by addition of 50mM of 10 mu l zinc as cofactor for metallo beta lactamase production along with 0.5M ETDA of 5 mu l (930 mu g per disk) plain disks. Increase in zone size of the meropenem -EDTA disk compared to the meropenem disk without EDTA was recorded positive. For Zn requiring MBLs zone towards both disks of EDTA and Zn along with meropenem is detected by DDST.

Chronic lung infection by Pseudomonas aeruginosa biofilm is cured by L-Methionine in combination with antibiotic therapy

Bacterial biofilms are associated with 80-90% of infections. Within the biofilm, bacteria are refractile to antibiotics, requiring concentrations >1,000 times the minimum inhibitory concentration. Proteins, carbohydrates and DNA are the major components of biofilm matrix. Pseudomonas aeruginosa (PA) biofilms, which are majorly associated with chronic lung infection, contain extracellular DNA (eDNA) as a major component. Herein, we report for the first time that L-Methionine (L-Met) at 0.5 mu M inhibits Pseudomonas aeruginosa (PA) biofilm formation and disassembles established PA biofilm by inducing DNase expression. Four DNase genes (sbcB, endA, eddB and recJ) were highly up-regulated upon L-Met treatment along with increased DNase activity in the culture supernatant. Since eDNA plays a major role in establishing and maintaining the PA biofilm, DNase activity is effective in disrupting the biofilm. Upon treatment with L-Met, the otherwise recalcitrant PA biofilm now shows susceptibility to ciprofloxacin. This was reflected in vivo, in the murine chronic PA lung infection model. Mice treated with L-Met responded better to antibiotic treatment, leading to enhanced survival as compared to mice treated with ciprofloxacin alone. These results clearly demonstrate that L-Met can be used along with antibiotic as an effective therapeutic against chronic PA biofilm infection.

Evaluación de enmiendas y microorganismos antagonistas para el manejo de pseudomonas solanacearum E.F. Smith en cultivo de tomate (Lycopersicon esculentum L.)

Se estudió el efecto de dos enmiendas y tres microorganismos como posibles factores supresívos y antagonistas respectivamente al agente causal de la marchitez bacteriana Pseudomonas solanacearum E.F.Srnlth. Los experimentos fueron conducidos en campo e invernadero en el Centro Agronómíco Tropical de Investigación y Enseñanza (CATIE), Turrialba, Costa Rica. Se establecieron en diseño de parcelas divididas con cuatro repeticiones en el campo y tres en el invernadero. Las parcelas principales se dispusieron en bloques completamente al azar. Se evaluaron tres tratamientos (compost comercial, cal dolomítica y un tratamiento sin enmiendas) en las parcelas principales y ocho tratamientos (Pseudomonas cepacia, Bacillus cereus y Glomus occultum solos y en combínación) en las subparcelas. Los tratamientos con enmiendas se asignaron a las parcelas principales, mientras que los tratamientos con antagonistas se asignaron a las subparcelas. Las variables evaluadas fueron incidencia y severidad de la enfermedad y área bajo la curva de progreso de la enfermedad (ABCPE). Se determinó el efecto de las enmiendas sobre las poblaciones de P. solanacearum en tres momentos. En el campo no hubo diferencias significativas en las varia~ bles evaluadas. Las poblaciones de P. solanocearum fueron reducidas significativamente en el suelo. En invernadero, las enmiendas redujeron significativamente la severidad de la enfermedad y el ABCPE. Los antagonistas no redujeron significativamente la incidencia y la severidad en el campo e invernadero.

Estudio de tres métodos para el diagnóstico de Pseudomonas solanacearum E. Smith en suelos cultivados con papa (Solanum tuberosum L.) en la I y VI regiones de Nicaragua

Para evaluar la eficiencia del método historial de campo el diagnóstico del grado de infección de suelos por Pseudimonas solanacearum se recolectaron 20 muestras de suelo en las regiones I y VI en Nicaragua. De cada región en base al historial de campo se colectaron tres hasta cuatro muestras de suelos con grados alto, medio y cero grado de infección por PS. Solanacearum respectivamente. La recolección de las muestras de suelos se realizaron en los meses de Mayo y en Octubre de 1989 efectuándose una recolección en época seca (Mayo) y otra época lluviosa (Octubre) sobre los mismos suelos. A los suelos colectados en época seca se les realizó conteo de colonias de PS. Solanacearum por método In vitro y con los colectados en época lluviosa además del conteo In Vitro se realizaron bioensayos con plantas de tomate, tabaco y berengena. Los resultados del análisis In Vitro sobre las muestras de suelos en platos Petri indicaron que todas las muestras de suelos colectados presentaron algún número de colonias de PS. Solanacearum por lo cual no existió ningún suelo libre de infestación según el historial de campo, 19 de los 20 suelos colectados en época lluviosa posibilitaron el desarrollo de síntomas de la enfermedad, resultando las plantas de berengena las más susceptibles en menor tiempo por el método del bioensayo. En suelos colectados en época seca el número de colonias fue mayor en relación al número de colonias encontradas en época lluviosa en los mismos suelos. Aunque no fue posible encontrar una correlación efectivo entre el diagnóstico del grado de infestación del suelo por el método del historial de . campo y los otros dos métodos de estudio, se observó algún grado de asociación entre el diagnóstico por el historial y conteo In Vitro para el caso de los suelos de la primera región cuando se trató de suelos catalogados como alto y medio grados de infestación, según el método historial ele campo únicamente.

Physiology of nitrate reduction in Pseudomonas aeruginosa. [Translation from: Z.allg.Mikrobiol. 13, 83-94, 1973.]

Pseudomonas aeruginosa has for some time been known as a denitrifier. Pseudomonas aeruginosa was chosen for further studies, because P. aeruginosa occurs abundantly in Plusssee and moreover there are contradictory assertions on the gas products of denitrification by this bacteria. In experimental research the pattern of growth and gas production of Pseudomonas aeruginosa on nutrient broth was studied.

Atividade pró-trombótica da toxina ExoU de Pseudomonas aeruginosa detectada em modelos experimentais in vivo e in vitro

Pseudomonas aeruginosa é um importante agente de pneumonia, particularmente em pacientes submetidos à ventilação mecânica, que pode evoluir para sepse, com elevadas taxas de letalidade. Na sepse, o processo inflamatório sistêmico exacerbado favorece o desequilíbrio entre as vias de coagulação e fibrinólise e a instalação de um estado pró-coagulante, com o aparecimento de trombose microvascular, coagulação intravascular disseminada e falência de múltiplos órgãos. Conhecendo a potente atividade pró-inflamatória da toxina ExoU produzida por P. aeruginosa, decorrente de sua atividade fosfolipásica A2, o objetivo desta tese foi investigar seu potencial de indução de alterações hemostáticas relacionadas à patogênese da sepse. Utilizando modelo de sepse em camundongos inoculados, por via intratraqueal, com suspensões de P. aeruginosa produtora de ExoU (PA103) ou de cepa com deleção do gene exoU, não produtora da toxina, foi mostrado que ExoU determinou maior gravidade da infecção, maior taxa de letalidade, leucopenia, trombocitose, hiperpermeabilidade vascular e transudação plasmática, evidenciadas, respectivamente, pela maior concentração de proteínas nos lavados broncoalveolares (LBAs) e acúmulo do corante Azul de Evans, previamente inoculado nos animais, por via endovenosa, no parênquima renal. ExoU favoreceu, também, a ativação plaquetária, confirmada pela maior concentração de plaquetas expressando P-selectina em sua superfície, maior número de micropartículas derivadas de plaquetas e maior concentração plasmática de tromboxano A2. A histopatologia dos pulmões e rins dos animais infectados com PA103 confirmou a formação de microtrombos, que não foram detectados nos animais controles ou infectados com a cepa mutante. Nos pulmões, a produção de ExoU determinou intensa resposta inflamatória com maior concentração de leucócitos totais e polimorfonucleados, interleucina-6 e fator de necrose tumoral-α nos LBAs. A análise imunohistoquímica mostrou intensa deposição de fibrina nos alvéolos e septos interalveolares. A atividade pró-coagulante dependente do fator tissular detectada nos LBAs dos camundongos infectados com PA103 foi independente da produção do inibidor da via de ativação do fator tissular (TFPI), mas associada ao aumento da produção do inibidor do ativador do plasminogênio-1 (PAI-1). Para investigar a participação do fator de ativação plaquetária (PAF) na liberação de PAI-1, foi pesquisada a atividade da enzima PAF-acetil-hidrolase (PAF-AH) nos LBAs dos camundongos. A atividade de PAF-AH apresentou-se significativamente elevada nos LBA dos camundongos infectados com PA103. O tratamento dos animais com um inibidor do PAF, antes da infecção, resultou na diminuição significativa das concentrações de PAI-1 e de leucócitos totais, bem como da atividade pró-coagulante dos LBAs. In vitro, ExoU induziu maior expressão do RNA mensageiro de PAI-1 e maior liberação da proteína PAI-1 nos sobrenadantes de células epiteliais respiratórias da linhagem A549. O tratamento das células A549 com um anticorpo anti-receptor de PAF, antes da infecção, reduziu significativamente a concentração de PAI-1 nos sobrenadantes de células infectadas com a cepa selvagem. Estes resultados demonstraram um novo mecanismo de virulência de P. aeruginosa através da atividade pró-trombótica de ExoU e a possibilidade de utilização da identificação de ExoU em isolados clínicos de pacientes graves como um marcador prognóstico para estes pacientes.

Efeito de ExoU na ativação de NF-κB e na secreção de IL-8 por células humanas infectadas por Pseudomonas aeruginosa

ExoU, uma citotoxina produzida pelo patógeno oportunista Pseudomonas aeruginosa e translocada para o citossol de células hospedeiras via sistema de secreção do tipo III, é associada à gravidade de infecções agudas. Estudos anteriores realizados em nosso laboratório relataram a potente atividade pró-inflamatória de ExoU, responsável por um intenso recrutamento de neutrófilos para o sítio de infecção. No presente trabalho, o efeito de ExoU na modulação da ativação do fator transcricional NF-κB e na regulação da expressão e da secreção da quimiocina para neutrófilos IL-8 foi avaliado em culturas de células epiteliais respiratórias e endoteliais humanas infectadas com a cepa PA103 de P. aeruginosa (produtora de ExoU) ou com a mutante deletada no gene exoU, PA103κexoU. Análises por RT-PCR semi-quantitativo mostraram que a infecção pela cepa produtora de ExoU levou ao aumento dos níveis de mRNA de IL-8, enquanto ensaios de alteração da mobilidade eletroforética (EMSA), supershift e com gene repórter mostraram que ExoU induziu a translocação nuclear do heterodímero transativador p65/p50 de NF-κB e a ativação da transcrição de genes dependente deste fator transcricional. Adicionalmente, o tratamento das culturas celulares com um inibidor de NF-κB antes da infecção bacteriana reduziu significativamente os níveis de mRNA de IL-8 e da secreção desta quimiocina. Em conjunto, estes resultados mostram que ExoU ativa NF-κB e, consequentemente, estimula a expressão e a secreção de IL-8 por células epiteliais respiratórias e células endoteliais infectadas com P. aeruginosa

Diagnóstico sorológico da infecção pulmonar por Pseudomonas aeruginosa em crianças com Fibrose Cística

A Fibrose Cística (FC) é uma doença letal, de caráter autossômico recessivo, que acomete populações de diferentes etnias. A doença caracteriza-se pelo comprometimento sistêmico das glândulas exócrinas e, na maioria dos pacientes, a doença pulmonar acaba tornando-se a patologia predominante. A infecção por P. aeruginosa é a principal causa de mortalidade dos pacientes com FC. O Sistema de Secreção Tipo III da bactéria é expresso na fase aguda da doença e é responsável por injetar proteínas citotóxicas no interior da célula eucariótica. Há um grande interesse em se investigar a resposta de anticorpos anti P. aeruginosa em pacientes com FC a fim de diagnosticar a colonização e ou infecção pulmonar antes da cultura, permitindo a antibioticoterapia preventiva, a fim de se evitar a infecção pulmonar crônica. Nesta tese, investigamos a resposta de anticorpos (IgG+IgM+IgA) contra as proteínas do SSTT de P. aeruginosa, através do Western-Blot. Participaram do estudo 51 pacientes com FC, de 1.1 a 16.8 anos acompanhados no Departamento de Pneumologia do Instituto Fernandes Figueira - FioCruz, durante um período aproximado de 2 anos. De cada paciente foram coletadas de 1 a 4 amostras de sangue, com intervalo médio de 6 meses entre as coletas. O grupo controle negativo consistiu de 28 indivíduos não fibrocísticos, de 2 a 17 anos, atendidos no Hospital Universitário Pedro Ernesto - HUPE UERJ. As proteínas do SSTT foram extraídas das cepas PAO1 e PAOΔExsA (regulador da expressão do SSTT) de P. aeruginosa. Controles positivos e negativos foram utilizados em todas as reações. Para a identificação das proteínas do SSTT na reação utilizou-se antisoro de camundongos imunizados com a proteína recombinante PcrV. Doze (75%) dos 16 pacientes fibrocísticos considerados não infectados por P. aeruginosa tiveram a primeira sorologia positiva para PopB e 15 (93,75%) para ExoS/ExoT, indicando a colonização ou infecção por P. aeruginosa. Aproximadamente 25% e 35,7% dos soros do grupo controle mostraram reatividade fraca com PopB ou ExoS/ExoT, respectivamente. O tempo decorrido entre a primeira sorologia positiva e o primeiro isolamento de P. aeruginosa nestes pacientes variou de 18 a 30 meses. Concluindo, é possível fazer o diagnóstico sorológico da infecção pulmonar por P. aeruginosa antes do isolamento da bactéria pela cultura.

Características microbiológicas e clínicas das infecções por Acinetobacter spp. e Pseudomonas aeruginosa em Unidade de Terapia Intensiva Cardíaca de um Hospital Universitário do Rio de Janeiro

As infecções em cirurgia cardíaca ainda apresentam um cenário importante nas infecções associadas à assistência a saúde (IAAS), favorecendo ao paciente à aquisição de infecções por micro-organimos multirreristentes. Este trabalho teve como objetivo avaliar o perfil de resistência a antimicrobianos, verificar a presença de genes que codificam as enzimas dos tipos oxacilinases e metalo-beta-lactamases e descrever as características demográficas e clínicas dos pacientes colonziados/infectados por Acinetobacter spp. e P.aeruginosa internados no Centro de Terapia Intensiva Cardíaca do HUPE no período de 2005 a 2010. A maioria das 46 amostras de Acinetobacter spp e das 35 de P.aeruginosa foram de origem respiratória seguido de sangue. A maioria das amostras de A. baumannii apresentou altos percentuais de resistência a: ceftazidina, cefepime, piperacilina-sulbactam, ciprofloxacin, ceftriaxona e CIM ≥32 μg/mL para os carbapenêmicos. Uma amostra foi resistente a Polimixina B. O gene blaOXA-23 foi detectado em 65% das amostras e uma amostra apresentou o gene blaOXA-24. Não foram detectados os genes blaOXA-58-like e blaOXA-143. Para P. aeruginosa os percentuais de resistência para todos os antimicrobianos foram inferiores a 32%. Quatro amostras apresentaram resistência intermediária a polimixina B e nenhum gene de resistência foi detectado. Os prontuários dos pacientes foram analisados a fim de associar as características clínicas com os processos infecciosos identificados e seu desfecho clínico. Na análise por tipo de micro-organismo associado ao processo infeccioso à idade acima de 70 anos, DM e uso da ventilação mecânica por tempo prolongado foi maior no grupo dos pacientes que apresentaram infecção por P.aeruginosa. O IAM, a ICC em internações anteriores e suas complicações (choque cardiogênico e arritmia) tiveram impacto na mortalidade na série de pacientes (p<0,05). A insuficiência renal entre todas as comorbidades foi à única que teve associação com a mortalidade (OR= 8,3). Não houve associação entre a mortalidade e o micro-organismo que causou a infecção (Acinetobacter spp. p=0,3 e P.aeruginosa p=0,2) ou a resistência a carbapenêmicos (p=0,5). Foram observados dois casos de mediastinte por Acinetobacter spp. e dois por P. aeruginosa sendo um achado inédito no Brasil até o momento.