Novel variants in growth differentiation factor 9 in mothers of dizygotic twins

Context: Genes from the ovarian bone morphogenetic signaling pathway (GDF9 and BMP15) are critical for normal human fertility. We previously identified a deletion mutation in GDF9 in sisters with spontaneous dizygotic (DZ) twins, but the prevalence of rare GDF9 variants in twinning families is unknown. Objective: The objective was to evaluate the frequency of rare variants in GDF9 in families with a history of DZ twinning. Design and Subjects: We recruited 3450 individuals from 915 DZ twinning families (1693 mothers of twins) and 1512 controls of Caucasian origin. One mother of DZ twins was selected from 279 of the 915 families, and a DNA sample was screened for rare variants in GDF9 using denaturant HPLC. Variants were confirmed by DNA sequencing and genotyped in the entire sample by matrix-assisted laser desorption ionization time of flight (MALDI-TOF) mass spectrometry. Results: We found two novel insertion/deletions (c.392-393insT, c.1268-1269delAA) and four missense alterations in the GDF9 sequence in mothers of twins. Two of the missense variants (c.307C > T, p.Pro103Ser and c.362C > T, p.Thr121Leu) were located in the proregion of GDF9 and two (c.1121C > T, p.Pro374Leu and c.1360C > T, p.Arg454Cys) in the mature protein region. For each variant, the frequencies were higher in cases compared with controls. The proportion of mothers of DZ twins carrying any variant (4.12%) was significantly higher (P < 0.0001) than the proportion of carriers in controls (2.29%). Conclusion: We describe new variants in the GDF9 gene that are significantly more common in mothers of DZ twins than controls, suggesting that rare GDF9 variants contribute to the likelihood of DZ twinning.

Structure-function relationship of new crotamine isoform from the Crotalus durissus cascavella

In this work we isolated a novel crotamine like protein from the Crotalus durissus cascavella venom by combination of molecular exclusion and analytical reverse phase HPLC. Its primary structure was:YKRCHKKGGHCFPKEKICLPPSSDLGKMDCRWKRK-CCKKGS GK. This protein showed a molecular mass of 4892.89 da that was determined by Matrix Assisted Laser Desorption Ionization Time-of-flight (MALDI-TOF) mass spectrometry. The approximately pI value of this protein was determined in 9.9 by two-dimensional electrophoresis. This crotamine-like protein isolated here and that named as Cro 2 produced skeletal muscle spasm and spastic paralysis in mice similarly to other crotamines like proteins. Cro 2 did not modify the insulin secretion at low glucose concentration (2.8 and 5.6 mM), but at high glucose concentration (16.7 mM) we observed an insulin secretion increasing of 2.7-3.0-fold than to control. The Na+ channel antagonist tetrodoxin (6 mM) decreased glucose and Cro 2-induced insulin secretion. These results suggested that Na+ channel are involved in the insulin secretion. In this article, we also purified some peptide fragment from the treatment of reduced and carboxymethylated Cro 2 (RC-Cro 2) with cyanogen bromide and protease V8 from Staphylococcus aureus. The isolated pancreatic beta-cells were then treated with peptides only at high glucose concentration (16.7 mM), in this condition only two peptides induced insulin secretion. The amino acid sequence homology analysis of the whole crotamine as well as the biologically-active peptide allowed determining the consensus region of the biologically-active crotamine responsible for insulin secretion was KGGHCFPKE and DCRWKWKCCKKGSG.

Polyphasic characterisation of Burkholderia cepacia complex species isolated from children with cystic fibrosis

Cystic fibrosis (CF) patients with Burkholderia cepacia complex (Bcc) pulmonary infections have high morbidity and mortality. The aim of this study was to compare different methods for identification of Bcc species isolated from paediatric CF patients. Oropharyngeal swabs from children with CF were used to obtain isolates of Bcc samples to evaluate six different tests for strain identification. Conventional (CPT) and automatised (APT) phenotypic tests, polymerase chain reaction (PCR)-recA, restriction fragment length polymorphism-recA, recA sequencing, and matrix-assisted laser desorption ionization-time of flight (MALDI-TOF) were applied. Bacterial isolates were also tested for antimicrobial susceptibility. PCR-recA analysis showed that 36 out of the 54 isolates were Bcc. Kappa index data indicated almost perfect agreement between CPT and APT, CPT and PCR-recA, and APT and PCR-recA to identify Bcc, and MALDI-TOF and recA sequencing to identify Bcc species. The recA sequencing data and the MALDI-TOF data agreed in 97.2% of the isolates. Based on recA sequencing, the most common species identified were Burkholderia cenocepacia IIIA (33.4%), Burkholderia vietnamiensis (30.6%), B. cenocepacia IIIB (27.8%), Burkholderia multivorans (5.5%), and B. cepacia (2.7%). MALDI-TOF proved to be a useful tool for identification of Bcc species obtained from CF patients, although it was not able to identify B. cenocepacia subtypes.

Advances in microbial diagnosis: using mass spectrometry for proteomics and genomics applications

Since the last two decades mass spectrometry (MS) has been applied to analyse the chemical cellular components of microorganisms, providing rapid and discriminatory proteomic profiles for their species identification and, in some cases, subtyping. The application of MS for the microbial diagnosis is currently well-established. The remarkable reproducibility and objectivity of this method is based on the measurement of constantly expressed and highly abundant proteins, mainly important conservative ribosomal proteins, which are used as markers to generate a cellular fingerprint. Mass spectrometry based on matrix-assisted laser desorption ionization-time of flight (MALDI- TOF) technique has been an important tool for the microbial diagnostic. However, some technical limitation concerning both MALDI-TOF and its used protocols for sample preparation have fostered the research of new mass spectrometry systems (e.g. LC MS/MS). LC MS/MS is able to generate online mass spectra of specific ions with further online sequencing of these ions, which include both specific proteins and DNA fragments. In this work a set of data for yeasts and filamentous fungi diagnostic obtained through an international collaboration project involving partners from Argentina, Brazil, Chile and Portugal will be presented and discussed.

A simple, robust and rapid approach to detect carbapenemases in Gram-negative isolates by MALDI-TOF mass spectrometry: validation with triple quadripole tandem mass spectrometry, microarray and PCR.

Carbapenemases should be accurately and rapidly detected, given their possible epidemiological spread and their impact on treatment options. Here, we developed a simple, easy and rapid matrix-assisted laser desorption ionization-time of flight (MALDI-TOF)-based assay to detect carbapenemases and compared this innovative test with four other diagnostic approaches on 47 clinical isolates. Tandem mass spectrometry (MS-MS) was also used to determine accurately the amount of antibiotic present in the supernatant after 1 h of incubation and both MALDI-TOF and MS-MS approaches exhibited a 100% sensitivity and a 100% specificity. By comparison, molecular genetic techniques (Check-MDR Carba PCR and Check-MDR CT103 microarray) showed a 90.5% sensitivity and a 100% specificity, as two strains of Aeromonas were not detected because their chromosomal carbapenemase is not targeted by probes used in both kits. Altogether, this innovative MALDI-TOF-based approach that uses a stable 10-μg disk of ertapenem was highly efficient in detecting carbapenemase, with a sensitivity higher than that of PCR and microarray.

Lipopeptides Produced by a Soil Bacillus Megaterium Strain

A soil microorganism identified as Bacillum megaterium was found to produce several antibiotics substances after growth for 20 h at 37A degrees C in a mineral culture medium. Analysis both by electron spray ionization (ESI) and matrix-assisted laser desorption ionization-time of flight (MALDI-TOF) mass spectrometry (MS) identified these substances as lipopeptides. Predominant peaks at m/z 1,041 and m/z 1,065 revealed ions which are compatible with surfactins and lichenysins, respectively. Two other ions m/z 1,057 and m/z 1,464 were further studied by collision-induced dissociation (CID) unveiling an iturin A at the first and fengycins A and B at the second m/z peaks. The CID spectrum of the m/z 1,464 ion also suggests the existence of fengycins A and B variants in which Ile was changed to Val in the position 10 of the peptide moiety. Raw mixtures of all these compounds were also assayed for antibiotic features. The data enlighten the unusual diversity of the lipopeptide mixture produced by a sole Bacillus species.

Conteúdo de peptídeos e avaliação morfofisiológica dos espermatozóides do epidídimo e ejaculado de bovinos

Objetivou-se com este estudo a identificação de alguns fatores protéicos envolvidos na qualidade funcional dos espermatozóides epididimais (SPZEP) e ejaculados (SPZEJ) de bovinos. Foram avaliadas as características morfofisiológicas e analisado o conteúdo peptídico destas estruturas de 11 animais mestiços Nelore, de 24 a 30 meses de idade. As avaliações morfofisiológicas foram motilidade progressiva (MOT, %), vigor, patologias espermáticas, integridade acrossômica e da cromatina. Foi observado que, os SPZEJ, na média, apresentaram MOT maior do que os SPZEP, 72,3 e 46,4%, respectivamente. Considerando as patologias espermáticas, taxas de defeitos maiores (DEFMAI), menores (DEFMEN) e totais (DEFTOT), houve diferença significativa entre as taxas dos DEFMEN e DEFTOT dos SPZEP e SPZEJ, sendo, em média, 91,1 e 8,5% e 95,4 e 11,8%, respectivamente. As taxas dos DEFMEN e DEFTOT dos SPZEP foram maiores em função da presença de espermatozóides com gotas citoplasmáticas distais. A análise das protéinas dos SPZEP e SPZEJ foi realizada por espectrometria de massa, método MALDI-TOF (matrix -assisted laser desorption/ionization - time of flight), e revelou presença de peptídeos de massa molecular variando de 1,1 a 26,3 kDa nos SPZEJ e de 1,1 a 11,6 kDa nos SPZEP. Foram identificados peptídeos de 10,6 e 13,4 kDa somente nos SPZEJ e de 6,8 kDa somente nos SPZEP. Foi observada relação do peptídeo de massa molecular de 7,4 kDa dos SPZEP e de 4,7 kDa dos SPZEJ, com a MOT Ê 80%, destas estruturas. Os resultados sugerem o envolvimento destes peptídeos nos processos funcionais das células espermáticas do epidídimo e ejaculado. O estudo utilizou o método MALDI/TOF para espectrômetro de massa, para identificar peptídeos em espermatozóides do epidídimo de bovinos, pela primeira vez no País.

Investigação de marcadores protéicos do carcinoma oral

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Identifizierung von T-Zell-erkannten Nierenzellkarzinom-Antigenen

Eine Voraussetzung für die Entwicklung neuer immunmodulatorischer Therapieverfahren ist die Kenntnis immunogener Tumorantigene, die von tumorreaktiven T-Zellen erkannt werden. In der vorliegenden Arbeit wurden tumorreaktive CD8+ zytotoxische T-Lymphozyten (CTL, cytotoxic T-lymphocytes) aus dem Blut eines HLA (human leukocyte antigen)-kompatiblen Fremdspenders generiert. Methodisch wurden hierzu CD8-selektionierte periphere Blutlymphozyten repetitiv mit der klarzelligen Nierenzellkarzinomlinie MZ1851-RCC (RCC, renal cell carcinoma) in einer allogenen gemischten Lymphozyten-Tumorzell Kultur (MLTC, mixed lymphocyte tumor cell culture) stimuliert. Aus den Responderlymphozyten wurden mit Hilfe des Grenzverdünnungsverfahrens klonale zytotoxische T-Zellen generiert und expandiert. Die CTL-Klone wurden anschließend phänotypisch mittels Durchflußzytometrie sowie funktionell mittels HLA-Antikörper-Blockadeexperimenten und Kreuzreaktivitätstests detailliert charakterisiert. Dabei konnte gezeigt werden, daß aus dem Blut eines allogenen gesunden Spenders CD8+ T-Zellen isoliert werden können, welche Reaktivität gegen Nierenzellkarzinome (NZK) aufweisen und über verschiedene HLA-Klasse-I-Allele restringiert sind. Die von den einzelnen CTL-Klonen erkannten Zielstrukturen zeigten entweder ubiquitäre (z.B. HLA-Cw*0704-reaktiver CTL-Klon E77) oder eine tumorspezifische (z.B. HLA-B*0702-restringierter CTL-Klon A4) Gewebeexpression. Zur Identifizierung der natürlich prozessierten Peptidliganden wurden die HLA-B/C-Allele unter Verwendung des monoklonalen Antikörpers B123.2 aus einem zuvor hergestellten Detergenslysat der Nierenzellkarzinomlinie MZ1851-RCC immunchromatographisch aufgereinigt. Aus den so isolierten HLA-Peptid-Komplexen wurden die tumorassoziierten Peptidliganden nach Säureeluation und Filtration abgespalten und über eine „reverse phase“-HPLC (high performance liquid chromatography) fraktioniert. Die Überprüfung der einzelnen HPLC-Fraktionen auf Bioaktivität erfolgte mit den korrespondierenden CTL-Klonen in 51Cr-Zytotoxizitätstests. Dabei wurde eine HPLC-Fraktion identifiziert, die die lytische Funktion des HLA-B*0702-restringierten CTL-Klons A4 auslösen konnte. Die bioaktive HPLC-Fraktion wurde dazu durch eine zweite (second dimension) Kapillar-Flüssigkeitschromatographie (Cap-LC, capillar liquid chromatography) in Subfraktionen geringerer Komplexität aufgetrennt und die darin enthaltenen Peptidepitope durch das MALDI-TOF/TOF (matrix assisted laser desorption/ionization- time of flight/time of flight)-Analyseverfahren sequenziert. Innerhalb dieser HPLC-Fraktion wurden eine Vielzahl von HLA-B/C-assoziierten Peptidliganden erfolgreich sequenziert, was die Effektivität dieser Verfahrenstechnik zur Identifizierung natürlich prozessierter HLA-Klasse-I-bindender Peptide unter Beweis stellt. Leider war es mit dieser Methode bisher nicht möglich, das von CTL-Klon A4 detektierte Peptidepitop zu sequenzieren. Dies liegt möglicherweise in der unzureichenden Konzentration des Peptidepitops in der bioaktiven HPLC-Fraktion begründet. In Folgearbeiten soll nun mit erhöhter Probenmenge beziehungsweise verbesserter Analytik der erneute Versuch unternommen werden, das Zielantigen des CTL-Klons A4 zu identifizieren. Die Kenntnis von Antigenen, die tumorspezifisch exprimiert und von CD8+ CTL aus gesunden Spendern erkannt werden, eröffnet neue therapeutische Möglichkeiten, das spezifische Immunsystem des Stammzellspenders nach allogener Blutstammzelltransplantation gezielt zur Steigerung von Tumorabstoßungsreaktionen (z.B. durch Vakzinierung oder adoptivem T-Zelltransfer) zu nutzen.

'Pergularain e I'--a plant cysteine protease with thrombin-like activity from Pergularia extensa latex

Pergularain e I, a cysteine protease with thrombin-like activity, was purified by ion exchange chromatography from the latex of Pergularia extensa. Its homogeneity was characterized by sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE), native PAGE and reverse-phase high-performance liquid chromatography (RP-HPLC). The molecular mass of pergularain e I by matrix-assisted laser desorption ionization-time of flight (MALDI-TOF) was found to be 23.356 kDa and the N-terminal sequence is L-P-H-D-V-E. Pergularain e I is a glycoprotein containing approximately 20% of carbohydrate. Pergularain e I constituted 6.7% of the total protein with a specific activity of 9.5 units/mg/min with a 2.11-fold increased purity. Proteolytic activity of the pergularain e I was completely inhibited by iodoacetic acid (IAA). Pergularain e I exhibited procoagulant activity with citrated plasma and fibrinogen similar to thrombin. Pergularain e I increases the absorbance of fibrinogen solution in concentration-dependent and time-dependent manner. At 10 microg concentration, an absorbance of 0.48 was reached within 10 min of incubation time. Similar absorbance was observed when 0.2 NIH units of thrombin were used. Thrombin-like activity of pergularain e I is because of the selective hydrolysis of A alpha and B beta chains of fibrinogen and gamma-chain was observed to be insusceptible to hydrolysis. Molecular masses of the two peptide fragments released from fibrinogen due to the hydrolysis by pergularain e I at 5-min incubation time were found to be 1537.21 and 1553.29 and were in close agreement with the molecular masses of 16 amino acid sequence of fibrinopeptide A and 14 amino acid sequence of fibrinopeptide B, respectively. Prolonged fibrinogen-pergularain e I incubation releases additional peptides and their sequence comparison of molecular masses of the released peptides suggested that pergularain e I hydrolyzes specifically after arginine residues.

Uruburuella testudinis sp. nov., isolated from tortoise (Testudo)

A polyphasic taxonomic analysis was carried out on 11 uncommon Gram-stain-negative, non-motile, catalase- and oxidase-positive, but indole-negative, bacterial strains isolated from tortoises. Phenotypically and genetically they represented a homogeneous group of organisms most closely related to, but distinct from, Uruburuella suis. In a reconstructed 16S rRNA gene tree they clustered on a monophyletic branch next to U. suis with gene similarities between strains of 99.5-100%, and of up to 98.2% with U. suis . DNA-DNA hybridization indicated the organisms represented a novel species with only 40% DNA-DNA similarity with U. suis . Partial sequencing of rpoB resulted in two subclusters confirming the 16S rRNA gene phylogeny; both genes allowed clear separation and identification of the novel species. Furthermore, they could be unambiguously identified by matrix-assisted laser desorption ionization time-of-flight MS, where, again, they formed a highly homogeneous cluster separate from U. suis and other members of the family Neisseriaceae . The major fatty acids were C(16 : 0) and summed feature C(16 : 1)ω7c/iso-C(15 : 0) 2-OH. The DNA G+C content was 54.4 mol%. Based on phenotypic and genetic data we propose classifying these organisms as representatives of a novel species named Uruburuella testudinis sp. nov. The type strain is 07_OD624(T) ( = DSM 26510(T) = CCUG 63373(T)).

Applicazione della spettrometria di massa MALDI-TOF in microbiologia clinica

Riassunto La spettrometria di massa (MS) nata negli anni ’70 trova oggi, grazie alla tecnologia Matrix-Assisted Laser Desorption Ionization-Time of Flight (MALDI-TOF), importanti applicazioni in diversi settori: biotecnologico (per la caratterizzazione ed il controllo di qualità di proteine ricombinanti ed altre macromolecole), medico–clinico (per la diagnosi di laboratorio di malattie e per lo sviluppo di nuovi trattamenti terapeutici mirati), alimentare ed ambientale. Negli ultimi anni, questa tecnologia è diventata un potente strumento anche per la diagnosi di laboratorio in microbiologia clinica, rivoluzionando il flusso di lavoro per una rapida identificazione di batteri e funghi, sostituendo l’identificazione fenotipica convenzionale basata su saggi biochimici. Attualmente mediante MALDI-TOF MS sono possibili due diversi approcci per la caratterizzazione dei microrganismi: (1) confronto degli spettri (“mass spectra”) con banche dati contenenti profili di riferimento (“database fingerprints”) e (2) “matching” di bio-marcatori con banche dati proteomiche (“proteome database”). Recentemente, la tecnologia MALDI-TOF, oltre alla sua applicazione classica nell’identificazione di microrganismi, è stata utilizzata per individuare, indirettamente, meccanismi di resistenza agli antibiotici. Primo scopo di questo studio è stato verificare e dimostrare l’efficacia identificativa della metodica MALDI-TOF MS mediante approccio di comparazione degli spettri di differenti microrganismi di interesse medico per i quali l’identificazione risultava impossibile a causa della completa assenza o presenza limitata, di spettri di riferimento all’interno della banca dati commerciale associata allo strumento. In particolare, tale scopo è stato raggiunto per i batteri appartenenti a spirochete del genere Borrelia e Leptospira, a miceti filamentosi (dermatofiti) e protozoi (Trichomonas vaginalis). Secondo scopo di questo studio è stato valutare il secondo approccio identificativo basato sulla ricerca di specifici marcatori per differenziare parassiti intestinali di interesse medico per i quali non è disponibile una banca dati commerciale di riferimento e la sua creazione risulterebbe particolarmente difficile e complessa, a causa della complessità del materiale biologico di partenza analizzato e del terreno di coltura nei quali questi protozoi sono isolati. Terzo ed ultimo scopo di questo studio è stata la valutazione dell’applicabilità della spettrometria di massa con tecnologia MALDI-TOF per lo studio delle resistenze batteriche ai carbapenemi. In particolare, è stato messo a punto un saggio di idrolisi dei carbapenemi rilevata mediante MALDI-TOF MS in grado di determinare indirettamente la produzione di carbapenemasi in Enterobacteriaceae. L’efficacia identificativa della metodica MALDI-TOF mediante l’approccio di comparazione degli spettri è stata dimostrata in primo luogo per batteri appartenenti al genere Borrelia. La banca dati commerciale dello strumento MALDI-TOF MS in uso presso il nostro laboratorio includeva solo 3 spettri di riferimento appartenenti alle specie B. burgdorferi ss, B. spielmani e B. garinii. L’implementazione del “database” con specie diverse da quelle già presenti ha permesso di colmare le lacune identificative dovute alla mancanza di spettri di riferimento di alcune tra le specie di Borrelia più diffuse in Europa (B. afzelii) e nel mondo (come ad esempio B. hermsii, e B. japonica). Inoltre l’implementazione con spettri derivanti da ceppi di riferimento di specie già presenti nel “database” ha ulteriormente migliorato l’efficacia identificativa del sistema. Come atteso, il ceppo di isolamento clinico di B. lusitaniae (specie non presente nel “database”) è stato identificato solo a livello di genere corroborando, grazie all’assenza di mis-identificazione, la robustezza della “nuova” banca dati. I risultati ottenuti analizzando i profili proteici di ceppi di Borrelia spp. di isolamento clinico, dopo integrazione del “database” commerciale, indicano che la tecnologia MALDI-TOF potrebbe essere utilizzata come rapida, economica ed affidabile alternativa ai metodi attualmente utilizzati per identificare ceppi appartenenti a questo genere. Analogamente, per il genere Leptospira dopo la creazione ex-novo della banca dati “home-made”, costruita con i 20 spettri derivati dai 20 ceppi di riferimento utilizzati, è stata ottenuta una corretta identificazione a livello di specie degli stessi ceppi ri-analizzati in un esperimento indipendente condotto in doppio cieco. Il dendrogramma costruito con i 20 MSP-Spectra implementati nella banca dati è formato da due rami principali: il primo formato dalla specie non patogena L. biflexa e dalla specie a patogenicità intermedia L. fainei ed il secondo che raggruppa insieme le specie patogene L. interrogans, L. kirschneri, L. noguchii e L. borgpetersenii. Il secondo gruppo è ulteriormente suddiviso in due rami, contenenti rispettivamente L. borgpetersenii in uno e L. interrogans, L. kirschneri e L. noguchii nell’altro. Quest’ultimo, a sua volta, è suddiviso in due rami ulteriori: il primo comprendente la sola specie L. noguchii, il secondo le specie L. interrogans e L. kirshneri non separabili tra loro. Inoltre, il dendrogramma costruito con gli MSP-Spectra dei ceppi appartenenti ai generi Borrelia e Leptospira acquisiti in questo studio, e appartenenti al genere Brachyspira (implementati in un lavoro precedentemente condotto) mostra tre gruppi principali separati tra loro, uno per ogni genere, escludendo possibili mis-identificazioni tra i 3 differenti generi di spirochete. Un’analisi più approfondita dei profili proteici ottenuti dall’analisi ha mostrato piccole differenze per ceppi della stessa specie probabilmente dovute ai diversi pattern proteici dei distinti sierotipi, come confermato dalla successiva analisi statistica, che ha evidenziato picchi sierotipo-specifici. È stato, infatti, possibile mediante la creazione di un modello statistico dedicato ottenere un “pattern” di picchi discriminanti in grado di differenziare a livello di sierotipo sia i ceppi di L. interrogans sia i ceppi di L. borgpetersenii saggiati, rispettivamente. Tuttavia, non possiamo concludere che i picchi discriminanti da noi riportati siano universalmente in grado di identificare il sierotipo dei ceppi di L. interrogans ed L. borgpetersenii; i picchi trovati, infatti, sono il risultato di un’analisi condotta su uno specifico pannello di sierotipi. È stato quindi dimostrato che attuando piccoli cambiamenti nei parametri standardizzati come l’utilizzo di un modello statistico e di un programma dedicato applicato nella routine diagnostica è possibile utilizzare la spettrometria di massa MALDI-TOF per una rapida ed economica identificazione anche a livello di sierotipo. Questo può significativamente migliorare gli approcci correntemente utilizzati per monitorare l’insorgenza di focolai epidemici e per la sorveglianza degli agenti patogeni. Analogamente a quanto dimostrato per Borrelia e Leptospira, l’implementazione della banca dati dello spettrometro di massa con spettri di riferimento di miceti filamentosi (dermatofiti) si è rilevata di particolare importanza non solo per l’identificazione di tutte le specie circolanti nella nostra area ma anche per l’identificazione di specie la cui frequenza nel nostro Paese è in aumento a causa dei flussi migratori dalla zone endemiche (M. audouinii, T. violaceum e T. sudanense). Inoltre, l’aggiornamento del “database” ha consentito di superare la mis-identificazione dei ceppi appartenenti al complesso T. mentagrophytes (T. interdigitale e T. mentagrophytes) con T. tonsurans, riscontrata prima dell’implementazione della banca dati commerciale. Il dendrogramma ottenuto dai 24 spettri implementati appartenenti a 13 specie di dermatofiti ha rivelato raggruppamenti che riflettono quelli costruiti su base filogenetica. Sulla base dei risultati ottenuti mediante sequenziamento della porzione della regione ITS del genoma fungino non è stato possibile distinguere T. interdigitale e T. mentagrophytes, conseguentemente anche gli spettri di queste due specie presentavano picchi dello stesso peso molecoalre. Da sottolineare che il dendrogramma costruito con i 12 profili proteici già inclusi nel database commerciale e con i 24 inseriti nel nuovo database non riproduce l’albero filogenetico per alcune specie del genere Tricophyton: gli spettri MSP già presenti nel database e quelli aggiunti delle specie T. interdigitale e T. mentagrophytes raggruppano separatamente. Questo potrebbe spiegare le mis-identificazioni di T. interdigitale e T. mentagrophytes con T. tonsurans ottenute prima dell’implementazione del database. L’efficacia del sistema identificativo MALDI-TOF è stata anche dimostrata per microrganismi diversi da batteri e funghi per i quali la metodica originale è stata sviluppata. Sebbene tale sistema identificativo sia stato applicato con successo a Trichomonas vaginalis è stato necessario apportare modifiche nei parametri standard previsti per l’identificazione di batteri e funghi. Le interferenze riscontrate tra i profili proteici ottenuti per i due terreni utilizzati per la coltura di questo protozoo e per i ceppi di T. vaginalis hanno, infatti, reso necessario l’utilizzo di nuovi parametri per la creazione degli spettri di riferimento (MSP-Spectra). L’importanza dello sviluppo del nuovo metodo risiede nel fatto che è possibile identificare sulla base del profilo proteico (e non sulla base di singoli marcatori) microorganismi cresciuti su terreni complessi che potrebbero presentare picchi nell'intervallo di peso molecolare utilizzato a scopo identificativo: metaboliti, pigmenti e nutrienti presenti nel terreno possono interferire con il processo di cristallizzazione e portare ad un basso punteggio identificativo. Per T. vaginalis, in particolare, la “sottrazione” di picchi dovuti a molecole riconducibili al terreno di crescita utilizzato, è stata ottenuta escludendo dall'identificazione l'intervallo di peso molecolare compreso tra 3-6 kDa, permettendo la corretta identificazione di ceppi di isolamento clinico sulla base del profilo proteico. Tuttavia, l’elevata concentrazione di parassita richiesta (105 trofozoiti/ml) per una corretta identificazione, difficilmente ottenibile in vivo, ha impedito l’identificazione di ceppi di T. vaginalis direttamente in campioni clinici. L’approccio identificativo mediante individuazione di specifici marcatori proteici (secondo approccio identificativo) è stato provato ed adottato in questo studio per l’identificazione e la differenziazione di ceppi di Entamoeba histolytica (ameba patogena) ed Entamoeba dispar (ameba non patogena), specie morfologiacamente identiche e distinguibili solo mediante saggi molecolari (PCR) aventi come bersaglio il DNA-18S, che codifica per l’RNA della subunità ribosomiale minore. Lo sviluppo di tale applicazione ha consentito di superare l’impossibilità della creazione di una banca dati dedicata, a causa della complessità del materiale fecale di partenza e del terreno di coltura impiagato per l’isolamento, e di identificare 5 picchi proteici in grado di differenziare E. histolytica da E. dispar. In particolare, l’analisi statistica ha mostrato 2 picchi specifici per E. histolytica e 3 picchi specifici per E. dispar. L’assenza dei 5 picchi discriminanti trovati per E. histolytica e E. dispar nei profili dei 3 differenti terreni di coltura utilizzati in questo studio (terreno axenico LYI-S-2 e terreno di Robinson con e senza E. coli) permettono di considerare questi picchi buoni marcatori in grado di differenziare le due specie. La corrispondenza dei picchi con il PM di due specifiche proteine di E. histolytica depositate in letteratura (Amoebapore A e un “unknown putative protein” di E. histolytica ceppo di riferimento HM-1:IMSS-A) conferma la specificità dei picchi di E. histolytica identificati mediante analisi MALDI-TOF MS. Lo stesso riscontro non è stato possibile per i picchi di E. dispar in quanto nessuna proteina del PM di interesse è presente in GenBank. Tuttavia, va ricordato che non tutte le proteine E. dispar sono state ad oggi caratterizzate e depositate in letteratura. I 5 marcatori hanno permesso di differenziare 12 dei 13 ceppi isolati da campioni di feci e cresciuti in terreno di Robinson confermando i risultati ottenuti mediante saggio di Real-Time PCR. Per un solo ceppo di isolamento clinico di E. histolytica l’identificazione, confermata mediante sequenziamento della porzione 18S-rDNA, non è stata ottenuta mediante sistema MALDI-TOF MS in quanto non sono stati trovati né i picchi corrispondenti a E. histolytica né i picchi corrispondenti a E. dispar. Per questo ceppo è possibile ipotizzare la presenza di mutazioni geno/fenotipiche a livello delle proteine individuate come marcatori specifici per E. histolytica. Per confermare questa ipotesi sarebbe necessario analizzare un numero maggiore di ceppi di isolamento clinico con analogo profilo proteico. L’analisi condotta a diversi tempi di incubazione del campione di feci positivo per E. histolytica ed E. dipar ha mostrato il ritrovamento dei 5 picchi discriminanti solo dopo 12 ore dall’inoculo del campione nel terreno iniziale di Robinson. Questo risultato suggerisce la possibile applicazione del sistema MALDI-TOF MS per identificare ceppi di isolamento clinico di E. histolytica ed E. dipar nonostante la presenza di materiale fecale che materialmente può disturbare e rendere difficile l’interpretazione dello spettro ottenuto mediante analisi MALDI-TOF MS. Infine in questo studio è stata valutata l’applicabilità della tecnologia MALDI-TOF MS come saggio fenotipico rapido per la determinazione di ceppi produttori di carbapenemasi, verificando l'avvenuta idrolisi del meropenem (carbapeneme di riferimento utilizzato in questo studio) a contatto con i ceppi di riferimento e ceppi di isolamento clinico potenzialmente produttori di carbapenemasi dopo la messa a punto di un protocollo analitico dedicato. Il saggio di idrolisi del meropenem mediante MALDI-TOF MS ha dimostrato la presenza o l’assenza indiretta di carbapenemasi nei 3 ceppi di riferimento e nei 1219 (1185 Enterobacteriaceae e 34 non-Enterobacteriaceae) ceppi di isolamento clinico inclusi nello studio. Nessuna interferenza è stata riscontrata per i ceppi di Enterobacteriaceae variamente resistenti ai tre carbapenemi ma risultati non produttori di carbapenemasi mediante i saggi fenotipici comunemente impiegati nella diagnostica routinaria di laboratorio: nessuna idrolisi del farmaco è stata infatti osservata al saggio di idrolisi mediante MALDI-TOF MS. In un solo caso (ceppo di K. pneumoniae N°1135) è stato ottenuto un profilo anomalo in quanto presenti sia i picchi del farmaco intatto che quelli del farmaco idrolizzato. Per questo ceppo resistente ai tre carbapenemi saggiati, negativo ai saggi fenotipici per la presenza di carbapenemasi, è stata dimostrata la presenza del gene blaKPC mediante Real-Time PCR. Per questo ceppo si può ipotizzare la presenza di mutazioni a carico del gene blaKPC che sebbene non interferiscano con il suo rilevamento mediante PCR (Real-Time PCR positiva), potrebbero condizionare l’attività della proteina prodotta (Saggio di Hodge modificato e Test di Sinergia negativi) riducendone la funzionalità come dimostrato, mediante analisi MALDI-TOF MS, dalla presenza dei picchi relativi sia all’idrolisi del farmaco sia dei picchi relativi al farmaco intatto. Questa ipotesi dovrebbe essere confermata mediante sequenziamento del gene blaKPC e successiva analisi strutturale della sequenza amminoacidica deducibile. L’utilizzo della tecnologia MALDI-TOF MS per la verifica dell’avvenuta idrolisi del maropenem è risultato un saggio fenotipico indiretto in grado di distinguere, al pari del test di Hodge modificato impiegato comunemente nella routine diagnostica in microbiologia, un ceppo produttore di carbapenemasi da un ceppo non produttore sia per scopi diagnostici che per la sorveglianza epidemiologica. L’impiego del MALDI-TOF MS ha mostrato, infatti, diversi vantaggi rispetto ai metodi convenzionali (Saggio di Hodge modificato e Test di Sinergia) impiegati nella routine diagnostica di laboratorio i quali richiedono personale esperto per l’interpretazione del risultato e lunghi tempi di esecuzione e di conseguenza di refertazione. La semplicità e la facilità richieste per la preparazione dei campioni e l’immediata acquisizione dei dati rendono questa tecnica un metodo accurato e rapido. Inoltre, il metodo risulta conveniente dal punto di vista economico, con un costo totale stimato di 1,00 euro per ceppo analizzato. Tutte queste considerazioni pongono questa metodologia in posizione centrale in ambito microbiologico anche nel caso del rilevamento di ceppi produttori di carbapenemasi. Indipendentemente dall’approccio identificativo utilizzato, comparato con i metodi convenzionali il MALDI-TOF MS conferisce in molti casi un guadagno in termini di tempo di lavoro tecnico (procedura pre-analititca per la preparazione dei campioni) e di tempo di ottenimento dei risultati (procedura analitica automatizzata). Questo risparmio di tempo si accentua quando sono analizzati in contemporanea un maggior numero di isolati. Inoltre, la semplicità e la facilità richieste per la preparazione dei campioni e l’immediata acquisizione dei dati rendono questo un metodo di identificazione accurato e rapido risultando più conveniente anche dal punto di vista economico, con un costo totale di 0,50 euro (materiale consumabile) per ceppo analizzato. I risultati ottenuti dimostrano che la spettrometria di massa MALDI-TOF sta diventando uno strumento importante in microbiologia clinica e sperimentale, data l’elevata efficacia identificativa, grazie alla disponibilità sia di nuove banche dati commerciali sia di aggiornamenti delle stesse da parte di diversi utenti, e la possibilità di rilevare con successo anche se in modo indiretto le antibiotico-resistenze.

Measurement of free drug and clinical end-point by high-performance liquid chromatography-mass spectrometry: Applications and implications for pharmacokinetic and pharmacodynamic studies

Free drug measurement and pharmacodymanic markers provide the opportunity for a better understanding of drug efficacy and toxicity. High-performance liquid chromatography (HPLC)-mass spectrometry (MS) is a powerful analytical technique that could facilitate the measurement of free drug and these markers. Currently, there are very few published methods for the determination of free drug concentrations by HPLC-MS. The development of atmospheric pressure ionisation sources, together with on-line microdialysis or on-line equilibrium dialysis and column switching techniques have reduced sample run times and increased assay efficiency. The availability of such methods will aid in drug development and the clinical use of certain drugs, including anti-convulsants, anti-arrhythmics, immunosuppressants, local anaesthetics, anti-fungals and protease inhibitors. The history of free drug measurement and an overview of the current HPLC-MS applications for these drugs are discussed. Immunosuppressant drugs are used as an example for the application of HPLC-MS in the measurement of drug pharmacodynamics. Potential biomarkers of immunosuppression that could be measured by HPLC-MS include purine nucleoside/nucleotides, drug-protein complexes and phosphorylated peptides. At the proteomic level, two-dimensional gel electrophoresis combined with matrix-assisted laser desorption/ionisation time-of-flight (TOF) MS is a powerful tool for identifying proteins involved in the response to inflammatory mediators. (C) 2003 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

Multi-­‐dimensional Protein Identification Technology

Before the rise of the Multidimentional Protein Identification Technology (MudPIT), protein and peptide mixtures were resolved using traditional proteomic technologies like the gel-­‐ based 2D chromatography that separates proteins by isoelectric point and molecular weight. This technique was tedious and limited, since the characterization of single proteins required isolation of protein gel spots, their subsequent proteolyzation and analysis using Matrix-­‐ assisted laser desorption/ionization-­‐time of flight (MALDI-­‐TOF) mass spectrometry.

IDENTIFICAÇÃO POLIFÁSICA DE GONGRONELLA SP. E DE RHIZOPUS SP. DEGRADADORES DO FUNGICIDA SISTÉMICO METALAXIL

A capacidade destes fungos degradarem compostos xenobióticos e recalcitrantes é uma característica biotecnologicamente importante tornando-os potencialmente úteis para processos de biorremediação. Gongronella sp. e Rhizopus sp. foram isolados do solo de vinhas da região do Alentejo, Portugal. Estes isolados mostraram elevada capacidade de degradarem o fungicida acilalanina metalaxil. No presente estudo, para a identificação polifásica de Gongronella sp. e Rhizopus sp., presuntivamente identificado como R. stolonifer, várias linhagens de referência da ordem Mucorales (Absidia, Circinella, Gongronella e Rhizopus) foram incluídas. A abordagem polifásica combinou a análise das macro- e micromorfologias, a análise da sequência inteira da região ITS ribossomal (i.e., ITS1/5.8S rDNA/ITS2) e ainda o uso da espectrometria de massas por Matrix Assisted Laser Desorption Ionization Time-of-Flight (MALDI-TOF).