PALI—a database of Phylogeny and ALIgnment of homologous protein structures

PALI (release 1.2) contains three-dimensional (3-D) structure-dependent sequence alignments as well as structure-based phylogenetic trees of homologous protein domains in various families. The data set of homologous protein structures has been derived by consulting the SCOP database (release 1.50) and the data set comprises 604 families of homologous proteins involving 2739 protein domain structures with each family made up of at least two members. Each member in a family has been structurally aligned with every other member in the same family (pairwise alignment) and all the members in the family are also aligned using simultaneous super­position (multiple alignment). The structural alignments are performed largely automatically, with manual interventions especially in the cases of distantly related proteins, using the program STAMP (version 4.2). Every family is also associated with two dendrograms, calculated using PHYLIP (version 3.5), one based on a structural dissimilarity metric defined for every pairwise alignment and the other based on similarity of topologically equivalent residues. These dendrograms enable easy comparison of sequence and structure-based relationships among the members in a family. Structure-based alignments with the details of structural and sequence similarities, superposed coordinate sets and dendrograms can be accessed conveniently using a web interface. The database can be queried for protein pairs with sequence or structural similarities falling within a specified range. Thus PALI forms a useful resource to help in analysing the relationship between sequence and structure variation at a given level of sequence similarity. PALI also contains over 653 ‘orphans’ (single member families). Using the web interface involving PSI_BLAST and PHYLIP it is possible to associate the sequence of a new protein with one of the families in PALI and generate a phylogenetic tree combining the query sequence and proteins of known 3-D structure. The database with the web interfaced search and dendrogram generation tools can be accessed at http://pa uling.mbu.iisc.ernet.in/~pali.

Phylogeny of genes for secretion NTPases: Identification of the widespread tadA subfamily and development of a diagnostic key for gene classification

Macromolecular transport systems in bacteria currently are classified by function and sequence comparisons into five basic types. In this classification system, type II and type IV secretion systems both possess members of a superfamily of genes for putative NTP hydrolase (NTPase) proteins that are strikingly similar in structure, function, and sequence. These include VirB11, TrbB, TraG, GspE, PilB, PilT, and ComG1. The predicted protein product of tadA, a recently discovered gene required for tenacious adherence of Actinobacillus actinomycetemcomitans, also has significant sequence similarity to members of this superfamily and to several unclassified and uncharacterized gene products of both Archaea and Bacteria. To understand the relationship of tadA and tadA-like genes to those encoding the putative NTPases of type II/IV secretion, we used a phylogenetic approach to obtain a genealogy of 148 NTPase genes and reconstruct a scenario of gene superfamily evolution. In this phylogeny, clear distinctions can be made between type II and type IV families and their constituent subfamilies. In addition, the subgroup containing tadA constitutes a novel and extremely widespread subfamily of the family encompassing all putative NTPases of type IV secretion systems. We report diagnostic amino acid residue positions for each major monophyletic family and subfamily in the phylogenetic tree, and we propose an easy method for precisely classifying and naming putative NTPase genes based on phylogeny. This molecular key-based method can be applied to other gene superfamilies and represents a valuable tool for genome analysis.

Monophyletic origin and unique dispersal patterns of domestic fowls.

With the aim of elucidating in greater detail the genealogical origin of the present domestic fowls of the world, we have determined mtDNA sequences of the D-loop regions for a total of 21 birds, of which 12 samples belong to red junglefowl (Gallus gallus) comprising three subspecies (six Gallus gallus gallus, three Gallus gallus spadiceus, and three Gallus gallus bankiva) and nine represent diverse domestic breeds (Gallus gallus domesticus). We also sequenced four green junglefowl (Gallus varius), two Lafayette's junglefowl (Gallus lafayettei), and one grey junglefowl (Gallus sonneratii). We then constructed a phylogenetic tree for these birds by the use of nucleotide sequences, choosing the Japanese quail (Coturnix coturnix japonica) as an outgroup. We found that a continental population of G. g. gallus was the real matriarchic origin of all the domestic poultries examined in this study. It is also of particular interest that there were no discernible differences among G. gallus subspecies; G. g. bankiva was a notable exception. This was because G. g. spadiceus and a continental population of G. g. gallus formed a single cluster in the phylogenetic tree. G. g. bankiva, on the other hand, was a distinct entity, thus deserving its subspecies status. It implies that a continental population of G. g. gallus sufficed as the monophyletic ancestor of all domestic breeds. We also discussed a possible significance of the initial dispersal pattern of the present domestic fowls, using the phylogenetic tree.

Population dynamics of flaviviruses revealed by molecular phylogenies.

The phylogeny of 123 complete envelope gene sequences was reconstructed in order to understand the evolution of tick- and mosquito-borne flaviviruses. An analysis of phylogenetic tree structure reveals a continual and asymmetric branching process in the tick-borne flaviviruses, compared with an explosive radiation in the last 200 years in viruses transmitted by mosquitoes. The distinction between these two viral groups probably reflects differences in modes of dispersal, propagation, and changes in the size of host populations. The most serious implication of this work is that growing human populations are being exposed to an expanding range of increasingly diverse viral strains.

Evidence that two present-day components needed for the genetic code appeared after nucleated cells separated from eubacteria.

The trinucleotide/amino acid relationships of the present-day genetic code are established by the amino-acylation reactions of tRNA synthetases, whereby each of 20 specific amino acids is attached to its cognate tRNAs, which bear anticodon trinucleotides. Because of its universality, the appearance of the modern genetic code is thought to predate the separation of prokaryotic and eukaryotic organisms in the universal phylogenetic tree. In the light of new sequence information, we present here a phylogenetic analysis that shows an unusual picture for tyrosyl- and tryptophanyl-tRNA synthetases. Ij particular, the eukaryotic tyrosyl- and tryptophanyl-tRNA synthetases are more related to each other than to their respective prokaryotic counterparts. In contrast, each of the other 18 eukaryotic synthetases is more related to its prokaryotic counterpart than to any eukaryotic synthetase specific for a different amino acid. Our results raise the possibility that present day tyrosyl- and tryptophanyl-tRNA synthetases appeared after the separation of nucleated cells from eubacteria. The results have implications for the development of the genetic code.

Nucleotide sequence of the cDNA encoding the proenzyme of phenol oxidase A1 of Drosophila melanogaster.

Clones encoding pro-phenol oxidase [pro-PO; zymogen of phenol oxidase (monophenol, L-dopa:oxygen oxidoreductase, EC 1.14.18.1)] A1 were isolated from a lambda gt10 library that originated from Drosophila melanogaster strain Oregon-R male adults. The 2294 bp of the cDNA included a 13-bp 5'-noncoding region, a 2070-bp encoding open reading frame of 690 amino acids, and a 211-bp 3'-noncoding region. A hydrophobic NH2-terminal sequence for a signal peptide is absent in the protein. Furthermore, there are six potential N-glycosylation sites in the sequence, but no amino sugar was detected in the purified protein by amino acid analysis, indicating the lack of an N-linked sugar chain. The potential copper-binding sites, amino acids 200-248 and 359-414, are highly homologous to the corresponding sites of hemocyanin of the tarantula Eurypelma californicum, the horseshoe crab Limulus polyphemus, and the spiny lobster Panulirus interruptus. On the basis of the phylogenetic tree constructed by the neighbor-joining method, vertebrate tyrosinases and molluscan hemocyanins constitute one family, whereas pro-POs and arthropod hemocyanins group with another family. It seems, therefore, likely that pro-PO originates from a common ancestor with arthropod hemocyanins, independently to the vertebrate and microbial tyrosinases.

Documentation of reticulate evolution in peonies (Paeonia) using internal transcribed spacer sequences of nuclear ribosomal DNA: implications for biogeography and concerted evolution.

The internal transcribed spacers (ITS) of nuclear ribosomal DNA of 33 species of genus Paeonia (Paeoniaceae) were sequenced. In section Paeonia, different patterns of nucleotide additivity were detected in 14 diploid and tetraploid species at sites that are variable in the other 12 species of the section, suggesting that reticulate evolution has occurred. Phylogenetic relationships of species that do not show additivity, and thus ostensibly were not derived through hybridization, were reconstructed by parsimony analysis. The taxa presumably derived through reticulate evolution were then added to the phylogenetic tree according to additivity from putative parents. The study provides an example of successfully using ITS sequences to reconstruct reticulate evolution in plants and further demonstrates that the sequence data could be highly informative and accurate for detecting hybridization. Maintenance of parental sequences in the species of hybrid origin is likely due to slowing of concerted evolution caused by the long generation time of peonies. The partial and uneven homogenization of parental sequences displayed in nine species of putative hybrid origin may have resulted from gradients of gene conversion. The documented hybridizations may have occurred since the Pleistocene glaciations. The species of hybrid origin and their putative parents are now distantly allopatric. Reconstruction of reticulate evolution with sequence data, therefore, provides gene records for distributional histories of some of the parental species.

Evidence from molecular systematics for decreased avian diversification in the pleistocene Epoch.

Pleistocene glaciations have been suggested as major events influencing speciation rates in vertebrates. Avian paleontological studies suggest that most extant species evolved in the Pleistocene Epoch and that species' durations decreased through the Pleistocene because of heightened speciation rates. Molecular systematic studies provide another data base for testing these predictions. In particular, rates of diversification can be determined from molecular phylogenetic trees. For example, an increasing rate of speciation (but constant extinction) requires shorter intervals between successive speciation events on a phylogenetic tree. Examination of the cumulative distribution of reconstructed speciation events in mtDNA phylogenies of 11 avian genera, however, reveals longer intervals between successive speciation events as the present time is approached, suggesting a decrease in net diversification rate through the Pleistocene Epoch. Thus, molecular systematic studies do not indicate a pulse of Pleistocene diversification in passerine birds but suggest, instead, that diversification rates were lower in the Pleistocene than for the preceding period. Documented habitat shifts likely led to the decreased rate of diversification, although from molecular evidence we cannot discern whether speciation rates decreased or extinction rates increased.

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.

Avaliação de fatores virológicos associados ao desenvolvimento de carcinoma hepatocelular (CHC) em pacientes com hepatite B crônica

O objetivo principal deste estudo foi avaliar fatores virais associados com a evolução para o carcinoma hepatocelular (CHC) em pacientes com hepatite B crônica. Para tanto caracterizamos os subgenótipos do HBV, investigamos a ocorrência de mutações nos genes pré-core/core do HBV associadas à presença de CHC avaliamos por análise filogenética a associação de linhagens virais com a ocorrência de CHC e por fim a associação de outros fatores de risco com o desenvolvimento de CHC. Foram incluídos 119 amostras de soro de pacientes com infecção crônica pelo HBV, destas amostras 60 pertencem ao grupo 1 (CHC), que são pacientes com diagnóstico confirmado de carcinoma hepatocelular e 59 amostras pertencem ao grupo 2 (sem CHC) que são pacientes com hepatite crônica sem detecção prévia de nódulos hepáticos. Foram obtidas informações acerca da idade, sexo e naturalidade. Além disso, os pacientes responderam a um questionário sobre fatores de riscos associados ao desenvolvimento de CHC. Foram realizados exames bioquímicos, sorológicos, determinação da carga viral, e amplificação por nested PCR e sequenciamento das regiões S/polimerase e pré-core/core do genoma viral para posterior caracterização dos genótipos/subgenótipos do HBV e pesquisa de mutações associadas com evolução da doença hepática. Em relação à idade e sexo não houve grande variação entre os grupos. Quanto à naturalidade a maioria era procedente da região sudeste, seguido pela região nordeste; e por fim seis pacientes eram procedentes de outros países. Com base no sobrenome dos pacientes avaliou-se também a frequência de etnia oriental na casuística estudada, que foi similar nos 2 grupos. O perfil sorológico HBeAg negativo foi o mais frequente nos dois grupos de pacientes, assim como níveis de carga viral abaixo de 2.000 UI/mL. Em relação aos exames bioquímicos foram observadas diferenças estatisticamente significantes nos níveis séricos de AFP (p= 0,0013), FA (p= 0,0003) e GGT (p= 0,005). Dentre os fatores de risco analisados neste estudo, o consumo de amendoim foi o único que apresentou significância estatística (p= 0,003). A região S/pol foi amplificada e sequenciada com sucesso em 58 amostras (28 do grupo 1 e 30 do grupo 2). Entre as 58 amostras analisadas 4 genótipos e 8 subgenótipos do HBV foram identificados, sendo o subgenótipo A1 o mais frequente nos dois grupos. Não se observou diferença estatisticamente significante na distribuição dos subgenótipos entre os dois grupos de pacientes. Na topologia da árvore filogenética construída com sequências do HBV isoladas dos pacientes incluídos neste estudo e sequências disponíveis no GenBank não se observou padrões de agrupamento associados com o perfil clinico do paciente (com e sem CHC). Foram obtidas sequências de boa qualidade da região précore/ core em 44 amostras, sendo 20 amostras do grupo 1 e 24 do grupo 2. Diversas das mutações investigadas foram identificadas na região précore/ core, as quais foram avaliadas estatisticamente para verificar a existência de diferença na frequência das mesmas entre os grupos de pacientes estudados. Entre as mutações identificadas se destacaram com significância estatística as seguintes mutações: T1768A (p= 0,006), a combinação das mutações C1766T + T1768A (p= 0,043) e G1888H (p= 0,05). Na análise de regressão logística simples foi possível identificar que a chance de um paciente do grupo 2 desenvolver CHC aumenta 14,7 vezes na presença de infecção por cepas do HBV com a mutação T1768A, enquanto que a infecção com cepas do HBV que albergam a mutação G1888H reduz tal chance 2,5 vezes

Beta diversity at multiple hierarchical levels: explaining the high diversity of scarab beetles in tropical montane forests

Aim: High gamma diversity in tropical montane forests may be ascribed to high geographical turnover of community composition, resulting from population isolation that leads to speciation. We studied the evolutionary processes responsible for diversity and turnover in assemblages of tropical scarab beetles (Scarabaeidae) by assessing DNA sequence variation at multiple hierarchical levels. Location: A 300-km transect across six montane forests (900–1100 m) in Costa Rica. Methods: Assemblages of Scarabaeidae (subfamilies Dynastinae, Rutelinae, Melolonthinae) including 118 morphospecies and > 500 individuals were sequenced for the cox1 gene to establish species limits with a mixed Yule–coalescent method. A species-level phylogenetic tree was constructed from cox1 and rrnL genes. Total diversity and turnover among assemblages were then assessed at three hierarchical levels: haplotypes, species and higher clades. Results: DNA-based analyses showed high turnover among communities at all hierarchical levels. Turnover was highest at the haplotype level (community similarity 0.02–0.12) and decreased with each step of the hierarchy (species: 0.21–0.46; clades: 0.41–0.43). Both compositional and phylogenetic similarities of communities were geographically structured, but turnover was not correlated with distance among forests. When three major clades were investigated separately, communities of Dynastinae showed consistently higher alpha diversity, larger species ranges and lower turnover than Rutelinae and Melolonthinae. Main conclusions: Scarab communities of montane forests show evidence of evolutionary persistence of communities in relative isolation, presumably tracking suitable habitats elevationally to accommodate climatic changes. Patterns of diversity on all hierarchical levels seem to be determined by restricted dispersal, and differences in Dynastinae could be explained by their greater dispersal ability. Community-wide DNA sequencing across multiple lineages and hierarchical levels reveals the evolutionary processes that led to high beta diversity in tropical montane forests through time.

Genotypic Resistance Tests Sequences Reveal the Role of Marginalized Populations in HIV-1 Transmission in Switzerland.

Targeting hard-to-reach/marginalized populations is essential for preventing HIV-transmission. A unique opportunity to identify such populations in Switzerland is provided by a database of all genotypic-resistance-tests from Switzerland, including both sequences from the Swiss HIV Cohort Study (SHCS) and non-cohort sequences. A phylogenetic tree was built using 11,127 SHCS and 2,875 Swiss non-SHCS sequences. Demographics were imputed for non-SHCS patients using a phylogenetic proximity approach. Factors associated with non-cohort outbreaks were determined using logistic regression. Non-B subtype (univariable odds-ratio (OR): 1.9; 95% confidence interval (CI): 1.8-2.1), female gender (OR: 1.6; 95% CI: 1.4-1.7), black ethnicity (OR: 1.9; 95% CI: 1.7-2.1) and heterosexual transmission group (OR:1.8; 95% CI: 1.6-2.0), were all associated with underrepresentation in the SHCS. We found 344 purely non-SHCS transmission clusters, however, these outbreaks were small (median 2, maximum 7 patients) with a strong overlap with the SHCS'. 65% of non-SHCS sequences were part of clusters composed of >= 50% SHCS sequences. Our data suggests that marginalized-populations are underrepresented in the SHCS. However, the limited size of outbreaks among non-SHCS patients in-care implies that no major HIV outbreak in Switzerland was missed by the SHCS surveillance. This study demonstrates the potential of sequence data to assess and extend the scope of infectious-disease surveillance.

Cytochrome c(551) from Starkeya novella - Characterization, spectroscopic properties, and phylogeny of a diheme protein of the SoxAX family

Cytochromes from the SoxAX family have a major role in thiosulfate oxidation via the thiosulfate-oxidizing multi-enzyme system (TOMES). Previously characterized SoxAX proteins from Rhodovulum sulficlophilum and Paracoccus pantotrophus contain three heme c groups, two of which are located on the SoxA subunit. In contrast, the SoxAX protein purified from Starkeya novella was found to contain only two heme groups. Mass spectrometry showed that a disulfide bond replaced the second heme group found in the diheme SoxA subunits. Apparent molecular masses of 27,229 +/- 10.3 Da and 20,258.6 +/- 1 Da were determined for SoxA and SoxX with an overall mass of 49.7 kDa, indicating a heterodimeric structure. Optical redox potentiometry found that the two heme cofactors are reduced at similar potentials (versus NHE) that are as follows: + 133 mV (pH 6.0); + 104 mV (pH 7.0); +49 (pH 7.9) and +10 mV (pH 8.7). EPR spectroscopy revealed that both ferric heme groups are in the low spin state, and the spectra were consistent with one heme having a His/Cys axial ligation and the other having a His/Met axial ligation. The His/Cys ligated heme is present in different conformational states and gives rise to three distinct signals. Amino acid sequencing was used to unambiguously assign the protein to the encoding genes, soxAX, which are part of a complete sox gene cluster found in S. novella. Phylogenetic analysis of soxA- and soxX-related gene sequences indicates a parallel development of SoxA and SoxY, with the diheme and monoheme SoxA sequences located on clearly separated branches of a phylogenetic tree.

Morphometric and cladistic analyses of the phylogeny of Macropodinium (Ciliophora : Litostomatea : Macropodiniidae)

Phylogenetic studies of the genus Macropodinium were conducted using two methods; phenetics and cladistics. The phenetic study of morphometrics suggested that the genus could be divided into 3 groups attributable mostly to cell size and shape. The cladistic study also split the genus into 3 groups related to cell size but groups were further distinguished by patterns of ornamentation. Reconciliation of both approaches revealed considerable congruence, however, it also suggested the existence of convergences in the phenetic study and a lack of resolution in the cladistic study. The morphological diversity of Macropodinium is probably due to evolutionary trends such as increasing body size, allometry and polymerisation of structures. None of these trends, however, was uniformly directional and differential effects were observed in different regions of the phylogenetic tree. Comparison of the phylogeny of Macropodinium to a consensus phylogeny of the macropodids revealed limited incongruence between the 2 trees. The ciliate groups could be related to 2 host groups; the wallaby genera and the kangaroo and wallaroo subgenera. The association with these host groups may be the result of phyletic codescent, ecological resource tracking or a combination of both. Further studies of both host and ciliate phylogeny are necessary to resolve these effects.

Papillomavirus in healthy skin of Australian animals

Papillomaviruses are a group of ubiquitous viruses that are often found in normal skin of humans, as well as a range of different vertebrates. In this study, swab samples collected from the healthy skin of 225 Australian animals from 54 species were analysed for the presence of papillomavirus DNA with the general skin papillomavirus primer pair FAP59/FAP64. A total of five putative and potential new animal papillomavirus types were identified from three different animal species. The papillomaviruses were detected in one monotreme and two marsupial species: three from koalas, and one each from an Eastern grey kangaroo and an echidna. The papillomavirus prevalence in the three species was 14% (10/72) in koalas, 20% (1/5) in echidnas and 4% (1/23) in Eastern grey kangaroos. Phylogenetic analysis was performed on the putative koala papillomavirus type that could be cloned and it appears in the phylogenetic tree as a novel putative papillomavirus; genus. The data extend the range of species infected by papillomaviruses to the most primitive mammals: the monotremes and the marsupials.