Engineering modular viral scaffolds for targeted bacterial population editing

Bacteria are central to human health and disease, but existing tools to edit microbial consortia are limited. For example, broad-spectrum antibiotics are unable to precisely manipulate bacterial communities. Bacteriophages can provide highly specific targeting of bacteria, but assembling well-defined phage cocktails solely with natural phages can be a time-, labor- and cost-intensive process. Here, we present a synthetic biology strategy to modulate phage host ranges by engineering phage genomes in Saccharomyces cerevisiae. We used this technology to redirect Escherichia coli phage scaffolds to target pathogenic Yersinia and Klebsiella bacteria, and conversely, Klebsiella phage scaffolds to target E. coli by modular swapping of phage tail components. The synthetic phages achieved efficient killing of their new target bacteria and were used to selectively remove bacteria from multi-species bacterial communities with cocktails based on common viral scaffolds. We envision this approach accelerating phage biology studies and enabling new technologies for bacterial population editing.

High-level of viral genomic diversity in cervical cancers: a Brazilian study on human papillomavirus type 16

Invasive cervical cancer (ICC) is the third most frequent cancer among women worldwide and is associated with persistent infection by carcinogenic human papillomaviruses (HPVs). The combination of large populations of viral progeny and decades of sustained infection may allow for the generation of intra-patient diversity, in spite of the assumedly low mutation rates of PVs. While the natural history of chronic HPVs infections has been comprehensively described, within-host viral diversity remains largely unexplored. In this study we have applied next generation sequencing to the analysis of intra-host genetic diversity in ten ICC and one condyloma cases associated to single HPV16 infection. We retrieved from all cases near full-length genomic sequences. All samples analyzed contained polymorphic sites, ranging from 3 to 125 polymorphic positions per genome, and the median probability of a viral genome picked at random to be identical to the consensus sequence in the lesion was only 40%. We have also identified two independent putative duplication events in two samples, spanning the L2 and the L1 gene, respectively. Finally, we have identified with good support a chimera of human and viral DNA. We propose that viral diversity generated during HPVs chronic infection may be fueled by innate and adaptive immune pressures. Further research will be needed to understand the dynamics of viral DNA variability, differentially in benign and malignant lesions, as well as in tissues with differential intensity of immune surveillance. Finally, the impact of intralesion viral diversity on the long-term oncogenic potential may deserve closer attention.

Single molecule simulation of diffusion and enzyme kinetics

This work presents a molecular-scale agent-based model for the simulation of enzymatic reactions at experimentally measured concentrations. The model incorporates stochasticity and spatial dependence, using diffusing and reacting particles with physical dimensions. We developed strategies to adjust and validate the enzymatic rates and diffusion coefficients to the information required by the computational agents, i.e., collision efficiency, interaction logic between agents, the time scale associated with interactions (e.g., kinetics), and agent velocity. Also, we tested the impact of molecular location (a source of biological noise) in the speed at which the reactions take place. Simulations were conducted for experimental data on the 2-hydroxymuconate tautomerase (EC 5.3.2.6, UniProt ID Q01468) and the Steroid Delta-isomerase (EC 5.3.3.1, UniProt ID P07445). Obtained results demonstrate that our approach is in accordance to existing experimental data and long-term biophysical and biochemical assumptions.

ETIOLOGÍA E IMPORTANCIA ECONÓMICA DE UNA NUEVA ENFERMEDAD VIRAL DE BATATA EN LA PROVINCIA DE CÓRDOBA

La batata se ubica en el séptimo lugar como cultivo destinado a la alimentación humana, y en el quinto luego de arroz, trigo, maíz y mandioca. Globalmente, existen 8 millones de hectáreas plantadas con batata y, aproximadamente el 95% de esa superficie se ubica en más de un centenar de países en desarrollo. En Argentina, la región pampeana (Buenos Aires, Córdoba y Santa Fe) y el NEA representan el 83% de la superficie plantada. Córdoba y Buenos Aires constituyen las principales provincias productoras. A pesar de su importancia potencial en la alimentación humana y animal, como producto exportable y para industrialización, se viene registrando una marcada reducción en el área cultivada con esta hortícola y, entre las causas más relevantes que determinan este fenómeno, se encuentran las enfermedades virales. Históricamente estas patologías han sido la principal limitante en la producción de este cultivo en Argentina y, especialmente en Córdoba. Recientemente y, tras brindar solución al grave problema ocasionado por el “enanismo clorótico” (Sweet potato chlorotic dwarf disease), virosis que afectó al cv Morada INTA en la década del 90, se observó, en nuestra provincia, la aparición de una severa sintomatología viral en lotes de producción implantados con el cv Arapey INIA, genotipo de creciente difusión en el cultivo por sus buenas características agronómicas. En virtud de dicha sintomatología, se sugiere que en la nueva patología viral se halla involucrado más de un agente etiológico y que la misma produce daños económicos en la producción de Arapey INIA. Por otra parte, la identificación de el/los virus presentes en la nueva patología es el primer eslabón para la búsqueda de resistencia a los mismos. Se supone, además, que, en germoplasma selecto de batata existen fuentes de resistencia a el/los virus involucrados y, que, al menos uno de los agentes patógenos de esta virosis de Arapey INIA, es transmitido por moscas blancas. Se propone, como paso inicial para el control de la nueva etiología: caracterizar biológica, serológica y molecularmente a el/los virus involucrados en ella; preparar reactivos de diagnóstico para los mismos y evaluar la gravedad de esta virosis a través de la estimación de su incidencia, prevalencia y severidad y de los daños que provoca sobre los componentes de rendimiento, en zonas productoras de la provincia de Córdoba. Por otra parte y, debido a que una de las principales formas de control de estas enfermedades es a través del empleo de germoplasma resistente y, considerando que la mayoría de los cultivares comerciales de batata, incluído Arapey INIA poseen escasa variabilidad genética por ser monoclonales, se pretende explorar molecularmente para genes de resistencia en aproximadamente 30 genotipos (clones) promisorios procedentes de la EEA INTA San Pedro ( Bs.As.), empleados como parentales en policruzamientos, además de hacerlo en el genotipo bajo estudio (Arapey INIA).

Dinámica y cinética de los procesos físicos y químicos del radical OH con compuestos orgánicos volátiles (COVs) de relevancia atmosférica. Dynamics and kinetics of the physical and chemical processes of OH radicals with atmospheric relevant volatile organic compounds (VOCs)

El objetivo del presente proyecto es estudiar los procesos físicos y químicos del radical OH con compuestos orgánicos volátiles (COVs), con los cuales sea factible la formación de agregados de van der Waals (vdW) responsables de la curvatura en los gráficos de Arrhenius, empleando técnicas modernas, complementarias entre si y novedosas en el país. El problema será abordado desde tres perspectivas complementarias: 1) estudios cinéticos, 2) estudios mecanísticos y de distribución de productos y 3) estudios de la dinámica de los procesos físicos y químicos. La finalidad es alcanzar una mejor comprensión de los mecanismos que intervienen en el comportamiento químico de especies presentes en la atmósfera y obtener datos cinéticos de alta calidad que puedan alimentar modelos computacionales capaces de describir la composición de la atmósfera, presente y futura. Los objetivos son estudiar: 1) mediante fotólisis láser pulsada con detección por fluorescencia inducida por láser (PLP-LIF), en reactores de flujo, la cinética de reacción del radical OH(v”=0) con COVs que presentan gráficos de Arrhenius curvos con energías de activación negativas, tales como alcoholes insaturados, alquenos halogenados, éteres halogenados, ésteres alifáticos; 2) en una cámara de simulación de condiciones atmosféricas de gran volumen (4500 L), la identidad y el rendimiento de productos de las reacciones mencionadas, a fines de evaluar su impacto atmosférico y dilucidar los mecanismos de reacción; 3) mediante haces moleculares y espectroscopía láser, la estructura y reactividad de complejos de vdW entre alcoholes insaturados o aromáticos (cresoles) y el radical OH, como modelo de los aductos propuestos como responsables de la desviación al comportamiento de Arrhenius de las reacciones mencionadas; 4) mediante PLP-LIF y expansiones supersónicas, las constantes específicas estado a estado (ksts) de relajación/reacción del radical OH(v”=1-4) vibracionalmente excitado con los COVs mencionados. Los resultados experimentales obtenidos serán contrastados con cálculos ab-initio de estructura electrónica, los cuales apoyarán las interpretaciones, permitirán proponer estructuras de estados de transición y aductos colisionales, como así también calcular las frecuencias de vibración de los complejos de vdW para su posterior asignación en los espectros LIF y REMPI. Asimismo, los mecanismos de reacción propuestos y los parámetros cinéticos medidos experimentalmente serán comparados con aquellos obtenidos por cálculos teóricos. The aim of this project is to study the physical and chemical processes of OH radicals with volatile organic compounds (VOCs) with which the formation of van der Waals (vdW) clusters, responsible for the observed curvature in the Arrhenius plots, might be feasible. The problem will be addressed as follow : 1) kinetic studies; 2) products distribution and mechanistic studies and 3) dynamical studies of the physical and chemical processes. The purpose is to obtain a better understanding of the mechanisms that govern the chemical behavior of species present in the atmosphere and to obtain high quality kinetic data to be used as input to computational models. We will study: 1) the reaction kinetics of OH (v”=0) radicals with VOCs such as unsaturated alcohols, halogenated alkenes, halogenated ethers, aliphatic esters, which show curved Arrhenius plots and negative activation energies, by PLP-LIF, in flow systems; 2) in a large volume (4500 L) atmospheric simulation chamber, reaction products yields in order to evaluate their atmospheric impact and reaction mechanisms; 3) using molecular beams and laser spectroscopy, the structure and reactivity of the vdW complexes formed between the unsaturated or aromatic alcohols and the OH radicals as a model of the adducts proposed as responsible for the non-Arrhenius behavior; 4) the specific state-to-state relaxation/reaction rate constants (ksts) of the vibrationally excited OH (v”=1-4) radical with the VOCs by PLP-LIF and supersonic expansions. Ab-initio calculations will be carried out to support the interpretation of the experimental results, to obtain the transition state and collisional adducts structures, as well as to calculate the vibrational frequencies of the vdW complexes to assign to the LIF and REMPI spectra. Also, the proposed reaction mechanisms and the experimentally measured kinetic parameters will be compared with those obtained from theoretical calculations.

Enfermedades de origen viral u ocasionadas por mollicutes en los nuevos escenarios del cultivo en la provincia de Córdoba.

Argentina es el tercer exportador mundial de maíz luego de Estados Unidos y Brasil. La estimación de la campaña 2009/10 indica que la producción mundial de maíz alcanzaría los 832,37 millones de toneladas, cerca de 23 millones de toneladas más que lo cosechado durante la campaña anterior y 21 millones de toneladas mas que lo cosechado en la campaña récord de 2007/08 (USDA, 2010). La cosecha de maíz 2009/10 en Argentina sería récord, llegando a los 22,5 millones de toneladas lo que significaría un incremento de 53% respecto de la campaña anterior, igualando el récord de la campaña 2006/07. El aumento de la potencialidad de rendimiento se concibe desde un cultivo sin incidencia de enfermedades. La predicción de la ocurrencia y del riesgo de daño asociado a las enfermedades de los cultivos a gran escala, la determinación del riesgo de distribución de pestes exóticas o emergentes en la agricultura sustentable, la evaluación de riesgo/beneficio del control biológico y la evaluación de enfermedades asociadas con el calentamiento global o el cambio de prácticas culturales son tópicos importantes en la ciencia agropecuaria moderna. Las enfermedades del maíz, en especial las producidas por virus y mollicutes se han incrementado en los últimos años debido, entre otras causas, al cultivo continuo desde el norte del país y países vecinos desde donde migran los vectores, a los cultivares de alto rendimiento que en muchos casos son susceptibles a estos patógenos y en gran medida a los cambios climáticos globales que generan que virosis de zonas tropicales y subtropicales se extiendan a zonas templadas. El principal enfoque para el control es el conocimiento del ciclo epidemiológico de la enfermedad ubicado para cada ambiente. En este marco es que desde el Departamento de Graduados de la Fac. de Cs. Agropecuarias, junto con la Secretaría de Extensión surgió la necesidad de la transferencia de los resultados de la investigación. Los conocimientos adquiridos en investigación hasta el presente, en toda la extensión de la Provincia de Córdoba, servirán a profesionales asesores, empresas semilleras y de insumos agropecuarios, productores y estudiantes próximos a graduarse a conocer estas enfermedades, sus vectores, las condiciones predisponentes y tener acceso a información actualizada para lograr su manejo con medidas preventivas desde el momento de la compra de los insumos agropecuarios, el sistema de labranza y de las fechas de siembra. Entrenar al productor para que adquiera esta habilidad le permitirá escapar a pérdidas de hasta 60% del lote, como son las producidas en la Provincia por algunas virosis como el Mal de Río Cuarto (March et al., 1993, Gaceta agronómica 76: 384), o pérdidas no perceptibles pero reales, de 14% en plantas con esta enfermedad respecto a plantas sanas (Ornaghi et a., 1995, IX J. Fitosanitarias Argentinas: 84). Otras virosis, como el mosaico común, no producen grandes epidemias sino son incidiosas, están presentes todos los años con pérdidas de producción a niveles tan significativos como 5,5 qq/ha e incidencias de hasta 44% en la Provincia (Lenardón y Giolitti, 1999, Proyecto de Investig. en Fitovirología INTA-JICA) y requiere certificación sanitaria para la exportación del grano pues se transmite por semilla. Por su parte, mollicutes emergentes como el Corn stunt spiroplasma, se han detectado en Córdoba con incidencias de 61% en lotes de Justiniano Posse y de 80% en Sarmiento, habiéndose detectado en la campaña 2009/10 en 4 localidades de la Provincia. Virosis re-emergentes como el MCMV, que produce necrosis letal del maíz en sinergismo con otras virosis, han hecho su reaparición con niveles de hasta 18% de infección. Reconocer sus síntomas y conocer las formas de dispersión y transmisión permitirá al profesional y al productor la evaluación del problema y tomar medidas de prevención y manejo de estas enfermedades para lograr los rendimientos esperados.

Molecular biological analysis of dynamic interactions between influenza viruses and host cells : host cell proteomes and viral replication dynamics

Magdeburg, Univ., Fak. für Verfahrens- und Systemtechnik, Diss., 2011

Kinetics of methanol electrooxidation on PtRu catalysts in a membrane electrode assembly

Methanol oxidation, Kinetics, Mechanism, Rate expression, MEA, PtRu catalysts, Cyclone Flow Cell

Isothermal drying of pore networks : influence of pore structure on drying kinetics

Drying of porous media, pore network, pore structure, capillary forces, viscous forces, drying kinetics

Methane dehydro aromatization : thermodynamics, catalysts, kinetics and potential of membrane reactors

Magdeburg, Univ., Fak. für Verfahrens- und Systemtechnik, Diss., 2015

Quantitative method of viral pollution determination for large volume of water using ferric hydroxide gel impregnated on the surface of glassfibre cartridge

Quantitative method of viral pollution determination for large volume of water using ferric hydroxide gel impregnated on the surface of glassfibre cartridge filter. The use of ferric hydroxide gel, impregnated on the surface of glassfibre cartridge filter enable us to recover 62.5% of virus (Poliomylitis type I, Lsc strain) exsogeneously added to 400 liters of tap-water. The virus concentrator system consists of four cartridge filters, in which the three first one are clarifiers, where the contaminants are removed physically, without significant virus loss at this stage. The last cartridge filter is impregnated with ferric hydroxide gel, where the virus is adsorbed. After the required volume of water has been processed, the last filter is removed from the system and the viruses are recovered from the gel, using 1 liter of glycine/NaOH buffer, at pH 11. Immediately the eluate is clarified through series of cellulose acetate membranes mounted in a 142mm Millipore filter. For the second step of virus concentration, HC1 1N is added slowly to the eluate to achieve pH 3.5-4. MgC1, is added to give a final concentration of 0.05M and the viruses are readsorbed on a 0.45 , porosity (HA) cellulose acetate membrane, mounted in a 90 mm Millipore filter. The viruses are recovered using the same eluent plus 10% of fetal calf serum, to a final volume of 3 ml. In this way, it was possible to concentrate virus from 400 liters of tap-water, into 1 liter in the first stage of virus concentration and just to 3 ml of final volume in a second step. The efficiency, simplicity and low operational cost, provded by the method, make it feasible to study viral pollution of recreational and tap-water sources.

The viral nature of Toddia França, 1912

Toddia França, 1912 under the light microscope occurs as inclusion corpuscles in the cytoplasm of erythrocytes of cold-blooded vertebrates sometimes accompanied by crystalloid bodies. Its position among the protozoans or the viruses has been discussed by some authors, but remained unclear. To elucidate this problem we studied Toddia from a Brazilian frog (Leptodactylus ocellatus) by electron microscopy. In the cytoplasm of the infected cells we found no protozoan, but rather virus-like particles often hexagonal in outline, averaging 195 nm excluding their two involving membranes, and presenting a central area of variable electron density. Particles at different stages of development were generally found around or on area lighter density than the cytoplasm. which resembled a virus synthesis site. At high magnification, the nuclear or cytoplasmic crystals allied to Toddia resembled the crystalline lattice of the inclusion bodies associated with the polyhedrosis viruses and poxviruses from insects, of the capsules of granulosis viruses and of other protein crystals in ultrathin sections. Cytochemical tests in Toddia corpuscles displayed exclusively the presence of deoxyribonucleic acid. These findings indicate that Toddia is not a protozoan and demonstrate that it is in all probability a viral inclusion corpuscle. Taking into account the nucleic acid type found in its structure (DNA) and the hexagonal shape usually shown in ultrathin sections by its component particles, which have a cytoplasmic site of synthesis and assembly, we tentatively relate Toddia with the so-called "Icosahedral Cytoplasmic Deoxyriboviruses". We believe that the present paper gives the first report of virus-like particles in L. ocellatus.

A mathematical model to describe fat oxidation kinetics during graded exercise.

PURPOSE: The purpose of this study was to develop a mathematical model (sine model, SIN) to describe fat oxidation kinetics as a function of the relative exercise intensity [% of maximal oxygen uptake (%VO2max)] during graded exercise and to determine the exercise intensity (Fatmax) that elicits maximal fat oxidation (MFO) and the intensity at which the fat oxidation becomes negligible (Fatmin). This model included three independent variables (dilatation, symmetry, and translation) that incorporated primary expected modulations of the curve because of training level or body composition. METHODS: Thirty-two healthy volunteers (17 women and 15 men) performed a graded exercise test on a cycle ergometer, with 3-min stages and 20-W increments. Substrate oxidation rates were determined using indirect calorimetry. SIN was compared with measured values (MV) and with other methods currently used [i.e., the RER method (MRER) and third polynomial curves (P3)]. RESULTS: There was no significant difference in the fitting accuracy between SIN and P3 (P = 0.157), whereas MRER was less precise than SIN (P < 0.001). Fatmax (44 +/- 10% VO2max) and MFO (0.37 +/- 0.16 g x min(-1)) determined using SIN were significantly correlated with MV, P3, and MRER (P < 0.001). The variable of dilatation was correlated with Fatmax, Fatmin, and MFO (r = 0.79, r = 0.67, and r = 0.60, respectively, P < 0.001). CONCLUSIONS: The SIN model presents the same precision as other methods currently used in the determination of Fatmax and MFO but in addition allows calculation of Fatmin. Moreover, the three independent variables are directly related to the main expected modulations of the fat oxidation curve. SIN, therefore, seems to be an appropriate tool in analyzing fat oxidation kinetics obtained during graded exercise.

In vivo kinetics of eosinophils and mast cells in experimental murine Schistosomiasis

During the schistosomiasis infection there is a [quot ]dance of the cells[quot ], varying from site to site and related to the time of infection. 1 - Eosinophil levels exhibit a bimodal pattern, with the first peak related to the egg deposition and maturation and increased Kupfferian hyperplasia; the second peak precedes the death of some adult worms; 2 - The peritoneal eosinophilic levels are inversely proportional to the blood eosinophilic levels; 3 - Eosinopoiesis in the bone marrow begins at day 40, reaching the highest levels at day 50 and coincides with hepatic eosinophilic and neutrophilic metaplasia; 4 - Peritoneal mast cell levels present a bimodal pattern similar to the blood eosinophils, and inverse to the peritoneal eosinophils. They also show a cyclic behaviour within the hepatic and intestinal granulomas. Integral analysis of the events related to the eosinophils in the blood, bone marrow, peritoneal cavity and hepatic and intestinal granulomas allows the detection of two important eosinophilic phases: the first is due to mobilization and redistribution of the marginal pool and the second originates from eosinophilic production in the bone marrow and liver. The productive phase is characterized by an increase in the number of eosinophils and monocyte/macrophages, and a decrease in neutrophils and stabilization of megakariocytes and erithroid lineages.

Detection of viral infection by immunofluorescence in formalin-fixed tissues, pretreated with trypsin

The presence of viral antigen in sections from formalin-fixed and paraffin-embedded human tissues was demonstrated by trypsin digestion followed by direct or indirect immunofluorescence. The specimens may be used for retrospective diagnosis. The immunofluorescence technique has to be adapted to the suspected virus infection on the basis of previous histopathology study. Variations of trypsin concentration time and temperature of incubation, expose different viral antigens and have to be previously tested for each unknown system. For measles virus detection in lung a stronger digestion has to be applied as compared to adenovirus or respiratory disease viruses in the same tisue. Flavivirus in liver tissue needs a weaker digestion. The reproducibility of the method makes it useful as a routine technique in diagnosis of virus infection.