Microbial life and deposits in paper machine circuits

Väitöskirjani käsittele mikrobien ja erilaisten kemikaalien rooleja saostumien ja biofilmien muodostumisessa paperi- ja kartonkikoneilla. "Saostuma" tässä työssä tarkoittaa kiinteän aineen kertymää konepinnoille tai rajapinnoille konekierroissa, jotka on tarkoitettu massasulppujen, lietteiden, vesien tai ilman kuljetukseen. Saostumasta tulee "biofilmi" silloin kun sen oleellinen rakennekomponentti on mikrobisolut tai niiden tuotteet. Väitöstyöni työhypoteesina oli, että i. tietämys saostumien koostumuksesta, sekä ii. niiden rakenteesta, biologisista, fysikaalis-kemiallisista ja teknisistä ominaisuuksista ohjaavat tutkijaa löytämään ympäristöä säästäviä keinoja estää epätoivottujen saostumien muodostus tai purkaa jo muodostuneita saostumia. Selvittääkseni saostumien koostumista ja rakennetta käytin monia erilaisia analytiikan työkaluja, kuten elektronimikroskopiaa, konfokaali-laser mikroskopiaa (CLSM), energiadispersiivistä röntgenanalyysiä (EDX), pyrolyysi kaasukromatografiaa yhdistettynä massaspektrometriaan (Py-GCMS), joninvaihtokromatografiaa, kaasukromatografiaa ja mikrobiologisia analyysejä. Osallistuin aktiivisesti innovatiivisen, valon takaisinsirontaan perustuvan sensorin kehittämistyöhön, käytettäväksi biofilmin kasvun mittaukseen suoraan koneen vesikierroista ja säiliöistä. Työni osoitti, että monet paperinvalmistuksessa käytetyistä kemikaaleista reagoivat keskenään tuottaen orgaanisia tahmakerroksia konekiertojen teräspinnoille. Löysin myös kerrostumia, jotka valomikroskooppisessa tarkastelussa oli tulkittu mikrobeiksi, mutta jotka elektronimikroskopia paljasti alunasta syntyneiksi, alumiinihydroksidiksi joka saostui pH:ssa 6,8 kiertokuitua käyttävän koneen viiravesistä. Monet paperintekijät käyttävät vieläkin alunaa kiinnitysaineena vaikka prosessiolot ovat muuttuneet happamista neutraaleiksi. Sitä pidetään paperitekijän "aspiriinina", mutta väitöstutkimukseni osoitti sen riskit. Löysin myös orgaanisia saostumia, joiden alkuperä oli aineiden, kuten pihkan, saippuoituminen (kalsium saippuat) niin että muodostui tahmankasvua ylläpitävä alusta monilla paperi- ja kartonkikoneilla. Näin solumuodoiltaan Deinococcus geothermalista muistuttavia bakteereita kasvamassa lujasti teräskoepalojen pintaan kiinnittyneinä pesäkkeinä, kun koepaloja upotettiin paperikoneiden vesikiertoihin. Nämä deinokokkimaiset pesäkkeet voivat toimia jalustana, tarttumisalustana muiden mikrobien massoille, joka selittäisi miksi saostumat yleisesti sisältävät deinokokkeja pienenä, muttei koskaan pääasiallisena rakenneosana. Kun paperikoneiden käyttämien vesien (raakavedet, lämminvesi, biologisesti puhdistettu jätevesi) laatua tutkitaan, mittausmenetelmällä on suuri merkitys. Koepalan upotusmenetelmällä todettu biofilmikasvu ja viljelmenetelmällä mitattu bakteerisaastuneisuus korreloivat toisiinsa huonosti etenkin silloin kun likaantumisessa oli mukana rihmamaiseti kasvavia bakteereja. Huoli ympäristöstä on pakottanut paperi- ja kartonkikoneiden vesikiertojen sulkemiseen. Vesien kierrätys ja prosessivesien uudelleenkäyttö nostavat prosessilämpötilaa ja lisäävät koneella kiertävien kolloidisten ja liuenneiden aineiden määriä. Tutkin kiertovesien pitoisuuksia kolmessa eriasteisesti suljetussa tehtaassa, joiden päästöt olivat 0 m3, 0,5 m3 ja 4 m3 jätevettä tuotetonnia kohden, perustuen puhdistetun jäteveden uudelleen käyttöön. Nollapäästöisellä tehtaalla kiertovesiin kertyi paljon orgaanisesti sidottua hiiltä (> 10 g L-1), etenkin haihtuvina happoina (maito-, etikka-, propioni- ja voi-). Myös sulfaatteja, klorideja, natriumia ja kalsiumia kertyi paljon, > 1 g L-1 kutakin. Pääosa (>40%) kaikista bakteereista oli 16S rRNA geenisekvenssianalyysien tulosten perusteella sukua, joskin etäistä (< 96%) ainoastaan Enterococcus cecorum bakteerille. 4 m3 päästävältä tehtaalta löytyi lisäksi Bacillus thermoamylovorans ja Bacillus coagulans. Tehtaiden saostumat sisälsivät arkkeja suurina pitoisuuksina, ≥ 108 g-1, mutta tunnistukseen riittävää sekvenssisamanlaisuutta löytyi vain yhteen arkkisukuun, Methanothrix. Tutkimustulokset osoittivat että tehtaan vesikiertojen sulkeminen vähensi rajusti mikrobiston monimuotoisuutta, muttei estänyt liuenneen aineen ja kiintoaineen mineralisoitumista.

Genetic diversity and microcystin production by Anabaena in the Gulf of Finland, Baltic Sea

Syanobakteerit (sinilevät) ovat olleet Itämeressä koko nykymuotoisen Itämeren ajan, sillä paleolimnologiset todisteet niiden olemassaolosta Itämeren alueella ovat noin 7000 vuoden takaa. Syanobakteerien massaesiintymät eli kukinnat ovat kuitenkin sekä levinneet laajemmille alueille että tulleet voimakkaimmiksi viimeisten vuosikymmenien aikana. Tähän on osasyynä ihmisten aiheuttama kuormitus, joka rehevöittää Itämerta. Suomenlahti, jota tämä tutkimus käsittelee, on kärsinyt tästä rehevöitymiskehityksestä muita Itämeren altaita enemmän. Syanobakteerit muodostavat jokakesäisiä kukintoja Suomenlahdella - niin sen avomerialueilla kuin rannoillakin. Yleisimmät kukintoja muodostavat syanobakteerisuvut ovat Nodularia, Anabaena ja Aphanizomenon. Kukinnat aiheuttavat paitsi esteettistä haittaa myös terveydellisen riskitekijän. Niiden myrkyllisyys liitetään usein Nodularia-suvun tuottamaan nodulariini-maksamyrkkyyn. Itämeren Aphanizomenon-suvun on todettu olevan myrkytön. Vaikka Itämeren kukintoja aiheuttavista Nodularia- ja Aphanizomenon-syanobakteereista tiedetään varsin paljon, on molekyylimenetelmiin pohjautuva syanobakteeritutkimus ohittanut Itämeren Anabaena-suvun monelta osin. Tämän työn tarkoituksena oli syventää käsitystämme Itämeren Anabaena-syanobakteerista, sen mahdollisesta myrkyllisyydestä, geneettisestä monimuotoisuudesta ja fylogeneettisista sukulaisuussuhteista. Tässä työssä eristettiin 49 planktista Anabaena-kantaa, joista viisi tuottivat mikrokystiinejä. Tämä oli ensimmäinen yksiselitteinen todiste, että Itämeren Anabaena tuottaa maksamyrkyllisiä mikrokystiini-yhdisteitä. Jokainen eristetty myrkyllinen Anabaena-kanta tuotti useita mikrokystiini-variantteja. Lisäksi mikrokystiinejä löydettiin kukintanäytteistä, joissa oli myrkkyä syntetisoivia geenejä sisältäneitä Anabaena-syanobakteereita. Myrkkyjä löydettiin molempina tutkimusvuosina 2003 ja 2004. Myrkkyjen esiintyminen ei siten ollut vain yksittäinen ilmiö. Tässä työssä saimme viitteitä siitä, että maksamyrkyllinen Anabaena-syanobakteeri esiintyisi vähäsuolaisissa vesissä. Tämä riippuvuussuhde jää kuitenkin tulevien tutkimuksien selvitettäväksi. Tässä työssä havaittiin mikrokystiinisyntetaasi-geenien inaktivoituminen Itämeren Anabaena-kannassa ja kukintanäytteissä. Kuvasimme Anabaena-kannan mikrokystiinisyntetaasigeenien sisältä insertioita, jotka hyvin todennäköisesti inaktivoivat myrkyntuoton. Insertion sisältäneeltä kannalta löysimme kuitenkin kaikki mikrokystiinisyntetaasigeenit osoittaen, että geenien olemassaolo ei välttämättä varmista kannan mikrokystiinintuottoa. Mielenkiintoista oli se, että inaktivaation aiheuttavia insertioita löytyi kukintanäytteistä molemmilta tutkimusvuosilta. Vastaavia insertioita ei kuitenkaan löydetty makean veden Anabaena-kannoista tai järvinäytteistä. On yleistä, että syanobakteerikukinnoista löytyy usean syanobakteerisuvun edustajia. Myrkyllisiä sukuja tai lajeja ei voida kuitenkaan erottaa mikroskooppisesti myrkyttömistä. Käsillä olevassa tutkimuksessa kehitettiin molekyylimenetelmä, jolla on mahdollista määrittää kukinnan mahdollisesti maksamyrkylliset syanobakteerisuvut. Tätä menetelmää sovellettiin Itämeren kukintojen tutkimiseen. Itämeren pintavesistä ja ranta-alueiden pohjasta eristetyt Anabaena-kannat osoittautuivat geneettisesti monimuotoisiksi. Tämä Anabaena-syanobakteerien geneettinen monimuotoisuus vahvistettiin monistamalla geenejä suoraan kukintanäytteistä ilman kantojen eristystä. Makeiden vesien ja Itämeren Anabaena-kannat ovat geneettisesti hyvin samankaltaisia. Geneettisissä vertailuissa kävi kuitenkin ilmi, että pohjassa elävien Anabaena-kantojen geneettinen monimuotoisuus oli suurempaa kuin pintavesistä eristettyjen kantojen. Itämeren Anabaena-kantojen sekvenssit muodostivat omia ryhmiä sukupuun sisällä, jolloin on mahdollista, että nämä edustavat Itämeren omia Anabaena-ekotyyppejä. Tämä tutkimus oli ensimmäinen, jossa uusin molekyylimenetelmin systemaattisesti selvitettiin Itämeren Anabaena-syanobakteerin geneettistä populaatiorakennetta, fylogeniaa ja myrkyntuottoa. Tulevaisuudessa monitorointitutkimuksissa on otettava huomioon myös Itämeren Anabaena-syanobakteerin mahdollinen maksamyrkyntuotto – erityisesti vähäsuolaisemmilla rannikkovesillä.

Phyllosticta species on orchids (Orchidaceae), introducing Phyllosticta speewahensis sp. nov. (Phyllostictaceae, Ascomycota) from northern Australia

Several species of Phyllosticta (syn. Guignardia) have been described from orchids worldwide. A new species, Phyllosticta speewahensis, is proposed for a specimen isolated from leaf spots on a hybrid Vanda orchid in northern Queensland, Australia. Phylogenetic analysis of the nrDNA internal transcribed spacer region (ITS) and partial translation elongation factor 1-alpha (TEF1) gene sequences showed that P. speewahensis is most closely related to P. hostae. The likelihood that orchids harbour further cryptic species of endophytic and pathogenic Phyllosticta species is discussed.

Archaea, Bacteria, and methane production along environmental gradients in fens and bogs

Metanogeenit ovat hapettomissa oloissa eläviä arkkien pääryhmään kuuluvia mikrobeja, joiden ainutlaatuisen aineenvaihdunnan seurauksena syntyy metaania. Ilmakehässä metaani on voimakas kasvihuonekaasu. Yksi suurimmista luonnon metaanilähteistä ovat kosteikot. Pohjoisten soiden metaanipäästöt vaihtelevat voimakkaasti eri soiden välillä ja yhden suon sisälläkin, riippuen muun muassa vuodenajasta, suotyypistä ja kasvillisuudesta. Väitöskirjatyössä tutkittiin metaanipäästöjen vaihtelun mikrobiologista taustaa. Tutkimuksessa selvitettiin suotyypin, vuodenajan, tuhkalannoituksen ja turvesyvyyden vaikutusta metanogeeniyhteisöihin sekä metaanintuottoon kolmella suomalaisella suolla. Lisäksi tutkittiin ei-metanogeenisia arkkeja ja bakteereita, koska ne muodostavat metaanin tuoton lähtöaineet osana hapetonta hajotusta. Mikrobiyhteisöt analysoitiin DNA- ja RNA-lähtöisillä, polymeraasiketjureaktioon (PCR) perustuvilla menetelmillä. Merkkigeeneinä käytettiin metaanin tuottoon liittyvää mcrA-geeniä sekä arkkien ja bakteerien ribosomaalista 16S RNA-geeniä. Metanogeeniyhteisöt ja metaanintuotto erosivat huomattavasti happaman ja vähäravinteisen rahkasuon sekä ravinteikkaampien sarasoiden välillä. Rahkasuolta löytyi lähes yksinomaan Methanomicrobiales-lahkon metanogeeneja, jotka tuottavat metaania vedystä ja hiilidioksidista. Sarasoiden metanogeeniyhteisöt olivat monimuotoisempia, ja niillä esiintyi myös asetaattia käyttäviä metanogeeneja. Vuodenaika vaikutti merkittävästi metaanintuottoon. Talvella havaittiin odottamattoman suuri metaanintuottopotentiaali sekä viitteitä aktiivisista metanogeeneista. Arkkiyhteisön koostumus sen sijaan vaihteli vain vähän. Tuhkalannoitus, jonka tarkoituksena on edistää puiden kasvua ojitetuilla soilla, ei merkittävästi vaikuttanut metaanintuottoon tai -tuottajiin. Ojitetun suon yhteisöt kuitenkin muuttuivat turvesyvyyden mukaan. Vertailtaessa erilaisia PCR-menetelmiä todettiin, että kolmella mcrA-geeniin kohdistuvalla alukeparilla havaittiin pääosin samat ojitetun suon metanogeenit, mutta lajien runsaussuhteet riippuvat käytetyistä alukkeista. Soilla havaitut bakteerit kuuluivat pääjaksoihin Deltaproteobacteria, Acidobacteria ja Verrucomicrobia. Lisäksi löydettiin Crenarchaeota-pääjakson ryhmiin 1.1c ja 1.3 kuuluvia ei-metanogeenisia arkkeja. Tulokset ryhmien esiintymisestä hapettomassa turpeessa antavat lähtökohdan selvittää niiden mahdollisia vuorovaikutuksia metanogeenien kanssa. Tutkimuksen tulokset osoittivat, että metanogeeniyhteisön koostumus heijastaa metaanintuottoon vaikuttavia kemiallisia tai kasvillisuuden vaihteluita kuten suotyyppiä. Soiden metanogeenien ja niiden fysiologian parempi tuntemus voi auttaa ennustamaan ympäristömuutosten vaikutusta soiden metaanipäästöihin.

Performance of RT-PCR-ELISA for the detection of peste des petits ruminants virus

A highly sensitive and specific reverse transcription polymerase chain reaction enzyme linked immunosorbent assay (RT-PCR-ELISA) was developed for the objective detection of nucleoprotein (N) gene of peste des petits ruminants (PPR) virus from field outbreaks or experimentally infected sheep. Two primers (IndF and Np4) and one probe (Sp3) available or designed for the amplification/probing of the 'N' gene of PPR virus, were chosen for labeling and use in RT-PCR-ELISA based on highest analytical sensitivity of detection of infective virus or N-gene containing recombinant plasmid, higher nucleotide homology at the primer binding sites of the 'N' gene sequences available and the ability to amplify PPR viral genome from different sources of samples. RT-PCR was performed with unlabeled IndF and Np4 digoxigenin labeled primers followed by a microplate hybridization probe reaction with biotin labeled Sp3 probe. RT-PCR-ELISA was found to be 10-fold more sensitive than the conventional RT-PCR followed by agarose gel based detection of PCR product. Based on the Mean (mean +/- 3S.D.) optical density (OD) values of 47 RT-PCR negative samples, OD values above 0.306 were considered positive in RT-PCR-ELISA. A total of 82 oculo-nasal swabs and tissue samples from suspected PPR cases were analyzed by RT-PCR and RT-PCR-ELISA, which revealed 54.87 and 58.54% positivity, respectively. From an experimentally infected sheep, both RT-PCR and RT-PCR-ELISA could detect the virus from 6 days post-infection up to 9 days in oculo-nasal swabs. On post-mortem, PPR viral genome was detected in spleen, lymph node, lung, heart and liver. The correlation co-efficient between RT-PCR-ELISA OD values and either TCID50 of virus or molecules of DNA was 0.622 and 0.657, respectively. The advantages of RT-PCR-ELISA over the conventional agarose gel based detection of RT-PCR products are discussed. (c) 2006 Elsevier B.V. All rights reserved.

Hiekkatympösen (Hebeloma cylindrosporum) L-aminohappo-oksidaasi -geenin eristäminen

Pohjoisella havumetsävyöhykkeellä typpi on usein kasvien kasvua rajoittava tekijä. Metsämaan typpivarannot koostuvat pääasiassa orgaaniseen ainekseen sitoutuneista typpiyhdisteistä, erityisesti aminohapoista. Ektomykorritsasienet osallistuvat metsämaassa tapahtuvaan typenkiertoon hajottamalla orgaanisia typpiyhdisteitä ja kuljettamalla niitä kasvien käytettäväksi. Sienisolun sisällä tapahtuvasta aminohappojen mineralisaatiosta tiedetään toistaiseksi melko vähän. Aminohappo-oksidaasit katalysoivat aminohappojen mineralisaatiota. Eräissä ektomykorritsaa muodostavien kantasienten suvuissa on osoitettu L-aminohappo-oksidaaseja (LAO). Toistaiseksi LAO-geeniä ei tunneta kantasienistä. Työssä kuvattiin ensimmäistä kertaa LAO-geeni kantasienistä. Hiekkatympösen LAO1- geenin cDNA:n 5´ ja 3´ päiden emäsjärjestykset määritettiin RACE-PCR -menetelmällä, josta saatujen sekvenssien perusteella suunniteltiin alukkeet koko geenin cDNA:n ja genomisen DNA:n monistamiseksi. Genomisen DNA ja cDNA -sekvenssien perusteella määritettiin hiekkatympösen LAO1-geenin rakenne. Hiekkatympösen LAO1-geeni koostuu viidestä eksonista ja neljästä intronista. Hiekkatympösen LAO1-geenin yläpuoliselta alueelta löydettiin typpimetabolian säätelyyn osallistuvan proteiinin sitoutumiskohta. LAO1-geeniä edeltävä geenin osittainen genominen DNA-sekvenssi määritettiin. Kangaslohisienen genomissa LAO1-geeniä edeltävä geeni oli ennustettu pyruvaattidekarboksylaasiksi. Lisäksi työssä määritettiin hiekkatympösen toisen LAOhomologin cDNA:n osittainen emäsjärjestys. Työssä tunnistettiin myös toisen kantasienen, kangaslohisienen, LAO-geeni. LAO-geeniksi tunnistettu kangaslohisienen geenimalli oli aiemmin ennustettu NCBI:n tietokannassa toiminnaltaan tuntemattomaksi proteiiniksi. Proteiinien sukupuun perusteella hiekkatympösen ja kangaslohisienen LAO:n kantamuoto on kahdentunut. Työstä saatu tutkimustulos tuo täysin uutta tietoa molekyylibiologian tasolla ektomykorritsasienten aminohappojen katabolisista reaktioista. Aminohappojen mineralisaation seurauksen muodostuneet ammoniumionit saattavat olla merkittävä typen lähde myös maan muille mikrobeille ja kasveille. On mahdollista, että ektomykorritsasienten LAO-entsyymi on yksi merkittävä tekijä metsämaan typenkierrossa.

Microbial identification by detection of ligation probes on DNA microarray

Microbes in natural and artificial environments as well as in the human body are a key part of the functional properties of these complex systems. The presence or absence of certain microbial taxa is a correlate of functional status like risk of disease or course of metabolic processes of a microbial community. As microbes are highly diverse and mostly notcultivable, molecular markers like gene sequences are a potential basis for detection and identification of key types. The goal of this thesis was to study molecular methods for identification of microbial DNA in order to develop a tool for analysis of environmental and clinical DNA samples. Particular emphasis was placed on specificity of detection which is a major challenge when analyzing complex microbial communities. The approach taken in this study was the application and optimization of enzymatic ligation of DNA probes coupled with microarray read-out for high-throughput microbial profiling. The results show that fungal phylotypes and human papillomavirus genotypes could be accurately identified from pools of PCR amplicons generated from purified sample DNA. Approximately 1 ng/μl of sample DNA was needed for representative PCR amplification as measured by comparisons between clone sequencing and microarray. A minimum of 0,25 amol/μl of PCR amplicons was detectable from amongst 5 ng/μl of background DNA, suggesting that the detection limit of the test comprising of ligation reaction followed by microarray read-out was approximately 0,04%. Detection from sample DNA directly was shown to be feasible with probes forming a circular molecule upon ligation followed by PCR amplification of the probe. In this approach, the minimum detectable relative amount of target genome was found to be 1% of all genomes in the sample as estimated from 454 deep sequencing results. Signal-to-noise of contact printed microarrays could be improved by using an internal microarray hybridization control oligonucleotide probe together with a computational algorithm. The algorithm was based on identification of a bias in the microarray data and correction of the bias as shown by simulated and real data. The results further suggest semiquantitative detection to be possible by ligation detection, allowing estimation of target abundance in a sample. However, in practise, comprehensive sequence information of full length rRNA genes is needed to support probe design with complex samples. This study shows that DNA microarray has the potential for an accurate microbial diagnostic platform to take advantage of increasing sequence data and to replace traditional, less efficient methods that still dominate routine testing in laboratories. The data suggests that ligation reaction based microarray assay can be optimized to a degree that allows good signal-tonoise and semiquantitative detection.

Prevalence of, and antigenic variation in, serotype G10 rotaviruses and detection of serotype G3 strains in diarrheic calves: Implications for the origin of G10P11 or P11 type reassortant asymptomatic strains in newborn children in India

Previous studies have shown predominant association of G10P11 type bovine rotavirus-derived reassortant strains with asymptomatic infections in newborn children in India. To understand the epidemiological and genetic basis for the origin of these strains in humans, the relative frequencies of different serotypes among bovine rotaviruses (BRVs) isolated from southern, western and central regions of the country were determined by subgroup and serotype analysis as well as nucleotide (nt) sequence analysis of the genes encoding the outer capsid proteins VP4 and VP7. Since the human G10P11 asymptomatic neonatal strain I321 possessed NSP1 from a human rotavirus, to determine its genetic origin in the bovine strains, comparative analysis of partial gene sequences from representative G10P11 strains was also carried out. The following observations were of great epidemiological significance, (i) G10P11 strains predominated in all the three regions with frequencies ranging between 55.6% and 85.2%. In contrast to the high prevalence of G6 strains in other countries, only one G6 strain was detected in this study and G8 strains represented 5.8% of the isolates, (ii) among the G10 strains, in serotyping ELISA, four patterns of reactivity were observed that appeared to correlate with the differences in electropherotypic patterns and amino acid (aa) sequence of the VP7, (iii) surprisingly, strains belonging to serotype G3 were detected more frequently (10.7%) than those of serotypes G6 and G8 combined, while strains representing the new serotype (G15) were observed in a single farm in Bangalore, and (iv) about 3.9% of the isolates were nontypeable as they exhibited high cross-reactivity to the serotyping MAbs used in the study. Comparative analysis of the VP7 gene sequence from the prototype G3 MAb-reactive bovine strain J63 revealed greatest sequence relatedness (87.6% nt and 96.0% aa) with that of serotype G3 rhesus-monkey strain RRV. It also exhibited high sequence homology with the VP7 from several animal and animal rotavirus-related human G3 strains (Simian SA11; equine ERV316 and FI-14. canine CU-1 and K9; porcine 4F; Feline Cat2 and human HCR3, YO and AU1). Partial nucleotide sequence analysis of the NSP1 gene of J63 showed greatest nt sequence homology (95.9%) to the NSP1 gene allele of the Indian G8 strain, isolated from a diarrheic child, which is likely to have been transmitted directly from cattle and 92.6% homology to that of the bovine G8 strain A5-10 suggesting the likely origin of J63 by gene reassortment between a bovine G8 strain and a G3 animal strain. Prevalence of G10P11 strains in cattle and G10P11 or P11 type reassortant strains in asymptomatic neonates as well as detection of G8P[1] strains in diarrheic children support our hypothesis for bidirectional transmission of rotaviruses between humans and cattle and origin of novel strains catalyzed by the age-old traditions and socio-economic conditions in India.

STAT-1 expression is regulated by IGFBP-3 in malignant glioma cells and is a strong predictor of poor survival in patients with glioblastoma Laboratory investigation

Object. Insulin-like growth factor binding proteins (IGEBPs) have been implicated in the pathogenesis of glioma. In a previous study the authors demonstrated that IGFBP-3 is a novel glioblastoma biomarker associated with poor survival. Since signal transducer and activator of transcription 1 (STAT-1) has been shown to be regulated by IGFBP-3 during chondrogenesis and is a prosurvival and radioresistant molecule in different tumors, the aim in the present study was to explore the functional significance of IGFBP-3 in malignant glioma cells, to determine if STAT-1 is indeed regulated by IGFBP-3, and to study the potential of STAT-1 as a biomarker in glioblastoma. Methods. The functional significance of IGFBP-3 was investigated using the short hairpin (sh)RNA gene knockdown approach on U251MG cells. STAT-1 regulation by IGFBP-3 was tested on U251MG and U87MG cells by shRNA gene knockdown and exogenous treatment with recombinant IGFBP-3 protein. Subsequently, the expression of STAT-1 was analyzed with real-time reverse transcription polymerase chain reaction (RT-PCR) and immunohistochemistry (IHC) in glioblastoma and control brain tissues. Survival analyses were done on a uniformly treated prospective cohort of adults with newly diagnosed glioblastoma (136 patients) using Kaplan-Meier and Cox regression models. Results. IGFBP-3 knockdown significantly impaired proliferation, motility, migration, and invasive capacity of U251MG cells in vitro (p < 0.005). Exogenous overexpression of IGFBP-3 in U251MG and U87MG cells demonstrated STAT-1 regulation. The mean transcript levels (by real-time RT-PCR) and the mean labeling index of STAT-1 (by IHC) were significantly higher in glioblastoma than in control brain tissues (p = 0.0239 and p < 0.001, respectively). Multivariate survival analysis revealed that STAT-1 protein expression (HR 1.015, p = 0.033, 95% CI 1.001-1.029) along with patient age (HR 1.025, p = 0.005, 95% CI 1.008-1.042) were significant predictors of shorter survival in patients with glioblastoma. Conclusions. IGFBP-3 influences tumor cell proliferation, migration, and invasion and regulates STAT-1 expression in malignant glioma cells. STAT-1 is overexpressed in human glioblastoma tissues and emerges as a novel prognostic biomarker.

Phylogeny of the freshwater crabs of the Western Ghats (Brachyura, Gecarcinucidae)

The Western Ghats mountain range in India is a biodiversity hotspot for a variety of organisms including a large number of endemic freshwater crab species and genera of the family Gecarcinucidae. The phylogenetic relationships of these taxa, however, have remained poorly understood. Here, we present a phylogeny that includes 90% of peninsular Indian genera based on mitochondrial 16S rRNA and nuclear histone H3 gene sequences. The subfamily Gecarcinucinae was found to be paraphyletic with members of two other subfamilies, Liotelphusinae and Parathelphusinae, nesting within. We identify a well-supported clade consisting of north Indian species and one clade comprising mostly south Indian species that inhabit the southern sky islands' of the Western Ghats. Relationships of early diverging genera, however, were resolved with low support. This study also includes newly sampled material from an isolated mountain plateau in the northern part of the Western Ghats, representing a new species of Gubernatoriana, which we describe here as Gubernatoriana basalticola sp. n. The new species is immediately distinguished from its congeners and the related genera Ghatiana and Inglethelphusa by its carapace and cheliped morphology, which are unique among Indian freshwater crabs. This study highlights the urgent need for continued faunistic studies to assess the true diversity of gecarcinucid crabs on the Indian subcontinent, to fully understand the basal phylogenetic relationships within the freshwater crab family Gecarcinucidae, and to evaluate the conservation threat status and biogeography of the montane freshwater crabs of the Western Ghats.

Identifizierung der Welsart in Filetware durch Protein- und DNA-Analyse

Zusammenfassung Zur Identifizierung der folgenden vier Welsarten bzw. zwei Hybriden (Clarias gariepinus, Pangasius hypophthalmus, Pseudoplatystoma spp., Silurus glanis, Claresse® und Melander®) wurden die isolektrische Fokussierung (IEF) der wasserlöslichen Muskelproteine und die Polymerase-Kettenreaktion (PCR) zur Vervielfältigung und Sequenzierung eines Abschnittes aus dem Cytochrom b – Gen eingesetzt. Die IEF ergab artspezifische Proteinmuster mit hitzestabilen Proteinbanden im anodalen Gelbereich. Der afrikanische Wels (C. gariepinus) und das Hybriderzeugnis Melander® wiesen das gleiche Proteinmuster auf. Mittels DNA-Analyse ließen sich die Welsarten anhand ihrer Cytochrom b Gensequenzen eindeutig identifizieren. Auch hier zeigte der Welshybrid Melander® ein identisches Ergebnis wie der afrikanische Wels. Die Schwierigkeiten der Identifizierung von Tigerwelsen südamerikanischer Herkunft aus der Gattung Pseudoplatystoma werden diskutiert. Abstract Isoelectric focusing (IEF) of water soluble proteins and PCR-based DNA- analysis were used to differentiate between four catfish species (Clarias gariepinus, Pangasius hypophthalmus, Pseudoplatystoma spp., Silurus glanis) and two hybrids Claresse® and Melander®. Specific protein patterns have been obtained for all species and Claresse®, but in case of Melander® the identical pattern was observed as for the African catfish Clarias gariepinus. By sequencing the PCR products and application of BLAST, authenticity of the different catfish samples was confirmed. The cytochrome b gene sequences of Melander® and African catfish were identical. The difficulties of identifying catfishes of the genus Pseudoplatystoma are discussed.

Genetic identification of four Malaysian mackerel species off Coast of Peninsular Malaysia based on molecular marker

Random Amplified Polymorphic DNA (RAPD) markers and cytochrome b (Cyt-b) gene sequences were utilized to fingerprint and construct phylogenetic relationships among four species of mackerel commonly found in the Straits of Malacca namely Rastrelliger kanagurta, R. brachysoma, Decapterus maruadsi and D. russelli. The UPGMA dendogram and genetic distance clearly showed that the individuals clustered into their own genus and species except for the Decapterus. These results were also supported by partial mtDNA cytochrome b gene sequences (279 bp) which found monotypic sequence for all Decapterus studied. Cytochrome b sequence phylogeny generated through Neighbor Joining (NJ) method was congruent with RAPD data. Results showed clear discrimination between both genera with average nucleotide divergence about 25.43%. This marker also demonstrated R. brachysoma and R. kanagurta as distinct species separated with average nucleotide divergence about 2.76%. However, based on BLAST analysis, this study indicated that the fish initially identified as D. maruadsi was actually D. russelli. The results highlighted the importance of genetic analysis for taxonomic validation, in addition to morphological traits.

Resposta adaptativa e efeitos das substâncias oxidantes - K2TeO3, H2O2 e paraquate - na produção de biofilme de amostras de Corynebacterium diphtheriae isolados de origens diversas

A difteria é uma doença imunoprevinível que permanece endêmica em diversas regiões do mundo. Além dos casos de difteria clássica, doenças invasivas como endocardite, osteomielite, pneumonia e infecções relacionadas à cateter, tem acometido indivíduos adultos parcialmente imunizados. A natureza multifatorial dos fatores de virulência que favorecem a formação de biofilme e sobrevivência em macrófagos tem sido evidenciada para o Corynebacterium diphtheriae. Entretanto, escassos são os trabalhos que investigaram a influência de condições ambientais na virulência do patógeno. Uma vez que agentes oxidantes são capazes de gerar radicais livres e levar ao estresse oxidativo que, consequentemente, podem resultar em resposta adaptativa e influenciar na formação do biofilme e na virulência bacteriana, o presente trabalho teve como objetivo geral avaliar os efeitos do peróxido de hidrogênio (H2O2), paraquate e telurito de potássio (K2TeO3) em propriedades biológicas de cepas de C. diphtheriae de origens diversas. Os resultados demonstraram que as amostras de C. diphtheriae apresentaram níveis de resistência ao K2TeO3, H2O2 e paraquate, porém em intensidades variadas e independentes da capacidade de produção da toxina diftérica. Algumas amostras, toxinogênicas ou não, isoladas do trato respiratório superior demonstraram resposta adaptativa para H2O2 passando, portanto, a expressar resistência aumentada após uma prévia exposição ao referido agente oxidante. C. diphtheriae não exibiu respostas adaptativas para o K2TeO3 e paraquate. C. diphtheriae foi capaz de produzir biofilme na superfície de substratos abióticos de natureza hidrofílica (vidro) e hidrofóbica (poliestireno) na presença de agentes oxidantes K2TeO3, H2O2 e paraquate. A presença dos agentes oxidantes influenciou na formação de biofilme de algumas amostras. O paraquate inibiu a produção de biofilme de todas amostras. A amostra TR241 teve a produçao de biofilme inibida na presença dos três agentes oxidantes analisados. Por outro lado, a presença de H2O2 e do K2TeO3 estimulou a produção de biofilme de algumas amostras. Para todas as amostras de C. diphtheriae testadas, independentes das origens, biotipos e da capacidade de produção de toxina diftérica, os ensaios moleculares indicaram a presença de sequências gênicas cromossômicas homólogas, codificadores da proteína DIP 0906 (TeR) e da proteína DIP 1421 (OxyR), envolvidos na resistência ao telurito e na proteção contra o estresse oxidativo, respectivamente. Não foi observada correlação da suscetibilidade e a resposta adaptativa aos agentes oxidantes com as diferentes características bacterianas: origem, sítio de isolamento, produção de toxina diftérica, metabolização de sacarose e produção de biofilme. Em conclusão, o estresse oxidativo foi capaz de influenciar fatores de virulência do C. diphtheriae, como a capacidade de produçao de biofilme, que podem estar contribuindo para a patogenia da difteria clássica assim como de doenças invasivas causadas por cepas atoxinogênicas.

Patenteamento de sequências genéticas

As patentes sobre sequências genéticas, amplamente consideradas, são tema de controvérsia no cenário da propriedade intelectual. Discute-se se os variados materiais genéticos seriam verdadeiras invenções ou meras descobertas, não havendo unanimidade de tratamento. Este trabalho buscou sistematizar a possibilidade ou não de patenteamento de tais materiais, a partir do estudo do Caso Myriad, decidido pela Suprema Corte norte-americana. Realizou-se análise da Teoria dos Produtos da Natureza, a partir de decisões norte-americanas, buscando-se o estabelecimento de premissas. Efetuou-se a análise da legislação brasileira sobre o tema, bem como do entendimento do INPI. Foram feitas considerações acerca da necessidade ou não da proteção das invenções biotecnológicas, ponderando-se com o necessário atendimento ao fim constitucional do desenvolvimento científico e tecnológico.

Caracterização molecular de bastonetes Gram positivos irregulares e actinomicetos aeróbios obtidos de espécimes clínicos, de ensaios de esterilidade e de áreas limpas

Os bastonetes Gram positivos irregulares (BGPIs) compõem um grupo de espécies bacterianas com ampla diversidade fenotípica e que podem estar presente no meio ambiente, na microbiota humana e de animais. A identificação acurada de BGPIs em nível de gênero e espécie empregando métodos bioquímicos convencionais é bastante limitada, sendo recomendado, portanto, o uso de técnicas moleculares. No presente estudo, foram identificadas amostras de BGPIs oriundas de espécimes clínicos de humanos, de produtos farmacêuticos e de áreas limpas através da análise de sequencias do gene 16S rRNA e de outros genes conservados (housekeeping genes). Os resultados obtidos pelo sequenciamento dos genes 16S rRNA e rpoB demonstraram C. striatum multi-resistente (MDR) como responsável por surto epidêmico em ambiente hospitalar da cidade do Rio de Janeiro. Quinze cepas de C. striatum foram isoladas em cultura pura a partir de secreção traqueal de pacientes adultos submetidos a procedimentos de entubação endotraqueal. A análise por eletroforese em gel de campo pulsado (PFGE) indicou a presença de quatro perfis moleculares, incluindo dois clones relacionados com cepas MDR (PFGE I e II). Os dados demonstram a predominância de PFGE I entre cepas MDR isoladas de unidades de terapia intensiva e enfermarias cirúrgicas. Uma potencial ligação causal entre a morte e a infecção por C. striatum MDR (PFGE tipos I e II) foi observada em cinco casos. Adicionalmente, acreditamos que este seja o primeiro estudo de identificação de espécies de Nocardia relacionadas com infecções humanas pela análise da sequencia multilocus (MLSA) no Brasil. Diferente dos dados observados na literatura (1970 a 2013) e obtidos pelos testes fenotípicos convencionais, a caracterização molecular de quatro lócus (gyrB-16S-secA1-hsp65) permitiu a identificação das espécies N. nova, N. cyriacigeorgica, N. asiatica e N. exalbida/gamkensis relacionadas com quadros de nocardiose em humanos. Cepas de N. nova isoladas de diferentes materiais clínicos de um único paciente apresentaram padrões de susceptibilidade antimicrobianos idênticos e dois perfis PFGE, indicando a possibilidade de quadros de co-infecção por N. nova em humanos. Em outra etapa da investigação, amostras de BGPIs obtidos de ambientes de salas limpas que não puderam ser identificadas por critérios convencionais foram submetidas a análise da sequência do gene 16S rRNA e caracterizadas 95,83% em nível de gênero e 35,42% em espécies. Para gêneros mais encontrados no estudo, foram analisados os genes rpoB e recA de dezessete cepas de Microbacterium e utilizado o MLSA para a identificação de sete cepas identificadas como Streptomyces. Os ensaios permitiram a identificação de três cepas de Microbacterium e de uma única amostra de Streptomyces ao nível de espécie. A análise da sequencia do gene rpoB também se mostrou eficaz na identificação de espécies de cepas de Corynebacterium. Finalmente, para as cepas ambientais pertencentes à classe Actinobacteria os dados morfológicos, bioquímicos e genotípicos permitiram documentar a cepa 3117BRRJ como representante de uma nova espécie do gênero Nocardioides, para o qual o nome Nocardioides brasiliensis sp. nov. e as cepas 3712BRRJ e 3371BRRJ como representante de um novo gênero e espécie para o qual o nome Guaraldella brasiliensis nov. foi proposto.