The Secreted Protein Rv1860 of Mycobacterium tuberculosis Stimulates Human Polyfunctional CD8(+) T Cells

We previously reported that Rv1860 protein from Mycobacterium tuberculosis stimulated CD4(+) and CD8(+) T cells secreting gamma interferon (IFN-gamma) in healthy purified protein derivative (PPD)-positive individuals and protected guinea pigs immunized with a DNA vaccine and a recombinant poxvirus expressing Rv1860 from a challenge with virulent M. tuberculosis. We now show Rv1860-specific polyfunctional T (PFT) cell responses in the blood of healthy latently M. tuberculosis-infected individuals dominated by CD8(+) T cells, using a panel of 32 overlapping peptides spanning the length of Rv1860. Multiple subsets of CD8(+) PFT cells were significantly more numerous in healthy latently infected volunteers (HV) than in tuberculosis (TB) patients (PAT). The responses of peripheral blood mononuclear cells (PBMC) from PAT to the peptides of Rv1860 were dominated by tumor necrosis factor alpha (TNF-alpha) and interleukin-10 (IL-10) secretions, the former coming predominantly from non-T cell sources. Notably, the pattern of the T cell response to Rv1860 was distinctly different from those of the widely studied M. tuberculosis antigens ESAT-6, CFP-10, Ag85A, and Ag85B, which elicited CD4(+) T cell-dominated responses as previously reported in other cohorts. We further identified a peptide spanning amino acids 21 to 39 of the Rv1860 protein with the potential to distinguish latent TB infection from disease due to its ability to stimulate differential cytokine signatures in HV and PAT. We suggest that a TB vaccine carrying these and other CD8(+) T-cell-stimulating antigens has the potential to prevent progression of latent M. tuberculosis infection to TB disease.

Molecular Mechanism Underlying ATP-Induced Conformational Changes in the Nucleoprotein Filament of Mycobacterium smegmatis RecA

RecA plays a central role in bacterial DNA repair, homologous recombination, and restoration of stalled replication forks by virtue of its active extended nucleoprotein filament. Binding of ATP and its subsequent recognition by the carboxamide group of a highly conserved glutamine (GIn196 in MsRecA) have been implicated in the formation of active RecA nucleoprotein filaments. Although the mechanism of ATP-dependent structural transitions in RecA has been proposed on the basis of low-resolution electron microscopic reconstructions, the precise sequence of events that constitute these transitions is poorly understood. On the basis of biochemical and crystallographic analyses of MsRecA variants carrying mutations in highly conserved Gln196 and Arg198 residues, we propose that the disposition of the interprotomer interface is the structural basis of allosteric activation of RecA. Furthermore, this study accounts, for the contributions of several conserved amino acids to ATP hydrolysis and to the transition from collapsed to extended filament forms in Mycobacterium smegmatis RecA (MsRecA). In addition to their role in the inactive compressed state, the study reveals a role for GIn196 and Arg198 along with Phe219 in ATP hydrolysis in the active extended nucleoprotein filament. Finally, our data suggest that the primary, but not secondary, nucleotide binding site in MsRecA isomerizes into the ATP binding site present in the extended nucleoprotein filament.

Regulation of Growth, Cell Shape, Cell Division, and Gene Expression by Second Messengers (p)ppGpp and Cyclic Di-GMP in Mycobacterium smegmatis

The alarmone (p)ppGpp regulates transcription, translation, replication, virulence, lipid synthesis, antibiotic sensitivity, biofilm formation, and other functions in bacteria. Signaling nucleotide cyclic di-GMP (c-di-GMP) regulates biofilm formation, motility, virulence, the cell cycle, and other functions. In Mycobacterium smegmatis, both (p) ppGpp and c-di-GMP are synthesized and degraded by bifunctional proteins Rel(Msm) and DcpA, encoded by rel(Msm) and dcpA genes, respectively. We have previously shown that the Delta rel(Msm) and Delta dcpA knockout strains are antibiotic resistant and defective in biofilm formation, show altered cell surface properties, and have reduced levels of glycopeptidolipids and polar lipids in their cell wall (K. R. Gupta, S. Kasetty, and D. Chatterji, Appl Environ Microbiol 81:2571-2578, 2015, http://dx.doi.org/10.1128/AEM.03999-14). In this work, we have explored the phenotypes that are affected by both (p) ppGpp and c-di-GMP in mycobacteria. We have shown that both (p) ppGpp and c-di-GMP are needed to maintain the proper growth rate under stress conditions such as carbon deprivation and cold shock. Scanning electron microscopy showed that low levels of these second messengers result in elongated cells, while high levels reduce the cell length and embed the cells in a biofilm-like matrix. Fluorescence microscopy revealed that the elongated Delta rel(Msm) and Delta dcpA cells are multinucleate, while transmission electron microscopy showed that the elongated cells are multiseptate. Gene expression analysis also showed that genes belonging to functional categories such as virulence, detoxification, lipid metabolism, and cell-wall-related processes were differentially expressed. Our results suggests that both (p) ppGpp and c-di-GMP affect some common phenotypes in M. smegmatis, thus raising a possibility of cross talk between these two second messengers in mycobacteria. IMPORTANCE Our work has expanded the horizon of (p) ppGpp and c-di-GMP signaling in Gram-positive bacteria. We have come across a novel observation that M. smegmatis needs (p) ppGpp and c-di-GMP for cold tolerance. We had previously shown that the Delta rel(Msm) and Delta dcpA strains are defective in biofilm formation. In this work, the overproduction of (p) ppGpp and c-di-GMP encased M. smegmatis in a biofilm-like matrix, which shows that both (p) ppGpp and c-di-GMP are needed for biofilm formation. The regulation of cell length and cell division by (p) ppGpp was known in mycobacteria, but our work shows that c-di-GMP also affects the cell size and cell division in mycobacteria. This is perhaps the first report of c-di-GMP regulating cell division in mycobacteria.

Prevalencia de Tuberculosis (Mycobacterium bovis) y Brucelosis (Brucella abortus) en bovinos criollos de la raza Reyna en edad reproductiva, en la finca Santa Rosa

El objetivo del presente trabajo fue determinar la prevalencia de tuberculosis(Micobacterium bovis) y brucelosis (Brucella abortus) en bovinos criollos de raza Reyna de la finca Santa Rosa propiedad de la Universidad Nacional Agraria. Este trabajo se realizó en dos etapas de campo con un intervalo de 215 días entre el primer muestreo y el segundo muestreo de la misma población de bovinos. Primer muestreo: 80 bovinos muestreados de un total de 120 animales, correspondiente al 66.83% de la población total. Segundo muestreo serológico se utilizaron 85 bovinos de una población de 130 equivalente al 65.39% del total de bovinos.Los criterios de selección fueron: bovinos de la raza Reyna clínicamente sanos y en edad reproductiva. Para la interpretación de los datos en este estudio se utilizó un análisis estadístico descriptivo. Para el diagnóstico de tuberculosis se realizó la prueba de tuberculina anocaudal y la prueba doble comparativa en los bovinos que reaccionaron a la aplicación de tuberculina PPD. En la primera y segunda etapa del muestreo serológico los animales dieron “no reactores” a la sensibilización dérmica por tuberculina. Los resultados del muestreo serológico realizados a través de las pruebas rosa de bengala, rivanol y test de ELISA para el diagnostico de brucelosis,demuestran que ninguno de los sueros de los bovinos presentaron anticuerpos aglutinantes, indicando que los animales no estuvieron expuestos a Brucella abortus, Brucella melitensis o Brucellasuis.

Caracterização da resistência a quinolonas em Mycobacterium abscessus subsp. bolletii e outras micobactérias de crescimento rápido relacionadas

Em diversos estados do Brasil, foram relatadas epidemias de infecções causadas por micobactérias de crescimento rápido (MCR) desde o ano 2000. A maioria dos casos foi principalmente associada ao clone BRA100 de Mycobacterium massiliense, recentemente renomeada para Mycobacterium abscessus subsp. bolletii, isolado de pacientes submetidos a procedimentos invasivos nos quais os instrumentos médicos não foram adequadamente esterilizados e/ou desinfetados. Sendo as quinolonas uma opção no tratamento de infecções por MCR e sugerida para esquemas terapêuticos para esses surtos, foram avaliadas nesse trabalho as atividades in vitro de quatro gerações de quinolonas para cepas clinicas e de referência de MCR através da microdiluição em caldo. Também foram analisadas as sequências peptídicas das regiões determinantes da resistência a quinolonas (RDRQ) das subunidades A e B da DNA gyrase (GyrA e GyrB) após o seqüenciamento de DNA seguido pela tradução da sequência de aminoácidos. Cinquenta e quatro cepas de M. abscessus subsp bolletii, incluindo o clone BRA100, isoladas em diferentes estados do Brasil, e 19 cepas de referência de MCR foram caracterizadas. Todas as 54 cepas clínicas de M. abscessus subsp. bolletii foram resistentes a todas as gerações de quinolonas e mostraram o mesmo resíduo nas RDRQ, incluindo Ala-83 em GyrA, Arg-447 e Asp-464 em GyrB, descritos como sendo responsáveis por gerar um baixo nível de resistência a quinolonas em micobactérias. Porém, outras espécies de MCR apresentaram diferentes susceptibilidade e padrões de mutações contrários aos classicamente já definidos, sugerindo que outros mecanismos de resistência, diferentes de mutações em gyrA e gyrB também possam estar envolvidos na alta resistência a quinolonas.

Tuberculosis in seals caused by a novel member of the Mycobacterium tuberculosis complex: Mycobacterium pinnipedii sp. nov.

A comparison of Mycobacterium tuberculosis complex isolates from seals (pinnipeds) in Australia, Argentina, Uruguay, Great Britain and New Zealand was undertaken to determine their relationships to each other and their taxonomic position within the complex. Isolates from 30 cases of tuberculosis in six species of pinniped and seven related isolates were compared to representative and standard strains of the M. tuberculosis complex. The seal isolates could be distinguished from other members of the M. tuberculosis complex, including the recently defined ‘Mycobacterium canettii’ and ‘Mycobacterium caprae’, on the basis of host preference and phenotypic and genetic tests. Pinnipeds appear to be the natural host for this ‘seal bacillus’, although the organism is also pathogenic in guinea pigs, rabbits, humans, Brazilian tapir (Tapirus terrestris) and, possibly, cattle. Infection caused by the seal bacillus is predominantly associated with granulomatous lesions in the peripheral lymph nodes, lungs, pleura, spleen and peritoneum. Cases of disseminated disease have been found. As with other members of the M. tuberculosis complex, aerosols are the most likely route of transmission. The name Mycobacterium pinnipedii sp. nov. is proposed for this novel member of the M. tuberculosis ...

Construção, clonagem e expressão do fragmento B da toxina diftérica de Corynebacterium diphtheriae (cepa PW- 8) em Mycobacterium bovis BCG sub-cepa Moreau

A vacina anti-diftérica de uso corrente no Brasil (DTP), embora de alta eficácia na prevenção da difteria, está associada com episódios de toxicidade e reatogenicidade no recipiente vacinal, resultantes de proteínas residuais derivadas do processo de produção ou detoxificação. Estratégias para o desenvolvimento de vacinas menos reatogênicas e ao mesmo tempo mais eficazes e economicamente viáveis contra a difteria têm sido alvo de intensa investigação. A alternativa proposta por nosso grupo é a utilização da vacina contra a tuberculose (Mycobacterium bovis BCG sub-cepa Moreau), como vetor do gene que codifica o fragmento B da toxina diftérica (dtb) de 58,3 kDa. Neste trabalho o dtb foi clonado no vetor micobacteriano bifuncional (pUS977) de expressão citoplasmática e os clones recombinantes (pUS977dtbPW8), após a transformação do BCG, foram testados com relação a expressão do DTB em BCG e quanto a antigenicidade frente a anticorpos policlonais anti-toxóide diftérico por Immunobloting. A integridade do gene dtb e a identidade das sequências de DNA da construção plasmidial pUS977dtbPW8 foram confirmadas por sequenciamento de DNA e análise de similaridade. A imunogenicidade do BCGr pUS977dtbPW8 expressando o DTB foi investigada em camundongos BALB/c, os resultados obtidos revelaram uma soroconversão específica (IgG). A infectividade e atividade microbicida do BCGr pUS977dtbPW8 no ambiente intracelular foi avaliada através da infecção de linhagens de células de monócitos humano (THP-1), os dados obtidos indicaram que houve sobrevivência intracelular em até 12 dias. Nesse contexto, esplenócitos dos camundongos imunizados com 30 e 60 dias foram extraídos, mostrando que o BCGr pUS977dtbPW8 persistiu até 60 dias na ausência de pressão seletiva e a viabilidade celular não sofreu alteração significativa durante o período testado. Por outro lado, o BCGr pUS977dtbPW8, quando submetido a seis sub-cultivos consecutivos in vitro não apresentou diferença significativa na capacidade de expressar o DTB, demonstrando portanto a persistência da estabilidade funcional da linhagem recombinante. A estabilidade estrutural da construção pUS977dtbPW8 também foi avaliada por PCR confirmando a presença do gene dtb em colônias do BCGr pUS977dtbPW8 . Adicionalmente, foi possível avaliar preliminarmente in vitro a capacidade soroneutralizante dos soros de camundongos imunizados com BCGr pUS977dtbPW8 após 30 e 60 dias em células VERO. A ação citotóxica da toxina diftérica entre as diluições de 1/4 e 1/16 foram neutralizadas com o pool de soros imunes com 60 dias. Finalmente, em nosso estudo foi possível avaliar o potencial da vacina BCG como vetor de expressão de um antígeno de Corynebacterium diphtheriae in vitro e in vivo.

Bases moleculares da multiresistência a drogas em Mycobacterium tuberculosis

A tuberculose (Tb) é a principal causa de morte no mundo, por um agente infeccioso. O tratamento padrão é a quimioterapia: rifampicina (RMP), isoniazida (INH) e pirazinamida (PZA). O maior problema global da Tb é o aumento de cepas multirresistentes (resistência pelo menos à INH e à RMP) do Mycobacterium tuberculosis (MTb). A resistência à INH e RMP ocorre geralmente por mutação genética nos genes KatG e rpoB, respectivamente. Os objetivos deste trabalho foram: 1. Analisar os tipos e freqüências de mutações em duas regiões iniciais do gene katG do MTb. 2. Determinar os tipos e freqüências das mutações no gene rpoB. Duas regiões do gene katG e uma do gene rpoB foram amplificadas por PCR e seqüenciadas para o diagnóstico das mutações. Para a análise do gene katG foram utilizadas 101 cepas. Dentre estas, 4 eram sensíveis e não apresentaram mutação (controle). Das 97 cepas restantes, na primeira região seqüenciada do KatG, não ocorreram mutações em 67. Nas outras 30 cepas houve 33 deleções de nucleotídeos, sendo que 24 ocorreram no último nucleotídeo do códon 4 (24,7%), o que caracterizou um novo alelo. Na região 2, dentre as 97 cepas não houve mutação em 16 - sete estavam associadas a ausência de mutação na região 1. Ocorreram 83 mutações pontuais, sendo 75,3% no códon 315. Sete cepas resistentes a INH não apresentaram mutações em nenhuma das duas regiões analisadas. As mutações na região 2 permitiram o diagnóstico de resistência à INH em 79 cepas ou 81,4%. Nove cepas que não mostraram mutações na região 2 tiveram mutações na região 1. Logo, esta região permitiu o acréscimo do diagnóstico de resistência à INH para 88 cepas, aumentando a positividade em 9,3%. Em sete casos resistentes não houve mutação em ambas as regiões. Na análise do gene rpoB usamos 120 cepas de MTb. Nenhuma mutação foi encontrada em 13 isolados resistentes à RMP. O códon que apresentou maior freqüência de mutação foi o 531 (45.6%), seguido pelo 526 (26%) e 516 (12.5%). Em outros onze códons, foi encontrado um total de 18 mutações (15.2%), principalmente nos códons 511 (3.4%) e 513 (3.4%). Nenhum dos isolados sensíveis à RMP apresentou mutações. No Estado do Rio de Janeiro, as mutações mais freqüentes foram: 516 (5%), 526 (2.5 %) e 531 (21.2%). Dentre os outros estados, as mutações mais freqüentes foram: 516 (2.5 %), 526 (11%) e 531 (19.4%). A freqüência de mutações dos isolados do Rio de Janeiro foi comparada com a encontrada nos outros estados, mas quando o removemos da análise, a freqüência de mutações nos códons 531 e 526 para os outros 15 estados é semelhante. A análise estatística mostra que este dado é significativo (p=0.002). No entanto, quando todos os estados são analisados simultaneamente, o códon 531 é novamente o mais freqüentemente mutado. A análise do gene rpoB diagnosticou a resistência à rifampicina em 89,17% das cepas. Nossos resultados confirmam que, no Brasil, mutações na região RRDR do gene rpoB podem predizer resistência a RMP.

Perfil genético por sequenciamento e genotipagem de cepas multirresistentes do Mycobacterium tuberculosis provenientes de diversos estados brasileiros

A tuberculose multirresistente (MR) a drogas é uma séria ameaça à saúde pública devido à maiores complexidade, custo e efeitos colaterais do tratamento. Poucos estudos descreveram a epidemiologia molecular de isolados de Mycobacterium tuberculosis MR no Brasil. Neste trabalho foi investigada a diversidade genética e mutações associadas à resistência a drogas de 99 isolados MR e 7 não MR coletados em um período de 8 anos e provenientes de 12 estados brasileiros. Esta investigação foi feita através da análise do polimorfismo de fragmentos de restrição do elemento de inserção IS6110 (IS6110-RFLP), spoligotyping e sequenciamento de regiões dos genes rpoB e katG que conferem resistência aos antibióticos rifampicina e isoniazida, respectivamente. Mutações nos genes katG e rpoB foram encontradas em 90,9% e 93% dos isolados MR analisados, respectivamente. Para o gene rpoB, 91,9% das mutações estavam contidas na região RRDR de 81-pb. Um total de 51 (51.5%), 23 (23.3%) e 11 (11.1%) isolados MR apresentaram mutações nos códons 531, 526 e 516, respectivamente. Com relação ao gene katG, foram encontradas mutações em 93% dos isolados MR analisados, sendo que 7 apresentaram mutações apenas na primeira região analisada (katG1). O codon 315 da segunda região analisada do gene katG (katG2) apresentou mutações em 82.8% dos isolados MR, sendo a maioria Ser315Thr. A região katG1 apresentou mutações em 30.3% dos isolados MR sendo a maioria deleção do códon 4. Pelo spoligotyping foi possível determinar que os isolados MR deste estudo pertencem a 5 diferentes famílias (com suas subfamílias) de M. tuberculosis circulantes no Brasil, onde as mais frequentemente encontradas foram: LAM (46%), T (17%) e H (12%). Nós observamos que uma das famílias, a EAI5, carrega mutações no códon 463 do gene katG, o que não ocorre para as demais. Além disso, entre nossos isolados foi identificada um isolado pertencente à cepa Beijing (extremamente virulenta), mas este fato não é alarmante já que se tratou de apenas um caso. Através de nossos dados foram descritos novos alelos mutados para os genes rpoB e katG. Com exceção da família X2, foi identificada uma região inicial do gene katG com alta frequência de mutações nos isolados MR. A análise por IS6110-RFLP revelou que 25 isolados formaram 11 grupos genotípicos enquanto 74 mostraram um padrão único de bandas. Esta alta taxa de polimorfismo indica aquisição independente de resistência entre nossos isolados. Para a família H, foi identificada uma inversão na freqüência de ocorrência de mutações no gene rpoB, sendo o códon 516 o mais mutado, seguido pelo 526 e 531. Os resultados deste estudo fornecem informações úteis para um melhor entendimento do espectro de mutações dos isolados MR de pacientes no Brasil. Nossos resultados também se tornam úteis no desenvolvimento de testes diagnósticos de tuberculose MR e para auxiliar no rastreamento da transmissão global desta doença.

In vitro activities of small peptides from snake venom against clinical isolates of drug-resistant Mycobacterium tuberculosis

The recent re-emergence of tuberculosis, especially the multidrug-resistant cases, has highlighted the importance of screening effective novel drugs against Mycobacterium tuberculosis. In this study, the in vitro activities of small peptides isolated from snake venom were investigated against multidrug-resistant M. tuberculosis. Minimum inhibitory concentrations (MICs) were determined by the Bactec TB-460 radiometric method. A small peptide with the amino acid sequence ECYRKSDIVTCEPWQKFCYREVTFFPNHPVYLSGCASECTETNSKWCCTTDKCNRARGG (designated as vgf-1) from Naja atra (isolated from Yunnan province of China) venom had in vitro activity against clinically isolated multidrug-resistant strains of M. tuberculosis. The MIC was 8.5 mg/l. The antimycobacterial domain of this 60aa peptide is under investigation. (C) 2003 Elsevier Science B.V. and the International Society of Chemotherapy. All rights reserved.

Multiplex detection of mutations in clinical isolates of rifampin-resistant Mycobacterium tuberculosis by short oligonucleotide Ligation assay on DNA chips

A new approach, short-oligonucleotide-ligation assay on DNA chip (SOLAC), is developed to detect mutations in rifampin-resistant Mycobacterium tuberculosis. The method needs only four common probes to detect 15 mutational variants of the rpoB gene within 12 h. Fifty-five rifampin-resistant M. tuberculosis isolates were analyzed, resulting in 87.3% accuracy and 83.6% concordance relative to DNA sequencing.

Produção e caracterização de MPB70 de Mycobacterium bovis para uso em imunodiagnóstico.

Demonstrou-se a produção e caracterização de MPB70 recombinante de M. bovis.

Identification of major factors influencing ELISpot-based monitoring of cellular responses to antigens from Mycobacterium tuberculosis.

A number of different interferon-gamma ELISpot protocols are in use in laboratories studying antigen-specific immune responses. It is therefore unclear how results from different assays compare, and what factors most significantly influence assay outcome. One such difference is that some laboratories use a short in vitro stimulation period of cells before they are transferred to the ELISpot plate; this is commonly done in the case of frozen cells, in order to enhance assay sensitivity. Other differences that may be significant include antibody coating of plates, the use of media with or without serum, the serum source and the number of cells added to the wells. The aim of this paper was to identify which components of the different ELISpot protocols influenced assay sensitivity and inter-laboratory variation. Four laboratories provided protocols for quantifying numbers of interferon-gamma spot forming cells in human peripheral blood mononuclear cells stimulated with Mycobacterium tuberculosis derived antigens. The differences in the protocols were compared directly. We found that several sources of variation in assay protocols can be eliminated, for example by avoiding serum supplementation and using AIM-V serum free medium. In addition, the number of cells added to ELISpot wells should also be standardised. Importantly, delays in peripheral blood mononuclear cell processing before stimulation had a marked effect on the number of detectable spot forming cells; processing delay thus should be minimised as well as standardised. Finally, a pre-stimulation culture period improved the sensitivity of the assay, however this effect may be both antigen and donor dependent. In conclusion, small differences in ELISpot protocols in routine use can affect the results obtained and care should be given to conditions selected for use in a given study. A pre-stimulation step may improve the sensitivity of the assay, particularly when cells have been previously frozen.

Long- incubation time- interferon-gamma release assays in response to PPD-, ESAT-6- and/or CFP-10 for the diagnosis of Mycobacterium tuberculosis infection in children.

Background:Diagnosis of childhood active tuberculosis (aTB) or latent Mycobacterium tuberculosis (Mtb) infection (LTBI) remains a challenge, and replacement of tuberculin skin tests (TST) by commercialized interferon-gamma release assays (IGRA) is not currently recommended.Methods:266 children between 1 month and 15 years of age, 214 being at risk of recent Mtb infection and 51 being included as controls, were prospectively enrolled. According results of clinical evaluation, TST, chest X-Ray and microbiology, children were classified as non-infected, LTBI or aTB. Long-incubation time PPD-, ESAT-6-, and CFP-10-IGRA were performed and evaluated for their accuracy to correctly classify the children.Results:Whereas both TST and PPD-IGRA were suboptimal to detect aTB, combining CFP-10-IGRA with TST or with PPD-IGRA allowed us to detect all the children with aTB, with 96% specificity for children who were positive for CFP-10-IGRA. Moreover, combination of CFP-10- and PPD-IGRA also detected 96% of children classified as LTBI, but a strong IFN-γ response to CFP-10 (>500 pg/ml) was highly suggestive of aTB at least among children less than 3 years old.Conclusions:Long-incubation time CFP-10- and PPD-IGRA should help the clinicians to identify quickly aTB or LTBI in young children.