Genome-wide metabolic (re-) annotation of Kluyveromyces lactis

Background: Even before having its genome sequence published in 2004, Kluyveromyces lactis had long been considered a model organism for studies in genetics and physiology. Research on Kluyveromyces lactis is quite advanced and this yeast species is one of the few with which it is possible to perform formal genetic analysis. Nevertheless, until now, no complete metabolic functional annotation has been performed to the proteins encoded in the Kluyveromyces lactis genome. Results: In this work, a new metabolic genome-wide functional re-annotation of the proteins encoded in the Kluyveromyces lactis genome was performed, resulting in the annotation of 1759 genes with metabolic functions, and the development of a methodology supported by merlin (software developed in-house). The new annotation includes novelties, such as the assignment of transporter superfamily numbers to genes identified as transporter proteins. Thus, the genes annotated with metabolic functions could be exclusively enzymatic (1410 genes), transporter proteins encoding genes (301 genes) or have both metabolic activities (48 genes). The new annotation produced by this work largely surpassed the Kluyveromyces lactis currently available annotations. A comparison with KEGG’s annotation revealed a match with 844 (~90%) of the genes annotated by KEGG, while adding 850 new gene annotations. Moreover, there are 32 genes with annotations different from KEGG. Conclusions: The methodology developed throughout this work can be used to re-annotate any yeast or, with a little tweak of the reference organism, the proteins encoded in any sequenced genome. The new annotation provided by this study offers basic knowledge which might be useful for the scientific community working on this model yeast, because new functions have been identified for the so-called metabolic genes. Furthermore, it served as the basis for the reconstruction of a compartmentalized, genome-scale metabolic model of Kluyveromyces lactis, which is currently being finished.

Multilocus sequence typing (MLST) of Mycoplasma hyopneumoniae: a diverse pathogen with limited clonality

A multilocus sequence typing (MLST) scheme was established and evaluated for Mycoplasma hyopneumoniae, the etiologic agent of enzootic pneumonia in swine with the aim of defining strains. Putative target genes were selected by genome sequence comparisons. Out of 12 housekeeping genes chosen and experimentally validated, the 7 genes efp, metG, pgiB, recA, adk, rpoB, and tpiA were finally used to establish the MLST scheme. Their usefulness was assessed individually and in combination using a set of well-defined field samples and strains of M. hyopneumoniae. A reduction to the three targets showing highest variation (adk, rpoB, and tpiA) was possible resulting in the same number of sequence types as using the seven targets. The established MLST approach was compared with the recently described typing method using the serine-rich repeat motif-encoding region of the p146 gene. There was coherence between the two methods, but MLST resulted in a slightly higher resolution. Farms recognized to be affected by enzootic pneumonia were always associated with a single M. hyopneumoniae clone, which in most cases differed from farm to farm. However, farms in close geographic or operational contact showed identical clones as defined by MLST typing. Population analysis showed that recombination in M. hyopneumoniae occurs and that strains are very diverse with only limited clonality observed. Elaborate classical MLST schemes using multiple targets for M. hyopneumoniae might therefore be of limited value. In contrast, MLST typing of M. hyopneumoniae using the three genes adk, rpoB, and tpiA seems to be sufficient for epidemiological investigations by direct amplification of target genes from lysate of clinical material without prior cultivation.

The Oxytricha trifallax macronuclear genome: a complex eukaryotic genome with 16,000 tiny chromosomes.

The macronuclear genome of the ciliate Oxytricha trifallax displays an extreme and unique eukaryotic genome architecture with extensive genomic variation. During sexual genome development, the expressed, somatic macronuclear genome is whittled down to the genic portion of a small fraction (∼5%) of its precursor "silent" germline micronuclear genome by a process of "unscrambling" and fragmentation. The tiny macronuclear "nanochromosomes" typically encode single, protein-coding genes (a small portion, 10%, encode 2-8 genes), have minimal noncoding regions, and are differentially amplified to an average of ∼2,000 copies. We report the high-quality genome assembly of ∼16,000 complete nanochromosomes (∼50 Mb haploid genome size) that vary from 469 bp to 66 kb long (mean ∼3.2 kb) and encode ∼18,500 genes. Alternative DNA fragmentation processes ∼10% of the nanochromosomes into multiple isoforms that usually encode complete genes. Nucleotide diversity in the macronucleus is very high (SNP heterozygosity is ∼4.0%), suggesting that Oxytricha trifallax may have one of the largest known effective population sizes of eukaryotes. Comparison to other ciliates with nonscrambled genomes and long macronuclear chromosomes (on the order of 100 kb) suggests several candidate proteins that could be involved in genome rearrangement, including domesticated MULE and IS1595-like DDE transposases. The assembly of the highly fragmented Oxytricha macronuclear genome is the first completed genome with such an unusual architecture. This genome sequence provides tantalizing glimpses into novel molecular biology and evolution. For example, Oxytricha maintains tens of millions of telomeres per cell and has also evolved an intriguing expansion of telomere end-binding proteins. In conjunction with the micronuclear genome in progress, the O. trifallax macronuclear genome will provide an invaluable resource for investigating programmed genome rearrangements, complementing studies of rearrangements arising during evolution and disease.

A 4,103 marker integrated physical and comparative map of the horse genome

A comprehensive second-generation whole genome radiation hybrid (RH II), cytogenetic and comparative map of the horse genome (2n = 64) has been developed using the 5000rad horse x hamster radiation hybrid panel and fluorescence in situ hybridization (FISH). The map contains 4,103 markers (3,816 RH; 1,144 FISH) assigned to all 31 pairs of autosomes and the X chromosome. The RH maps of individual chromosomes are anchored and oriented using 857 cytogenetic markers. The overall resolution of the map is one marker per 775 kilobase pairs (kb), which represents a more than five-fold improvement over the first-generation map. The RH II incorporates 920 markers shared jointly with the two recently reported meiotic maps. Consequently the two maps were aligned with the RH II maps of individual autosomes and the X chromosome. Additionally, a comparative map of the horse genome was generated by connecting 1,904 loci on the horse map with genome sequences available for eight diverse vertebrates to highlight regions of evolutionarily conserved syntenies, linkages, and chromosomal breakpoints. The integrated map thus obtained presents the most comprehensive information on the physical and comparative organization of the equine genome and will assist future assemblies of whole genome BAC fingerprint maps and the genome sequence. It will also serve as a tool to identify genes governing health, disease and performance traits in horses and assist us in understanding the evolution of the equine genome in relation to other species.

Imputation of sequence level genotypes in the Franches-Montagnes horse breed

BACKGROUND A cost-effective strategy to increase the density of available markers within a population is to sequence a small proportion of the population and impute whole-genome sequence data for the remaining population. Increased densities of typed markers are advantageous for genome-wide association studies (GWAS) and genomic predictions. METHODS We obtained genotypes for 54 602 SNPs (single nucleotide polymorphisms) in 1077 Franches-Montagnes (FM) horses and Illumina paired-end whole-genome sequencing data for 30 FM horses and 14 Warmblood horses. After variant calling, the sequence-derived SNP genotypes (~13 million SNPs) were used for genotype imputation with the software programs Beagle, Impute2 and FImpute. RESULTS The mean imputation accuracy of FM horses using Impute2 was 92.0%. Imputation accuracy using Beagle and FImpute was 74.3% and 77.2%, respectively. In addition, for Impute2 we determined the imputation accuracy of all individual horses in the validation population, which ranged from 85.7% to 99.8%. The subsequent inclusion of Warmblood sequence data further increased the correlation between true and imputed genotypes for most horses, especially for horses with a high level of admixture. The final imputation accuracy of the horses ranged from 91.2% to 99.5%. CONCLUSIONS Using Impute2, the imputation accuracy was higher than 91% for all horses in the validation population, which indicates that direct imputation of 50k SNP-chip data to sequence level genotypes is feasible in the FM population. The individual imputation accuracy depended mainly on the applied software and the level of admixture.

Complete genome of a Puumala virus strain from Central Europe

Puumala virus (PUUV) is one of the predominant hantavirus species in Europe causing mild to moderate cases of haemorrhagic fever with renal syndrome. Parts of Lower Saxony in north-western Germany are endemic for PUUV infections. In this study, the complete PUUV genome sequence of a bank vole-derived tissue sample from the 2007 outbreak was determined by a combined primer-walking and RNA ligation strategy. The S, M and L genome segments were 1,828, 3,680 and 6,550 nucleotides in length, respectively. Sliding-window analyses of the nucleotide sequences of all available complete PUUV genomes indicated a non-homogenous distribution of variability with hypervariable regions located at the 3′-ends of the S and M segments. The overall similarity of the coding genome regions to the other PUUV strains ranged between 80.1 and 84.7 % at the level of the nucleotide sequence and between 89.5 and 98.1 % for the deduced amino acid sequences. In comparison to the phylogenetic trees of the complete coding sequences, trees based on partial segments revealed a general drop in phylogenetic support and a lower resolution. The Astrup strain S and M segment sequences showed the highest similarity to sequences of strains from geographically close sites in the Osnabrück Hills region. In conclusion, a primer-walking-mediated strategy resulted in the determination of the first complete nucleotide sequence of a PUUV strain from Central Europe. Different levels of variability along the genome provide the opportunity to choose regions for analyses according to the particular research question, e.g., large-scale phylogenetics or within-host evolution.

Differentiation of IncL and IncM Plasmids Associated with the Spread of Clinically Relevant Antimicrobial Resistance.

INTRODUCTION blaOXA-48, blaNDM-1 and blaCTX-M-3 are clinically relevant resistance genes, frequently associated with the broad-host range plasmids of the IncL/M group. The L and M plasmids belong to two compatible groups, which were incorrectly classified together by molecular methods. In order to understand their evolution, we fully sequenced four IncL/M plasmids, including the reference plasmids R471 and R69, the recently described blaOXA-48-carrying plasmid pKPN-El.Nr7 from a Klebsiella pneumoniae isolated in Bern (Switzerland), and the blaSHV-5 carrying plasmid p202c from a Salmonella enterica from Tirana (Albania). METHODS Sequencing was performed using 454 Junior Genome Sequencer (Roche). Annotation was performed using Sequin and Artemis software. Plasmid sequences were compared with 13 fully sequenced plasmids belonging to the IncL/M group available in GenBank. RESULTS Comparative analysis of plasmid genomes revealed two distinct genetic lineages, each containing one of the R471 (IncL) and R69 (IncM) reference plasmids. Conjugation experiments demonstrated that plasmids representative of the IncL and IncM groups were compatible with each other. The IncL group is constituted by the blaOXA-48-carrying plasmids and R471. The IncM group contains two sub-types of plasmids named IncM1 and IncM2 that are each incompatible. CONCLUSION This work re-defines the structure of the IncL and IncM families and ascribes a definitive designation to the fully sequenced IncL/M plasmids available in GenBank.

Extent of genomic rearrangement after genome duplication in yeast

Whole-genome duplication approximately 108 years ago was proposed as an explanation for the many duplicated chromosomal regions in Saccharomyces cerevisiae. Here we have used computer simulations and analytic methods to estimate some parameters describing the evolution of the yeast genome after this duplication event. Computer simulation of a model in which 8% of the original genes were retained in duplicate after genome duplication, and 70–100 reciprocal translocations occurred between chromosomes, produced arrangements of duplicated chromosomal regions very similar to the map of real duplications in yeast. An analytical method produced an independent estimate of 84 map disruptions. These results imply that many smaller duplicated chromosomal regions exist in the yeast genome in addition to the 55 originally reported. We also examined the possibility of determining the original order of chromosomal blocks in the ancestral unduplicated genome, but this cannot be done without information from one or more additional species. If the genome sequence of one other species (such as Kluyveromyces lactis) were known it should be possible to identify 150–200 paired regions covering the whole yeast genome and to reconstruct approximately two-thirds of the original order of blocks of genes in yeast. Rates of interchromosome translocation in yeast and mammals appear similar despite their very different rates of homologous recombination per kilobase.

Complete mitochondrial genome suggests diapsid affinities of turtles

Despite more than a century of debate, the evolutionary position of turtles (Testudines) relative to other amniotes (reptiles, birds, and mammals) remains uncertain. One of the major impediments to resolving this important evolutionary problem is the highly distinctive and enigmatic morphology of turtles that led to their traditional placement apart from diapsid reptiles as sole descendants of presumably primitive anapsid reptiles. To address this question, the complete (16,787-bp) mitochondrial genome sequence of the African side-necked turtle (Pelomedusa subrufa) was determined. This molecule contains several unusual features: a (TA)n microsatellite in the control region, the absence of an origin of replication for the light strand in the WANCY region of five tRNA genes, an unusually long noncoding region separating the ND5 and ND6 genes, an overlap between ATPase 6 and COIII genes, and the existence of extra nucleotides in ND3 and ND4L putative ORFs. Phylogenetic analyses of the complete mitochondrial genome sequences supported the placement of turtles as the sister group of an alligator and chicken (Archosauria) clade. This result clearly rejects the Haematothermia hypothesis (a sister-group relationship between mammals and birds), as well as rejecting the placement of turtles as the most basal living amniotes. Moreover, evidence from both complete mitochondrial rRNA genes supports a sister-group relationship of turtles to Archosauria to the exclusion of Lepidosauria (tuatara, snakes, and lizards). These results challenge the classic view of turtles as the only survivors of primary anapsid reptiles and imply that turtles might have secondarily lost their skull fenestration.

Transposon Tc1-derived, sequence-tagged sites in Caenorhabditis elegans as markers for gene mapping

We present an approach to map large numbers of Tc1 transposon insertions in the genome of Caenorhabditis elegans. Strains have been described that contain up to 500 polymorphic Tc1 insertions. From these we have cloned and shotgun sequenced over 2000 Tc1 flanks, resulting in an estimated set of 400 or more distinct Tc1 insertion alleles. Alignment of these sequences revealed a weak Tc1 insertion site consensus sequence that was symmetric around the invariant TA target site and reads CAYATATRTG. The Tc1 flanking sequences were compared with 40 Mbp of a C. elegans genome sequence. We found 151 insertions within the sequenced area, a density of ≈1 Tc1 insertion in every 265 kb. As the rest of the C. elegans genome sequence is obtained, remaining Tc1 alleles will fall into place. These mapped Tc1 insertions can serve two functions: (i) insertions in or near genes can be used to isolate deletion derivatives that have that gene mutated; and (ii) they represent a dense collection of polymorphic sequence-tagged sites. We demonstrate a strategy to use these Tc1 sequence-tagged sites in fine-mapping mutations.

Complete genomic sequence of Pasteurella multocida,Pm70

We present here the complete genome sequence of a common avian clone of Pasteurella multocida, Pm70. The genome of Pm70 is a single circular chromosome 2,257,487 base pairs in length and contains 2,014 predicted coding regions, 6 ribosomal RNA operons, and 57 tRNAs. Genome-scale evolutionary analyses based on pairwise comparisons of 1,197 orthologous sequences between P. multocida, Haemophilus influenzae, and Escherichia coli suggest that P. multocida and H. influenzae diverged ≈270 million years ago and the γ subdivision of the proteobacteria radiated about 680 million years ago. Two previously undescribed open reading frames, accounting for ≈1% of the genome, encode large proteins with homology to the virulence-associated filamentous hemagglutinin of Bordetella pertussis. Consistent with the critical role of iron in the survival of many microbial pathogens, in silico and whole-genome microarray analyses identified more than 50 Pm70 genes with a potential role in iron acquisition and metabolism. Overall, the complete genomic sequence and preliminary functional analyses provide a foundation for future research into the mechanisms of pathogenesis and host specificity of this important multispecies pathogen.

Sequence similarity analysis of Escherichia coli proteins: functional and evolutionary implications.

A computer analysis of 2328 protein sequences comprising about 60% of the Escherichia coli gene products was performed using methods for database screening with individual sequences and alignment blocks. A high fraction of E. coli proteins--86%--shows significant sequence similarity to other proteins in current databases; about 70% show conservation at least at the level of distantly related bacteria, and about 40% contain ancient conserved regions (ACRs) shared with eukaryotic or Archaeal proteins. For > 90% of the E. coli proteins, either functional information or sequence similarity, or both, are available. Forty-six percent of the E. coli proteins belong to 299 clusters of paralogs (intraspecies homologs) defined on the basis of pairwise similarity. Another 10% could be included in 70 superclusters using motif detection methods. The majority of the clusters contain only two to four members. In contrast, nearly 25% of all E. coli proteins belong to the four largest superclusters--namely, permeases, ATPases and GTPases with the conserved "Walker-type" motif, helix-turn-helix regulatory proteins, and NAD(FAD)-binding proteins. We conclude that bacterial protein sequences generally are highly conserved in evolution, with about 50% of all ACR-containing protein families represented among the E. coli gene products. With the current sequence databases and methods of their screening, computer analysis yields useful information on the functions and evolutionary relationships of the vast majority of genes in a bacterial genome. Sequence similarity with E. coli proteins allows the prediction of functions for a number of important eukaryotic genes, including several whose products are implicated in human diseases.

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.

Characterizing embryonic gene expression patterns in the mouse using nonredundant sequence-based selection

This article investigates the expression patterns of 160 genes that are expressed during early mouse development. The cDNAs were isolated from 7.5 d postcoitum (dpc) encloderm, a region that comprises visceral encloderm (VE), definitive encloderm, and the node-tissues that are required for the initial steps of axial specification and tissue patterning in the mouse. To avoid examining the same gene more than once, and to exclude potentially ubiquitously expressed housekeeping genes, cDNA sequence was derived from 1978 clones of the Endoderm library. These yielded 1440 distinct cDNAs, of which 123 proved to be novel in the mouse. In situ hybridization analysis was carried out on 160 of the cDNAs, and of these, 29 (18%) proved to have restricted expression patterns.

Genome reduction in Leptospira borgpetersenii reflects limited transmission potential

Leptospirosis is one of the most common zoonotic diseases in the world, resulting in high morbidity and mortality in humans and affecting global livestock production. Most infections are caused by either Leptospira borgpetersenii or Leptospira interrogans, bacteria that vary in their distribution in nature and rely on different modes of transmission. We report the complete genomic sequences of two strains of L. borgpetersenii serovar Hardjo that have distinct phenotypes and virulence. These two strains have nearly identical genetic content, with subtle frameshift and point mutations being a common form of genetic variation. Starkly limited regions of synteny are shared between the large chromosomes of L. borgpetersenii and L. interrogans, probably the result of frequent recombination events between insertion sequences. The L. borgpetersenii genome is ≈700 kb smaller and has a lower coding density than L. interrogans, indicating it is decaying through a process of insertion sequence-mediated genome reduction. Loss of gene function is not random but is centered on impairment of environmental sensing and metabolite transport and utilization. These features distinguish L. borgpetersenii from L. interrogans, a species with minimal genetic decay and that survives extended passage in aquatic environments encountering a mammalian host. We conclude that L. borgpetersenii is evolving toward dependence on a strict host-to-host transmission cycle.