DIAGNOSTIC ANTIGENS FOR SCHISTOSOMIASIS MANSONI: PRODUCTION, CHARACTERIZATION AND PURIFICATION OF MONOCLONAL ANTIBODIES, AND AFFINITY PURIFICATION OF ANTIGENS

Attempts have been made in this dissertation to develop a purified antigen with high sensitivity and specificity for diagnosis of Schistosoma mansoni (Sm) infection by using the hybridoma technique.^ Spleen cells, obtained from mice immunized by infection with Sm and boosted by cercarial antigens, or by injection of circulating antigen (CA) in serum from infected mice, were fused with Sp2/0 myeloma cells. The active infection resulted a higher number of hybridomas (100%) than by CA (20%), and higher levels of antibody reactivity as measured by ELISA.^ The IgM and IgG monoclonal antibodies (MCAbs) were purified respectively by gel filtration, DE 52 ion exchange column and proteinase A affinity column. The cercarial and egg antigens were purified by affinity chromatography through MCAb/affi-gel column. The reactivity of the purified antigens were then monitored by ELISA, SDS-PAGE silver stain and EITB.^ The respective MCAbs recognized varying antigenic determinants (AD) present in adult, cercaria and egg stages. By EITB the MCAbs IgM and IgG, when reacted with nine antigens from the various stages, revealed identical bands, suggesting that the two MCAb classes originated from identical AD. By ELISA and COPT, the MCAbs from thirteen cell lines gave same results. But by CHR, two MCAbs showed negative results while eleven other MCAbs showed strong positive. It is assumed that the AD in the immunogen that ilicited the MCAbs were immunochemically closely related.^ One egg purified by immunoaffinity indicated that the epitopes recognized by MCAb were present on four antigenic components with molecular weights (Mr) of approximately 19, 25, 60 and >224 kd, respectively. By EITB the Mr 19 doublet appeared to be species specific; the Mr 25 kd genus specific. They reacted with mouse serum from 13-16 weeks after infection. In monkey serum Mr 19 doublet appeared 8-10 weeks after infection and disappeared at 8-12 weeks after Droncit treatment, paralleled to the disappearance of fecal egg. The Mr 60 and >224 kd bands were also demonstrated with S. japonicum, S. haematobium and Trichinella spiralis infection sera and may be the cause of cross-reaction in conventional serological test. ^

Modulation of carbohydrates and carbohydrate binding proteins (lectins) during retinoic acid -induced differentiation of murine embryonal carcinoma cells

The current studies were undertaken to examine the effect of retinoic acid (RA)-induced differentiation of the murine embryonal carcinoma cell line, F-9, on the glycosylation of specific cellular glycoproteins and on the expression of two members of the family of endogenous lactoside-binding lectins. It was found that RA-induced differentiation of these cells into cells with the properties of primitive endoderm results in the increased fucosylation of 3 glycoproteins with molecular weights of 175 (gp175), 250 (gp250), and 400 (pg400) kDa. These three fucose-containing glycoproteins can be considered as new markers of differentiation in this system. The increased fucosylation of these glycoproteins preceded the 3-fold increase in fucosyltransferase (FT) activity that was seen upon RA-induced differentiation of these cells, indicating that an increase in fucosyltransferase activity alone cannot explain the increased fucosylation of these glycoproteins.^ The effect of RA and Ch55, a chalcone carboxylic acid with retinoid-like properties, induced differentiation of a variety of murine embryonal carcinoma cell lines on the activities of both FT and sialyltransferase (ST) was examined. The effect of differentiation on the activities of both glycosyltransferases was modulated and most probably is dependent upon the differentiation pathway that is triggered by the retinoids for each of the embryonal carcinoma cell lines.^ Two glycoproteins, Lysosomal Associated Membrane Glycoproteins 1 and 2 (LAMP-1 and LAMP-2) were examined in more detail during the course of RA-induced differentiation of F-9 cells. Both the levels and glycosylation of both glycoproteins are increased following differentiation of these cells. Differentiation results in the increased binding of $\sp{125}$l-labelled L-phytohemagglutinin to bind to LAMP-1 which indicates increased GlcNAc $\beta$1,6 branching of the oligosaccharide side chains.^ We found that RA-induced differentiation of F-9 cells results in the decreased expression of the 34 kDa lectin 24 h after addition of the retinoid to the medium. Additionally, 48 h of RA-treatment results in the increased expression of the 14.5 kDa lectin. By indirect immunofluorescence we were able to colocalize the 14.5 kDa lectin and laminin which suggests that laminin may be a ligand for the lectin in the F-9 cells. (Abstract shortened with permission of author.) ^

Regulation of the {\it neu\/} oncogene by the GTG element binding proteins

A previous study in our lab has shown that the transforming neu oncogene ($neu\sp\*$) was able to initiate signals that lead to repression of the neu promoter activity. Further deletion mapping of the neu promoter identified that the GTG element (GGTGGGGGGG), located between $-$243 and $-$234 relative to the translation initiation codon, mediates such a repression effect. I have characterized the four major protein complexes that interact with this GTG element. In situ UV-crosslinking indicated that each complex contains proteins of different molecular weights. The slowest migrating complex (S) contain Sp1 or Sp1-related proteins, as indicated by the data that both have similar molecular weights, similar properties in two affinity chromatographies, and both are antigenically related in gel shift analysis. Methylation protection and interference experiments demonstrated these complexes bind to overlapping regions of the GTG element. Mutations within the GTG element that either abrogate or enhance complex S binding conferred on the neu promoter with lower activity, indicating that positive factors other than Sp1 family proteins also contribute to neu promoter activity. A mutated version (mutant 4) of the GTG element, which binds mainly the fastest migrating complex that contains a very small protein of 26-kDa, can repress transcription when fused to a heterologous promoter. Further deletion and mutation studies suggested that this GTG mutant and its binding protein(s) may cooperate with some DNA element within a heterologous promoter to lock the basal transcription machinery; such a repressor might also repress neu transcription by interfering with the DNA binding of other transactivators. Our results suggest that both positive and negative trans-acting factors converge their binding sites on the GTG element and confer combinatorial control on the neu gene expression. ^

Chemical characterization and quantification of the brown algal storage compound laminarin

In search of a meaningful stress indicator for Fucus vesiculosus we found that the often used quantitative determination procedures for the polysaccharide laminarin (beta-1,3-glucan) result in different kind of problems, uncertainties and limitations. This chemical long-term storage form of carbon enables perennial brown algae in seasonally fluctuating ecosystems to uncouple growth from photosynthesis. Because of this high ecological relevance a reliable and precise method for determination and quantification of laminarin is needed. Therefore, a simple, cold water extraction method coupled to a new quantitative liquid chromatography-mass spectrometrical method (LC-MS) was developed. Laminarin was determined in nine out of twelve brown algal species, and its expected typical molar mass distribution of 2000-7000 Da was confirmed. Furthermore, laminarin consisted of a complex mixture of different chemical forms, since fifteen chemical laminarin species with distinct molecular weights were measured in nine species of brown algae. Laminarin concentrations in the algal tissues ranged from 0.03 to 0.86% dry weight (DW). The direct chemical characterization and quantification of laminarin by LC-MS represents a powerful method to verify the biochemical and ecological importance of laminarin for brown algae. Single individuals of Laminaria hyperborea, L. digitata, Saccharina latissima, F. serratus, F. vesiculosus, F. spiralis, Himanthalia elongata, Cystoseira tamariscifolia, Pelvetia canaliculata, Ascophyllum nodosum, Halidrys siliquosa and Dictyota dichotoma were collected in fall (18.11.2013) during spring low tide from the shore of Finavarra, Co. Clare, west coast of Ireland (53° 09' 25'' N, 09° 06' 58'' W). After sampling, the different algae were immediately transported to the lab, lyophilized and sent to the University of Rostock. Laminarin was extracted with cold ultrapure water from the algal samples. Before extraction they were ground to < 1 mm grain size with an analytical mill (Ika MF 10 Basic). The algal material (approx. 1.5 g DW) was extracted in ultrapure water (8 mL) on a shaker (250 rpm) for 5 h. After the addition of surplus ultrapure water (4 mL) and shaking manually, 1 mL of the sample was filter centrifuged (45 µm) at 14,000 rpm (Hettich Mikro 22 R). The slightly viscous supernatant was free of suspended material and converted into a microvial (300 µL) for further analysis. The extracts were analyzed using liquid chromatography-mass spectrometry (LC-MS) analysis (LTQ Velos Pro ion trap spectrometer with Accela HPLC, Thermo Scientific). Laminarin species were separated on a KinetexTM column (2.6 µm C18, 150 x 3 mm). The mobile phase was 90 % ultrapure water and 10 % acetonitrile, run isocratically at a flow rate of 0.2 mL min-1. MS was working in ESI negative ion mode in a mass range of 100 - 4000 amu. Glucose contents were determined after extraction using high-performance liquid chromatography (HPLC). Extracted samples were analyzed in an HPLC (SmartLine, Knauer GmbH) equipped with a SUPELCOGELTM Ca column (30 x 7,8 mm without preColumn) and RI-detector (S2300 PDA S2800). Water was used as eluent at a flow rate of 0.8 mL min-1 at 75 °C. Glucose was quantified by comparison of the retention time and peak area with standard solutions using ChromGate software. Mannitol was extracted from three subsamples of 10-20 mg powdered alga material (L. hyperborea, L. digitata, S. latissima, F. serratus, F. vesiculosus, F. spiralis, H. elongata, P. canaliculata, A. nodosum, H. siliquosa) and quantified, following the HPLC method described by Karsten et al. (1991). For analyzing carbon and nitrogen contents, dried algal material was ground to powder and three subsamples of 2 mg from each alga thalli were loaded and packed into tin cartridges (6×6×12 mm). The packages were combusted at 950 °C and the absolute contents of C and N were automatically quantified in an elemental analyzer (Elementar Vario EL III, Germany) using acetanilide as standard according to Verardo et al. (1990).

Electrophoretic Deposition of Transparent ZnO Thin Films from Highly Stabilized Colloidal Suspensions

The parameters that control the stability of ZnO-nanoparticles suspensions and their deposition by electrophoretic deposition were studied, so as to organize the assembly and compaction of nanoparticles. The addition of cationic polyelectrolyte - Polyethylenimine (PEI) - with different molecular weights was investigated, in order to study their effectiveness and the influence of the molecular weight of the organic chain on suspensions dispersion. It was found that PEI with the highest molecular weight provided better dispersion conditions. Cathodic EPD was performed under previously optimized suspensions conditions and over electropolished stainless steel substrates. Experimental results showed that the EPD process in these conditions allows obtaining dense transparent ZnO thin films. Deposition times and intensities were optimized by analyzing the resulting thin films characteristics. Finally, the deposits were characterized by FE-SEM, AFM, and different spectroscopic techniques.

Mass spectrometric and capillary electrophoretic investigation of the enzymatic degradation of heparin-like glycosaminoglycans

Difficulties in determining composition and sequence of glycosaminoglycans, such as those related to heparin, have limited the investigation of these biologically important molecules. Here, we report methodology, based on matrix-assisted laser desorption ionization MS and capillary electrophoresis, to follow the time course of the enzymatic degradation of heparin-like glycosaminoglycans through the intermediate stages to the end products. MS allows the determination of the molecular weights of the sulfated carbohydrate intermediates and their approximate relative abundances at different time points of the experiment. Capillary electrophoresis subsequently is used to follow more accurately the abundance of the components and also to measure sulfated disaccharides for which MS is not well applicable. For those substrates that produce identical or isomeric intermediates, the reducing end of the carbohydrate chain was converted to the semicarbazone. This conversion increases the molecular weight of all products retaining the reducing terminus by the “mass tag” (in this case 56 Da) and thus distinguishes them from other products. A few picomoles of heparin-derived, sulfated hexa- to decasaccharides of known structure were subjected to heparinase I digestion and analyzed. The results indicate that the enzyme acts primarily exolytically and in a processive mode. The methodology described should be equally useful for other enzymes, including those modified by site-directed mutagenesis, and may lead to the development of an approach to the sequencing of complex glycosaminoglycans.

Purification and characterization of acetone carboxylase from Xanthobacter strain Py2

Acetone metabolism in the aerobic bacterium Xanthobacter strain Py2 proceeds by a carboxylation reaction forming acetoacetate as the first detectable product. In this study, acetone carboxylase, the enzyme catalyzing this reaction, has been purified to homogeneity and characterized. Acetone carboxylase was comprised of three polypeptides with molecular weights of 85,300, 78,300, and 19,600 arranged in an α2β2γ2 quaternary structure. The carboxylation of acetone was coupled to the hydrolysis of ATP and formation of 1 mol AMP and 2 mol inorganic phosphate per mol acetoacetate formed. ADP was also formed during the course of acetone consumption, but only accumulated at low, substoichiometric levels (≈10% yield) relative to acetoacetate. Inorganic pyrophosphate could not be detected as an intermediate or product of acetone carboxylation. In the absence of CO2, acetone carboxylase catalyzed the acetone-dependent hydrolysis of ATP to form both ADP and AMP, with ADP accumulating to higher levels than AMP during the course of the assays. Acetone carboxylase did not have inorganic pyrophosphatase activity. Acetone carboxylase exhibited a Vmax for acetone carboxylation of 0.225 μmol acetoacetate formed min−1⋅mg−1 at 30°C and pH 7.6 and apparent Km values of 7.80 μM (acetone), 122 μM (ATP), and 4.17 mM (CO2 plus bicarbonate). These studies reveal molecular properties of the first bacterial acetone-metabolizing enzyme to be isolated and suggest a novel mechanism of acetone carboxylation coupled to ATP hydrolysis and AMP and inorganic phosphate formation.

Human γ-aminobutyric acid type B receptors are differentially expressed and regulate inwardly rectifying K+ channels

γ-Aminobutyric acid type B receptors (GABABRs) are involved in the fine tuning of inhibitory synaptic transmission. Presynaptic GABABRs inhibit neurotransmitter release by down-regulating high-voltage activated Ca2+ channels, whereas postsynaptic GABABRs decrease neuronal excitability by activating a prominent inwardly rectifying K+ (Kir) conductance that underlies the late inhibitory postsynaptic potentials. Here we report the cloning and functional characterization of two human GABABRs, hGABABR1a (hR1a) and hGABABR1b (hR1b). These receptors closely match the pharmacological properties and molecular weights of the most abundant native GABABRs. We show that in transfected mammalian cells hR1a and hR1b can modulate heteromeric Kir3.1/3.2 and Kir3.1/3.4 channels. Heterologous expression therefore supports the notion that Kir3 channels are the postsynaptic effectors of GABABRs. Our data further demonstrate that in principle either of the cloned receptors could mediate inhibitory postsynaptic potentials. We find that in the cerebellum hR1a and hR1b transcripts are largely confined to granule and Purkinje cells, respectively. This finding supports a selective association of hR1b, and not hR1a, with postsynaptic Kir3 channels. The mapping of the GABABR1 gene to human chromosome 6p21.3, in the vicinity of a susceptibility locus (EJM1) for idiopathic generalized epilepsies, identifies a candidate gene for inherited forms of epilepsy.

TROSY in triple-resonance experiments: New perspectives for sequential NMR assignment of large proteins

The NMR assignment of 13C, 15N-labeled proteins with the use of triple resonance experiments is limited to molecular weights below ∼25,000 Daltons, mainly because of low sensitivity due to rapid transverse nuclear spin relaxation during the evolution and recording periods. For experiments that exclusively correlate the amide proton (1HN), the amide nitrogen (15N), and 13C atoms, this size limit has been previously extended by additional labeling with deuterium (2H). The present paper shows that the implementation of transverse relaxation-optimized spectroscopy ([15N,1H]-TROSY) into triple resonance experiments results in several-fold improved sensitivity for 2H/13C/15N-labeled proteins and approximately twofold sensitivity gain for 13C/15N-labeled proteins. Pulse schemes and spectra recorded with deuterated and protonated proteins are presented for the [15N, 1H]-TROSY-HNCA and [15N, 1H]-TROSY-HNCO experiments. A theoretical analysis of the HNCA experiment shows that the primary TROSY effect is on the transverse relaxation of 15N, which is only little affected by deuteration, and predicts sensitivity enhancements that are in close agreement with the experimental data.

Yeast homologues of higher eukaryotic TFIID subunits

In eukaryotic cells the TATA-binding protein (TBP) associates with other proteins known as TBP-associated factors (TAFs) to form multisubunit transcription factors important for gene expression by all three nuclear RNA polymerases. Computer searching of the complete Saccharomyces cerevisiae genome revealed five previously unidentified yeast genes with significant sequence similarity to known human and Drosophila RNA polymerase II TAFs. Each of these genes is essential for viability. A sixth essential gene (FUN81) has previously been noted to be similar to human TAFII18. Coimmunoprecipitation experiments show that all six proteins are associated with TBP, demonstrating that they are true TAFs. Furthermore, these proteins are present in complexes containing the TAFII130 subunit, indicating that they are components of TFIID. Based on their predicted molecular weights, these genes have been designated TAF67, TAF61(68), TAF40, TAF23(25), TAF19(FUN81), and TAF17. Yeast TAF61 is significantly larger than its higher eukaryotic homologues, and deletion analysis demonstrates that the evolutionarily conserved, histone-like domain is sufficient and necessary to support viability.

Silicatein α: Cathepsin L-like protein in sponge biosilica

Earth’s biota produces vast quantities of polymerized silica at ambient temperatures and pressures by mechanisms that are not understood. Silica spicules constitute 75% of the dry weight of the sponge Tethya aurantia, making this organism uniquely tractable for analyses of the proteins intimately associated with the biosilica. Each spicule contains a central protein filament, shown by x-ray diffraction to exhibit a highly regular, repeating structure. The protein filaments can be dissociated to yield three similar subunits, named silicatein α, β, and γ. The molecular weights and amino acid compositions of the three silicateins are similar, suggesting that they are members of a single protein family. The cDNA sequence of silicatein α, the most abundant of these subunits, reveals that this protein is highly similar to members of the cathepsin L and papain family of proteases. The cysteine at the active site in the proteases is replaced by serine in silicatein α, although the six cysteines that form disulfide bridges in the proteases are conserved. Silicatein α also contains unique tandem arrays of multiple hydroxyls. These structural features may help explain the mechanism of biosilicification and the recently discovered activity of the silicateins in promoting the condensation of silica and organically modified siloxane polymers (silicones) from the corresponding silicon alkoxides. They suggest the possibility of a dynamic role of the silicateins in silicification of the sponge spicule and offer the prospect of a new synthetic route to silica and siloxane polymers at low temperature and pressure and neutral pH.

Cloning and mitochondrial localization of full-length D-AKAP2, a protein kinase A anchoring protein

Differential compartmentalization of signaling molecules in cells and tissues is being recognized as an important mechanism for regulating the specificity of signal transduction pathways. A kinase anchoring proteins (AKAPs) direct the subcellular localization of protein kinase A (PKA) by binding to its regulatory (R) subunits. Dual specific AKAPs (D-AKAPs) interact with both RI and RII. A 372-residue fragment of mouse D-AKAP2 with a 40-residue C-terminal PKA binding region and a putative regulator of G protein signaling (RGS) domain was previously identified by means of a yeast two-hybrid screen. Here, we report the cloning of full-length human D-AKAP2 (662 residues) with an additional putative RGS domain, and the corresponding mouse protein less the first two exons (617 residues). Expression of D-AKAP2 was characterized by using mouse tissue extracts. Full-length D-AKAP2 from various tissues shows different molecular weights, possibly because of alternative splicing or posttranslational modifications. The cloned human gene product has a molecular weight similar to one of the prominent mouse proteins. In vivo association of D-AKAP2 with PKA in mouse brain was demonstrated by using cAMP agarose pull-down assay. Subcellular localization for endogenous mouse, rat, and human D-AKAP2 was determined by immunocytochemistry, immunohistochemistry, and tissue fractionation. D-AKAP2 from all three species is highly enriched in mitochondria. The mitochondrial localization and the presence of RGS domains in D-AKAP2 may have important implications for its function in PKA and G protein signal transduction.

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.

Polimerização em emulsão de estireno em microrreator.

A polimerização em emulsão de estireno em um microrreator Syrris de 250 µL com misturador estático junção \"T\" foi estudada em duas etapas. Primeiro somente a fluidodinâmica deste dispositivo não convencional foi avaliada, depois, foi desenvolvida a reação de polimerização de forma a observar como este fator influencia no sistema. Os experimentos foram realizados procurando se atingir maiores conversões, mas mantendo a estabilidade da emulsão. Foi um trabalho exploratório, portanto se assemelha mais a um processo de evolução (evolutionary process). Foram verificados a partir de qual relação das vazões dos dois fluidos ocorre a formação de gotas, e que com o aumento da vazão da fase contínua, aquosa (Qc), mantendo constante a vazão da fase dispersa (Qd), foi verificado uma diminuição do diâmetro das gotas e um regime de fluxo laminar. Posteriormente, realizou-se a polimerização em emulsão do estireno no microrreator, porém com restrições para altas vazões. Os parâmetros de processo testados foram a proporção Qc e Qd, a temperatura e a concentração do iniciador para então verificar o efeito que a variação destas ocasionam na conversão de monômero, no diâmetro e número de partículas e nas massas moleculares médias. A polimerização foi feita para soma das vazões Qc e Qd da ordem de 100 µ L/min, com 15% de monômero na formulação e com o maior tempo de residência possível de 2,5 minutos. Para maiores concentrações de monômero, acima de 15% foi verificado entupimento do canal do microrreator. A taxa de conversão de monômero aumentou com o aumento da temperatura e com o aumento da concentração do iniciador, mas o maior valor atingido foi de apenas 37% devido ao baixo tempo de residência. Nos casos de maiores taxas de conversão, as massas moleculares obtidas foram as menores conforme o esperado pela teoria. Finalmente, os índices de polidispersão (PDI), obtidos foram da ordem de 2,5 a 3,5.

Overcoming performance and convergence issues of discrete transform based modeling of crosslinking classical and reversible deactivated radical polymerizations

Population balances of polymer species in terms 'of discrete transforms with respect to counts of groups lead to tractable first order partial differential equations when ali rate constants are independent of chain length and loop formation is negligible [l]. Average molecular weights in the absence ofgelation are long known to be readily found through integration of an initial value problem. The extension to size distribution prediction is also feasible, but its performance is often lower to the one provided by methods based upon real chain length domain [2]. Moreover, the absence ofagood starting procedure and a higher numerical sensitivity hás decisively impaired its application to non-linear reversibly deactivated polymerizations, namely NMRP [3].