Measurement of the Electrogenicity of Bile Salt/H+ Antiport in Escherichia coli

The transmembrane proton gradient (ΔpH) is the primary source of energy exploited by secondary active substrate/H+ antiporters to drive the electroneutral transport of substrates across the Escherichia coli (E. coli) inner membrane. Such electroneutral transport results in no net movement of charges across the membrane. The charge on the transported substrate and the stoichiometry of the exchange reaction, however, can result in an electrogenic reaction which is driven by both the ΔpH and the electrical (∆Ψ) components of the proton electrochemical gradient, resulting in a net movement of electrical charges across the membrane. We have shown that the major facilitator superfamily transporter MdtM - a multidrug efflux protein from E. coli that functions physiologically in protection of bacterial cells against bile salts - imparts bile salt resistance to the bacterial cell by coupling the exchange of external protons (H+) to the efflux of bile salts from the cell interior via an electrogenic antiport reaction (Paul et al., 2014). This protocol describes, using fluorometry, how to detect electrogenic antiport activity of MdtM in inverted membrane vesicles of an antiporter-deficient strain of E. coli TO114 cells by measuring transmembrane ∆Ψ. The method exploits changes that occur in the intensity of the fluorescence signal (quenching and dequenching) of the probe Oxonol V in response to changes in membrane potential due to the MdtM-catalysed sodium cholate/H+ exchange reaction. The protocol can be adapted to detect activity of any secondary active antiporter that couples the electrogenic translocation of H+ across a biological membrane to that of its counter-substrate, and may be used to unmask otherwise camouflaged transport activities and physiological roles.

Measurement of proton-driven antiport in Escherichia coli

Secondary active transport of substrates across the inner membrane is vital to the bacterial cell. Of the secondary active transporter families, the ubiquitous major facilitator superfamily (MFS) is the largest and most functionally diverse (Reddy et al., 2012). Recently, it was reported that the MFS multidrug efflux protein MdtM from Escherichia coli (E. coli) functions physiologically in protection of bacterial cells against bile salts (Paul et al., 2014). The MdtM transporter imparts bile salt resistance to the bacterial cell by coupling the exchange of external protons (H+) to the efflux of bile salts from the cell interior via an antiport reaction. This protocol describes, using fluorometry, how to detect the bile salt/H+ antiport activity of MdtM in inverted membrane vesicles of an antiporter-deficient strain of E. coli TO114 cells by measuring transmembrane ∆pH. This method exploits the changes that occur in the intensity of the fluorescence signal (quenching and dequenching) of the pH-sensitive dye acridine orange in response to changes in [H+] in the vesicular lumen. Due to low levels of endogenous transporter expression that would normally make the contribution of individual transporters such as MdtM to proton-driven antiport difficult to detect, the method typically necessitates that the transporter of interest be overexpressed from a multicopy plasmid. Although the first section of the protocol described here is very specific to the overexpression of MdtM from the pBAD/Myc-His A expression vector, the protocol describing the subsequent measurement of bile salt efflux by MdtM can be readily adapted for measurement of antiport of other substrates by any other antiporter that exchanges protons for countersubstrate.

Comparação dos métodos aplicados na detecção de bactérias coliformes, Escherichia coli e Enterococcus sp. em águas para fins recreativos

Dissertação mest., Qualidade em Análises, Universidade do Algarve, 2007

Cloning and expression in Escherichia coli of full-length complementary DNA coding for human α1-antitrypsin

A cDNA library prepared from human liver was screened for α₁-antitrypsin, a major constituent of plasma which functions as inhibitor of proteolytic enzyms. The library was screened using a 12-base-long synthetic oligodeoxyribonucleotide corresponding to a known DNA fragment of human α₁-antitrypsin and by hybrid-selection of α₁-antitrypsin mRNA.

Caracterização molecular da resistência a antimicrobianos em Escherichia coli produtoras de β-lactamases de espectro alargado isoladas em cães e estudo da partilha de clones bacterianos entre animais de companhia e coabitantes humanos

A pressão seletiva originada pelo uso excessivo de antimicrobianos na medicina humana e veterinária tem contribuído para a emergência de estirpes bacterianas multirresistentes, sendo os estudos mais escassos relativamente à sua presença nos animais de companhia. Porque os animais e os seus proprietários partilham o mesmo espaço habitacional, apresentando comportamentos de contacto próximo, existe uma hipótese elevada de transferência microbiana inter-espécie. Ante esta possibilidade é importante escrutinar o papel dos animais de companhia enquanto reservatórios de estirpes e de genes de resistência, bem como a sua envolvência na disseminação de estirpes bacterianas multirresistentes. Importa também, investigar o papel das superfícies e objetos domésticos partilhados por ambos, como potenciadores deste fenómeno. O objetivo deste trabalho foi, identificar o filogrupo e fazer a caracterização molecular dos genes que conferem resistência aos β-lactâmicos e às quinolonas, em quarenta isolados de Escherichia coli produtoras de β-lactamases de espectro alargado (ESBL), obtidas em zaragatoas fecais de cães consultados no Hospital Veterinário do ICBAS-UP. Complementarmente pretendeu-se inferir sobre a partilha de clones de Escherichia coli e Enterococcus spp. com elevadas resistências, em cinco agregados familiares (humanos e seus animais de companhia) assim como avaliar a potencial disseminação de estirpes multirresistentes no ambiente doméstico. Previamente foram recolhidas zaragatoas de fezes, pelo e mucosa oral dos animais e em alguns casos, dos seus proprietários, e ainda do ambiente doméstico. As zaragatoas foram processadas e as estirpes isoladas com base em meios seletivos. Foram realizados testes de suscetibilidade antimicrobiana de modo a estabelecer o fenótipo de resistência de cada isolado. O DNA foi extraído por varias metodologias e técnicas de PCR foram utilizadas para caracterização de filogrupos (Escherichia coli) e identificação da espécie (Enterococcus spp.). A avaliação da proximidade filogenética entre isolados foi efetuada por ERIC PCR e PFGE. No conjunto de quarenta isolados produtores de ESBL e/ou resistentes a quinolonas verificou-se que 47,5% pertenciam ao filogrupo A, havendo uma menor prevalência do filogrupo D (25,0%), B1 (17,5%), e B2 (10,0%).A frequência de resistência nestes isolados é factualmente elevada, sendo reveladora de uma elevada pressão seletiva. Com exceção de dois isolados, os fenótipos foram justificados pela presença de β-lactamases. A frequência da presença de genes foi: 47% blaTEM, 34% blaSHV, 24% blaOXA , 18% blaCTX-M-15, 8% blaCTX-M-2, 3% blaCTX-M-9. Nos isolados resistentes às quinolonas verificou-se maioritariamente a presença de mutações nos genes cromossomais gyrA e parC, e em alguns casos a presença de um determinante de resistência mediado por plasmídeo – qnrS. Nos cinco “agregados familiares” (humanos e animais) estudados foi observada uma partilha frequente de clones de E. coli e Enterococcus faecalis com múltiplas resistências, isolados em fezes e mucosa oral de cães e gatos e fezes e mãos dos respetivos proprietários, evidenciando-se assim uma possível transferência direta entre coabitantes (agregados A, C, D, E). Ficou também comprovado com percentagens de similaridade genotípica superiores a 94% que essa disseminação também ocorre para o ambiente doméstico, envolvendo objetos dos animais e de uso comum (agregados A, E). Os resultados obtidos reforçam a necessidade de um uso prudente dos antimicrobianos, pois elevados padrões de resistências terão um impacto não só na qualidade de vida dos animais mas também na saúde humana. Adicionalmente importa sensibilizar os proprietários para a necessidade de uma maior vigilância relativamente às formas de interação com os animais, bem como para a adoção de medidas higiénicas cautelares após essa mesma interação.

Caracterização preliminar da bioenergética do efluxo pelo sistema AcrAB-TolC em Escherichia coli

A resistência aos antibióticos em bactérias Gram-negativas pode ser aumentada pela extrusão de antibióticos através de sistemas de efluxo. Em Escherichia coli, o principal sistema de efluxo é o AcrAB-TolC o qual tem como principal fonte energética a força proto-motriz. Este trabalho pretendeu estudar alguns aspectos essenciais da bioenergética na actividade de efluxo de E. coli usando três estirpes bem caracterizadas genotipica e fenotipicamente. Foi utilizado um método fluorimétrico semi-automático no qual a fluorescência do fluorocromo brometo de etídeo, substrato de bombas de efluxo foi seguida, permitindo a medição em tempo real da actividade de efluxo e acumulação de fluorocromo (inibição do efluxo). A utilização de brometo de etídeo é particularmente vantajosa pois emite baixa fluorescência no exterior da célula bacteriana tornando-se extremamente fluorescente no seu interior. Este método é uma nova aplicação do termociclador em tempo real RotorGeneTM 3000 que permite o cálculo da cinética de transporte reflectindo o balanço entre acumulação de substrato por difusão passiva através da membrana e a sua extrusão/efluxo, proporcionando uma detecção rápida e económica de inibidores de efluxo. Os resultados obtidos mostram, para todas as estirpes, que a GLU e o pH afectam a acumulação e o efluxo do brometo de etídeo. De todos os inibidores de vias biossintéticas testados, o ortovanadato de sódio, foi o que demonstrou maior actividade inibitória, a qual é revertida na presença de GLU. Em conclusão, este estudo mostra que a actividade de efluxo de E. coli depende não só da fosforilação oxidativa por via da força proto-motriz mas também da energia proveniente da hidrólise de ATP pelas ATPases. O ortovanadato de sódio tem potencial para ser um novo inibidor de bombas de efluxo de largo espectro. A tecnologia utilizada neste trabalho demonstrou ser apropriada para a caracterização bioenergética da actividade de bombas de efluxo e permite a selecção de novos inibidores de bombas de efluxo em bactérias.

Aspects of the hemes and modulation of hydrogen donors in catalases from bovine liver, yeast, and escherichia coli

Catalase is the enzyme which decomposes hydrogen peroxide to water and oxygen. Escherichia coli contains two catalases. Hydroperoxidase I (HPI) is a bifunctional catalase-peroxidase. Hydroperoxidase II (HPII) is only catalytically active toward H202. Expression of the genes encoding these proteins is controlled by different regimes. HPJI is thought to be a hexamer, having one heme d cis group per enzymatic subunit. HPII wild type protein and heme containing mutant proteins were obtained from the laboratory of P. Loewen (Univ. of Manitoba). Mutants constructed by oligonucleotidedirected mutagenesis were targeted for replacement of either the His128 residue or the Asn201 residue in the vicinity of the HPII heme crevice. His128 is the residue thought to be analogous to the His74 distal axial ligand of the heme in the bovine liver enzyme, and Asn201 is believed to be a residue critical to the function of the enzyme because of its role in orienting and interacting with the substrate molecule. Investigation of the nature of the hemes via absorption spectroscopy of the unmodified catalase proteins and their derived pyridine hemochromes showed that while the bovine and Saccharomyces cerevisiae catalase enzymes are protoheme-containing, the HPII wild type protein contains heme d, and the mutant proteins contain either solely protoheme, or heme d-protoheme mixtures. Cyanide binding studies supported this, as ligand binding was monophasic for the bovine, Saccharomyces cerevisiae, and wild type HPII enzymes, but biphasic for several of the HPII mutant proteins. Several mammalian catalases, and at least two prokaryotic catalases, are known to be NADPH binding. The function of this cofactor appears to be the prevention of inactivation of the enzyme, which occurs via formation of the inactive secondary catalase peroxide compound (compound II). No physiologically plausible scheme has yet been proposed for the NADPH mediation of catalase activity. This study has shown, via fluorescence and affinity chromatography techniques, that NADPH binds to the T (Typical) and A (Atypical) catalases of Saccharomyces cerevisiae, and that wild type HPII apparently does not bind NADPH. This study has also shown that NADPH is unlike any other hydrogen donor to catalase, and addresses its features as a unique donor by proposing a mechanism whereby NADPH is oxidized and catalase is protected from inactivation via the formation of protein radical species. Migration of this radical to a position close to the NADPH is also proposed as an adjunct hypothesis, based on similar electron migrations that are known to occur within metmyoglobin and cytochrome c peroxidase when reacted with H202. Validation of these hypotheses may be obtained in appropriate future experiments.

Clonación molecular de los DNAs complementarios que codifican para las hormonas de crecimiento de origen hipofisiario humano en Escherichia coli

Tesis (Maestría en Ciencias con Especialidad en Microbiología Médica) UANL

Biosíntesis de la hormona del crecimiento humano recombinante (HGHr) en Pichia pastoris y Escherichia coli

Tesis (Maestría en Ciencias con Especialidad en Biología Molecular e Ingeniería Genética) UANL

Expresión en Escherichia coli del DNA complementario de la hormona del crecimiento bovino

Tesis (Maestría en Ciencias con Especialidad en Biología Molecular e Ingeniería Genética) U.A.N.L.

Implementación de una técnica directa para la detección de la enterotoxina termolabil de Escherichia coli a partir de sus colonias en coprocultivo

Tesis (Maestría en Ciencias con Especialidad en Microbiología Médica) U.A.N.L.

Estudio sobre el efecto de diferentes concentraciones de alcoholes primarios sobre la viabilidad de Staphylococcus aureus y escherichia coli y la integridad de sus respectivos esferoplastos

Tesis de María Alicia Suárez Semour (Maestro en Ciencias con especialidad en Microbiología Médica) U.A.N.L.

Expresión de la proteína Omp31 recombinante de brucella ovis en el sistema de escherichia coli para su uso como antígeno en el diagnóstico de epididimitis contagiosa del carnero.

Tesis (Maestría en Ciencias con Acentuación en Inmunobiología) UANL, 2012.