Recognizing drug targets using evolutionary information: implications for repurposing FDA-approved drugs against Mycobacterium tuberculosis H37Rv

Drug repurposing to explore target space has been gaining pace over the past decade with the upsurge in the use of systematic approaches for computational drug discovery. Such a cost and time-saving approach gains immense importance for pathogens of special interest, such as Mycobacterium tuberculosis H37Rv. We report a comprehensive approach to repurpose drugs, based on the exploration of evolutionary relationships inferred from the comparative sequence and structural analyses between targets of FDA-approved drugs and the proteins of M. tuberculosis. This approach has facilitated the identification of several polypharmacological drugs that could potentially target unexploited M. tuberculosis proteins. A total of 130 FDA-approved drugs, originally intended against other diseases, could be repurposed against 78 potential targets in M. tuberculosis. Additionally, we have also made an attempt to augment the chemical space by recognizing compounds structurally similar to FDA-approved drugs. For three of the attractive cases we have investigated the probable binding modes of the drugs in their corresponding M. tuberculosis targets by means of structural modelling. Such prospective targets and small molecules could be prioritized for experimental endeavours, and could significantly influence drug-discovery and drug-development programmes for tuberculosis.

Hypothetical protein Rv3423.1 of Mycobacterium tuberculosis is a histone acetyltransferase

We isolated an 8 kDa mycobacterial hypothetical protein, Rv3423.1, from the chromatin of human macrophages infected with Mycobacterium tuberculosis H37Rv. Bioinformatics predictions followed by in vitro biochemical assays with purified recombinant protein showed that Rv3423.1 is a novel histone acetyltransferase that acetylates histone H3 at the K9/K14 positions. Transient transfection of macrophages containing GFP-tagged histone H1 with RFP-tagged Rv3423.1 revealed that the protein co-localizes with the chromatin in the nucleus. Co-immunoprecipitation assays confirmed that the Rv3423.1-histone interaction is specific. Rv3423.1 protein was detected in the culture filtrate of virulent but not avirulent M. tuberculosis. Infection of macrophages with recombinant Mycobacterium smegmatis constitutively expressing Rv3423.1 resulted in a significant increase in the number of intracellular bacteria. However, the protein did not seem to offer any growth advantage to free-living recombinant M. smegmatis. It is highly likely that, by binding to the host chromatin, this histone acetyltransferase from M. tuberculosis may manipulate the expression of host genes involved in anti-inflammatory responses to evade clearance and to survive in the intracellular environment.

First-in-Class Inhibitors of Sulfur Metabolism with Bactericidal Activity against Non-Replicating M-tuberculosis

Development of effective therapies to eradicate persistent, slowly replicating M. tuberculosis (Mtb) represents a significant challenge to controlling the global TB epidemic. To develop such therapies, it is imperative to translate information from metabolome and proteome adaptations of persistent Mtb into the drug discovery screening platforms. To this end, reductive sulfur metabolism is genetically and pharmacologically implicated in survival, pathogenesis, and redox homeostasis of persistent Mtb. Therefore, inhibitors of this pathway are expected to serve as powerful tools in its preclinical and clinical validation as a therapeutic target for eradicating persisters. Here, we establish a first functional HTS platform for identification of APS reductase (APSR) inhibitors, a critical enzyme in the assimilation of sulfate for the biosynthesis of cysteine and other essential sulfur-containing molecules. Our HTS campaign involving 38?350 compounds led to the discovery of three distinct structural classes of APSR inhibitors. A class of bioactive compounds with known pharmacology displayed potent bactericidal activity in wild-type Mtb as well as MDR and XDR clinical isolates. Top compounds showed markedly diminished potency in a conditional Delta APSR mutant, which could be restored by complementation with Mtb APSR. Furthermore, ITC studies on representative compounds provided evidence for direct engagement of the APSR target. Finally, potent APSR inhibitors significantly decreased the cellular levels of key reduced sulfur-containing metabolites and also induced an oxidative shift in mycothiol redox potential of live Mtb, thus providing functional validation of our screening data. In summary, we have identified first-in-class inhibitors of APSR that can serve as molecular probes in unraveling the links between Mtb persistence, antibiotic tolerance, and sulfate assimilation, in addition to their potential therapeutic value.

Mycobacterium tuberculosis WhiB3 Responds to Vacuolar pH-induced Changes in Mycothiol Redox Potential to Modulate Phagosomal Maturation and Virulence.

The ability of Mycobacterium tuberculosis to resist intraphagosomal stresses, such as oxygen radicals and low pH, is critical for its persistence. Here, we show that a cytoplasmic redox sensor, WhiB3, and the major M. tuberculosis thiol, mycothiol (MSH), are required to resist acidic stress during infection. WhiB3 regulates the expression of genes involved in lipid anabolism, secretion, and redox metabolism, in response to acidic pH. Furthermore, inactivation of the MSH pathway subverted the expression of whiB3 along with other pH-specific genes in M. tuberculosis. Using a genetic biosensor of mycothiol redox potential (E-MSH), we demonstrated that a modest decrease in phagosomal pH is sufficient to generate redox heterogeneity in E-MSH of the M. tuberculosis population in a WhiB3-dependent manner. Data indicate that M. tuberculosis needs low pH as a signal to alter cytoplasmic E-MSH, which activates WhiB3-mediated gene expression and acid resistance. Importantly, WhiB3 regulates intraphagosomal pH by down-regulating the expression of innate immune genes and blocking phagosomal maturation. We show that this block in phagosomal maturation is in part due to WhiB3-dependent production of polyketide lipids. Consistent with these observations, Mtb Delta whiB3 displayed intramacrophage survival defect, which can be rescued by pharmacological inhibition of phagosomal acidification. Last, Mtb Delta whiB3 displayed marked attenuation in the lungs of guinea pigs. Altogether, our study revealed an intimate link between vacuolar acidification, redox physiology, and virulence in M. tuberculosis and discovered WhiB3 as crucial mediator of phagosomal maturation arrest and acid resistance in M. tuberculosis.

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

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

Estudio epidemiológico de la prevalencia de tuberculosis bovina, en el municipio de San Pedro de Lóvago, departamento de Chontales

El estudio se realizó en el municipio de San Pedro de Lóvago , departamento de Chontales , el cual comprende 18 Comarcas. La zona presenta coordenadas a 12° 07’ latitud norte y 85° 07’ latitud oeste y a una altura de 340 m.s.n.m , con una temperatura promedio de 26°, el clima del municipio es semi húmedo conocido como de sabana tropical, su precipitación varía entre 1200 y 1400mm, se encuentra a 193 Km. de la capital, con una extensión territorial de 604 kms cuadrados y una población aproximada de 700 habitantes. El trabajo se realizó en 5322 bovinos de ambos sexos pertenecientes a las 18 comarcas del municipio de San Pedro de Lóvago, de los cuales 142 eran machos y 5180 hembras, la edad mínima de los animales fue de seis meses. Con el objeto de determinar la Prevalencia de tuberculosis en el municipio de San Pedro de Lóvago, se realizaron pruebas diagnosticas individuales utilizando para esto la prueba alérgica de tuberculina PPD. Se aplicó una dosis de 0.1 ml de PPD bovino en el pliegue anocaudal, según el Reglamento del Programa Nacional de Vigilancia epidemiológica(PROVESA,2005. RESULTADOS x Encontrándose 18 animales reactores a la prueba de tuberculina (18/5322), representando el 0.34 % (Tabla No. 1). DISCUSIÓN Estos resultados son menores a los valores reportados por estudios realizados en los municipios del Almendro que obtuvo 24 animales reactores, el coral 20 animales, pero son superiores a los obtenido en el Municipio de Nueva Guinea con 12 animales y Muelle de los Bueyes con 1 animal rector (PROVESA, 2005). La Prevalencia encontrada en el estudio pudo ser influenciada por el tipo de explotación, la introducción de animales en los hatos, el manejo y el medio ambiente. La Comarca Llanos de los Pedros obtuvo la mayor frecuencia de animales reactores a la tuberculina. Aquí los animales permanecen la mayor parte del tiempo en corrales, o semiestabulado, aunque salen a pastar en potreros reducidos. Finalmente es necesario recordar que a estos animales reactores se le realizó la prueba comparativa a los 60 días después de haber realizado la primera prueba diagnóstica y dió como resultado un 0% de animales positivos a la tuberculina. Esto puede deberse a que los animales reaccionaron como falsos positivos, es decir que estábamos en presencia de un Mycrobacterium atípicos.

Factores de riesgo que permiten la prevalencia de brucelosis y tuberculosis en el hato ovino de la finca Santa Rosa en Octubre 2012

El presente estudio se realizó con el objetivo de analizar los factores de riesgo que permiten la prevalencia de Brucelosis y Tuberculosis en el hato ovino, estableciendo medidas de prevención y control que deben implementarse en la unidad de producción ovina de la Finca Sta. Rosa, Facultad de Ciencia Animal (FACA), de la Universidad Nacional Agraria, siendo de interés realizar un monitoreo para estar certificada por El Ministerio Agropecuario y Forestal (MAGFOR) como hato ovino libre de brucelosis y tuberculosis. El análisis estadístico midió la prevalencia muestreando 60 hembras en edades reproductivas, 36 de la población total del hato, a través de pruebas diagnósticas: aplicación de tuberculina PPD(Derivado Proteico Purificado) anocaudal (Tuberculosis) y muestra sanguínea para la realización de Rosa de bengala (Brucelosis), emitiendo dichas muestras a la red nacional de laboratorios de diagnóstico veterinario (RNLDV) del MAGFOR, se midieron los factores de exposición agrupados en tres subgrupos: primero: factores de infraestructura, segundo: factores de manejo y tercero: factores varios; a partir de la realización de encuestas cerradas determinando el cumplimiento de las medidas de bioseguridad, con una escala de calificación de cero a cinco donde cero es nulo y cinco es excelente, realizando el análisis estadístico T estudent, donde los factores de exposición y la calificación reportadas es significativa (P<0.005), es decir la frecuencia de calificación no aceptables además de ser mayores fueron significantes para el buen desempeño de la actividad y producción ovina. Obteniendo una prevalencia del 0% de Brucelosis y Tuberculosis. En la determinación de cumplimiento se encontró, para el primer subgrupo: Cero = nulo, a 2 factores: rotulación de la granja y área para oficina y comedor; Uno = malo, a 2 factores: rodiluvios, y pediluvios; Tres = bueno, a un factor: zona de parqueo para vehículos; Cuatro = muy bueno, a un factor: cerca perimetral. Para el segundo subgrupo: Cero = nulo, a un factor: registro de entrada y salida de la granja; Uno = malo, a 2 factores: baños en la entrada; Dos = regular, a un factor: calidad del agua; Cuatro (muy bueno) a un factor: control de plagas. Tercer subgrupo: Cero = nulo, a dos factores: intercambio de utensilios e ingreso de animales domésticos. Existe gran falta de cumplimiento de las medidas de bioseguridad en la unidad de producción ovina. Se debe realizar seguimiento epidemiológico para obtener la certificación de hato libre de estas zoonosis, y corrección o implementación de las medidas de bioseguridad en el hato ovino.

Competitive adsorption between bovine serum albumin and collagen observed by atomic force microscope

Atomic force microscopy (AFM) was used to study the competitive adsorption between bovine serum albumin (BSA) and type I collagen on hydrophilic and hydrophobic silicon wafers. BSA showed a grain shape and the type I collagen displayed fibril-like molecules with relatively homogeneous height and width, characterized with clear twisting (helical formation). These AFM images illustrated that quite a lot of type I collagen appeared in the adsorption layer on hydrophilic surface in a competitive adsorption state, but the adsorption of BSA was more preponderant than that of type I collagen on hydrophobic silicon wafer surface. The experiments showed that the influence of BSA on type I collagen adsorption on hydrophilic surface was less than that on hydrophobic surface.

Competitive adsorption of collagen and bovine serum albumin - effect of the surface wettability

The competitive adsorption of collagen and bovine serum albumin (BSA) on surfaces with varied wettability was investigated with imaging ellipsometry, and ellipsometry. Silane modified silicon surfaces were used as substrates. The results showed that surface wettability had an important effect on protein competitive adsorption. With the decrease of surface wettability, the adsorption of collagen from the mixture solution of collagen and BSA decreased, while the adsorption of BSA increased. (C) 2003 Elsevier B.V. All rights reserved.

Diagnóstico epidemiológico de la prevalencia de brucelosis y tuberculosis a traves de las pruebas de campo Rosa de Bengala y Tuberculinica (Ano-caudal) respectivamente en bovinos del municipio de San José de los Remates, Boaco

La presente investigación se realizó con la finalidad de determinar la prevalencia de Brucelosis y Tuberculosis en condiciones tradicionales en hatos de doble propósito en diferentes comarcas del municipio de San José de los Remates. El municipio de San José de los Remates, se encuentra ubicado entre las coordenadas 12º35° de latitud norte y 85º45' longitud oeste, al noroeste del departamento de Boaco, asentado sobre la cordillera de Amerrisque, San José de los Remates se encuentra a 96 km de la capital Managua y a 44 km de la cabecera departamental. Boaco. Se llevó a cabo un estudio preliminar en 72 tincas, con un total 3,992 bovinos muestreados de los cuales se tomaron todas las muestras correspondientes a la zona del municipio antes mencionado siendo analizadas en el laboratorio regional de Juigalpa. Para la detección de anticuerpos contra Brucella abortus se utilizó la prueba de Rosa de Bengala y la prueb a tubercu linica ano-caud al para diagnosticar Tubercul osis. La in formación fue facilitada por los productores acerca de sus explotaciones pecuarias y los resultados en el caso de Rosa de Bengala fueron suministrados por el Departamento de Serología de la Red Nacional de Laboratorio de diagnóstico veterinario Región V. mientras que el de Tuberculosis fue dado por los encargados de la aplicación de tuberculina . Los resultad os manifiestan una prevalencia global de Brucelosis y Tuberculosis Bovina del 0.0% de las comarcas situadas en el municipio.

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

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

Association analyses of DNA polymorphisms in bovine SREBP-1, LXRα,FADS1 genes with fatty acid composition in Canadian commercial crossbred beef steers

Two previously reported DNA polymorphisms of sterol regulatory element binding transcription factor 1 (SREBP1) and liver X receptor alpha (LXRα) and two DNA polymorphisms of fatty acid desaturase 1 (FADS1) were evaluated for associations with fatty acids in brisket adipose tissue of Canadian cross-bred beef steers. The polymorphism of 84 bp insert/deletion in intron 5 of SREBP1 was significantly associated with the concentration of 9c C17:1 (P=0.013). The G>A single nucleotide polymorphism (SNP) in the exon 4 of LXRα gene was associated with the concentration of 9c, 11t C18:2 (P=0.04), sum of conjugated linoleic acids (CLA) (P=0.025) and 11c C20:1(P=0.042). Two DNA polymorphisms in the promoter region of FADS1, deletion/insertion of ->GTG in rs133053720 and SNP A>G in rs42187276, were significantly associated with concentrations of C17:0 iso, C17:0 ai, total branched chain fatty acids (BFA), 12t C18:1, 13t/14t C18:1, 15t C18:1, and 13c C18:1 (P<0.05). Further studies are needed to validate the associations and to delineate the roles of the gene polymorphisms in determining the fatty acid composition in beef tissues.

La Tuberculosis como Infeccion Asociada al VIH

La infección oportunista más comúnmente asociada al Virus de la Inmunodeficiencia Humana (VIH) es la Tuberculosis (TB), formando estas dos patologías una co-infección. La asociación de ambas enfermedades es conocida como “coepidemia” o “epidemia dual”. Provoca grandes problemáticas ya que ambas infecciones se intensifican y es más mortal que cada una de ellas por separado. Para el tratamiento de esta co-infección es importante que sea considerada como una sola enfermedad y no como dos separadas a fin de poder abordarla de manera eficaz. Para el tratamiento se desarrolla una combinación de medicamentos Antirretrovirales (ART) y antituberculosos. Esta interacción tiene el riesgo de producir efectos adversos siendo el más común el Síndrome de Reconstrucción Inmune (SRI). Para evitar la coepidemia, las estrategias de prevención juegan un papel importante a fin de que no se produzca el desarrollo y propagación de la misma. Se conocen posibles estrategias a nivel de diagnóstico y tratamiento preventivo encontrándose todas ellas todavía en fase de investigación. Un papel base en el tratamiento y la prevención es la información que se realiza no sólo al paciente sino a sus allegados. En este aspecto es muy importante el papel de la Enfermería.

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

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