Differential induction, isolation, physicochemical and molecular characterization of temperate phages of environmental Vibrio cholerae as evidence of phage mediated Horizontal Gene Transfer

The resurgence of the enteric pathogen Vibrio cholerae, the causative organism of epidemic cholera, remains a major health problem in many developing countries like India. The southern Indian state of Kerala is endemic to cholera. The outbreaks of cholera follow a seasonal pattern in regions of endemicity. Marine aquaculture settings and mangrove environments of Kerala serve as reservoirs for V. cholerae. The non-O1/non-O139 environmental isolates of V. cholerae with incomplete ‘virulence casette’ are to be dealt with caution as they constitute a major reservoir of diverse virulence genes in the marine environment and play a crucial role in pathogenicity and horizontal gene transfer. The genes coding cholera toxin are borne on, and can be infectiously transmitted by CTXΦ, a filamentous lysogenic vibriophages. Temperate phages can provide crucial virulence and fitness factors affecting cell metabolism, bacterial adhesion, colonization, immunity, antibiotic resistance and serum resistance. The present study was an attempt to screen the marine environments like aquafarms and mangroves of coastal areas of Alappuzha and Cochin, Kerala for the presence of lysogenic V. cholerae, to study their pathogenicity and also gene transfer potential. Phenotypic and molecular methods were used for identification of isolates as V. cholerae. The thirty one isolates which were Gram negative, oxidase positive, fermentative, with or without gas production on MOF media and which showed yellow coloured colonies on TCBS (Thiosulfate Citrate Bile salt Sucrose) agar were segregated as vibrios. Twenty two environmental V. cholerae strains of both O1 and non- O1/non-O139 serogroups on induction with mitomycin C showed the presence of lysogenic phages. They produced characteristic turbid plaques in double agar overlay assay using the indicator strain V. cholerae El Tor MAK 757. PCR based molecular typing with primers targeting specific conserved sequences in the bacterial genome, demonstrated genetic diversity among these lysogen containing non-O1 V. cholerae . Polymerase chain reaction was also employed as a rapid screening method to verify the presence of 9 virulence genes namely, ctxA, ctxB, ace, hlyA, toxR, zot,tcpA, ninT and nanH, using gene specific primers. The presence of tcpA gene in ALPVC3 was alarming, as it indicates the possibility of an epidemic by accepting the cholera. Differential induction studies used ΦALPVC3, ΦALPVC11, ΦALPVC12 and ΦEKM14, underlining the possibility of prophage induction in natural ecosystems, due to abiotic factors like antibiotics, pollutants, temperature and UV. The efficiency of induction of prophages varied considerably in response to the different induction agents. The growth curve of lysogenic V. cholerae used in the study drastically varied in the presence of strong prophage inducers like antibiotics and UV. Bacterial cell lysis was directly proportional to increase in phage number due to induction. Morphological characterization of vibriophages by Transmission Electron Microscopy revealed hexagonal heads for all the four phages. Vibriophage ΦALPVC3 exhibited isometric and contractile tails characteristic of family Myoviridae, while phages ΦALPVC11 and ΦALPVC12 demonstrated the typical hexagonal head and non-contractile tail of family Siphoviridae. ΦEKM14, the podophage was distinguished by short non-contractile tail and icosahedral head. This work demonstrated that environmental parameters can influence the viability and cell adsorption rates of V. cholerae phages. Adsorption studies showed 100% adsorption of ΦALPVC3 ΦALPVC11, ΦALPVC12 and ΦEKM14 after 25, 30, 40 and 35 minutes respectively. Exposure to high temperatures ranging from 50ºC to 100ºC drastically reduced phage viability. The optimum concentration of NaCl required for survival of vibriophages except ΦEKM14 was 0.5 M and that for ΦEKM14 was 1M NaCl. Survival of phage particles was maximum at pH 7-8. V. cholerae is assumed to have existed long before their human host and so the pathogenic clones may have evolved from aquatic forms which later colonized the human intestine by progressive acquisition of genes. This is supported by the fact that the vast majority of V. cholerae strains are still part of the natural aquatic environment. CTXΦ has played a critical role in the evolution of the pathogenicity of V. cholerae as it can transmit the ctxAB gene. The unusual transformation of V. cholerae strains associated with epidemics and the emergence of V. cholera O139 demonstrates the evolutionary success of the organism in attaining greater fitness. Genetic changes in pathogenic V. cholerae constitute a natural process for developing immunity within an endemically infected population. The alternative hosts and lysogenic environmental V. cholerae strains may potentially act as cofactors in promoting cholera phage ‘‘blooms’’ within aquatic environments, thereby influencing transmission of phage sensitive, pathogenic V. cholerae strains by aquatic vehicles. Differential induction of the phages is a clear indication of the impact of environmental pollution and global changes on phage induction. The development of molecular biology techniques offered an accessible gateway for investigating the molecular events leading to genetic diversity in the marine environment. Using nucleic acids as targets, the methods of fingerprinting like ERIC PCR and BOX PCR, revealed that the marine environment harbours potentially pathogenic group of bacteria with genetic diversity. The distribution of virulence associated genes in the environmental isolates of V. cholerae provides tangible material for further investigation. Nucleotide and protein sequence analysis alongwith protein structure prediction aids in better understanding of the variation inalleles of same gene in different ecological niche and its impact on the protein structure for attaining greater fitness of pathogens. The evidences of the co-evolution of virulence genes in toxigenic V. cholerae O1 from different lineages of environmental non-O1 strains is alarming. Transduction studies would indicate that the phenomenon of acquisition of these virulence genes by lateral gene transfer, although rare, is not quite uncommon amongst non-O1/non-O139 V. cholerae and it has a key role in diversification. All these considerations justify the need for an integrated approach towards the development of an effective surveillance system to monitor evolution of V. cholerae strains with epidemic potential. Results presented in this study, if considered together with the mechanism proposed as above, would strongly suggest that the bacteriophage also intervenes as a variable in shaping the cholera bacterium, which cannot be ignored and hinting at imminent future epidemics.

Vom Biofilm zur planktonischen Lebensform

Im ersten Teil dieser Dissertation stand die Analyse der Motilitätsentwicklung bei Vertretern der Gattung Methylobacterium im Vordergrund. Diese zu den pink pigmentierten fakultativ methylotrophen Mikroorganismen (PPFMs) gehörenden Prokaryoten sind in der Umwelt weit verbreitet. Besonders häufig besiedeln die Mikroben pflanzliche Oberflächen und können als so genannte Phytosymbionten in einer wechselseitigen Beziehung zu pflanzlichen Organismen stehen. In aquatischer Umgebung können Methylobakterien Flagellen aufweisen. Hierbei handelt es sich um spezielle Fortbewegungsorganellen, die den Mikroben eine aktive Beweglichkeit ermöglichen. Die Ausbildung polarer Einzelflagellen bei Methylobacterium-Zellen in planktonischer Lebensweise konnte unter Anwendung verschiedener mikroskopischer Techniken dokumentiert werden. Quantitative Beweglichkeitsstudien zeigten einen charakteristischen Entwicklungsverlauf, korreliert mit den Wachstumsphasen der Bakterienkulturen und machten deutlich, dass die Motilitätsrate durch Umweltfaktoren, wie z. B. die Nährstoffversorgung, beeinflusst werden kann. Es konnte gezeigt werden, dass die Pflanzen-assoziierten PPFMs in der Lage sind, zwischen einer sessilen und planktonischen Lebensweise zu wechseln und dass sowohl die zelluläre Beweglichkeit als auch die Biofilm-Bildung der Prokaryoten ein reversibles, reaktivierbares Verhalten darstellt. Weiterhin konnte belegt werden, dass die Motilität der epiphytischen Mikroben bezüglich der Besiedelung von Pflanzen, z. B. bei der Ausbreitung auf Keimblatt-Oberflächen von Sonnenblumen (Helianthus annuus), keine zentrale Rolle spielt und eine endophytische Lebensweise unwahrscheinlich ist. Ziel der Arbeit war weiterhin die Charakterisierung und Identifizierung eines aus der Phyllosphäre der Echten Feige (Ficus carica, Standort Griechenland) isolierten Bakterien-Stammes (Mtb. sp. Fc1). Die fakultativ methylotrophe Stoffwechseleigenschaft, sowie die auffällige rötliche Pigmentierung belegen, dass es sich um einen Vertreter der PPFMs handelt. Die Analyse morphologischer, physiologischer und biochemischer Eigenschaften bestätigte in Übereinstimmung mit molekularphylogenetischen Untersuchungen zur Klassifizierung und taxonomischen Einordnung, dass es sich um Pflanzen-assoziierte Mikroben der Gattung Methylobacterium handelt. Analysen der 16S rDNA sowie partieller Sequenzen der für Methylobakterien etablierten Marker-Gene mxaF und gyrB verdeutlichten die phylogenetische Stellung und die evolutionären Beziehungen des Ficus-Isolates. Obwohl enge Verwandtschaftsverhältnisse zu anderen Methylobacterium-Arten ermittelt werden konnten, war eine Identifizierung als valide beschriebene Spezies nicht möglich. Die Resultate legen den Schluss nahe, dass es sich um eine neue, unbeschriebene Spezies der epiphytisch lebenden Methylobakterien handelt.

Inverse Metabolic Engineering of Synechocystis PCC 6803 for Improved Growth Rate and Poly-3-hydroxybutyrate Production

Synechocystis PCC 6803 is a photosynthetic bacterium that has the potential to make bioproducts from carbon dioxide and light. Biochemical production from photosynthetic organisms is attractive because it replaces the typical bioprocessing steps of crop growth, milling, and fermentation, with a one-step photosynthetic process. However, low yields and slow growth rates limit the economic potential of such endeavors. Rational metabolic engineering methods are hindered by limited cellular knowledge and inadequate models of Synechocystis. Instead, inverse metabolic engineering, a scheme based on combinatorial gene searches which does not require detailed cellular models, but can exploit sequence data and existing molecular biological techniques, was used to find genes that (1) improve the production of the biopolymer poly-3-hydroxybutyrate (PHB) and (2) increase the growth rate. A fluorescence activated cell sorting assay was developed to screen for high PHB producing clones. Separately, serial sub-culturing was used to select clones that improve growth rate. Novel gene knock-outs were identified that increase PHB production and others that increase the specific growth rate. These improvements make this system more attractive for industrial use and demonstrate the power of inverse metabolic engineering to identify novel phenotype-associated genes in poorly understood systems.

Patrones de resistencia bacteriana en infecciones urinarias en pacientes ambulatorios. JAVESALUD IPS. 2011-2012

Introducción: El aumento de la resistencia bacteriana, el uso inadecuado de antibióticos y las formulaciones empíricas, en infecciones urinarias, obligan a establecer las características epidemiológicas y de resistencia de nuestro medio. Método: Se revisaron todos los urocultivos positivos (RUFC mayor a 100000) solicitados en JAVESALUD entre junio/2011 y marzo/2012 y las historias clínicas correspondientes, con el objeto de realizar análisis descriptivo de variables demográficas, microorganismos aislados y resistencia bacteriana. Posteriormente se identificaron los factores de riesgo que favorecen aparición de multirresistencia en los pacientes mediante una regresión logística binaria. Resultados: Se obtuvieron 204 urocultivos, correspondientes a 120 pacientes. El 87% fueron mujeres (edad promedio 58,9 años). La bacteria más aislada: E. coli (64%). La resistencia antibiótica fue: ampicilina 57,39%, ciprofloxacina 28,9%, nitrofurantoína 9,71% y TMP/SMX 32,47%. La multirresistencia (24,3%) muestra asociación con el antecedente de múltiples tratamientos recibidos (p 0.015) y las infecciones urinarias a repetición (p 0.005). Discusión: La distribución por géneros y la resistencia son similares a lo reportados en la literatura, sin embargo, la frecuencia de infecciones por E. coli resulta menor a lo reportado. Los altos niveles de multirresistencia se encuentran relacionados con el tipo de pacientes manejados en la institución. Los manejos empíricos, con nitrofurantoína se deben limitar a los pacientes que cumplan a cabalidad con los criterios diagnósticos de infección urinaria simple. El urocultivo es fundamental en el manejo de pacientes con infecciones a repetición que hayan recibido múltiples tratamientos y que consulten de manera repetida al servicio de medicina general.

Anàlisi polifàsica de soques de "Pseudomonas fluorescens" potencials agents de biocontrol de malalties de fruiters

Molts bacteris del grup fluorescent del gènere Pseudomonas són capaços de controlar malalties de les plantes causades per fongs i bacteris fitopatògens (ACBs) o mostren activitat com a bacteris promotors del creixement de les plantes (BPCPs). S'han descrit diversos metabòlits que intervenen de manera important en la seva activitat com a ACBs i BPCPs entre els quals en destaquen el 2,4-diacetilfloroglucinol (Phl), àcid fenazin-1-carboxílic (PCA), Pirrolnitrina (Prn), àcid cianhídric (HCN), àcid 3-indolacètic (IAA), sideròfors i quitinases. L'objectiu principal del nostre treball ha estat la comparació de les característiques d'un grup de Pseudomonas del grup fluorescent utilitzant una aproximació polifàsica amb la finalitat d'establir possibles relacions entre algunes de les característiques i la capacitat d'actuar com a ACB o BPCP. Atesa la importància en el biocontrol de la producció de metabòlits com Phl, PCA i Prn, l'objectiu preliminar ha estat la recerca i obtenció de soques productores d'aquests metabòlits. Per assolir aquest objectiu s'ha emprat una aproximació molecular basada en la detecció dels gens biosintètics implicats en la seva producció en lloc de la detecció directa dels metabòlits per evitar els efectes que poden tenir les condicions de cultiu en la inducció o repressió de la seva síntesi. S'han realitzat diferents protocols basats (i) en la cerca assistida de productors mitjançant l'ús de marcadors fenotípics i posterior confirmació per PCR i, (ii) en l'ús de la PCR per a la detecció dels gens directament dels extractes bacterians, d'enriquiments d'aquests extractes i la realització de la hibridació en colònies per al posterior aïllament. La cerca assistida de productors de Phl mitjançant marcadors fenotípics i posteriorment la utilització de tècniques moleculars (amplificació per PCR del gen phlD), ha estat el millor mètode en el tipus de mostres processades en el nostre treball, on la proporció de productors és relativament baixa. En total s'han aïllat a partir de diversos ambients 4 soques portadores dels gens de la síntesi de PCA, 15 de Phl i 1 de Prn. S'ha constituït una col·lecció de 72 soques de Pseudomonas del grup fluorescent que inclou 18 aïllats propis portadors dels gens biosintètics necessaris per la producció de Phl PCA i Prn; 6 soques de referència procedents de col·leccions de cultius tipus, 14 soques productores dels diferents antibiòtics cedides per altres investigadors i una selecció de 34 soques procedents d'un treball previ realitzat en el nostre grup de recerca. A la col·lecció s'hi troben soques candidates a ACB i BPCP de diverses malalties i plantes. Les 72 soques s'han caracteritzat fenotípica i genotípicament. La caracterització fenotípica s'ha portat a terme mitjançant la identificació a nivell d'espècie amb galeries API 20NE i proves bioquímiques específiques; la producció de metabòlits com PCA, Phl, Prn, IAA, HCN, quitinases i sideròfors mitjançant l'ús de diferents tècniques; antagonisme in vitro en diversos medis enfront dos fongs (Stemphylium vesicarium i Penicillium expansum) i tres bacteris fitopatògens (Erwinia amylovora, Pseudomonas syringae pv. syringae i Xanthomonas arboricola pv. juglandis); l'eficàcia de la inhibició de la infecció en bioassaigs in vivo sobre material vegetal enfront els fongs P. expansum en poma i S. vesicarium en fulles de perera i enfront el bacteri E. amylovora en fruits immadurs de perera i, finalment, en assaigs de promoció de creixement en dos portaempelts comercials de Prunus. Cal destacar que P. expansum causa la podridura blava en pomes i peres en postcollita, S. vesicarium la taca bruna de la perera i E. amylovora el foc bacterià de les rosàcies. El nombre de soques de Pseudomonas, sobre el total de les 72 estudiades, productores d'IAA (4) i quitinases (6) és baix, mentre que és elevat en el cas del HCN (32), que a més està associat a la producció de Phl. Els resultats obtinguts en l'antagonisme in vitro han mostrat en el cas dels bacteris que és dependent del patogen indicador i del medi de cultiu. La presència o absència de ferro no sembla ser un factor que potencií l'antagonisme. En el cas dels fongs no s'ha observat però, influència del medi de cultiu emprat. En el total de 72 soques s'ha observat un percentatge baix de soques que manifesten antagonisme en tots els medis assajats vers 3 o 4 dels patògens (7). Solament 2 d'aquestes 7 soques han mostrat ser també efectives en bioassaigs d'inhibició de les infeccions causades per 2 dels 3 patògens assajats. Algunes de les soques efectives en els bioassaigs no són antagonistes in vitro en cap dels medis assajats enfront el mateix patogen. En el cas de la promoció del creixement, s'han observat més soques promotores del creixement del portaempelts de prunera Marianna 2624 que no en l'híbrid de presseguer-ametller GF677 i les eficàcies assolides són també majors en el cas de Marianna 2624, detectant una elevada especificitat soca/portaempelts La caracterització genotípica s'ha realitzat mitjançant l'anàlisi dels polimorfismes en la longitud dels fragments de restricció de DNA ribosomal (RFLP-rDNA) i l'anàlisi dels polimorfismes en la longitud dels fragments de macrorestricció genòmica de DNA cromosòmic separats per electroforesi en camp polsant (MRFLP-PFGE). Ambdues anàlisis van mostrar una gran heterogeneïtat genètica entre les soques caracteritzades i no s'ha pogut relacionar les agrupacions obtingudes amb les característiques fenotípiques o capacitat d'actuar com a ACB o BPCP. Els patrons de macrorestricció genòmica (MRFLP-PFGE) del bacteri model P. fluorescens EPS288 són estables en el temps i independents de les condicions de cultiu assajades al laboratori o en mostres naturals, mostrant ser una tècnica eficaç en la identificació de reaïllats de mostres naturals inoculades prèviament amb el bacteri. Una selecció de soques que comparteixen el fet de produir floroglucinol s'han caracteritzat mitjançant RFLP i seqüenciació del gen phlD. S'ha establert una relació entre les agrupacions obtingudes en les anàlisis RFLP-rDNA, RFLP-phlD i les seqüències del gen. En l'anàlisi filogenètica de les seqüències del gen phlD s'ha observat un elevat grau de polimorfisme obtenint-se 3 agrupacions principals. Les agrupacions semblen relacionar-se amb els patrons de producció de metabòlits (Phl, HCN i Prn en una primera agrupació; Phl i HCN en la segona i solament Phl en la tercera), però aquestes no s'han pogut relacionar amb l'origen geogràfic de les soques o la seva activitat com a ACBs i/o BPCP. Amb les dades obtingudes de la caracterització fenotípica i genotípica s'ha realitzat una anàlisi multivariant (correspondències, correlacions d'Spearman i de freqüències amb variables categòriques). S'ha demostrat la importància de disposar d'una tècnica que permeti depurar una col·lecció de soques descartant les soques genèticament idèntiques, ja que influeixen en els resultats de les anàlisis. Pels tres patògens assajats com a indicadors i els dos portaempelts emprats, no s'ha observat cap correlació entre la inhibició de la infecció o la promoció del creixement amb les característiques fenotípiques i genotípiques de les soques que fos significatiu i consistent en les tres tècniques emprades.

Development of molecular-based techniques for the detection, identification and quantification of food-borne pathogens

La presencia de microorganismos patógenos en alimentos es uno de los problemas esenciales en salud pública, y las enfermedades producidas por los mismos es una de las causas más importantes de enfermedad. Por tanto, la aplicación de controles microbiológicos dentro de los programas de aseguramiento de la calidad es una premisa para minimizar el riesgo de infección de los consumidores. Los métodos microbiológicos clásicos requieren, en general, el uso de pre-enriquecimientos no-selectivos, enriquecimientos selectivos, aislamiento en medios selectivos y la confirmación posterior usando pruebas basadas en la morfología, bioquímica y serología propias de cada uno de los microorganismos objeto de estudio. Por lo tanto, estos métodos son laboriosos, requieren un largo proceso para obtener resultados definitivos y, además, no siempre pueden realizarse. Para solucionar estos inconvenientes se han desarrollado diversas metodologías alternativas para la detección identificación y cuantificación de microorganismos patógenos de origen alimentario, entre las que destacan los métodos inmunológicos y moleculares. En esta última categoría, la técnica basada en la reacción en cadena de la polimerasa (PCR) se ha convertido en la técnica diagnóstica más popular en microbiología, y recientemente, la introducción de una mejora de ésta, la PCR a tiempo real, ha producido una segunda revolución en la metodología diagnóstica molecular, como pude observarse por el número creciente de publicaciones científicas y la aparición continua de nuevos kits comerciales. La PCR a tiempo real es una técnica altamente sensible -detección de hasta una molécula- que permite la cuantificación exacta de secuencias de ADN específicas de microorganismos patógenos de origen alimentario. Además, otras ventajas que favorecen su implantación potencial en laboratorios de análisis de alimentos son su rapidez, sencillez y el formato en tubo cerrado que puede evitar contaminaciones post-PCR y favorece la automatización y un alto rendimiento. En este trabajo se han desarrollado técnicas moleculares (PCR y NASBA) sensibles y fiables para la detección, identificación y cuantificación de bacterias patogénicas de origen alimentario (Listeria spp., Mycobacterium avium subsp. paratuberculosis y Salmonella spp.). En concreto, se han diseñado y optimizado métodos basados en la técnica de PCR a tiempo real para cada uno de estos agentes: L. monocytogenes, L. innocua, Listeria spp. M. avium subsp. paratuberculosis, y también se ha optimizado y evaluado en diferentes centros un método previamente desarrollado para Salmonella spp. Además, se ha diseñado y optimizado un método basado en la técnica NASBA para la detección específica de M. avium subsp. paratuberculosis. También se evaluó la aplicación potencial de la técnica NASBA para la detección específica de formas viables de este microorganismo. Todos los métodos presentaron una especificidad del 100 % con una sensibilidad adecuada para su aplicación potencial a muestras reales de alimentos. Además, se han desarrollado y evaluado procedimientos de preparación de las muestras en productos cárnicos, productos pesqueros, leche y agua. De esta manera se han desarrollado métodos basados en la PCR a tiempo real totalmente específicos y altamente sensibles para la determinación cuantitativa de L. monocytogenes en productos cárnicos y en salmón y productos derivados como el salmón ahumado y de M. avium subsp. paratuberculosis en muestras de agua y leche. Además este último método ha sido también aplicado para evaluar la presencia de este microorganismo en el intestino de pacientes con la enfermedad de Crohn's, a partir de biopsias obtenidas de colonoscopia de voluntarios afectados. En conclusión, este estudio presenta ensayos moleculares selectivos y sensibles para la detección de patógenos en alimentos (Listeria spp., Mycobacterium avium subsp. paratuberculosis) y para una rápida e inambigua identificación de Salmonella spp. La exactitud relativa de los ensayos ha sido excelente, si se comparan con los métodos microbiológicos de referencia y pueden serusados para la cuantificación de tanto ADN genómico como de suspensiones celulares. Por otro lado, la combinación con tratamientos de preamplificación ha resultado ser de gran eficiencia para el análisis de las bacterias objeto de estudio. Por tanto, pueden constituir una estrategia útil para la detección rápida y sensible de patógenos en alimentos y deberían ser una herramienta adicional al rango de herramientas diagnósticas disponibles para el estudio de patógenos de origen alimentario.

Improvement of strategies for the management of fire blight (Erwinia amylovora). Evaluation and optimization of physical and chemical control methods, and use of decision support systems

El foc bacterià és una malaltia que afecta a plantes de la família de la rosàcies, causada pel bacteri Erwinia amylovora. El seu rang d'hostes inclou arbres fruiters, com la perera, la pomera o el codonyer, i plantes ornamentals de gran interès comercial i econòmic. Actualment, la malaltia s'ha dispersat i es troba àmpliament distribuïda en totes les zones de clima temperat del món. A Espanya, on la malaltia no és endèmica, el foc bacterià es va detectar per primer cop al 1995 al nord del país (Euskadi) i posteriorment, han aparegut varis focus en altres localitzacions, que han estat convenientment eradicats. El control del foc bacterià, és molt poc efectiu en plantes afectades per la malaltia, de manera que es basa en mesures encaminades a evitar la dispersió del patogen, i la introducció de la malaltia en regions no endèmiques. En aquest treball, la termoteràpia ha estat avaluada com a mètode d'eradicació d'E. amylovora de material vegetal de propagació asimptomàtic. S'ha demostrat que la termoteràpia és un mètode viable d'eradicar E. amylovora de material de propagació. Gairebé totes les espècies i varietats de rosàcies mantingudes en condicions d'humitat sobrevivien 7 hores a 45 ºC i més de 3 hores a 50 ºC, mentre que més d'1 hora d'exposició a 50 ºC amb calor seca produïa danys en el material vegetal i reduïa la brotació. Tractaments de 60 min a 45 ºC o 30 min a 50 ºC van ser suficients per reduir la població epífita d'E. amylovora a nivells no detectables (5 x 102 ufc g-1 p.f.) en branques de perera. Els derivats dels fosfonats i el benzotiadiazol són efectius en el control del foc bacterià en perera i pomera, tant en condicions de laboratori, com d'hivernacle i camp. Els inductors de defensa de les plantes redueixen els nivells de malaltia fins al 40-60%. Els intervals de temps mínims per aconseguir el millor control de la malaltia van ser 5 dies pel fosetil-Al, i 7 dies per l'etefon i el benzotiadiazol, i les dosis òptimes pel fosetil-Al i el benzotiadiazol van ser 3.72 g HPO32- L-1 i 150 mg i.a. L-1, respectivament. Es millora l'eficàcia del fosetil-Al i del benzotiadiazol en el control del foc bacterià, quan es combinen amb els antibiòtics a la meitat de la dosi d'aquests últims. Tot i que l'estratègia de barrejar productes és més pràctica i fàcil de dur a terme a camp, que l'estratègia de combinar productes, el millor nivell de control de la malaltia s'aconsegueix amb l'estratègia de combinar productes. Es va analitzar a nivell histològic i ultrastructural l'efecte del benzotiadiazol i dels fosfonats en la interacció Erwinia amylovora-perera. Ni el benzotiadiazol, ni el fosetil-Al, ni l'etefon van induir canvis estructurals en els teixits de perera 7 dies després de la seva aplicació. No obstant, després de la inoculació d'E. amylovora es va observar en plantes tractades amb fosetil-Al i etefon una desorganització estructural cel·lular, mentre que en les plantes tractades amb benzotiadiazol aquestes alteracions tissulars van ser retardades. S'han avaluat dos models (Maryblyt, Cougarblight) en un camp a Espanya afectat per la malaltia, per determinar la precisió de les prediccions. Es van utilitzar dos models per elaborar el mapa de risc, el BRS-Powell combinat i el BIS95 modificat. Els resultats van mostrar dos zones amb elevat i baix risc de la malaltia. Maryblyt i Cougarblight són dos models de fàcil ús, tot i que la seva implementació en programes de maneig de la malaltia requereix que siguin avaluats i validats per un període de temps més llarg i en àrees on la malaltia hi estigui present.

Deteção e Quantificação Precoce de Clostridium perfringens em Frangos de Crescimento Rápido e de Plumagem Branca na Região de Lisboa e Vale do Tejo

Clostridium perfringens é uma bactéria anaeróbia Gram positiva, formadora de esporos e produtora de toxinas capazes de causar um amplo espectro de doenças em humanos e animais. Em frangos de crescimento rápido e de plumagem branca pode causar lesões e manifestações clínicas severas como enterite necrótica aviária (ENA), associada a uma baixa eficiência produtiva e avultadas perdas económicas. Neste estudo pretendeu-se avaliar a utilização de um teste de ensaio imunocromatográfico de fluxo lateral, o Clostridium FirstTestTM, para deteção e quantificação precoce de C. perfringens em frangos de crescimento rápido e plumagem branca e posterior relação entre a presença do agente e as características dos bandos (peso médio à chegada, idade dos bandos à amostragem), fatores ambientais (densidade populacional, temperatura ambiente, humidade da cama) e os indicadores de produção (ganho médio diário, Índice de Conversão Alimentar e percentagem de mortalidade). Para tal, foram analisadas amostras fecais de trinta bandos, em dezoito explorações integradas, na Região de Lisboa e Vale do Tejo. De acordo com a classificação do Clostridium FirstTestTM, dos trinta bandos amostrados entre o décimo primeiro e o décimo quinto dia de vida, 30 % foram classificados como “Positivo” (n=9) e 10 % foram classificados como “Muito Positivo” (n=3); apresentando concentrações médias de C. perfringens de 0,1322 ng/ml e 0,3267 ng/ml, respectivamente. Os restantes bandos, 60% (n=18), foram considerados “Normal” e apresentaram concentrações médias de C. perfringens de 0,0283 ng/ml. As amostras fecais dos bandos classificados de “Positivo” e “Muito Positivo” foram posteriormente sujeitas a análise microbiológica apresentando ambos os grupos unidades formadoras de colónias (UFC), identificadas como C. perfringens. Verificou-se que não existe relação entre os resultados do Clostridium FirstTestTM e as características dos bandos, os fatores ambientais e os indicadores de produção. Verificou-se uma diminuição dos níveis de C. perfringens nos bandos sujeitos a tratamento.

Iron Uptake and Homeostasis in Microorganisms

Preface. Iron is considered to be a minor element employed, in a variety of forms, by nearly all living organisms. In some cases, it is utilised in large quantities, for instance for the formation of magnetosomes within magnetotactic bacteria or during use of iron as a respiratory donor or acceptor by iron oxidising or reducing bacteria. However, in most cases the role of iron is restricted to its use as a cofactor or prosthetic group assisting the biological activity of many different types of protein. The key metabolic processes that are dependent on iron as a cofactor are numerous; they include respiration, light harvesting, nitrogen fixation, the Krebs cycle, redox stress resistance, amino acid synthesis and oxygen transport. Indeed, it is clear that Life in its current form would be impossible in the absence of iron. One of the main reasons for the reliance of Life upon this metal is the ability of iron to exist in multiple redox states, in particular the relatively stable ferrous (Fe2+) and ferric (Fe3+) forms. The availability of these stable oxidation states allows iron to engage in redox reactions over a wide range of midpoint potentials, depending on the coordination environment, making it an extremely adaptable mediator of electron exchange processes. Iron is also one of the most common elements within the Earth’s crust (5% abundance) and thus is considered to have been readily available when Life evolved on our early, anaerobic planet. However, as oxygen accumulated (the ‘Great oxidation event’) within the atmosphere some 2.4 billion years ago, and as the oceans became less acidic, the iron within primordial oceans was converted from its soluble reduced form to its weakly-soluble oxidised ferric form, which precipitated (~1.8 billion years ago) to form the ‘banded iron formations’ (BIFs) observed today in Precambrian sedimentary rocks around the world. These BIFs provide a geological record marking a transition point away from the ancient anaerobic world towards modern aerobic Earth. They also indicate a period over which the bio-availability of iron shifted from abundance to limitation, a condition that extends to the modern day. Thus, it is considered likely that the vast majority of extant organisms face the common problem of securing sufficient iron from their environment – a problem that Life on Earth has had to cope with for some 2 billion years. This struggle for iron is exemplified by the competition for this metal amongst co-habiting microorganisms who resort to stealing (pirating) each others iron supplies! The reliance of micro-organisms upon iron can be disadvantageous to them, and to our innate immune system it represents a chink in the microbial armour, offering an opportunity that can be exploited to ward off pathogenic invaders. In order to infect body tissues and cause disease, pathogens must secure all their iron from the host. To fight such infections, the host specifically withdraws available iron through the action of various iron depleting processes (e.g. the release of lactoferrin and lipocalin-2) – this represents an important strategy in our defence against disease. However, pathogens are frequently able to deploy iron acquisition systems that target host iron sources such as transferrin, lactoferrin and hemoproteins, and thus counteract the iron-withdrawal approaches of the host. Inactivation of such host-targeting iron-uptake systems often attenuates the pathogenicity of the invading microbe, illustrating the importance of ‘the battle for iron’ in the infection process. The role of iron sequestration systems in facilitating microbial infections has been a major driving force in research aimed at unravelling the complexities of microbial iron transport processes. But also, the intricacy of such systems offers a challenge that stimulates the curiosity. One such challenge is to understand how balanced levels of free iron within the cytosol are achieved in a way that avoids toxicity whilst providing sufficient levels for metabolic purposes – this is a requirement that all organisms have to meet. Although the systems involved in achieving this balance can be highly variable amongst different microorganisms, the overall strategy is common. On a coarse level, the homeostatic control of cellular iron is maintained through strict control of the uptake, storage and utilisation of available iron, and is co-ordinated by integrated iron-regulatory networks. However, much yet remains to be discovered concerning the fine details of these different iron regulatory processes. As already indicated, perhaps the most difficult task in maintaining iron homeostasis is simply the procurement of sufficient iron from external sources. The importance of this problem is demonstrated by the plethora of distinct iron transporters often found within a single bacterium, each targeting different forms (complex or redox state) of iron or a different environmental condition. Thus, microbes devote considerable cellular resource to securing iron from their surroundings, reflecting how successful acquisition of iron can be crucial in the competition for survival. The aim of this book is provide the reader with an overview of iron transport processes within a range of microorganisms and to provide an indication of how microbial iron levels are controlled. This aim is promoted through the inclusion of expert reviews on several well studied examples that illustrate the current state of play concerning our comprehension of how iron is translocated into the bacterial (or fungal) cell and how iron homeostasis is controlled within microbes. The first two chapters (1-2) consider the general properties of microbial iron-chelating compounds (known as ‘siderophores’), and the mechanisms used by bacteria to acquire haem and utilise it as an iron source. The following twelve chapters (3-14) focus on specific types of microorganism that are of key interest, covering both an array of pathogens for humans, animals and plants (e.g. species of Bordetella, Shigella, , Erwinia, Vibrio, Aeromonas, Francisella, Campylobacter and Staphylococci, and EHEC) as well as a number of prominent non-pathogens (e.g. the rhizobia, E. coli K-12, Bacteroides spp., cyanobacteria, Bacillus spp. and yeasts). The chapters relay the common themes in microbial iron uptake approaches (e.g. the use of siderophores, TonB-dependent transporters, and ABC transport systems), but also highlight many distinctions (such as use of different types iron regulator and the impact of the presence/absence of a cell wall) in the strategies employed. We hope that those both within and outside the field will find this book useful, stimulating and interesting. We intend that it will provide a source for reference that will assist relevant researchers and provide an entry point for those initiating their studies within this subject. Finally, it is important that we acknowledge and thank wholeheartedly the many contributors who have provided the 14 excellent chapters from which this book is composed. Without their considerable efforts, this book, and the understanding that it relays, would not have been possible. Simon C Andrews and Pierre Cornelis

Morphological and molecular characteristics of a new species of Pasteuria parasitic on Meloidogyne ardenensis

A species of the hyper-parasitic bacterium Pasteuria was isolated from the root-knot nematode Meloidogyne ardenensis infecting the roots of ash (Fraxinus excelsior). It is morphologically different from some other Pasteuria pathogens of nematodes in that the spores lack a basal ring on the ventral side of the spore and have a unique clumping nature. Transmission electron microscopy (TEM) showed that the clumps of spores are not random aggregates but result from the disintegration of the suicide cells of the thalli. Sporulation within each vegetative mycelium was shown to be asynchronous. In addition to the novel morphological features 16S rRNA sequence analysis showed this to be a new species of Pasteuria which we have called P. hartismeri. Spores of P. hartismeri attach to juveniles of root-knot nematodes infecting a wide range of plants such as mint (Meloidogyne hapla), rye grass (unidentified Meloidogyne sp.) and potato (Meloidogyne fallax). (c) 2007 Elsevier Inc. All rights reserved.

Antifungal activity of Bacillus subtilis filtrate to control Fusarium oxysporum f.sp. lentis, the causal organism of lentil vascular wilt

In dual cultures, the supernatant filtrate of the biological control agent Bacillus subtilis was evaluated against (Fusarium oxysporum f.sp. lentis) the causal organism of lentil vascular wilt. The antagonistic activity was evaluated as percent reduction of fungal growth (certainly due, in part, to the antifungal metabolites produced by the antagonistic bacterium). The in-vitro experiments showed that B. subtilis filtrate, whether solid or liquid media, had a strong inhibiting activity on the spore germination and mycelial growth of F. oxysporum f. sp. lentis. In a glasshouse experiment, soil was drenched with B. subtilis filtrate at 30 ml/kg (vol/wt) around seedlings of a susceptible lentil line (ILL 4605). In this treatment there was only 31% mortality compared with 100% kill of plants in the control treatment (P≤0.05).

Antagonistic potential of bacterial isolates associated with entomopathogenic nematodes against tomato wilt caused by Fusarium oxysporum f.sp., Lycopersici under greenhouse conditions

Three concentrations of Xenorhabdus nematophila and Xenorhabdus spp., (4x10(5,) 4x10(6,) 4x10(7) cells/ml) were evaluated in the laboratory and in pot experiments to test their antagonistic effects on Fusarium oxysporum f.sp., lycopersici. All concentrations effectively inhibited its growth on agar plates. In soil under greenhouse conditions treatments with each bacterium at 4x10(7) cells/ml reduced the disease incidence of tomato by up to 40.38 and 47.54% respectively and there were significant increases of plant biomass by 198 and 211% respectively. The rhizosphere population of Fusarium oxysporum f.sp., lycopersici was reduced by 97%. The Xenorhabdus spp., was comparatively more effective than X. nematophila.

The control of root-knot nematodes (Meloidogyne spp.) by Pseudomonas oryzihabitans and its immunological detection on tomato roots

Pseudomonas oryzihabitans, a bacterium associated with the entomopathogenic nematode Steinernema abbasi, was evaluated for its potential to colonise roots and thereby control a field population of root-knot nematodes. Immunological techniques were developed to detect root colonisation of P. oryzihabitans on tomato roots using a specific polyclonal antibody raised against vegetative bacterial cells. In vitro, bacterial cell filtrates were also shown significantly to inhibit juveniles hatching. In a glasshouse pot experiment, there were 22 and 82% fewer females in roots of plants treated with suspensions containing 10(3) and 10(6) cells ml(-1) of P oryzihabitans, respectively. In addition, there were significantly fewer egg masses produced; however, the numbers of eggs per egg mass did not differ significantly. The relationship between root colonisation and nematode control is discussed.

In vivo expression technology (IVET) selection of genes of Rhizobium leguminosarum biovar viciae A34 expressed in the rhizosphere

IVET was used to identify genes that are specifically expressed in the rhizosphere of the pea-nodulating bacterium Rhizobium leguminosarum A34. A library of R. leguminosarum A34 cloned in the integration vector pIE1, with inserts upstream of a promoter-less purN:gfp:gusA, was conjugated into purN host RU2249 and recombined into the genome. After removal of colonies that expressed the reporter genes of the vector under laboratory conditions, the library was inoculated into a nonsterile pea rhizosphere. The key result is that 29 rhizosphere-induced loci were identified. Sequence analysis of these clones showed that a wide variety of R. leguminosarum A34 genes are expressed specifically in the rhizosphere including those encoding proteins involved in environmental sensing, control of gene expression, metabolic reactions and membrane transport. These genes are likely to be important for survival and colonization of the pea rhizosphere.

Overview of mathematical approaches used to model bacterial chemotaxis I: the single cell

Mathematical modeling of bacterial chemotaxis systems has been influential and insightful in helping to understand experimental observations. We provide here a comprehensive overview of the range of mathematical approaches used for modeling, within a single bacterium, chemotactic processes caused by changes to external gradients in its environment. Specific areas of the bacterial system which have been studied and modeled are discussed in detail, including the modeling of adaptation in response to attractant gradients, the intracellular phosphorylation cascade, membrane receptor clustering, and spatial modeling of intracellular protein signal transduction. The importance of producing robust models that address adaptation, gain, and sensitivity are also discussed. This review highlights that while mathematical modeling has aided in understanding bacterial chemotaxis on the individual cell scale and guiding experimental design, no single model succeeds in robustly describing all of the basic elements of the cell. We conclude by discussing the importance of this and the future of modeling in this area.