Characterization of Treponema phagedenis-like spirochetes isolated from papillomatous digital dermatitis lesions in dairy cattle

Four spirochete strains were isolated from papillomatous digital dermatitis (PDD) lesions in Iowa dairy cattle and compared with two previously described spirochete strains isolated from dairy cattle in California. These six strains shared an identical 16S ribosomal DNA sequence that was 98% similar to Treponema phagedenis and 99% similar to the uncultivated PDD spirochete sequence DDLK-4. The whole-cell protein profiles resolved by sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis of these six strains were similar. However, these strains showed differences in the antigenic diversity of lipopolysaccharide (LPS). Genetic diversity was also detected by pulsed-field gel electrophoresis of genomic DNA digests, revealing differences among five of the six strains. Serum immunoglobulin G antibodies from dairy cattle with active PDD lesions reacted with the LPS of all but one PDD spirochete strain. Likewise, peripheral blood mononuclear cells from cattle with active PDD lesions produced blastogenic responses to one of the two California isolates. Both antibody and lymphocyte blastogenic responses were reduced in convalescent dairy cattle, suggesting the immune response to these spirochetes has short duration. These results demonstrate genetic and antigenic diversity among T. phagedenis-like treponemes and provide further evidence for the involvement of these spirochetes in the pathogenesis of PDD.

Phylogeny of the Sporobolus indicus complex, based on internal transcribed spacer (ITS) sequences

The entire internal transcribed spacer ( ITS) region, including the 5.8S subunit of the nuclear ribosomal DNA ( rDNA), was sequenced by direct double-stranded sequencing of polymerase chain reaction (PCR) amplified fragments. The study included 40 Sporobolus ( Family Poaceae, subfamily Chloridoideae) seed collections from 14 putative species ( all 11 species from the S. indicus complex and three Australian native species). These sequences, along with those from two out-group species [ Pennisetum alopecuroides ( L.) Spreng. and Heteropogon contortus ( L.) P. Beauv. ex Roemer & Schultes, Poaceae, subfamily Panicoideae], were analysed by the parsimony method (PAUP; version 4.0b4a) to infer phylogenetic relationships among these species. The length of the ITS1, 5.8S subunit and ITS2 region were 222, 164 and 218 base pairs ( bp), respectively, in all species of the S. indicus complex, except for the ITS2 region of S. diandrus P. Beauv. individuals, which was 217 bp long. Of the 624 characters included in the analysis, 245 ( 39.3%) of the 330 variable sites contained potential phylogenetic information. Differences in sequences among the members of the S. pyramidalis P. Beauv., S. natalensis (Steud.) Dur & Schinz and S. jacquemontii Kunth. collections were 0%, while differences ranged from 0 to 2% between these and other species of the complex. Similarly, differences in sequences among collections of S. laxus B. K. Simon, S. sessilis B. K. Simon, S. elongatus R. Br. and S. creber De Nardi were 0%, compared with differences of 1-2% between these four species and the rest of the complex. When comparing S. fertilis ( Steud.) Clayton and S. africanus (Poir.) Robyns & Tourney, differences between collections ranged from 0 to 1%. Parsimony analysis grouped all 11 species of the S. indicus complex together, indicating a monophyletic origin. For the entire data set, pair-wise distances among members of the S. indicus complex varied from 0.00 to 1.58%, compared with a range of 20.08-21.44% among species in the complex and the Australian native species studied. A strict consensus phylogenetic tree separated 11 species of the S. indicus complex into five major clades. The phylogeny, based on ITS sequences, was found to be congruent with an earlier study on the taxonomic relationship of the weedy Sporobolus grasses revealed from random amplified polymorphic DNA ( RAPD). However, this cladistic analysis of the complex was not in agreement with that created on past morphological analyses and therefore gives a new insight into the phylogeny of the S. indicus complex.

Isolamento e caracterização de uma proteína tóxica produzida por um isolado açoriano de Bacillus weihenstephanensis

Dissertação de Mestrado, Biotecnologia em Controlo Biológico, 27 de Junho de 2013, Universidade dos Açores.

Antitumor activity of hierridin B, a cyanobacterial secondary metabolite found in both filamentous and unicellular marine strains

Cyanobacteria are widely recognized as a valuable source of bioactive metabolites. The majority of such compounds have been isolated from so-called complex cyanobacteria, such as filamentous or colonial forms, which usually display a larger number of biosynthetic gene clusters in their genomes, when compared to free-living unicellular forms. Nevertheless, picocyanobacteria are also known to have potential to produce bioactive natural products. Here, we report the isolation of hierridin B from the marine picocyanobacterium Cyanobium sp. LEGE 06113. This compound had previously been isolated from the filamentous epiphytic cyanobacterium Phormidium ectocarpi SAG 60.90, and had been shown to possess antiplasmodial activity. A phylogenetic analysis of the 16S rRNA gene from both strains confirmed that these cyanobacteria derive from different evolutionary lineages. We further investigated the biological activity of hierridin B, and tested its cytotoxicity towards a panel of human cancer cell lines; it showed selective cytotoxicity towards HT-29 colon adenocarcinoma cells.

Antitumor activity of hierridin B, a cyanobacterial secondary metabolite found in both filamentous and unicellular marine strains

Cyanobacteria are widely recognized as a valuable source of bioactive metabolites. The majority of such compounds have been isolated from so-called complex cyanobacteria, such as filamentous or colonial forms, which usually display a larger number of biosynthetic gene clusters in their genomes, when compared to free-living unicellular forms. Nevertheless, picocyanobacteria are also known to have potential to produce bioactive natural products. Here, we report the isolation of hierridin B from the marine picocyanobacterium Cyanobium sp. LEGE 06113. This compound had previously been isolated from the filamentous epiphytic cyanobacterium Phormidium ectocarpi SAG 60.90, and had been shown to possess antiplasmodial activity. A phylogenetic analysis of the 16S rRNA gene from both strains confirmed that these cyanobacteria derive from different evolutionary lineages. We further investigated the biological activity of hierridin B, and tested its cytotoxicity towards a panel of human cancer cell lines; it showed selective cytotoxicity towards HT-29 colon adenocarcinoma cells.

Microeukaryoticdiversity in the extreme environments of the Iberian PyriteBelt: a comparison between universal and fungi-specific primer sets, temperature gradient gel electrophoresis and cloning

FEMS Microbiology Ecology, Vol. 57, nº 1

Primary bioreceptivity of limestones from the mediterranean basin to phototrophic microorganisms

Dissertação apresentada para a obtenção do grau de Doutor em Conservação e Restauro pela Universidade Nova de Lisboa, Faculdade de Ciências e Tecnologia

Growth of phototrophic biofilms from limestone monuments under laboratory conditions

International Biodeterioration & Biodegradation,xxx (2009) 1–8

Reproducing stone monument photosynthetic-based colonization under laboratory conditions

Science of the total environment 405(2008) 278-285

Anatase as an alternative application for preventing biodeterioration of mortars: evaluation and comparison with other biocides

International Biodeterioration & Biodegradation 64(2010)388 e 396

Aspectos da caracterização antigénica e molecular da Leptospirose em áreas endémicas

RESUMO A Leptospirose é uma zoonose re-emergente causada por espiroquetídeos patogénicos do género Leptospira. Em Portugal, é reconhecida, desde 1931, como uma importante doença infecciosa humana, cuja notificação é obrigatória desde 1986 para todos os serovares. Porém, devido ao acentuado polimorfismo clínico e à dificuldade de um diagnóstico laboratorial especializado, esta patologia nem sempre é confirmada. Com efeito, o isolamento do agente é difícil e o método convencional de diagnóstico, baseado no teste serológico de referência TAM (Teste de Aglutinação Microscópica), não é muito sensível na primeira semana da doença. Assim, foram três os principais objectivos desta dissertação: actualizar o padrão epidemiológico da Leptospirose, após uma extensa revisão bibliográfica da doença (Capítulos 1 e 2); esclarecer os aspectos imunológicos relacionados com os marcadores antigénicos que mais influenciam a regulação da resposta humoral na infecção humana, em particular, em área endémica (Capítulo 3); e, por último, promover a identificação molecular de alguns isolados de Leptospira, avaliar o respectivo poder patogénico no modelo murino e contribuir para o diagnóstico precoce da doença humana (Capítulo 4). O primeiro dos temas investigados, com base no estudo retrospectivo de uma larga série de 4.618 doentes sintomáticos analisados representa uma caracterização única da epidemiologia da Leptospirose, em particular, na Região Centro do País, e nas ilhas de São Miguel e Terceira (Açores), nos últimos 18 e 12 anos, respectivamente. Foram confirmados 1.024 (22%) casos, com uma distribuição média de 57 casos/ano, sendo a maior frequência no sexo masculino (67%). As áreas analisadas corresponderam à maioria das notificações em Portugal, com uma taxa de incidência média anual nas ilhas muito superior à registada no continente (11,1 vs 1,7/100.000 habitantes, respectivamente). Os adultos em idade activa (25-54 anos) foram os mais afectados, nos meses de Dezembro e Janeiro. A doença foi causada por serovares de nove serogrupos presuntivos de Leptospira interrogans sensu lato, com predomínio de Icterohaemorrhagiae, Pomona e Ballum, em cerca de 66% dos casos. A seropositividade da Leptospirose esteve associada às formas anictérica e ictérica da doença, sendo evidente uma elevada sub-notificação ( 20 casos/ano). Foram detectados e analisados os diversos factores de risco, verificando-se um risco elevado de transmissão em áreas geográficas onde a circulação dos agentes zoonóticos se processa em ciclos silváticos e/ou domésticos bem estabelecidos. Este estudo confirma que a incidência da Leptospirose em Portugal tem aumentado nos últimos anos, particularmente, nos Açores, onde a seropositividade elevada e a ocorrência de casos fatais confirmam esta patologia como um problema emergente de Saúde Pública. No âmbito do Capítulo 3, investigaram-se os aspectos imunológicos da Leptospirose humana na Aspectos da caracterização antigénica e molecular da Leptospirose em áreas endémicas Região Centro e nas ilhas de São Miguel e Terceira, caracterizando as proteínas e os lipopolissacáridos (LPS) envolvidos durante as fases aguda (estádio único) e tardia da doença (três estádios), através do follow-up serológico de 240 doentes com confirmação clínica e laboratorial de Leptospirose. Foram incluídos no estudo 463 soros, 320 (69%) dos quais, obtidos durante a fase de convalescença (até 6 anos após o início dos sintomas). Soros de dadores de sangue (n=200) e de doentes com outras patologias infecciosas (n=60) foram usados como controlos. As amostras foram testadas pela técnica de Western Blot com lisados de oito estirpes patogénicas pertencentes aos serogrupos mais prevalentes. O reconhecimento dos antigénios leptospíricos, nos quatro estádios evolutivos, resultou da detecção de reactividade específica anti-IgM e anti IgG, nos diferentes immunoblots. Detectaram-se cinco proteínas major (45, 35, 32, 25 e 22 kDa) comuns a todos os serovares. Os soros estudados com as estirpes dos serogrupos homólogos, previamente identificados pela TAM, reagiram contra as proteínas de 45, 32 e 22 kDa, conhecidas como LipL45, LipL32 e LpL21, respectivamente, sendo estes, os antigénios imunodominantes durante o período estudado, nas duas regiões geográficas. Os doentes açorianos mostraram, ainda, uma reactividade elevada contra os LPS, cujo significado é discutido face aos resultados negativos dos soros controlo para os marcadores referidos. Esta investigação indica, pela primeira vez, uma forte persistência da resposta humoral e o importante papel protector da LipL45, Lip32 e LipL21, anos após o início dos sintomas. Por último, procedeu-se à identificação de estirpes Portuguesas, isoladas de murinos e de um caso humano fatal (L. inadai), numa perspectiva polifásica de intervenção. Utilizaram-se três testes fenotípicos (testes de crescimento sob diferentes temperaturas e na presença de 8-azaguanina, a par de um teste de alteração morfológica induzida pela adição de NaCl 1M). Paralelamente, efectuaram-se ensaios de amplificação do gene rrs (16S ARNr) de Leptospira spp por PCR (Polymerase Chain Reaction), utilizando um par de primers “universais” (331 pb) e um segundo par, que apenas amplifica o gene secY (285 pb) de estirpes patogénicas, para definição da identidade dos isolados em estudo. Da integração dos resultados obtidos, confirmou-se que estes ocupam uma posição taxonómica “intermédia” entre as leptospiras saprófitas e as patogénicas. Desenvolveu-se, ainda, uma investigação (complementar) “in vivo” do carácter taxonómico “intermédio” do referido isolado humano, por cultura e amplificação do respectivo ADN de tecidos de hamsters inoculados para o efeito. Esta metodologia molecular foi posteriormente utilizada, com sucesso, no diagnóstico precoce de doentes com Leptospirose, sendo uma mais-valia na confirmação laboratorial de infecção por Leptospira, na ausência de anticorpos específicos na fase inicial da doença.

Aspectos da caracterização antigénica e molecular da Leptospirose em Áreas Endémicas

RESUMO A Leptospirose é uma zoonose re-emergente causada por espiroquetídeos patogénicos do género Leptospira. Em Portugal, é reconhecida, desde 1931, como uma importante doença infecciosa humana, cuja notificação é obrigatória desde 1986 para todos os serovares. Porém, devido ao acentuado polimorfismo clínico e à dificuldade de um diagnóstico laboratorial especializado, esta patologia nem sempre é confirmada. Com efeito, o isolamento do agente é difícil e o método convencional de diagnóstico, baseado no teste serológico de referência TAM (Teste de Aglutinação Microscópica), não é muito sensível na primeira semana da doença. Assim, foram três os principais objectivos desta dissertação: actualizar o padrão epidemiológico da Leptospirose, após uma extensa revisão bibliográfica da doença (Capítulos 1 e 2); esclarecer os aspectos imunológicos relacionados com os marcadores antigénicos que mais influenciam a regulação da resposta humoral na infecção humana, em particular, em área endémica (Capítulo 3); e, por último, promover a identificação molecular de alguns isolados de Leptospira, avaliar o respectivo poder patogénico no modelo murino e contribuir para o diagnóstico precoce da doença humana (Capítulo 4). O primeiro dos temas investigados, com base no estudo retrospectivo de uma larga série de 4.618 doentes sintomáticos analisados representa uma caracterização única da epidemiologia da Leptospirose, em particular, na Região Centro do País, e nas ilhas de São Miguel e Terceira (Açores), nos últimos 18 e 12 anos, respectivamente. Foram confirmados 1.024 (22%) casos, com uma distribuição média de 57 casos/ano, sendo a maior frequência no sexo masculino (67%). As áreas analisadas corresponderam à maioria das notificações em Portugal, com uma taxa de incidência média anual nas ilhas muito superior à registada no continente (11,1 vs 1,7/100.000 habitantes, respectivamente). Os adultos em idade activa (25-54 anos) foram os mais afectados, nos meses de Dezembro e Janeiro. A doença foi causada por serovares de nove serogrupos presuntivos de Leptospira interrogans sensu lato, com predomínio de Icterohaemorrhagiae, Pomona e Ballum, em cerca de 66% dos casos. A seropositividade da Leptospirose esteve associada às formas anictérica e ictérica da doença, sendo evidente uma elevada sub-notificação ( 20 casos/ano). Foram detectados e analisados os diversos factores de risco, verificando-se um risco elevado de transmissão em áreas geográficas onde a circulação dos agentes zoonóticos se processa em ciclos silváticos e/ou domésticos bem estabelecidos. Este estudo confirma que a incidência da Leptospirose em Portugal tem aumentado nos últimos anos, particularmente, nos Açores, onde a seropositividade elevada e a ocorrência de casos fatais confirmam esta patologia como um problema emergente de Saúde Pública. No âmbito do Capítulo 3, investigaram-se os aspectos imunológicos da Leptospirose humana na Aspectos da caracterização antigénica e molecular da Leptospirose em áreas endémicas Região Centro e nas ilhas de São Miguel e Terceira, caracterizando as proteínas e os lipopolissacáridos (LPS) envolvidos durante as fases aguda (estádio único) e tardia da doença (três estádios), através do follow-up serológico de 240 doentes com confirmação clínica e laboratorial de Leptospirose. Foram incluídos no estudo 463 soros, 320 (69%) dos quais, obtidos durante a fase de convalescença (até 6 anos após o início dos sintomas). Soros de dadores de sangue (n=200) e de doentes com outras patologias infecciosas (n=60) foram usados como controlos. As amostras foram testadas pela técnica de Western Blot com lisados de oito estirpes patogénicas pertencentes aos serogrupos mais prevalentes. O reconhecimento dos antigénios leptospíricos, nos quatro estádios evolutivos, resultou da detecção de reactividade específica anti-IgM e anti IgG, nos diferentes immunoblots. Detectaram-se cinco proteínas major (45, 35, 32, 25 e 22 kDa) comuns a todos os serovares. Os soros estudados com as estirpes dos serogrupos homólogos, previamente identificados pela TAM, reagiram contra as proteínas de 45, 32 e 22 kDa, conhecidas como LipL45, LipL32 e LpL21, respectivamente, sendo estes, os antigénios imunodominantes durante o período estudado, nas duas regiões geográficas. Os doentes açorianos mostraram, ainda, uma reactividade elevada contra os LPS, cujo significado é discutido face aos resultados negativos dos soros controlo para os marcadores referidos. Esta investigação indica, pela primeira vez, uma forte persistência da resposta humoral e o importante papel protector da LipL45, Lip32 e LipL21, anos após o início dos sintomas. Por último, procedeu-se à identificação de estirpes Portuguesas, isoladas de murinos e de um caso humano fatal (L. inadai), numa perspectiva polifásica de intervenção. Utilizaram-se três testes fenotípicos (testes de crescimento sob diferentes temperaturas e na presença de 8-azaguanina, a par de um teste de alteração morfológica induzida pela adição de NaCl 1M). Paralelamente, efectuaram-se ensaios de amplificação do gene rrs (16S ARNr) de Leptospira spp por PCR (Polymerase Chain Reaction), utilizando um par de primers “universais” (331 pb) e um segundo par, que apenas amplifica o gene secY (285 pb) de estirpes patogénicas, para definição da identidade dos isolados em estudo. Da integração dos resultados obtidos, confirmou-se que estes ocupam uma posição taxonómica “intermédia” entre as leptospiras saprófitas e as patogénicas. Desenvolveu-se, ainda, uma investigação (complementar) “in vivo” do carácter taxonómico “intermédio” do referido isolado humano, por cultura e amplificação do respectivo ADN de tecidos de hamsters inoculados para o efeito. Esta metodologia molecular foi posteriormente utilizada, com sucesso, no diagnóstico precoce de doentes com Leptospirose, sendo uma mais-valia na confirmação laboratorial de infecção por Leptospira, na ausência de anticorpos específicos na fase inicial da doença.

New Strategies on Molecular Biology Applied to Microbial Systematics

Systematics is the study of diversity of the organisms and their relationships comprising classification, nomenclature and identification. The term classification or taxonomy means the arrangement of the organisms in groups (rate) and the nomenclature is the attribution of correct international scientific names to organisms and identification is the inclusion of unknown strains in groups derived from classification. Therefore, classification for a stable nomenclature and a perfect identification are required previously. The beginning of the new bacterial systematics era can be remembered by the introduction and application of new taxonomic concepts and techniques, from the 50’s and 60’s. Important progress were achieved using numerical taxonomy and molecular taxonomy. Molecular taxonomy, brought into effect after the emergence of the Molecular Biology resources, provided knowledge that comprises systematics of bacteria, in which occurs great evolutionary interest, or where is observed the necessity of eliminating any environmental interference. When you study the composition and disposition of nucleotides in certain portions of the genetic material, you study searching their genome, much less susceptible to environmental alterations than proteins, codified based on it. In the molecular taxonomy, you can research both DNA and RNA, and the main techniques that have been used in the systematics comprise the build of restriction maps, DNA-DNA hybridization, DNA-RNA hybridization, sequencing of DNA sequencing of sub-units 16S and 23S of rRNA, RAPD, RFLP, PFGE etc. Techniques such as base sequencing, though they are extremely sensible and greatly precise, are relatively onerous and impracticable to the great majority of the bacterial taxonomy laboratories. Several specialized techniques have been applied to taxonomic studies of microorganisms. In the last years, these have included preliminary electrophoretic analysis of soluble proteins and isoenzymes, and subsequently determination of deoxyribonucleic acid base composition and assessment of base sequence homology by means of DNA-RNA hybrid experiments beside others. These various techniques, as expected, have generally indicated a lack of taxonomic information in microbial systematics. There are numberless techniques and methodologies that make bacteria identification and classification study possible, part of them described here, allowing establish different degrees of subspecific and interspecific similarity through phenetic-genetic polymorphism analysis. However, was pointed out the necessity of using more than one technique for better establish similarity degrees within microorganisms. Obtaining data resulting from application of a sole technique isolatedly may not provide significant information from Bacterial Systematics viewpoint

Culture-dependent characterization of cyanobacterial diversity in the intertidal zones of the Portuguese coast: A polyphasic study

Cyanobacteria are important primary producers, and many are able to fix atmospheric nitrogen playing a key role in the marine environment. However, not much is known about the diversity of cyanobacteria in Portuguese marine waters. This paper describes the diversity of 60 strains isolated from benthic habitats in 9 sites (intertidal zones) on the Portuguese South and West coasts. The strains were characterized by a morphological study (light and electron microscopy) and by a molecular characterization (partial 16S rRNA, nifH, nifK, mcyA, mcyE/ndaF, sxtI genes). The morphological analyses revealed 35 morphotypes (15 genera and 16 species) belonging to 4 cyanobacterial Orders/Subsections. The dominant groups among the isolates were the Oscillatoriales. There is a broad congruence between morphological and molecular assignments. The 16S rRNA gene sequences of 9 strains have less than 97% similarity compared to the sequences in the databases, revealing novel cyanobacterial diversity. Phylogenetic analysis, based on partial 16S rRNA gene sequences showed at least 12 clusters. One-third of the isolates are potential N2-fixers, as they exhibit heterocysts or the presence of nif genes was demonstrated by PCR. Additionally, no conventional freshwater toxins genes were detected by PCR screening.

Estudos moleculares e enológicos da biota de leveduras de uvas da casta Touriga Nacional

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Biotecnologia