A genomic perspective on a new bacterial genus and species from the Alcaligenaceae family, Basilea psittacipulmonis

BACKGROUND A novel Gram-negative, non-haemolytic, non-motile, rod-shaped bacterium was discovered in the lungs of a dead parakeet (Melopsittacus undulatus) that was kept in captivity in a petshop in Basel, Switzerland. The organism is described with a chemotaxonomic profile and the nearly complete genome sequence obtained through the assembly of short sequence reads. RESULTS Genome sequence analysis and characterization of respiratory quinones, fatty acids, polar lipids, and biochemical phenotype is presented here. Comparison of gene sequences revealed that the most similar species is Pelistega europaea, with BLAST identities of only 93% to the 16S rDNA gene, 76% identity to the rpoB gene, and a similar GC content (~43%) as the organism isolated from the parakeet, DSM 24701 (40%). The closest full genome sequences are those of Bordetella spp. and Taylorella spp. High-throughput sequencing reads from the Illumina-Solexa platform were assembled with the Edena de novo assembler to form 195 contigs comprising the ~2 Mb genome. Genome annotation with RAST, construction of phylogenetic trees with the 16S rDNA (rrs) gene sequence and the rpoB gene, and phylogenetic placement using other highly conserved marker genes with ML Tree all suggest that the bacterial species belongs to the Alcaligenaceae family. Analysis of samples from cages with healthy parakeets suggested that the newly discovered bacterial species is not widespread in parakeet living quarters. CONCLUSIONS Classification of this organism in the current taxonomy system requires the formation of a new genus and species. We designate the new genus Basilea and the new species psittacipulmonis. The type strain of Basilea psittacipulmonis is DSM 24701 (= CIP 110308 T, 16S rDNA gene sequence Genbank accession number JX412111 and GI 406042063).

Computer-modeling origin of a simple genetic apparatus

This computer simulation is based on a model of the origin of life proposed by H. Kuhn and J. Waser, where the evolution of short molecular strands is assumed to take place in a distinct spatiotemporal structured environment. In their model, the prebiotic situation is strongly simplified to grasp essential features of the evolution of the genetic apparatus without attempts to trace the historic path. With the tool of computer implementation confining to principle aspects and focused on critical features of the model, a deeper understanding of the model's premises is achieved. Each generation consists of three steps: (i) construction of devices (entities exposed to selection) presently available; (ii) selection; and (iii) multiplication of the isolated strands (R oligomers) by complementary copying with occasional variation by copying mismatch. In the beginning, the devices are single strands with random sequences; later, increasingly complex aggregates of strands form devices such as a hairpin-assembler device which develop in favorable cases. A monomers interlink by binding to the hairpin-assembler device, and a translation machinery, called the hairpin-assembler-enzyme device, emerges, which translates the sequence of R1 and R2 monomers in the assembler strand to the sequence of A1 and A2 monomers in the A oligomer, working as an enzyme.

The world innovation landscape: Asia rising? Bruegel Policy Contribution 2013/02, February 2013

Highlights • Research and development spending has risen rapidly in Asia, particularly in China, which is now the world’s second R&D spender behind the United States.The increase in Korean and Chinese patent applications has been even more rapid, but Chinese patenting for exploitation on the main markets for innovation(the European Union, Japan and the US) is still marginal. • Asia's increased innovation spending is most prominently related to information and communication technologies. Overall, the Chinese and Korean economies are still not specialised in knowledge-intensive goods and services.Furthermore, China in particular is not (so far) capturing much value from its role as a manufacturer and exporter of high-tech goods; China remains mostly an assembler of goods, the value of which is created elsewhere. • It would be wrong to ignore China's innovation potential on the basis of its current performance. Its clear innovation ambitions are likely to drive its future growth. • Europe is struggling much more than the US to retain its place at the global innovation table. The EU should use Asia’s capacity building in innovation as an opportunity for value capture.

Compilation by refinement for a practical assembly language

In this paper we extend the conventional framework of program refinement down to the assembler level. We describe an extension to the Refinement Calculus that supports the refinement of programs in the Guarded Command Language to programs in .NET assembler. This is illustrated by a small example.

Connection of Network Sensors to Distributed Information Measurement and Control System for Education and Research

The development of the distributed information measurement and control system for optical spectral research of particle beam and plasma objects and the execution of laboratory works on Physics and Engineering Department of Petrozavodsk State University are described. At the hardware level the system is represented by a complex of the automated workplaces joined into computer network. The key element of the system is the communication server, which supports the multi-user mode and distributes resources among clients, monitors the system and provides secure access. Other system components are formed by equipment servers (CАМАC and GPIB servers, a server for the access to microcontrollers MCS-196 and others) and the client programs that carry out data acquisition, accumulation and processing and management of the course of the experiment as well. In this work the designed by the authors network interface is discussed. The interface provides the connection of measuring and executive devices to the distributed information measurement and control system via Ethernet. This interface allows controlling of experimental parameters by use of digital devices, monitoring of experiment parameters by polling of analog and digital sensors. The device firmware is written in assembler language and includes libraries for Ethernet-, IP-, TCP- и UDP-packets forming.

Novel surface-tethered estrogen polymeric platforms in cardiovascular regenerative medicine

L’estradiol (E2) est une hormone femelle qui joue un rôle essentiel, à la fois dans la régulation et dans la détermination de certaines conditions physiologiques in vivo, telle que la différenciation et la prolifération cellulaire. Lorsque l’E2 est donné en supplément, par exemple dans le cas de thérapie hormonale, deux effets sont observés, un effet génomique et un effet non-génomique, de par son interaction avec les récepteurs à œstrogène du noyau ou de la membrane cellulaire, respectivement. L’effet non-génomique est plus difficile à étudier biologiquement parce que l’effet se produit sur une échelle de temps extrêmement courte et à cause de la nature hydrophobe de l’E2 qui réduit sa biodisponibilité et donc son accessibilité aux cellules cibles. C’est pourquoi il est nécessaire de développer des systèmes d’administration de l’E2 qui permettent de n’étudier que l’effet non-génomique de l’œstrogène. Une des stratégies employée consiste à greffer l’E2 à des macromolécules hydrophiles, comme de l’albumine de sérum bovin (BSA) ou des dendrimères de type poly(amido)amine, permettant de maintenir l’interaction de l’E2 avec les récepteurs d’œstrogène de la membrane cellulaire et d’éviter la pénétration de l’E2 dans le noyau des cellules. Toutefois, ces systèmes macromolécules-E2 sont critiquables car ils sont peu stables et l’E2 peut se retrouver sous forme libre, ce qui affecte sa localisation cellulaire. L’objectif de cette thèse est donc de développer de nouvelles plateformes fonctionnalisées avec de l’E2 en utilisant les approches de synthèses ascendantes et descendantes. Le but de ces plateformes est de permettre d’étudier le mécanisme de l’effet non-génomique de l’E2, ainsi que d’explorer des applications potentielles dans le domaine biomédical. L’approche ascendante est basée sur un ligand d’E2 activé, l’acide 17,α-éthinylestradiol-benzoïque, attaché de façon covalente à un polymère de chitosan avec des substitutions de phosphorylcholine (CH-PC-E2). L’estradiol est sous forme de pro-drogue attachée au polymère qui s’auto-assembler pour former un film. L’effet biologique de la composition chimique du film de chitosan-phosphorylcholine a été étudié sur des cellules endothéliales. Les films de compositions chimiques différentes ont préalablement été caractérisés de façon physicochimique. La topographie de la surface, la charge de surface, ainsi que la rhéologie des différents films contenant 15, 25, ou 40% molaires de phosphorylcholine, ont été étudiés par microscopie à force atomique (AFM), potentiel zêta, résonance plasmonique de surface et par microbalance à cristal de quartz avec dissipation (QCM-D). Les résultats de QCM-D ont montré que plus la part molaire en phosphorylcholine est grande moins il y a de fibrinogène qui s’adsorbe sur le film de CH-PC. Des cellules humaines de veine ombilicale (HUVECs) cultivées sur des films de CH-PC25 et de CH-PC40 forment des amas cellulaire appelés sphéroïdes au bout de 4 jours, alors que ce n’est pas le cas lorsque ces cellules sont cultivées sur des films de CH-PC15. L’attachement de l’estradiol au polymère a été caractérisé par plusieurs techniques, telles que la résonance magnétique nucléaire de proton (1H NMR), la spectroscopie infrarouge avec transformée de Fourier à réfraction totale atténuée (FTIR-ATR) et la spectroscopie UV-visible. La nature hydrogel des films (sa capacité à retenir l’eau) ainsi que l’interaction des films avec des récepteurs à E2, ont été étudiés par la QCM-D. Des études d’imagerie cellulaires utilisant du diacétate de diaminofluoresceine-FM ont révélé que les films hydrogels de CH-PC-E2 stimulent la production d’oxyde nitrique par les cellules endothéliales, qui joue un rôle protecteur pour le système cardiovasculaire. L’ensemble de ces études met en valeur les rôles différents et les applications potentielles qu’ont les films de type CH-PC-E2 et CH-PC dans le cadre de la médecine cardiovasculaire régénérative. L’approche descendante est basée sur l’attachement de façon covalente d’E2 sur des ilots d’or de 2 μm disposés en rangées et espacés par 12 μm sur un substrat en verre. Les ilots ont été préparés par photolithographie. La surface du verre a quant à elle été modifiée à l’aide d’un tripeptide cyclique, le cRGD, favorisant l’adhésion cellulaire. L’attachement d’E2 sur les surfaces d’or a été suivi et confirmé par les techniques de SPR et de QCM-D. Des études d’ELISA ont montré une augmentation significative du niveau de phosphorylation de la kinase ERK (marqueur important de l’effet non-génomique) après 1 heure d’exposition des cellules endothéliales aux motifs alternant l’E2 et le cRGD. Par contre lorsque des cellules cancéreuses sont déposées sur les surfaces présentant des motifs d’E2, ces cellules ne croissent pas, ce qui suggère que l’E2 n’exerce pas d’effet génomique. Les résultats de l’approche descendante montrent le potentiel des surfaces présentant des motifs d’E2 pour l’étude des effets non-génomiques de l’E2 dans un modèle in vitro.

Novel surface-tethered estrogen polymeric platforms in cardiovascular regenerative medicine

L’estradiol (E2) est une hormone femelle qui joue un rôle essentiel, à la fois dans la régulation et dans la détermination de certaines conditions physiologiques in vivo, telle que la différenciation et la prolifération cellulaire. Lorsque l’E2 est donné en supplément, par exemple dans le cas de thérapie hormonale, deux effets sont observés, un effet génomique et un effet non-génomique, de par son interaction avec les récepteurs à œstrogène du noyau ou de la membrane cellulaire, respectivement. L’effet non-génomique est plus difficile à étudier biologiquement parce que l’effet se produit sur une échelle de temps extrêmement courte et à cause de la nature hydrophobe de l’E2 qui réduit sa biodisponibilité et donc son accessibilité aux cellules cibles. C’est pourquoi il est nécessaire de développer des systèmes d’administration de l’E2 qui permettent de n’étudier que l’effet non-génomique de l’œstrogène. Une des stratégies employée consiste à greffer l’E2 à des macromolécules hydrophiles, comme de l’albumine de sérum bovin (BSA) ou des dendrimères de type poly(amido)amine, permettant de maintenir l’interaction de l’E2 avec les récepteurs d’œstrogène de la membrane cellulaire et d’éviter la pénétration de l’E2 dans le noyau des cellules. Toutefois, ces systèmes macromolécules-E2 sont critiquables car ils sont peu stables et l’E2 peut se retrouver sous forme libre, ce qui affecte sa localisation cellulaire. L’objectif de cette thèse est donc de développer de nouvelles plateformes fonctionnalisées avec de l’E2 en utilisant les approches de synthèses ascendantes et descendantes. Le but de ces plateformes est de permettre d’étudier le mécanisme de l’effet non-génomique de l’E2, ainsi que d’explorer des applications potentielles dans le domaine biomédical. L’approche ascendante est basée sur un ligand d’E2 activé, l’acide 17,α-éthinylestradiol-benzoïque, attaché de façon covalente à un polymère de chitosan avec des substitutions de phosphorylcholine (CH-PC-E2). L’estradiol est sous forme de pro-drogue attachée au polymère qui s’auto-assembler pour former un film. L’effet biologique de la composition chimique du film de chitosan-phosphorylcholine a été étudié sur des cellules endothéliales. Les films de compositions chimiques différentes ont préalablement été caractérisés de façon physicochimique. La topographie de la surface, la charge de surface, ainsi que la rhéologie des différents films contenant 15, 25, ou 40% molaires de phosphorylcholine, ont été étudiés par microscopie à force atomique (AFM), potentiel zêta, résonance plasmonique de surface et par microbalance à cristal de quartz avec dissipation (QCM-D). Les résultats de QCM-D ont montré que plus la part molaire en phosphorylcholine est grande moins il y a de fibrinogène qui s’adsorbe sur le film de CH-PC. Des cellules humaines de veine ombilicale (HUVECs) cultivées sur des films de CH-PC25 et de CH-PC40 forment des amas cellulaire appelés sphéroïdes au bout de 4 jours, alors que ce n’est pas le cas lorsque ces cellules sont cultivées sur des films de CH-PC15. L’attachement de l’estradiol au polymère a été caractérisé par plusieurs techniques, telles que la résonance magnétique nucléaire de proton (1H NMR), la spectroscopie infrarouge avec transformée de Fourier à réfraction totale atténuée (FTIR-ATR) et la spectroscopie UV-visible. La nature hydrogel des films (sa capacité à retenir l’eau) ainsi que l’interaction des films avec des récepteurs à E2, ont été étudiés par la QCM-D. Des études d’imagerie cellulaires utilisant du diacétate de diaminofluoresceine-FM ont révélé que les films hydrogels de CH-PC-E2 stimulent la production d’oxyde nitrique par les cellules endothéliales, qui joue un rôle protecteur pour le système cardiovasculaire. L’ensemble de ces études met en valeur les rôles différents et les applications potentielles qu’ont les films de type CH-PC-E2 et CH-PC dans le cadre de la médecine cardiovasculaire régénérative. L’approche descendante est basée sur l’attachement de façon covalente d’E2 sur des ilots d’or de 2 μm disposés en rangées et espacés par 12 μm sur un substrat en verre. Les ilots ont été préparés par photolithographie. La surface du verre a quant à elle été modifiée à l’aide d’un tripeptide cyclique, le cRGD, favorisant l’adhésion cellulaire. L’attachement d’E2 sur les surfaces d’or a été suivi et confirmé par les techniques de SPR et de QCM-D. Des études d’ELISA ont montré une augmentation significative du niveau de phosphorylation de la kinase ERK (marqueur important de l’effet non-génomique) après 1 heure d’exposition des cellules endothéliales aux motifs alternant l’E2 et le cRGD. Par contre lorsque des cellules cancéreuses sont déposées sur les surfaces présentant des motifs d’E2, ces cellules ne croissent pas, ce qui suggère que l’E2 n’exerce pas d’effet génomique. Les résultats de l’approche descendante montrent le potentiel des surfaces présentant des motifs d’E2 pour l’étude des effets non-génomiques de l’E2 dans un modèle in vitro.

Genomics and virulence factors of Fusobacterium necrophorum

Fusobacterium necrophorum, a Gram negative, anaerobic bacterium, is a common cause of acute pharyngitis and tonsillitis and a rare cause of more severe infections of the head and neck. At the beginning of the project, there was no available genome sequence for F. necrophorum. The aim of this project was to sequence the F. necrophorum genome and identify and study its putative virulence factors contained using in silico and in vitro analysis. Type strains JCM 3718 and JCM 3724,F. necrophorum subspecies necrophorum (Fnn) and funduliforme (Fnf), respectively, and strain ARU 01 (Fnf), isolated from a patient with LS, were commercially sequenced by Roche 454 GS-FLX+ next generation sequencing and assembled into contigs using Roche GS Assembler. Sequence data was annotated semi-automatically, using the xBASE pipeline, BLASTp and Pfam. The F. necrophorum genome was determined to be approximately 2.1 – 2.3 Mb in size, with an estimated 1,950 ORFs and includes genes for a leukotoxin, ecotin, haemolysin, haemagglutinin, haemin receptor, adhesin and type Vb and Vc secretion systems. The prevalence of the leukotoxin gene was investigated in strains JCM 3718, JCM 3724 and ARU 01, as well as a clinical collection of 25 Fnf strains, identified using biochemical and molecular tests. The leukotoxin operon was found to be universal within the strain collection by PCR. HL-60 cells subjected to aliquots of concentrated high molecular weight culture supernatant, predicted to contain the secreted leukotoxins of strains JCM 3718, JCM 3724 and ARU 01, were killed in a dose-dependent manner. The cytotoxic effect of the leukotoxin against human donor white blood cells was also tested to validate the HL-60 assay. The differences in the results between the two assays were not statistically significant. Ecotin, a serine protease inhibitor, was found to be present in 100 % of the strain collection and had a highly conserved sequence with primary and secondary binding sites exposed on opposing sides of the protein. During enzyme inhibition studies, a purified recombinant F. necrophorum ecotin protein inhibited human neutrophil elastase, a protease that degrades bacteria at inflammation sites, and human plasma kallikrein, a component of the host clotting cascade. The recombinant ecotin also prolonged human plasma clotting times by up to 7-fold for the extrinsic pathway, and up to 40-fold for the intrinsic pathway. The genome sequence data provides important information about F. necrophorum type strains and enables comparative study between strains and subspecies. Results from the leukotoxin and ecotin assays can be used to build up an understanding of how the organism behaves during infection.