Mycobacterium bovis BCG promotes tumor cell survival from tumor necrosis factor-alpha-induced apoptosis

Background: Increased incidence of lung cancer among pulmonary tuberculosis patients suggests mycobacteria-induced tumorigenic response in the host. The alveolar epithelial cells, candidate cells that form lung adenocarcinoma, constitute a niche for mycobacterial replication and infection. We thus explored the possible mechanism of M. bovis Bacillus Calmette-Guerin (BCG)-assisted tumorigenicity in type II epithelial cells, human lung adenocarcinoma A549 and other cancer cells. Methods: Cancer cell lines originating from lung, colon, bladder, liver, breast, skin and cervix were treated with tumor necrosis factor (TNF)-alpha in presence or absence of BCG infection. p53, COP1 and sonic hedgehog (SHH) signaling markers were determined by immunoblotting and luciferase assays, and quantitative real time PCR was done for p53-responsive pro-apoptotic genes and SHH signaling markers. MTT assays and Annexin V staining were utilized to study apoptosis. Gain-and loss-of-function approaches were used to investigate the role for SHH and COP1 signaling during apoptosis. A549 xenografted mice were used to validate the contribution of BCG during TNF-alpha treatment. Results: Here, we show that BCG inhibits TNF-alpha-mediated apoptosis in A549 cells via downregulation of p53 expression. Substantiating this observation, BCG rescued A549 xenografts from TNF-alpha-mediated tumor clearance in nude mice. Furthermore, activation of SHH signaling by BCG induced the expression of an E3 ubiquitin ligase, COP1. SHH-driven COP1 targeted p53, thereby facilitating downregulation of p53-responsive pro-apoptotic genes and inhibition of apoptosis. Similar effects of BCG could be shown for HCT116, T24, MNT-1, HepG2 and HELA cells but not for HCT116 p53(-/-) and MDA-MB-231 cells. Conclusion: Our results not only highlight possible explanations for the coexistence of pulmonary tuberculosis and lung cancer but also address probable reasons for failure of BCG immunotherapy of cancers.

The adenylyl cyclase Rv2212 modifies the proteome and infectivity of Mycobacterium bovis BCG

All organisms have the capacity to sense and respond to environmental changes. These signals often involve the use of second messengers such as cyclic adenosine monophosphate (cAMP). This second messenger is widely distributed among organisms and coordinates gene expression related with pathogenesis, virulence, and environmental adaptation. Genomic analysis in Mycobacterium tuberculosis has identified 16 adenylyl cyclases (AC) and one phosphodiesterase, which produce and degrade cAMP, respectively. To date, ten AC have been biochemically characterized and only one (Rv0386) has been found to be important during murine infection with M. tuberculosis. Here, we investigated the impact of hsp60-driven Rv2212 gene expression in Mycobacterium bovis Bacillus Calmette-Guerin (BCG) during growth in vitro, and during macrophage and mice infection. We found that hsp60-driven expression of Rv2212 resulted in an increased capacity of replication in murine macrophages but an attenuated phenotype in lungs and spleen when administered intravenously in mice. Furthermore, this strain displayed an altered proteome mainly affecting proteins associated with stress conditions (bfrB, groEL-2, DnaK) that could contribute to the attenuated phenotype observed in mice.

Analysis of the hierarchical structure of the B. subtilis transcriptional regulatory network

The transcriptional regulation of gene expression is orchestrated by complex networks of interacting genes. Increasing evidence indicates that these `transcriptional regulatory networks' (TRNs) in bacteria have an inherently hierarchical architecture, although the design principles and the specific advantages offered by this type of organization have not yet been fully elucidated. In this study, we focussed on the hierarchical structure of the TRN of the gram-positive bacterium Bacillus subtilis and performed a comparative analysis with the TRN of the gram-negative bacterium Escherichia coli. Using a graph-theoretic approach, we organized the transcription factors (TFs) and sigma-factors in the TRNs of B. subtilis and E. coli into three hierarchical levels (Top, Middle and Bottom) and studied several structural and functional properties across them. In addition to many similarities, we found also specific differences, explaining the majority of them with variations in the distribution of s-factors across the hierarchical levels in the two organisms. We then investigated the control of target metabolic genes by transcriptional regulators to characterize the differential regulation of three distinct metabolic subsystems (catabolism, anabolism and central energy metabolism). These results suggest that the hierarchical architecture that we observed in B. subtilis represents an effective organization of its TRN to achieve flexibility in response to a wide range of diverse stimuli.

Effect of solvent; enhancing the wettability and engineering the porous structure of a calcium phosphate/agarose composite for drug delivery

Tissue engineering deals with the regeneration of tissues for bone repair, wound healing, drug delivery, etc., and a highly porous 3D artificial scaffold is required to accommodate the cells and direct their growth. We prepared 3D porous calcium phosphate ((hydroxyapatite/beta-tricalcium phosphate)/agarose, (HAp/beta-TCP)/agarose) composite scaffolds by sol-gel technique with water (WBS) and ethanol (EBS) as solvents. The crystalline phases of HAp and beta-TCP in the scaffolds were confirmed by X-ray diffraction (XRD) analysis. The EBS had reduced crystallinity and crystallite size compared to WBS. WBS and EBS revealed interconnected pores of 1 mu m and 100 nm, respectively. The swelling ratio was higher for EBS in water and phosphate buffered saline (PBS). An in vitro drug loading/release experiment was carried out on the scaffolds using gentamicin sulphate (GS) and amoxicillin (AMX). We observed initial burst release followed by sustained release from WBS and EBS. In addition, GS showed more extended release than AMX from both the scaffolds. GS and AMX loaded scaffolds showed greater efficacy against Pseudomonas than Bacillus species. WBS exhibited enhanced mechanical properties, wettability, drug loading and haemocompatibility compared to EBS. In vitro cell studies showed that over the scaffolds, MC3T3 cells attached and proliferated and there was a significant increase in live MC3T3 cells. Both scaffolds supported MC3T3 proliferation and mineralization in the absence of osteogenic differentiation supplements in media which proves the scaffolds are osteoconducive. Microporous scaffolds (WBS) could assist the bone in-growth, whereas the presence of nanopores (EBS) could enhance the degradation process. Hence, WBS and EBS could be used as scaffolds for tissue engineering and drug delivery. This is a cost effective technique to produce scaffolds of degradable 3D ceramic-polymer composites.

Production and characterization of bioflocculants for mineral processing applications

A comparative study of two bacterial strains namely, Bacillus licheniformis and Bacillus firmus in the production of bioflocculants was made. The highest bioflocculant yield of 16.55 g/L was obtained from B. licheniformis (L) and 10 g/L from B. firmus (F). The bioflocculants obtained from the bacterial species were water soluble and insoluble in organic solvents. FTIR spectral analysis revealed the presence of hydroxyl, carboxyl and sugar derivatives in the bioflocculants. Thermal characterization by differential scanning calorimetry (DSC) showed the crystalline transition and the melting point (T-m) at 90-100 degrees C. Effects of bioflocculant dosage and pH on the flocculation of clay fines were evaluated. Highest bioflocculation efficiency on kaolin clay suspensions was observed at an optimum bioflocculant dosage of 5 g/L. The optimum pH range for the maximum bioflocculation was at pH 7-9. Bioflocculants exhibited high efficiency in dye decolorization. The maximum Cr (VI) removal was found to be 85 % for L (bioflocculant dosage at 2 g/L). This study demonstrates that microbial bioflocculants find potential applications in mineral processing such as selective flocculation of mineral fines, decolorization of dye solutions and in the remediation of toxic metal solutions. (C) 2015 Elsevier B.V. All rights reserved.

Simultaneous presence of fhs and purT genes is disadvantageous for the fitness of Escherichia coli growth

In bacteria, alternate mechanisms are known to synthesize N-10-formyltetrahydrofolate (N10-formyl-THF) and formyl glycinamide ribotide (fGAR), which are important in purine biosynthesis. In one of the mechanisms, a direct transfer of one carbon unit from formate allows Fhs to convert tetrahydrofolate to N-10-formyl-THF, and PurT to convert glycinamide ribotide (GAR) to fGAR. Our bioinformatics analysis of fhs and purT genes (encoding Fhs and PurT) showed that in a majority of bacteria (similar to 94%), their presence was mutually exclusive. A large number of organisms possessing fhs lacked purT and vice versa. The phenomenon is so penetrating that even within a genus (Bacillus) if a species possessed fhs it lacked purT and vice versa. To investigate physiological importance of this phenomenon, we used Escherichia coli, which naturally lacks fhs (and possesses purT) as model. We generated strains, which possessed fhs and purT genes in singles or together. Deletion of purT from E. coli in the presence or absence of fhs did not confer a detectable growth disadvantage in pure cultures. However, growth competition assays revealed that the strains possessing either of the single genes outcompeted those possessing both the genes suggesting that mutual exclusion of purT and fhs in organisms confers fitness advantage in mixed cultures.

BT-benzo-29 inhibits bacterial cell proliferation by perturbing FtsZ assembly

We have identified a potent antibacterial agent N-(4-sec-butylphenyl)-2-(thiophen-2-yl)-1H-benzod]imidazole-4-carboxa mide (BT-benzo-29) from a library of benzimidazole derivatives that stalled bacterial division by inhibiting FtsZ assembly. A short (5 min) exposure of BT-benzo-29 disassembled the cytokinetic Z-ring in Bacillus subtilis cells without affecting the cell length and nucleoids. BT-benzo-29 also perturbed the localization of early and late division proteins such as FtsA, ZapA and SepF at the mid-cell. Further, BT-benzo-29 bound to FtsZ with a dissociation constant of 24 +/- 3 m and inhibited the assembly and GTPase activity of purified FtsZ. A docking analysis suggested that BT-benzo-29 may bind to FtsZ at the C-terminal domain near the T7 loop. BT-benzo-29 displayed significantly weaker inhibitory effects on the assembly and GTPase activity of two mutants (L272A and V275A) of FtsZ supporting the prediction of the docking analysis. Further, BT-benzo-29 did not appear to inhibit DNA duplication and nucleoid segregation and it did not perturb the membrane potential of B. subtilis cells. The results suggested that BT-benzo-29 exerts its potent antibacterial activity by inhibiting FtsZ assembly. Interestingly, BT-benzo-29 did not affect the membrane integrity of mammalian red blood cells. BT-benzo-29 bound to tubulin with a much weaker affinity than FtsZ and exerted significantly weaker effects on mammalian cells than on the bacterial cells indicating that the compound may have a strong antibacterial potential.

Prediction and validation of gold nanoparticles (GNPs) on plant growth promoting rhizobacteria (PGPR): a step toward development of nano-biofertilizers

Several soil microbes are present in the rhizosphere zone, especially plant growth promoting rhizobacteria (PGPR), which are best known for their plant growth promoting activities. The present study reflects the effect of gold nanoparticles (GNPs) at various concentrations on the growth of PGPR. GNPs were synthesized chemically, by reduction of HAuCl 4, and further characterized by UV-Vis spectroscopy, X-ray diffraction technique (XRD), and transmission electron microscopy (TEM), etc. The impact of GNPs on PGPR was investigated by Clinical Laboratory Standards Institute (CLSI) recommended Broth-Microdilution technique against four selected PGPR viz., Pseudomonas fluorescens, Bacillus subtilis, Paenibacillus elgii, and Pseudomonas putida. Neither accelerating nor reducing impact was observed in P. putida due to GNPs. On the contrary, significant increase was observed in the case of P. fluorescens, P. elgii, and B. subtilis, and hence, GNPs can be exploited as nano-biofertilizers.

Negative Cooperativity and High Affinity in Chitooligosaccharide Binding by a Mycobacterium smegmatis Protein Containing LysM and Lectin Domains

LysM domains have been recognized in bacteria and eukaryotes as carbohydrate-binding protein modules, but the mechanism of their binding to chitooligosaccharides has been underexplored. Binding of a Mycobacterium smegmatis protein containing a lectin (MSL) and one LysM domain to chitooligosaccharides has been studied using isothermal titration calorimetry and fluorescence titration that demonstrate the presence of two binding sites of nonidentical affinities per dimeric MSL-LysM molecule. The affinity of the molecule for chitooligosaccharides correlates with the length of the carbohydrate chain. Its binding to chitooligosaccharides is characterized by negative cooperativity in the interactions of the two domains. Apparently, the flexibility of the long linker that connects the LysM and MSL domains plays a facilitating role in this recognition. The LysM domain in the MSL-LysM molecule, like other bacterial domains but unlike plant LysM domains, recognizes equally well peptidoglycan fragments as well as chitin polymers. Interestingly, in the case presented here, two LysM domains are enough for binding to peptidoglycan in contrast to the three reportedly required by the LysM domains of Bacillus subtilis and Lactococcus lactis. Also, the affinity of the MSL-LysM molecule for chitooligosaccharides is higher than that of LysM-chitooligosaccharide interactions reported so far.

Efecto de policultivos repollo-arroz, repollo-zanahoria, repollo-frijol, repollo-cebolla sobre la entomofauna en el cultivo del repollo (Brassica oleraceae L.) híbrido Izalco

El experimento de campo se llevó a cabo en San Ignacio, municipio de la Concepción, departamento de Masaya con el objetivo de evaluar el efecto de policultivos (repollo-arroz, repollo-zanahoria, repollo-frijol y repollo-cebolla) sobre la palomilla de la col (Plutella xylostella L.) en el cultivo de repollo (Brassica oleracea L.) híbrido Izalco, además se evaluó un tratamiento en monocultivo de repollo y otro con aplicación de insecticida biológico dipel (Bacillus thuringiensis) para ser usados como testigo absoluto y relativo respectivamente. Las plagas predominantes durante el ensayo fueron Plutella Xylostella, Spodoptera sp., Ascia monuste y Afidos. En la etapa de crecimiento vegetativo (0-32 días después del trasplante, DDT),las población de Plutella xylostella fue baja, pero en la etapa de preformación de cabeza (32-64 DDT) la población se incrementó, los tratamientos que presentaron menores poblaciones fueron repollo-arroz, repollo + dipel seguido de repollo-cebolla. En la etapa de formación de cabeza (64-88 DDT) la incidencia de la plaga fue siempre alta en el monocultivo de repollo y repollo-frijol a excepción de los demás tratamientos, siendo esta la etapa de mayor importancia del cultivo. El uso de cultivos en asocio no ejerció ningún efecto sobre Ascia monuste, Spodoptera sp. y Afidos. En la incidencia de insectos benéficos sólo se encontró & ralas y sus poblaciones se mantuvieron a niveles bajos.

Validación de diferentes opciones de manejo para el control de la roya del café (Hemileia vastatrix B y Br.) en la finca Santa Ana, El Mombacho, Nicaragua

El presente trabajo tuvo como objetivo buscar nuevas alternativas de manejo para el control de la roya del café (Hemileia vastatrix B & BR.) con el uso de Bacillus thuringiensis Berliner (Bt) y oxicloruro de cobre, como complemento al manejo de la sombra, para buscar como disminuir la incidencia de la roya y determinar el mejor momento para la aplicación tomando en cuenta los porcentajes de ésta enfermedad. Para ello se escogió la finca Santa Ana ubicada en el cerro Mombacho (Nicaragua) a 750 metros sobre el nivel del mar. De junio de 1994 a febrero de 1995 se realizaron quincenalmente muestreos aleatorios por conglomerados para roya, mancha de hierro (Cercospora coffeicola B & CK.) y antracnosis (Colletotrichum sp), así como se registraron todas las labores de manejo que realizó el productor. Se establecieron 4 opciones: 2 con cobre: una en forma calendarizado y otra con 10 por ciento de incidencia acumulada, una tercera opc1on usando Bt y por último una parcela testigo. Con los datos obtenidos se elaboraron curvas de incidencia simple y acumulada. Las proporciones de incidencia fueron transformadas a monolitos y lógitos para la realización de regresión simple y poder calcular la velocidad de crecimiento de la epidemia, se calculó el área bajo la curva de la epidemia y las X máximas alcanzadas, se realizaron análisis de varianza para establecer diferencias estadísticas entre los tratamientos y las repeticiones. De manera general la epidemia de roya se hace evidente en agosto y septiembre manteniéndose siempre en aumento, alcanzando los máximos valores en enero y febrero. De los tratamientos en estudio podemos decir que las aplicaciones de cobre calendarizado y con 10 por ciento de incidencia acumulada, presentaron la menor incidencia para la epidemia de roya, sin embargo en el cobre de aplicación calendarizada el efecto de cobre se observa mejor por lo que presenta el mejor comportamiento. En el caso de Bt no se logró determinar su efecto a nivel de campo, a la dosis empleada y en el momento aplicado, su comportamiento fue similar al testigo, quien presentó los mayores porcentajes de acumulados. Para el caso de mancha de hierro se observó una menor incidencia bajo el efecto de aplicaciones calendarizadas. La epidemia de antracnosis no se consideró un problema grave, debido a que los acumulados finales no sobre pasaron el nivel considerado riesgoso (15 por ciento).

Validación del umbral de acción para el manejo del gusano del fruto Helicoverpa spp (Boddie) Lepidoptera: noctuidae: en el cultivo del tomate Tisma, Nicaragua

Con el objetivo de validar un método determinado por ICTA/CATIE Guatemala, utilizando un umbral de acción para el manejo de Helicoverpa spp también conocido como gusano del fruto, en el cultivo del tomate se estableció un experimento de campo en la época de riego durante el período comprendido (Diciembre 1991 - Abril 1992) en Tisma, Masaya. El estudio se realizó con la colaboración de dos productores de tomate de la zona, en la finca de los productores se establecieron dos parcelas de validación, bajo dos sistemas de manejo: 1. Los productores realizaron aplicaciones periódicas semanales utilizando insecticidas químicos. 2. Aplicación de la mezcla de DIPEL (Bacillus thurinqiensis: 800 gr/mz) y LANNATE (Metomil: 75 gr/mz) según el umbral de acción, cuando se encontró cuatro huevos y/o larvas, o un 8% de frutos dañados por Helicoverpa spp en treinta plantas. El análisis económico de los tratamientos permite afirmar que las parcelas manejadas con umbral son más rentables, se obtiene mayores ingresos y menos costos a las parcelas manejadas por productor. Bajo las condiciones de este ensayo es factible económicamente, la implementación del umbral de acción, y la aplicación de la mezcla, para el combate de Helicoverpa spp en el cultivo del tomate.

Evaluación de productos botánicos y biológicos para el control de Plutella xylostella en el cultivo del repollo (Brassica oleraceae L.) hibrido Izalco en época de apante

Con el fin de encontrar el mejor producto para el control de Plutella xylostella en el cultivo del repollo, se llevó a cabo un ensayo a nivel de campo en época seca (Die 91-Mar 92) en el valle de Sébaco-Matagalpa donde se evaluaron los tratamientos Bacillus thuringiensis nacional, Dipel comercial, Javelin, Nim, Mamey y Júpiter, con un criterio de aplicación de 0.5 larvas por plantas. Las poblaciones de Plutella xylostella fueron relativamente bajas en la etapa de crecimiento vegetativo disminuyendo en las últimas dos etapas formación y llenado de cabeza. Durante las tres fases del cultivo las poblaciones de Plutella xylostella fueron menores en los tratamientos Javelin Mamey y Júpiter. Los insecticidas Dipel. Javelin y Mamey fueron diferentes estadísticamente del testigo (sin aplicación), según el análisis económico los primeros dos insecticidas son rentables económicamente sucediendo lo contrario con el insecticida Mamey por lo tanto su uso no es recomendado para el manejo de la plaga. El insecticida Júpiter puede ser utilizado contra la plaga ya que muestra una tasa de retorno marginal superior a la tasa comparativa. La presencia de enemigos naturales (Araña, Polybia sppy el parasitoide Diadegma insularis) fue notoria en el cultivo, cabe señalar su importancia ya que intervienen en el equilibrio del ecosistema dentro del cultivo (plaga-repollo). Estos predadores no se vieron afectados por las aplicaciones de los insecticidas botánicos y biológicos evaluados en el cultivo. El uso de estos productos parecen ser una alternativa de manejo de las plagas del cultivo a largo plazo ya que el establecimiento de la fauna benéfica en el sistema y el no uso de productos sintéticos evitan los problemas de resistencia en las plagas y la contaminación ambiental.

Evaluación económica de diferentes criterios de aplicación para el control de Plutella xylostella L. en el cultivo de repollo (Brassica oleracea L.) en época de primera

Con el objetivo de encontrar el mejor criterio de aplicación para el manejo de P. xylostella en el cultivo del repollo, se rea1izó un experimento a nivel de campo en época de primera, Mayo-Agosto ,1991 en la Concepción­ Masaya (IV Región de Nicaragua). Los tratamientos evaluados fueron: 0.1; O.3: O.5; O.7: O.9; y 1.2larvas por planta, sin control y calendarizado. Se mantuvieron los diferentes criterios de esta plaga utilizando aplicaciones semanales del insecticida Javelin WG NRD-12 Bacillus thuringiensis sub spp Kurstaki una dosis de 783 grlha. La incidencia de P. Xylosella no fue significativa durante la fase de establecimiento del cultivo del repollo (0-30 días después del trasplante), oscilando entre 0.01-007 larvas por planta. No así en las etapas posteriores comprendidas entre 30-90 días después del trasplante, se registraron poblaciones altas hasta 2. 30 larvas por planta encontrándose diferencias significativas. Esta incidencia en la última etapa afecta a las variables: daño foliar, precio e ingreso bruto. Se tomaron datos sobré los costos agrícolas de cada uno de los tratamientos y sus respectivos rendimientos. Se analizaron mediante el análisis de presupuestos parciales incluyendo un análisis de retorno mínimo y un análisis de sensibilidad de los precios del producto final. El análisis económico mostró que para una producción de repollo rentable, es necesario el uso de plaguicidas utilizando umbrales de aplicación que permitan mantener la rentabilidad del cultivo y los niveles poblacionales de la plaga. Tal es el caso del umbral O.S larvas por planta que demostró presentar estas características aún en las peores condiciones de producción, al igual que cuando existen cambios en el precio del insecticida y el precio del repollo, es decir que cuando existe un aumento de 5,300% en el precio del insecticida y una disminución de 95.8% en el precio del repollo este umbral mantiene una tasa de retorno marginal similar a la tasa mínima comparativa de 125%.

Alternativas de manejo integrado de plagas con insecticidas biológicos y botánicos en diferentes asocios de cultivos en la comunidad de Pacora, San Francisco Libre

Durante la época de postrera 2003, en la comunidad de Pacora, municipio de San Francisco Libre, departamento de Managua, se realizó una investigación con el propósito de evaluar el efecto de insecticidas biológicos y botánicos, en combinación con diferentes asocios de cultivos, para conocer su efecto sobre Spodoptera frigiperda J. L. Smith , y sus enemigos naturales y el rendimiento de grano en los tratamientos. Los tratamientos evaluados fueron: 1. Dipel (Bacillus Thuringiensis Berliner) en combinación con el monocultivo de sorgo (Sorghum bicolor L. Moench.) en, 2. Dipel en combinación con el asocio de maíz (Zea mays L.) y sorgo, 3. Neem (Azadirachta indica) en combinación con el monocultivo de sorgo, 4. Neem en combinación con el asocio de maíz y sorgo, 5.Testigo (agua) en combinación con el monocultivo de sorgo, 6.Testigo (agua) en combinación con el asocio de maíz y sorgo. Se utilizó un diseño completamente aleatorio (DCA), con cinco repeticiones por tratamiento. Se muestreo semanalmente para evaluar la incidencia de plagas e insectos benéficos., el tratamiento que obtuvo el menor porcentaje de plantas dañadas por S. frugiperda, fue el tratamiento Neem en combinación con el asocio de maíz y sorgo, la mayor presencia de insectos benéficos se encontró en los tratamientos en cultivos asociados no siendo así en los tratamientos en monocultivos, siendo los tratamientos Neem en combinación con el asocio de maíz y sorgo, Dipel en combinación con el asocio de maíz y sorgo y Testigo en combinación con el cultivo asociado de maíz y sorgo, los que presentaron las mayores poblaciones de insecto benéficos. Los mejores rendimientos se obtuvieron en los tratamientos en cultivos asociados en comparación con los tratamientos en monocultivos. Siendo el tratamiento Neem en combinación con el cultivo asociado de maíz y sorgo el que obtuvo el mayor rendimiento de grano con 1051 Kg. /ha.