Detection and enumeration of sulphate-reducing bacteria in estuarine sediments by competitive PCR

The distribution of sulphate-reducing bacteria (SRB) in the sediments of the Colne River estuary, Essex, UK covering different saline concentrations of sediment porewater was investigated by the use of quantitative competitive PCR. Here, we show that a new PCR primer set and a new quantitative method using PCR are useful tools for the detection and the enumeration of SRB in natural environments. A PCR primer set selective for the dissimilatory sulphite reductase gene (dsr) of SRB was designed. PCR amplification using the single set of dsr-specific primers resulted in PCR products of the expected size from all 27 SRB strains tested, including Gram-negative and positive species. Sixty clones derived from sediment DNA using the primers were sequenced and all were closely related with the predicted dsr of SRB. These results indicate that PCR using the newly designed primer set are useful for the selective detection of SRB from a natural sample. This primer set was used to estimate cell numbers by dsr selective competitive PCR using a competitor, which was about 20% shorter than the targeted region of dsr. This procedure was applied to sediment samples from the River Colne estuary, Essex, UK together with simultaneous measurement of in situ rates of sulphate reduction. High densities of SRB ranging from 0.2 - 5.7 × 108 cells ml-1 wet sediment were estimated by the competitive PCR assuming that all SRB have a single copy of dsr. Using these estimates cell specific sulphate reduction rates of 10-17 to 10-15 mol of SO42- cell-1 day-1 were calculated, which is within the range of, or lower than, those previously reported for pure cultures of SRB. Our results show that the newly developed competitive PCR technique targeted to dsr is a powerful tool for rapid and reproducible estimation of SRB numbers in situ and is superior to the use of culture-dependent techniques.

Development of a PCR-based assay for rapid and reliable identification of pathogenic Fusaria

Identification of Fusarium species has always been difficult due to confusing phenotypic classification systems. We have developed a fluorescent-based polymerase chain reaction assay that allows for rapid and reliable identification of five toxigenic and pathogenic Fusarium species. The species includes Fusarium avenaceum, F. culmorum, F. equiseti, F. oxysporum and F. sambucinum. The method is based on the PCR amplification of species-specific DNA fragments using fluorescent oligonucleotide primers, which were designed based on sequence divergence within the internal transcribed spacer region of nuclear ribosomal DNA. Besides providing an accurate, reliable, and quick diagnosis of these Fusaria, another advantage with this method is that it reduces the potential for exposure to carcinogenic chemicals as it substitutes the use of fluorescent dyes in place of ethidium, bromide. Apart from its multidisciplinary importance and usefulness, it also obviates the need for gel electrophoresis. (C) 2002 Published by Elsevier Science B.V. on behalf of the Federation of European Microbiological Societies.

A general model of error-prone PCR

In this paper, we generalise a previously-described model of the error-prone polymerase chain reaction (PCR) reaction to conditions of arbitrarily variable amplification efficiency and initial population size. Generalisation of the model to these conditions improves the correspondence to observed and expected behaviours of PCR, and restricts the extent to which the model may explore sequence space for a prescribed set of parameters. Error-prone PCR in realistic reaction conditions is predicted to be less effective at generating grossly divergent sequences than the original model. The estimate of mutation rate per cycle by sampling sequences from an in vitro PCR experiment is correspondingly affected by the choice of model and parameters. (c) 2005 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Nested parallelism for multi-core HPC systems using Java

Since its introduction in 1993, the Message Passing Interface (MPI) has become a de facto standard for writing High Performance Computing (HPC) applications on clusters and Massively Parallel Processors (MPPs). The recent emergence of multi-core processor systems presents a new challenge for established parallel programming paradigms, including those based on MPI. This paper presents a new Java messaging system called MPJ Express. Using this system, we exploit multiple levels of parallelism - messaging and threading - to improve application performance on multi-core processors. We refer to our approach as nested parallelism. This MPI-like Java library can support nested parallelism by using Java or Java OpenMP (JOMP) threads within an MPJ Express process. Practicality of this approach is assessed by porting to Java a massively parallel structure formation code from Cosmology called Gadget-2. We introduce nested parallelism in the Java version of the simulation code and report good speed-ups. To the best of our knowledge it is the first time this kind of hybrid parallelism is demonstrated in a high performance Java application. (C) 2009 Elsevier Inc. All rights reserved.

In vitro effects of synbiotic fermentation on the canine faecal microbiota.

Stirred, pH-controlled anaerobic batch cultures were used to investigate the in vitro effects of galacto-oligosaccharides (GOS) alone or combined with the probiotic Bifidobacterium bifidum 02 450B on the canine faecal microbiota of three different donors. GOS supported the growth of B. bifidum 02 450B throughout the fermentation. Quantitative analysis of bacterial populations by FISH revealed significant increases in Bifidobacterium spp. counts (Bif164) and a concomitant decrease in Clostridium histolyticum counts (Chis150) in the synbiotic-containing vessels compared with the controls and GOS vessels. Vessels containing probiotic alone displayed a transient increase in Bifidobacterium spp. and a transient decrease in Bacteroides spp. Denaturing gradient gel electrophoresis analysis showed that GOS elicited similar alterations in the microbial profiles of the three in vitro runs. However, the synbiotic did not alter the microbial diversity of the three runs to the same extent as GOS alone. Nested PCR using universal primers, followed by bifidobacterial-specific primers illustrated low bifidobacterial diversity in dogs, which did not change drastically during the in vitro fermentation. This study illustrates that the canine faecal microbiota can be modulated in vitro by GOS supplementation and that GOS can sustain the growth of B. bifidum 02 450B in a synbiotic combination.

Four-dimensional variational data assimilation for high resolution nested models

Four-dimensional variational data assimilation (4D-Var) is used in environmental prediction to estimate the state of a system from measurements. When 4D-Var is applied in the context of high resolution nested models, problems may arise in the representation of spatial scales longer than the domain of the model. In this paper we study how well 4D-Var is able to estimate the whole range of spatial scales present in one-way nested models. Using a model of the one-dimensional advection–diffusion equation we show that small spatial scales that are observed can be captured by a 4D-Var assimilation, but that information in the larger scales may be degraded. We propose a modification to 4D-Var which allows a better representation of these larger scales.

PCR em tempo real para caracterização de fontes alimentares de flebotomíneos (Diptera: Psychodidae)

Os flebotomíneos são insetos hematófagos de grande importância médica e veterinária atuando como vetores de parasitas como Leishmania. O estudo do padrão alimentar desses vetores pode ajudar a compreender a sua interação com potenciais reservatórios de Leishmania. Neste estudo, desenvolvemos ensaios de PCR em tempo real para identificação de sangue em flebotomíneos. Seis pares de primers foram desenhados com base no gene citocromo b de sequencias disponíveis no GenBank dos seguintes hospedeiros potenciais: cão, gato, cavalo, galinha, rato e humano. Primeiramente, os ensaios de PCR em tempo real utilizando SYBR Green foram conduzidos usando uma curva padrão com oito concentrações diferentes (i.e., 10 ng, 1 ng, 100 pg, 10 pg, 1 pg, 100 fg, 10 fg e 1 fg por 2 µl) de amostras do DNA extraído do sangue com EDTA a partir de cada espécie de animal. Em seguida, o DNA foi extraído de 100 fêmeas de flebotomíneos ingurgitadas de campo pertencentes a três espécies (i.e., Lutzomyia longipalpis, L. migonei e L. lenti) foram testadas pelos protocolos aqui padronizados. Fêmeas de flebotomíneos foram experimentalmente alimentadas em um rato (Rattus rattus) e utilizadas para avaliar a detecção do ensaio. Os protocolos funcionaram de forma eficiente com limites de detecção de 10 pg a 100 fg. Fêmeas de flebotomíneos ingurgitadas coletadas no campo estavam alimentadas de humanos (73 por cento), galinhas (23 por cento), cães (22 por cento), cavalos (15 por cento), ratos (11 por cento) e gatos (2 por cento). Curiosamente, 76,1 por cento das fêmeas de L. longipalpis foram positivas para o sangue humano. No total, 48 por cento das fêmeas testadas estavam alimentadas em uma única fonte, 31 por cento em duas e 12 por cento em três. A análise do curso de tempo mostrou que a técnica de PCR em tempo real visando o DNA de roedor foi capaz de detectar pequenas quantidades de DNA do hospedeiro até 5 dias após o repasto sanguíneo. Esses protocolos representam ferramentas promissoras para a identificação da fonte alimentar de flebotomíneos de campo

Otimização da RT-PCR Multiplex para detecção de vírus dengue em amostras de Aedes aegypti infectados artificialmente

A dengue é a mais importante doença viral transmitida por mosquitos, no que diz respeito à morbidade e mortalidade, que afeta os seres humanos. Este vírus é transmitido pelos vetores Aedes albopictus e Aedes aegypti, este último é o principal vetor nas Américas. O controle da doença se baseia na vigilância laboratorial e vigilância entomológica. A vigilância laboratorial visa aprimorar a capacidade do diagnóstico, detectando precocemente a circulação viral e monitorando os sorotipos circulantes. Dentro deste tipo de vigilância, a RT-PCR é um método bastante usado no diagnóstico da doença em humanos e mosquitos, porém, a má conservação do material pode comprometer a integridade do RNA e trazer resultados falso-negativos. O desenvolvimento de melhores métodos de vigilância do vírus dengue (DENV) em mosquitos é de grande valor para os programas de controle. Desta maneira, o presente projeto visou otimizar a técnica de RT-PCR Multiplex para detecção de DENV em amostras de Ae. aegypti infectadas artificialmente pelo vírus. Primers que amplificam uma região de 80 pb do gene rpL8 de mosquito foram desenhados no site Primer3 e avaliados na ferramenta online Multiple Primer Analyzer, junto com primers que amplificam os sorotipos DENV. Não houve competição de primers e foi observado bandas distintas no gel de agarose. Foi avaliado o efeito de diferentes formas de preservação do material genético das amostras (RNAlater®, freezer -80°C e nitrogênio líquido) por 7 dias, onde não houve diferenças significativas em relação à integridade do RNA. O efeito de diferentes formas de extração de RNA (Kit da QIAGEN® , TRIzol® e Chomczymski-Sacchi) também foi avaliado e o método ChomczymskiSacchi obteve o melhor desempenho. A otimização desta técnica permitirá uma maior confiabilidade nos resultados, já que além da detecção dos sorotipos, haverá uma confirmação da qualidade do RNA, aprimorando a capacidade do diagnóstico e auxiliando a prevenção e controle da transmissão da dengue.

Avaliação de duas técnicas de reação em cadeia da polimerase na detecção do Mycobacterium tuberculosis em diferentes amostras biológicas

A tuberculose (TB) é uma doença infecto-contagiosa causada pelo bacilo Mycobacterium tuberculosis e que permanece como um importante problema de saúde pública mundial, sendo a TB pulmonar a forma mais comum de apresentação da doença. O diagnóstico precoce e tratamento adequado são essenciais para a eficácia dos programas públicos de controle da TB. Novos metodologias mais rápidas, sensíveis e específicas, como a reação em cadeia da polimerase (PCR), vem sendo propostas no diagnóstico da doença. O objetivo desse estudo foi avaliar o desempenho de duas PCR, a PCR em tempo real (qPCR) e a Nested PCR em único tubo (STNPCR), em diferentes amostras biológicas, no diagnóstico da tuberculose pulmonar, além de compará-las com as metodologias convencionais (baciloscopia e cultura) e entre si. Para isso foram analisados 125 pacientes que tiveram amostras de sangue (125 amostras de plasma e 116 amostras de PBMC), urina (n=125) e escarro (n=125) coletadas, totalizando a análise de 491 amostras biológicas. Amostras de escarro e urina foram descontaminadas pelo método de Petroff NAOH 4 por cento modificado e semeadas em meio de cultura Lõwenstein-Jensen (LJ), enquanto as amostras de sangue eram separadas em plasma e PBMC. Após processamento, deu-se a extração de DNA através do kit comercial da Qiagen seguida de amplificação pelas duas metodologias de PCR. Para análise estatística calculou-se a sensibilidade, especificidade, valores preditivos positivo e negativo e índice kappa das técnicas. A STNPCR apresentou, em amostras de sangue, sensibilidade de 26,3 por cento e especificidade de 97,7 por cento. Em amostras de urina observou-se uma S = 7,9 por cento e E = 98,9 por cento e em escarro S = 21,1 por cento e E = 98,9 por cento. Quando analisadas as asmotras em paralelo, a sensibilidade da STNPCR foi igual a 44,7 por cento enquanto sua especificidade foi 97,7 por cento. Já a qPCR, em amostras de sangue, obteve sensibilidade igual a 26,3 por cento e especificidade de 95,4 por cento. Em amostras de urina a sensibilidade obtida foi 47,4 por cento e a especificidade 79,3 por cento e, em escarro, S = 36,8 por cento e E = 95,4 por cento. Quando analisada em paralelo, a sensibilidade da qPCR foi 65,8 por cento e a especificidade foi 79,3 por cento. A baciloscopia de escarro apresentou sensibilidade de 41,7 por cento e especificidade de 100 por cento, enquanto as culturas em urina e escarro apresentaram sensibilidade e especificidade, respectivamente, de 10,5 por cento e 100 por cento e 60,5 por cento e 96,6 por cento. Pode-se concluir que a qPCR apresentou melhor desempenho quando comparada à STNPCR e também bom desempenho quando comparada às metodologias convencionais, e que quando analisa-se mais de um tipo de amostras biológica, a eficácia das técnicas é aumentada. Espera-se que com a utilização dessa técnica molecular, seja possível a melhor elucidação dos casos de TB pulmonar, promovendo maior taxa de tratamento dos pacientes e menor risco de transmissão da doença

The development of a real-time PCR to detect pathogenic Leptospira species in kidney tissue

A LightCycler(R) real-time PCR hybridization probe-based assay that detects a conserved region of the 16S rRNA gene of pathogenic but not saprophytic Leptospira species was developed for the rapid detection of pathogenic leptospires directly from processed tissue samples. In addition, a differential PCR specific for saprophytic leptospires and a control PCR targeting the porcine beta-actin gene were developed. To assess the suitability of these PCR methods for diagnosis, a trial was performed on kidneys taken from adult pigs with evidence of leptospiral infection, primarily a history of reproductive disease and serological evidence of exposure to pathogenic leptospires (n = 180) and aborted pig foetuses (n = 24). Leptospire DNA was detected by the 'pathogenic' specific PCR in 25 tissues (14%) and the control beta-actin PCR was positive in all 204 samples confirming DNA was extracted from all samples. No leptospires were isolated from these samples by culture and no positives were detected with the 'saprophytic' PCR. In a subsidiary experiment, the 'pathogenic' PCR was used to analyse kidney samples from rodents (n = 7) collected as part of vermin control in a zoo, with show animals with high microagglutination titres to Leptospira species, and five were positive. Fifteen PCR amplicons from 1 mouse, 2 rat and 14 pig kidney samples, were selected at random from positive PCRs (n = 30) and sequenced. Sequence data indicated L. interrogans DNA in the pig and rat samples and L. inadai DNA, which is considered of intermediate pathogenicity, in the mouse sample. The only successful culture was from this mouse kidney and the isolate was confirmed to be L. inadai by classical serology. These data suggest this suite of PCRs is suitable for testing for the presence of pathogenic leptospires in pig herds where abortions and infertility occur and potentially in other animals such as rodents. Crown Copyright (C) 2007 Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.