Improving the microbial production of biofuels through metabolic engineering

Les défis conjoints du changement climatique d'origine anthropique et la diminution des réserves de combustibles fossiles sont le moteur de recherche intense pour des sources d'énergie alternatives. Une avenue attrayante est d'utiliser un processus biologique pour produire un biocarburant. Parmi les différentes options en matière de biocarburants, le bio-hydrogène gazeux est un futur vecteur énergétique attrayant en raison de son efficacité potentiellement plus élevé de conversion de puissance utilisable, il est faible en génération inexistante de polluants et de haute densité d'énergie. Cependant, les faibles rendements et taux de production ont été les principaux obstacles à l'application pratique des technologies de bio-hydrogène. Des recherches intensives sur bio-hydrogène sont en cours, et dans les dernières années, plusieurs nouvelles approches ont été proposées et étudiées pour dépasser ces inconvénients. À cette fin, l'objectif principal de cette thèse était d'améliorer le rendement en hydrogène moléculaire avec un accent particulier sur l'ingénierie métabolique et l’utilisation de bioprocédés à variables indépendantes. Une de nos hypothèses était que la production d’hydrogène pourrait être améliorée et rendue plus économiquement viable par ingénierie métabolique de souches d’Escherichia coli producteurs d’hydrogène en utilisant le glucose ainsi que diverses autres sources de carbone, y compris les pentoses. Les effets du pH, de la température et de sources de carbone ont été étudiés. La production maximale d'hydrogène a été obtenue à partir de glucose, à un pH initial de 6.5 et une température de 35°C. Les études de cinétiques de croissance ont montré que la μmax était 0.0495 h-1 avec un Ks de 0.0274 g L-1 lorsque le glucose est la seule source de carbone en milieu minimal M9. .Parmi les nombreux sucres et les dérivés de sucres testés, les rendements les plus élevés d'hydrogène sont avec du fructose, sorbitol et D-glucose; 1.27, 1.46 et 1.51 mol H2 mol-1 de substrat, respectivement. En outre, pour obtenir les interactions entre les variables importantes et pour atteindre une production maximale d'hydrogène, un design 3K factoriel complet Box-Behnken et la méthodologie de réponse de surface (RSM) ont été employées pour la conception expérimentale et l'analyse de la souche d'Escherichia coli DJT135. Le rendement en hydrogène molaire maximale de 1.69 mol H2 mol-1 de glucose a été obtenu dans les conditions optimales de 75 mM de glucose, à 35°C et un pH de 6.5. Ainsi, la RSM avec un design Box-Behken était un outil statistique utile pour atteindre des rendements plus élevés d'hydrogène molaires par des organismes modifiés génétiquement. Ensuite, l'expression hétérologue de l’hydrogénases soluble [Ni-Fe] de Ralstonia eutropha H16 (l'hydrogénase SH) a tenté de démontrer que la mise en place d'une voie capable de dériver l'hydrogène à partir de NADH pourrait surpasser le rendement stoechiométrique en hydrogène.. L’expression a été démontrée par des tests in vitro de l'activité enzymatique. Par ailleurs, l'expression de SH a restaurée la croissance en anaérobie de souches mutantes pour adhE, normalement inhibées en raison de l'incapacité de réoxyder le NADH. La mesure de la production d'hydrogène in vivo a montré que plusieurs souches modifiées métaboliquement sont capables d'utiliser l'hydrogénase SH pour dériver deux moles d’hydrogène par mole de glucose consommé, proche du maximum théorique. Une autre stratégie a montré que le glycérol brut pourrait être converti en hydrogène par photofermentation utilisant Rhodopseudomonas palustris par photofermentation. Les effets de la source d'azote et de différentes concentrations de glycérol brut sur ce processus ont été évalués. À 20 mM de glycérol, 4 mM glutamate, 6.1 mol hydrogène / mole de glycérol brut ont été obtenus dans des conditions optimales, un rendement de 87% de la théorie, et significativement plus élevés que ce qui a été réalisé auparavant. En prolongement de cette étude, l'optimisation des paramètres a également été utilisée. Dans des conditions optimales, une intensité lumineuse de 175 W/m2, 30 mM glycérol et 4.5 mM de glutamate, 6.69 mol hydrogène / mole de glycérol brut ont été obtenus, soit un rendement de 96% de la valeur théorique. La détermination de l'activité de la nitrogénase et ses niveaux d'expression ont montré qu'il y avait relativement peu de variation de la quantité de nitrogénase avec le changement des variables alors que l'activité de la nitrogénase variait considérablement, avec une activité maximale (228 nmol de C2H4/ml/min) au point central optimal. Dans la dernière section, la production d'hydrogène à partir du glucose via la photofermentation en une seule étape a été examinée avec la bactérie photosynthétique Rhodobacter capsulatus JP91 (hup-). La méthodologie de surface de réponse avec Box-Behnken a été utilisée pour optimiser les variables expérimentales de façon indépendante, soit la concentration de glucose, la concentration du glutamate et l'intensité lumineuse, ainsi que d'examiner leurs effets interactifs pour la maximisation du rendement en hydrogène moléculaire. Dans des conditions optimales, avec une intensité lumineuse de 175 W/m2, 35 mM de glucose, et 4.5 mM de glutamate,, un rendement maximal d'hydrogène de 5.5 (± 0.15) mol hydrogène /mol glucose, et un maximum d'activité de la nitrogénase de 246 (± 3.5) nmol C2H4/ml/min ont été obtenus. L'analyse densitométrique de l'expression de la protéine-Fe nitrogenase dans les différentes conditions a montré une variation significative de l'expression protéique avec un maximum au point central optimisé. Même dans des conditions optimales pour la production d'hydrogène, une fraction significative de la protéine Fe a été trouvée dans l'état ADP-ribosylée, suggérant que d'autres améliorations des rendements pourraient être possibles. À cette fin, un mutant amtB dérivé de Rhodobacter capsulatus JP91 (hup-) a été créé en utilisant le vecteur de suicide pSUP202. Les résultats expérimentaux préliminaires montrent que la souche nouvellement conçue métaboliquement, R. capsulatus DG9, produit 8.2 (± 0.06) mol hydrogène / mole de glucose dans des conditions optimales de cultures discontinues (intensité lumineuse, 175 W/m2, 35 mM de glucose et 4.5 mM glutamate). Le statut d'ADP-ribosylation de la nitrogénase-protéine Fe a été obtenu par Western Blot pour la souche R. capsulatus DG9. En bref, la production d'hydrogène est limitée par une barrière métabolique. La principale barrière métabolique est due au manque d'outils moléculaires possibles pour atteindre ou dépasser le rendement stochiométrique en bio-hydrogène depuis les dernières décennies en utilisant les microbes. À cette fin, une nouvelle approche d’ingénierie métabolique semble très prometteuse pour surmonter cette contrainte vers l'industrialisation et s'assurer de la faisabilité de la technologie de la production d'hydrogène. Dans la présente étude, il a été démontré que l’ingénierie métabolique de bactéries anaérobiques facultatives (Escherichia coli) et de bactéries anaérobiques photosynthétiques (Rhodobacter capsulatus et Rhodopseudomonas palustris) peuvent produire de l'hydrogène en tant que produit majeur à travers le mode de fermentation par redirection métabolique vers la production d'énergie potentielle. D'autre part, la méthodologie de surface de réponse utilisée dans cette étude représente un outil potentiel pour optimiser la production d'hydrogène en générant des informations appropriées concernant la corrélation entre les variables et des producteurs de bio-de hydrogène modifiés par ingénierie métabolique. Ainsi, un outil d'optimisation des paramètres représente une nouvelle avenue pour faire un pont entre le laboratoire et la production d'hydrogène à l'échelle industrielle en fournissant un modèle mathématique potentiel pour intensifier la production de bio-hydrogène. Par conséquent, il a été clairement mis en évidence dans ce projet que l'effort combiné de l'ingénierie métabolique et la méthodologie de surface de réponse peut rendre la technologie de production de bio-hydrogène potentiellement possible vers sa commercialisation dans un avenir rapproché.

Caractérisation biochimique et fonctionnelle du mutant T179N de l’aquaporine-2 humaine

L’aquaporine-2 (AQP2) est le canal responsable de la réabsorption finale d’eau au niveau du tubule collecteur du rein. À la base, contenue dans des vésicules internes, l’AQP2 est acheminée à la membrane apicale des cellules principales du tubule collecteur suite à une stimulation par l’hormone antidiurétique (ADH). L’incapacité à accomplir cette fonction entraîne le diabète insipide néphrogénique (DIN), une maladie caractérisée par l’inhabileté du rein à concentrer l’urine, entraînant une production de volumes urinaires élevés. Alors que les mutations récessives génèrent des protéines mal structurées et incapables de former des tétramères, les mutations dominantes sont capables de s’associer à leurs homologues sauvages, engendrant ainsi un DIN même chez les patients hétérozygotes. Ce mémoire présente l’analyse biochimique et fonctionnelle d’une nouvelle mutation naturelle de l’AQP2, la mutation T179N, aussi responsable du DIN. Cette dernière est particulièrement intéressante de par son génotype qui implique un caractère dominant, et sa position extracellulaire habituellement réservée aux mutations récessives. Les études comparatives de T179N à deux modèles de mutation récessive et dominante démontrent, tant en ovocytes de Xenopus laevis qu’en lignée cellulaire mpkCCDc14, le caractère récessif de cette nouvelle mutation. Les tests d’immunobuvardage de lysats d’ovocytes en membranes totales et membranes plasmiques purifiées ont révélé que seule la forme sauvage atteint la membrane plasmique alors que le mutant T179N est séquestré dans la cellule. En accord avec ce résultat, les analyses de perméabilité fonctionnelle démontrent aussi une absence d’activité pour T179N. En cellule mpkCCDc14, le mutant T179N exprimé seul n’atteint pas la membrane plasmique suite à l’action de la forskoline, contrairement à la forme sauvage. Cependant, ce mutant peut s’associer à son homologue sauvage en coexpression tant dans les ovocytes qu’en lignée mpkCCDc14 sans toutefois engendrer l’effet typique de dominance négative. En fait, dans ce contexte de coexpression, on remarque une augmentation de la Pf de 83±7 % et une récupération d’adressage à la membrane plasmique en cellule (immunofluorescence). En conclusion, T179N serait un mutant récessif fonctionnellement récupérable lorsqu’en présence de l’AQP2 sauvage.

Physiological analysis of central and peripheral insect circadian pacemaker neurons

Alle bisher untersuchten Lebewesen besitzen (circadiane) innere Uhren, die eine endogene Perioden-länge von ungefähr 24 Stunden generieren. Eine innere Uhr kann über Zeitgeber mit der Umwelt synchronisiert werden und ermöglicht dem Organismus, rhythmische Umweltveränderungen vorweg zu nehmen. Neben einem zentralen Schrittmacher, der Physiologie und Verhalten des Organismus steuert, gibt es in unterschiedlichen Organen auch periphere Uhren, die die zeitlichen Abläufe in der spezifischen Funktion dieser Organe steuern. In dieser Arbeit sollten zentrale und periphere Schrittmacherneurone von Insekten physiologisch untersucht und verglichen werden. Die Neurone der akzessorischen Medulla (AME) von Rhyparobia maderae dienten als Modellsystem für zentrale Schrittmacher, während olfaktorische Rezeptorneurone (ORNs) von Manduca sexta als Modellsystem für periphere Schrittmacher dienten. Die zentralen Schrittmacherneurone wurden in extrazellulären Ableitungen an der isolierten AME (Netzwerkebene) und in Patch-Clamp Experimenten an primären AME Zellkulturen (Einzelzellebene) untersucht. Auf Netzwerkebene zeigten sich zwei charakteristische Aktivitätsmuster: regelmäßige Aktivität und Wechsel zwischen hoher und niedriger Aktivität (Oszillationen). Es wurde gezeigt, dass Glutamat ein Neurotransmitter der weitverbreiteten inhibitorischen Synapsen der AME ist, und dass in geringem Maße auch exzitatorische Synapsen vorkommen. Das Neuropeptid pigment-dispersing factor (PDF), das von nur wenigen AME Neuronen exprimiert wird und ein wichtiger Kopplungsfaktor im circadianen System ist, führte zu Hemmungen, Aktivierungen oder Oszillationen. Die Effekte waren transient oder langanhaltend und wurden wahrscheinlich durch den sekundären Botenstoff cAMP vermittelt. Ein Zielmolekül von cAMP war vermutlich exchange protein directly activated by cAMP (EPAC). Auf Einzelzellebene wurde gezeigt, dass die meisten AME Neurone depolarisiert waren und deshalb nicht feuerten. Die Analyse von Strom-Spannungs-Kennlinien und pharmakologische Experimente ergaben, dass unterschiedliche Ionenkanäle vorhanden waren (Ca2+, Cl-, K+, Na+ Kanäle sowie nicht-spezifische Kationenkanäle). Starke, bei hohen Spannungen aktivierende Ca2+ Ströme (ICa) könnten eine wichtige Rolle bei Ca2+-abhängiger Neurotransmitter-Ausschüttung, Oszillationen, und Aktionspotentialen spielen. PDF hemmte unterschiedliche Ströme (ICa, IK und INa) und aktivierte nicht-spezifische Kationenströme (Ih). Es wurde angenommen, dass simultane PDF-abhängige Hyper- und Depolarisationen rhythmische Membranpotential-Oszillationen verursachen. Dieser Mechanismus könnte eine Rolle bei PDF-abhängigen Synchronisationen spielen. Die Analyse peripherer Schrittmacherneurone konzentrierte sich auf die Charakterisierung des olfaktorischen Corezeptors von M. sexta (MsexORCO). In anderen Insekten ist ORCO für die Membran-Insertion von olfaktorischen Rezeptoren (ORs) erforderlich. ORCO bildet Komplexe mit den ORs, die in heterologen Expressionssystemen als Ionenkanäle fungieren und Duft-Antworten vermitteln. Es wurde die Hypothese aufgestellt, dass MsexORCO in pheromonsensitiven ORNs in vivo nicht als Teil eines ionotropen Rezeptors sondern als Schrittmacherkanal fungiert, der unterschwellige Membranpotential-Oszillationen generiert. MsexORCO wurde mit vermeintlichen Pheromonrezeptoren in human embryonic kidney (HEK 293) Zellen coexprimiert. Immuncytochemie und Ca2+ Imaging Experimente zeigten sehr schwache Expressionsraten. Trotzdem war es möglich zu zeigen, dass MsexORCO wahrscheinlich ein spontan-aktiver, Ca2+-permeabler Ionenkanal ist, der durch den ORCO-Agonisten VUAA1 und cyclische Nucleotide aktiviert wird. Außerdem wiesen die Experimente darauf hin, dass MsexOR-1 offensichtlich der Bombykal-Rezeptor ist. Eine weitere Charakterisierung von MsexORCO in primären M. sexta ORN Zellkulturen konnte nicht vollendet werden, weil die ORNs nicht signifikant auf ORCO-Agonisten oder -Antagonisten reagierten.

Iron-regulated surface determinant protein a mediates adhesion of staphylococcus aureus to human corneocyte envelope proteins

The ability of Staphylococcus aureus to colonize the human nares is a crucial prerequisite for disease. IsdA is a major S. aureus surface protein that is expressed during human infection and required for nasal colonization and survival on human skin. In this work, we show that IsdA binds to involucrin, loricrin, and cytokeratin K10, proteins that are present in the cornified envelope of human desquamated epithelial cells. To measure the forces and dynamics of the interaction between IsdA and loricrin (the most abundant protein of the cornified envelope), single-molecule force spectroscopy was used, demonstrating high-specificity binding. IsdA acts as a cellular adhesin to the human ligands, promoting whole-cell binding to immobilized proteins, even in the absence of other S. aureus components (as shown by heterologous expression in Lactococcus lactis). Inhibition experiments revealed the binding of the human ligands to the same IsdA region. This region was mapped to the NEAT domain of IsdA. The NEAT domain also was found to be required for S. aureus whole-cell binding to the ligands as well as to human nasal cells. Thus, IsdA is an important adhesin to human ligands, which predominate in its primary ecological niche.

A block in virus-like particle maturation following assembly of murine leukaemia virus in insect cells

Expression of the murine leukaemia virus (MLV) major Gag antigen p65(Gag) using the baculovirus expression system leads to efficient assembly and release of virus-like particles (VLP) representative of immature MLV. Expression of P180(Gag-Pol), facilitated normally in mammalian cells by readthrough of the p65(Gag) termination codon, also occurs efficiently in insect cells to provide a source of the MLV protease and a pattern of p65(Gag) processing similar to that observed in mammalian cells. VLP release from P180(Gag-Pol) expressing cells however remains essentially immature with disproportionate levels of the uncleaved p65(Gag) precursor when compared to the intracellular Gag profile. Changing the p65(Gag) termination codon altered the level of p65(Gag) and p180(Gag-Pol) within expressing cells but did not alter the pattern of released VLP, which remained immature. Coexpression of p65(Gag) with a fixed readthrough p180(Gag-Pol) also led to only immature VLP release despite high intracellular protease levels. Our data suggest a mechanism that preferentially selects uncleaved p65(Gag) for the assembly of MLV in this heterologous expression system and implies that, in addition to their relative levels, active sorting of the correct p65(Gag) and p180(Gag-Pol) ratios may occur in producer cells. (C) 2003 Elsevier Inc. All rights reserved.

Glycosyl transferases in family 61 mediate arabinofuranosyl transfer onto xylan in grasses

Xylan, a hemicellulosic component of the plant cell wall, is one of the most abundant polysaccharides in nature. In contrast to dicots, xylan in grasses is extensively modified by alpha-(1,2)- and alpha-(1,3)-linked arabinofuranose. Despite the importance of grass arabinoxylan in human and animal nutrition and for bioenergy, the enzymes adding the arabinosyl substitutions are unknown. Here we demonstrate that knocking-down glycosyltransferase (GT) 61 expression in wheat endosperm strongly decreases alpha-(1,3)-linked arabinosyl substitution of xylan. Moreover, heterologous expression of wheat and rice GT61s in Arabidopsis leads to arabinosylation of the xylan, and therefore provides gain-of-function evidence for alpha-(1,3)-arabinosyltransferase activity. Thus, GT61 proteins play a key role in arabinoxylan biosynthesis and therefore in the evolutionary divergence of grass cell walls.

Optimisation of recombinant production of active human cardiac SERCA2a ATPase

Methods for recombinant production of eukaryotic membrane proteins, yielding sufficient quantity and quality of protein for structural biology, remain a challenge. We describe here, expression and purification optimisation of the human SERCA2a cardiac isoform of Ca2+ translocating ATPase, using Saccharomyces cerevisiae as the heterologous expression system of choice. Two different expression vectors were utilised, allowing expression of C-terminal fusion proteins with a biotinylation domain or a GFP- His8 tag. Solubilised membrane fractions containing the protein of interest were purified onto Streptavidin-Sepharose, Ni-NTA or Talon resin, depending on the fusion tag present. Biotinylated protein was detected using specific antibody directed against SERCA2 and, advantageously, GFP-His8 fusion protein was easily traced during the purification steps using in-gel fluorescence. Importantly, talon resin affinity purification proved more specific than Ni-NTA resin for the GFP-His8 tagged protein, providing better separation of oligomers present, during size exclusion chromatography. The optimised method for expression and purification of human cardiac SERCA2a reported herein, yields purified protein (> 90%) that displays a calcium-dependent thapsigargin-sensitive activity and is suitable for further biophysical, structural and physiological studies. This work provides support for the use of Saccharomyces cerevisiae as a suitable expression system for recombinant production of multi-domain eukaryotic membrane proteins.

Alterations in predicted regulatory and coding regions of the sterol 14α-demethylase gene (CYP51) confer decreased azole sensitivity in the oilseed rape pathogen Pyrenopeziza brassicae

The incidence and severity of light leaf spot epidemics caused by the ascomycete fungus Pyrenopeziza brassicae on UK oilseed rape crops is increasing. The disease is currently controlled by a combination of host resistance, cultural practices and fungicide applications. We report decreases in sensitivities of modern UK P. brassicae isolates to the azole (imidazole and triazole) class of fungicides. By cloning and sequencing the P. brassicae CYP51 (PbCYP51) gene, encoding the azole target sterol 14α-demethylase, we identified two non-synonymous mutations encoding substitutions G460S and S508T associated with reduced azole sensitivity. We confirmed the impact of the encoded PbCYP51 changes on azole sensitivity and protein activity by heterologous expression in a Saccharomyces cerevisiae mutant YUG37::erg11 carrying a controllable promoter of native CYP51 expression. In addition, we identified insertions in the predicted regulatory regions of PbCYP51 in isolates with reduced azole sensitivity. The presence of these insertions was associated with enhanced transcription of PbCYP51 in response to sub-inhibitory concentrations of the azole fungicide tebuconazole. Genetic analysis of in vitro crosses of sensitive and resistant isolates confirmed the impact of PbCYP51 alterations in coding and regulatory sequences on a reduced sensitivity phenotype, as well as identifying a second major gene at another locus contributing to resistance in some isolates. The least sensitive field isolates carry combinations of upstream insertions and non-synonymous mutations, suggesting PbCYP51 evolution is on-going and the progressive decline in azole sensitivity of UK P. brassicae populations will continue. The implications for the future control of light leaf spot are discussed.

Isolation and characterization of four type 2 ribosome inactivating pulchellin isoforms from Abrus pulchellus seeds

Abrus pulchellus seeds contain at least seven closely related and highly toxic type 2 ribosome-inactivating pulchellins, each consisting of a toxic A-chain linked to a sugar binding B-chain. In the present study, four pulchellin isoforms (termed P I, P II, P III and P IV) were isolated by affinity, ion exchange and chromatofocusing chromatographies, and investigated with respect to toxicity and sugar binding specificity. Half maximal inhibitory concentration and median lethal dose values indicate that P I and P II have similar toxicities and that both are more toxic to cultured HeLa cells and mice than P III and P IV. Interestingly, the secondary structural characteristics and sugar binding properties of the respective pairs of isoforms correlate well with the two toxicity levels, in that P I/P II and P III/P IV form two specific subgroups. From the deduced amino acids sequences of the four isoforms, it is clear that the highest similarity within each subgroup is found to occur within domain 2 of the B-chains, suggesting that the disparity in toxicity levels might be attributed to subtle differences in B-chain-mediated cell surface interactions that precede and determine toxin uptake pathways.

Endocytosis of prion protein is required for ERK1/2 signaling induced by stress-inducible protein 1

The secreted cochaperone STI1 triggers activation of protein kinase A (PKA) and ERK1/2 signaling by interacting with the cellular prion (PrPC) at the cell surface, resulting in neuroprotection and increased neuritogenesis. Here, we investigated whether STI1 triggers PrPC trafficking and tested whether this process controls PrPC-dependent signaling. We found that STI1, but not a STI1 mutant unable to bind PrPC, induced PrPC endocytosis. STI1-induced signaling did not occur in cells devoid of endogenous PrPC; however, heterologous expression of PrPC reconstituted both PKA and ERK1/2 activation. In contrast, a PrPC mutant lacking endocytic activity was unable to promote ERK1/2 activation induced by STI1, whereas it reconstituted PKA activity in the same condition, suggesting a key role of endocytosis in the former process. The activation of ERK1/2 by STI1 was transient and appeared to depend on the interaction of the two proteins at the cell surface or shortly after internalization. Moreover, inhibition of dynamin activity by expression of a dominant-negative mutant caused the accumulation and colocalization of these proteins at the plasma membrane, suggesting that both proteins use a dynamin-dependent internalization pathway. These results show that PrPC endocytosis is a necessary step to modulate STI1-dependent ERK1/2 signaling involved in neuritogenesis.

Hipersensibilidade e necrose sistêmica em Nicotiana benthamiana transformada com o gene de resistência Sw-5 de tomateiro

O gene Sw-5 do tomateiro confere resistência a várias espécies de tospovírus e codifica uma proteína contendo domínios de ligação a nucleotídeos e repetições ricas em leucina. Tomateiros com Sw-5 exibem reações necróticas nas folhas inoculadas com tospovírus. Estas reações e a estrutura da proteína Sw-5 indicam que a resistência ocorre por meio do reconhecimento do patógeno e desencadeamento da resposta de hipersensibilidade. A capacidade de Sw-5 de conferir resistência a tospovírus em tabaco selvagem (Nicotiana benthamiana Domin.) foi avaliada em plantas transgênicas. Uma construção com a seqüência aberta de leitura de Sw-5 e sua região 3 não-traduzida sob controle do promotor 35S do CaMV foi utilizada para transformação de N. benthamiana via Agrobacterium tumefaciens. Plantas de progênies R1 foram inoculadas com um isolado de tospovírus e avaliadas quanto à ocorrência de reação de hipersensibilidade e resistência à infecção sistêmica. em uma progênie com segregação 3:1 (resistente:suscetível), foi selecionada uma planta homozigota e sua progênie avaliada quanto ao espectro da resistência a tospovírus. Plantas com o transgene exibiram resposta de hipersensibilidade 48 h após a inoculação, sendo resistentes à infecção sistêmica. O fenótipo da resistência foi dependente do isolado viral e um isolado de Tomato chlorotic spot virus (TCSV) causou necrose sistêmica em todas as plantas inoculadas, enquanto que isolados de Groundnut ringspot virus (GRSV) e um isolado relacionado a Chrysanthemum stem necrosis virus (CSNV) ficaram restritos ao sítio de infecção. Comparações do espectro da resistência obtido neste trabalho com aquele observado em outros membros da família Solanaceae indicam que as vias de transdução de sinais e as respostas de defesa ativadas por Sw-5 são conservadas dentro desta família e polimorfismos genéticos nas vias de transdução de sinais ou em componentes das respostas de defesa podem resultar em diferentes níveis de resistência.

Clonagem e expressão da glicoproteína transmembrana do vírus linfotrópico de células T humanas em sistema procarioto

HTLV-1 is the virus that causes T cell lymphoma/leukemia in adults and a neurological disorder known as HTLV-associated myelopathy or tropical spastic paraparesis. One of the transmission means is through contaminated blood and its byproducts. Because of the risk of HTLV-associated infections, screening for HTLV was introduced for Brazilian blood donors in 1993. Most of the diagnostic kits used in the national blood banks are bought from foreign companies. Brazil does not have the technology to produce this material and there is a need to produce diagnostic systems with national technology. In this study, we show the expression of gp21/HTLV-1 in Escherichia coli and its reactivity towards monoclonal antibodies and the antibodies of infected patients. Expressing these proteins is the first step towards obtaining diagnostic kits with Brazilian biotechnology.

Biophysical characterization of the recombinant importin-α from neurospora crassa

Neurospora crassa has been widely used as a model organism and contributed to the development of biochemistry and molecular biology by allowing the identification of many metabolic pathways and mechanisms responsible for gene regulation. Nuclear proteins are synthesized in the cytoplasm and need to be translocated to the nucleus to exert their functions which the importin-α receptor has a key role for the classical nuclear import pathway. In an attempt to get structural information of the nuclear transport process in N. crassa, we present herein the cloning, expression, purification and structural studies with N-terminally truncated IMPα from N. crassa (IMPα-Nc). Circular dichroism analysis revealed that the IMPα-Nc obtained is correctly folded and presents a high structural conservation compared to other importins-α. Dynamic light scattering, analytical size-exclusion chromatography experiments and molecular dynamics simulations indicated that the IMPα-Nc unbound to any ligand may present low stability in solution. The IMPα-Nc theoretical model displayed high similarity of its inner concave surface, which binds the cargo proteins containing the nuclear localization sequences, among IMPα from different species. However, the presence of non-conserved amino acids relatively close to the NLS binding region may influence the binding specificity of IMPα-Nc to cargo proteins. Copyright © 2012 Bentham Science Publishers. All Rights Reserved.

Paracoccidoides brasiliensis 30 kDa Adhesin: Identification as a 14-3-3 Protein, Cloning and Subcellular Localization in Infection Models

Paracoccidoides brasiliensis adhesion to lung epithelial cells is considered an essential event for the establishment of infection and different proteins participate in this process. One of these proteins is a 30 kDa adhesin, pI 4.9 that was described as a laminin ligand in previous studies, and it was more highly expressed in more virulent P. brasiliensis isolates. This protein may contribute to the virulence of this important fungal pathogen. Using Edman degradation and mass spectrometry analysis, this 30 kDa adhesin was identified as a 14-3-3 protein. These proteins are a conserved group of small acidic proteins involved in a variety of processes in eukaryotic organisms. However, the exact function of these proteins in some processes remains unknown. Thus, the goal of the present study was to characterize the role of this protein during the interaction between the fungus and its host. To achieve this goal, we cloned, expressed the 14-3-3 protein in a heterologous system and determined its subcellular localization in in vitro and in vivo infection models. Immunocytochemical analysis revealed the ubiquitous distribution of this protein in the yeast form of P. brasiliensis, with some concentration in the cytoplasm. Additionally, this 14-3-3 protein was also present in P. brasiliensis cells at the sites of infection in C57BL/6 mice intratracheally infected with P. brasiliensis yeast cells for 72 h (acute infections) and 30 days (chronic infection). An apparent increase in the levels of the 14-3-3 protein in the cell wall of the fungus was also noted during the interaction between P. brasiliensis and A549 cells, suggesting that this protein may be involved in host-parasite interactions, since inhibition assays with the protein and this antibody decreased P. brasiliensis adhesion to A549 epithelial cells. Our data may lead to a better understanding of P. brasiliensis interactions with host tissues and paracoccidioidomycosis pathogenesis. © 2013 Silva et al.

Intermolecular interactions of the malate synthase of Paracoccidioides spp

Background: The fungus Paracoccidioides spp is the agent of paracoccidioidomycosis (PCM), a pulmonary mycosis acquired by the inhalation of fungal propagules. Paracoccidioides malate synthase (PbMLS) is important in the infectious process of Paracoccidioides spp because the transcript is up-regulated during the transition from mycelium to yeast and in yeast cells during phagocytosis by murine macrophages. In addition, PbMLS acts as an adhesin in Paracoccidioides spp. The evidence for the multifunctionality of PbMLS indicates that it could interact with other proteins from the fungus and host. The objective of this study was to identify and analyze proteins that possibly bind to PbMLS (PbMLS-interacting proteins) because protein interactions are intrinsic to cell processes, and it might be possible to infer the function of a protein through the identification of its ligands. Results: The search for interactions was performed using an in vivo assay with a two-hybrid library constructed in S. cerevisiae; the transcripts were sequenced and identified. In addition, an in vitro assay using pull-down GST methodology with different protein extracts (yeast, mycelium, yeast-secreted proteins and macrophage) was performed, and the resulting interactions were identified by mass spectrometry (MS). Some of the protein interactions were confirmed by Far-Western blotting using specific antibodies, and the interaction of PbMLS with macrophages was validated by indirect immunofluorescence and confocal microscopy. In silico analysis using molecular modeling, dynamics and docking identified the amino acids that were involved in the interactions between PbMLS and PbMLS-interacting proteins. Finally, the interactions were visualized graphically using Osprey software. Conclusion: These observations indicate that PbMLS interacts with proteins that are in different functional categories, such as cellular transport, protein biosynthesis, modification and degradation of proteins and signal transduction. These data suggest that PbMLS could play different roles in the fungal cell. © 2013 de Oliveira et al.; licensee BioMed Central Ltd.