The terminal Paleozoic fungal event: evidence of terrestrial ecosystem destabilization and collapse.

Because of its prominent role in global biomass storage, land vegetation is the most obvious biota to be investigated for records of dramatic ecologic crisis in Earth history. There is accumulating evidence that, throughout the world, sedimentary organic matter preserved in latest Permian deposits is characterized by unparalleled abundances of fungal remains, irrespective of depositional environment (marine, lacustrine, fluviatile), floral provinciality, and climatic zonation. This fungal event can be considered to reflect excessive dieback of arboreous vegetation, effecting destabilization and subsequent collapse of terrestrial ecosystems with concomitant loss of standing biomass. Such a scenario is in harmony with predictions that the Permian-Triassic ecologic crisis was triggered by the effects of severe changes in atmospheric chemistry arising from the rapid eruption of the Siberian Traps flood basalts.

Molecular markers reveal cryptic sex in the human pathogen Coccidioides immitis.

Coccidioides immitis, cause of a recent epidemic of "Valley fever" in California, is typical of many eukaryotic microbes in that mating and meiosis have yet to be reported, but it is not clear whether sex is truly absent or just cryptic. To find out, we have undertaken a population genetic study using PCR amplification, screening for single-strand conformation polymorphisms, and direct DNA sequencing to find molecular markers with nucleotide-level resolution. Both population genetic and phylogenetic analyses indicate that C. immitis is almost completely recombining. To our knowledge, this study is the first to find molecular evidence for recombination in a fungus for which no sexual stage has yet been described. These results motivate a directed search for mating and meiosis and illustrate the utility of single-strand conformation polymorphism and sequencing with arbitrary primer pairs in molecular population genetics.

Induction of a Cryphonectria parasitica cellobiohydrolase I gene is suppressed by hypovirus infection and regulated by a GTP-binding-protein-linked signaling pathway involved in fungal pathogenesis.

Extracellular cellulase activity is readily induced when the chestnut blight fungus Cryphonectria parasitica is grown on cellulose substrate as the sole carbon source. However, an isogenic C. parasitica strain rendered hypovirulent due to hypovirus infection failed to secrete detectable cellulase activity when grown under parallel conditions. Efforts to identify C. parasitica cellulase-encoding genes resulted in the cloning of a cellobiohydrolase (exoglucanase, EC 3.2.1.91) gene designated chb-1. Northern blot analysis revealed an increase in cbh-1 transcript accumulation in a virus-free virulent C. parasitica strain concomitant with the induction of extracellular cellulase activity. In contrast, induction of cbh-1 transcript accumulation was suppressed in an isogenic hypovirus-infected strain. Significantly, virus-free C. parasitica strains rendered hypovirulent by transgenic cosuppression of a GTP-binding protein alpha subunit were also found to be deficient in the induction of cbh-1 transcript accumulation.

Synergism between UV-B radiation and a pathogen magnifies amphibian embryo mortality in nature.

Previous research has shown that amphibians have differential sensitivity to ultraviolet-B (UV-B) radiation. In some species, ambient levels of UV-B radiation cause embryonic mortality in nature. The detrimental effects of UV-B alone or with other agents may ultimately affect amphibians at the population level. Here, we experimentally demonstrate a synergistic effect between UV-B radiation and a pathogenic fungus in the field that increases the mortality of amphibian embryos compared with either factor alone. Studies investigating single factors for causes of amphibian egg mortality or population declines may not reveal the complex factors involved in declines.

Fungal metabolic model for human type I hereditary tyrosinaemia.

Type I hereditary tyrosinaemia (HT1) is a severe human inborn disease resulting from loss of fumaryl-acetoacetate hydrolase (Fah). Homozygous disruption of the gene encoding Fah in mice causes neonatal lethality, seriously limiting use of this animal as a model. We report here that fahA, the gene encoding Fah in the fungus Aspergillus nidulans, encodes a polypeptide showing 47.1% identity to its human homologue, fahA disruption results in secretion of succinylacetone (a diagnostic compound for human type I tyrosinaemia) and phenylalanine toxicity. We have isolated spontaneous suppressor mutations preventing this toxicity, presumably representing loss-of-function mutations in genes acting upstream of fahA in the phenylalanine catabolic pathway. Analysis of a class of these mutations demonstrates that loss of homogentisate dioxygenase (leading to alkaptonuria in humans) prevents the effects of a Fah deficiency. Our results strongly suggest human homogentisate dioxygenase as a target for HT1 therapy and illustrate the usefulness of this fungus as an alternative to animal models for certain aspects of human metabolic diseases.

Oligogalacturonides and chitosan activate plant defensive genes through the octadecanoid pathway.

Jasmonic acid, synthesized from linolenic acid (the octadecanoid pathway), has been proposed to be part of a signal transduction pathway that mediates the induction of defensive genes in plants in response to oligouronide and polypeptide signals generated by insect and pathogen attacks. We report here that the induction of proteinase inhibitor accumulation in tomato leaves by plant-derived oligogalacturonides and fungal-derived chitosan oligosaccharides is severely reduced by two inhibitors (salicylic acid and diethyldi-thiocarbamic acid) of the octadecanoid pathway, supporting a role for the pathway in signaling by oligosaccharides. Jasmonic acid levels in leaves of tomato plants increased several fold within 2 hr after supplying the polypeptide systemin, oligogalacturonides, or chitosan to the plants through their cut stems, as expected if they utilize the octadecanoid pathway. The time course of jasmonic acid accumulation in tomato leaves in response to wounding was consistent with its proposed role in signaling proteinase inhibitor mRNA and protein synthesis. The cumulative evidence supports a model for the activation of defensive genes in plants in response to insect and pathogen attacks in which various elicitors generated at the attack sites activate the octadecanoid pathway via different recognition events to induce the expression of defensive genes in local and distal tissues of the plants.

Temporally distinct accumulation of transcripts encoding enzymes of the prechorismate pathway in elicitor-treated, cultured tomato cells.

The accumulation of phenylalanine-derived phenolic compounds is a well-known element of a plant's defense in response to pathogen attack. Phenylalanine, as well as the other two aromatic amino acids, tyrosine and tryptophan, is synthesized by way of the shikimate pathway. The first seven steps of the shikimate pathway (the prechorismate pathway) are common for the biosynthesis of all three aromatic amino acids. We have studied transcript levels of six genes--i.e., two 3-deoxy-D-arabino-heptulosonate 7-phosphate synthase genes, one shikimate kinase gene, one 5-enolpyruvylshikimate 3-phosphate synthase gene, and two chorismate synthase genes--corresponding to four steps of the prechorismate pathway, in cultured tomato cells exposed to fungal elicitors. The abundance of transcripts specific for some of these genes increased 10- to 20-fold within 6 h after elicitor treatment, as did the abundance of phenylalanine ammonialyase-specific transcripts and the synthesis of ethylene. Interestingly, transcript accumulation occurred more rapidly for shikimate kinase than for the enzymes preceding or following it in the prechorismate pathway. Neither the inhibition of ethylene biosynthesis by aminoethoxyvinylglycine nor inhibition of phenylalanine ammonia-lyase (EC 4.3.1.5) activity by 2-aminoindan-2-phosphonic acid affected the time course or extent of transcript accumulation. Thus, the increased demand for phenylalanine in the phenylpropanoid pathway required after elicitor treatment appears to be met by increased de novo synthesis of its biosynthetic enzymes.

Comparison of the defensive elicitation activity of cerato-populin and cerato-platanin: a structural model

Plants can defend themselves from potential pathogenic microorganisms relying on a complex interplay of signaling pathways: activation of the MAPK cascade, transcription of defense related genes, production of reactive oxygen species, nitric oxide and synthesis of other defensive compounds such as phytoalexins. These events are triggered by the recognition of pathogen’s effectors (effector-triggered immunity) or PAMPs (PAMP-triggered immunity). The Cerato Platanin Family (CPF) members are Cys-rich proteins secreted and localized on fungal cell walls, involved in several aspects of fungal development and pathogen-host interactions. Although more than hundred genes of the CPF have been identified and analyzed, the structural and functional characterization of the expressed proteins has been restricted only to few members of the family. Interestingly, those proteins have been shown to bind chitin with diverse affinity and after foliar treatment they elicit defensive mechanisms in host and non-host plants. This property turns cerato platanins into interesting candidates, worth to be studied to develop new fungal elicitors with applications in sustainable agriculture. This study focus on cerato-platanin (CP), core member of the family and on the orthologous cerato-populin (Pop1). The latter shows an identity of 62% and an overall homology of 73% with respect to CP. Both proteins are able to induce MAPKs phosphorylation, production of reactive oxygen species and nitric oxide, overexpression of defense’s related genes, programmed cell death and synthesis of phytoalexins. CP, however, when compared to Pop1, induces a faster response and, in some cases, a stronger activity on plane leaves. Aim of the present research is to verify if the dissimilarities observed in the defense elicitation activity of these proteins can be associated to their structural and dynamic features. Taking advantage of the available CP NMR structure, Pop1’s 3D one was obtained by homology modeling. Experimental residual dipolar couplings and 1H, 15N, 13C resonance assignments were used to validate the model. Previous works on CPF members, addressed the highly conserved random coil regions (loops b1-b2 and b2-b3) as sufficient and necessary to induce necrosis in plants’ leaves: that region was investigated in both Pop1 and CP. In the two proteins the loops differ, in their primary sequence, for few mutations and an insertion with a consequent diversification of the proteins’ electrostatic surface. A set of 2D and 3D NMR experiments was performed to characterize both the spatial arrangement and the dynamic features of the loops. NOE data revealed a more extended network of interactions between the loops in Pop1 than in CP. In addition, in Pop1 we identified a salt bridge Lys25/Asp52 and a strong hydrophobic interaction between Phe26/Trp53. These structural features were expected not only to affect the loops’ spatial arrangement, but also to reduce the degree of their conformational freedom. Relaxation data and the order parameter S2 indeed highlighted reduced flexibility, in particular for loop b1-b2 of Pop1. In vitro NMR experiments, where Pop1 and CP were titrated with oligosaccharides, supported the hypothesis that the loops structural and dynamic differences may be responsible for the different chitin-binding properties of the two proteins: CP selectively binds tetramers of chitin in a shallow groove on one side of the barrel defined by loops b1-b2, b2-b3 and b4-b5, Pop1, instead, interacts in a non-specific fashion with oligosaccharides. Because the region involved in chitin-binding is also responsible for the defense elicitation activity, possibly being recognized by plant's receptors, it is reasonable to expect that those structural and dynamic modifications may also justify the different extent of defense elicitation. To test that hypothesis, the initial steps of a protocol aimed to the identify a receptor for CP, in silico, are presented.

Applicazione della spettrometria di massa MALDI-TOF in microbiologia clinica

Riassunto La spettrometria di massa (MS) nata negli anni ’70 trova oggi, grazie alla tecnologia Matrix-Assisted Laser Desorption Ionization-Time of Flight (MALDI-TOF), importanti applicazioni in diversi settori: biotecnologico (per la caratterizzazione ed il controllo di qualità di proteine ricombinanti ed altre macromolecole), medico–clinico (per la diagnosi di laboratorio di malattie e per lo sviluppo di nuovi trattamenti terapeutici mirati), alimentare ed ambientale. Negli ultimi anni, questa tecnologia è diventata un potente strumento anche per la diagnosi di laboratorio in microbiologia clinica, rivoluzionando il flusso di lavoro per una rapida identificazione di batteri e funghi, sostituendo l’identificazione fenotipica convenzionale basata su saggi biochimici. Attualmente mediante MALDI-TOF MS sono possibili due diversi approcci per la caratterizzazione dei microrganismi: (1) confronto degli spettri (“mass spectra”) con banche dati contenenti profili di riferimento (“database fingerprints”) e (2) “matching” di bio-marcatori con banche dati proteomiche (“proteome database”). Recentemente, la tecnologia MALDI-TOF, oltre alla sua applicazione classica nell’identificazione di microrganismi, è stata utilizzata per individuare, indirettamente, meccanismi di resistenza agli antibiotici. Primo scopo di questo studio è stato verificare e dimostrare l’efficacia identificativa della metodica MALDI-TOF MS mediante approccio di comparazione degli spettri di differenti microrganismi di interesse medico per i quali l’identificazione risultava impossibile a causa della completa assenza o presenza limitata, di spettri di riferimento all’interno della banca dati commerciale associata allo strumento. In particolare, tale scopo è stato raggiunto per i batteri appartenenti a spirochete del genere Borrelia e Leptospira, a miceti filamentosi (dermatofiti) e protozoi (Trichomonas vaginalis). Secondo scopo di questo studio è stato valutare il secondo approccio identificativo basato sulla ricerca di specifici marcatori per differenziare parassiti intestinali di interesse medico per i quali non è disponibile una banca dati commerciale di riferimento e la sua creazione risulterebbe particolarmente difficile e complessa, a causa della complessità del materiale biologico di partenza analizzato e del terreno di coltura nei quali questi protozoi sono isolati. Terzo ed ultimo scopo di questo studio è stata la valutazione dell’applicabilità della spettrometria di massa con tecnologia MALDI-TOF per lo studio delle resistenze batteriche ai carbapenemi. In particolare, è stato messo a punto un saggio di idrolisi dei carbapenemi rilevata mediante MALDI-TOF MS in grado di determinare indirettamente la produzione di carbapenemasi in Enterobacteriaceae. L’efficacia identificativa della metodica MALDI-TOF mediante l’approccio di comparazione degli spettri è stata dimostrata in primo luogo per batteri appartenenti al genere Borrelia. La banca dati commerciale dello strumento MALDI-TOF MS in uso presso il nostro laboratorio includeva solo 3 spettri di riferimento appartenenti alle specie B. burgdorferi ss, B. spielmani e B. garinii. L’implementazione del “database” con specie diverse da quelle già presenti ha permesso di colmare le lacune identificative dovute alla mancanza di spettri di riferimento di alcune tra le specie di Borrelia più diffuse in Europa (B. afzelii) e nel mondo (come ad esempio B. hermsii, e B. japonica). Inoltre l’implementazione con spettri derivanti da ceppi di riferimento di specie già presenti nel “database” ha ulteriormente migliorato l’efficacia identificativa del sistema. Come atteso, il ceppo di isolamento clinico di B. lusitaniae (specie non presente nel “database”) è stato identificato solo a livello di genere corroborando, grazie all’assenza di mis-identificazione, la robustezza della “nuova” banca dati. I risultati ottenuti analizzando i profili proteici di ceppi di Borrelia spp. di isolamento clinico, dopo integrazione del “database” commerciale, indicano che la tecnologia MALDI-TOF potrebbe essere utilizzata come rapida, economica ed affidabile alternativa ai metodi attualmente utilizzati per identificare ceppi appartenenti a questo genere. Analogamente, per il genere Leptospira dopo la creazione ex-novo della banca dati “home-made”, costruita con i 20 spettri derivati dai 20 ceppi di riferimento utilizzati, è stata ottenuta una corretta identificazione a livello di specie degli stessi ceppi ri-analizzati in un esperimento indipendente condotto in doppio cieco. Il dendrogramma costruito con i 20 MSP-Spectra implementati nella banca dati è formato da due rami principali: il primo formato dalla specie non patogena L. biflexa e dalla specie a patogenicità intermedia L. fainei ed il secondo che raggruppa insieme le specie patogene L. interrogans, L. kirschneri, L. noguchii e L. borgpetersenii. Il secondo gruppo è ulteriormente suddiviso in due rami, contenenti rispettivamente L. borgpetersenii in uno e L. interrogans, L. kirschneri e L. noguchii nell’altro. Quest’ultimo, a sua volta, è suddiviso in due rami ulteriori: il primo comprendente la sola specie L. noguchii, il secondo le specie L. interrogans e L. kirshneri non separabili tra loro. Inoltre, il dendrogramma costruito con gli MSP-Spectra dei ceppi appartenenti ai generi Borrelia e Leptospira acquisiti in questo studio, e appartenenti al genere Brachyspira (implementati in un lavoro precedentemente condotto) mostra tre gruppi principali separati tra loro, uno per ogni genere, escludendo possibili mis-identificazioni tra i 3 differenti generi di spirochete. Un’analisi più approfondita dei profili proteici ottenuti dall’analisi ha mostrato piccole differenze per ceppi della stessa specie probabilmente dovute ai diversi pattern proteici dei distinti sierotipi, come confermato dalla successiva analisi statistica, che ha evidenziato picchi sierotipo-specifici. È stato, infatti, possibile mediante la creazione di un modello statistico dedicato ottenere un “pattern” di picchi discriminanti in grado di differenziare a livello di sierotipo sia i ceppi di L. interrogans sia i ceppi di L. borgpetersenii saggiati, rispettivamente. Tuttavia, non possiamo concludere che i picchi discriminanti da noi riportati siano universalmente in grado di identificare il sierotipo dei ceppi di L. interrogans ed L. borgpetersenii; i picchi trovati, infatti, sono il risultato di un’analisi condotta su uno specifico pannello di sierotipi. È stato quindi dimostrato che attuando piccoli cambiamenti nei parametri standardizzati come l’utilizzo di un modello statistico e di un programma dedicato applicato nella routine diagnostica è possibile utilizzare la spettrometria di massa MALDI-TOF per una rapida ed economica identificazione anche a livello di sierotipo. Questo può significativamente migliorare gli approcci correntemente utilizzati per monitorare l’insorgenza di focolai epidemici e per la sorveglianza degli agenti patogeni. Analogamente a quanto dimostrato per Borrelia e Leptospira, l’implementazione della banca dati dello spettrometro di massa con spettri di riferimento di miceti filamentosi (dermatofiti) si è rilevata di particolare importanza non solo per l’identificazione di tutte le specie circolanti nella nostra area ma anche per l’identificazione di specie la cui frequenza nel nostro Paese è in aumento a causa dei flussi migratori dalla zone endemiche (M. audouinii, T. violaceum e T. sudanense). Inoltre, l’aggiornamento del “database” ha consentito di superare la mis-identificazione dei ceppi appartenenti al complesso T. mentagrophytes (T. interdigitale e T. mentagrophytes) con T. tonsurans, riscontrata prima dell’implementazione della banca dati commerciale. Il dendrogramma ottenuto dai 24 spettri implementati appartenenti a 13 specie di dermatofiti ha rivelato raggruppamenti che riflettono quelli costruiti su base filogenetica. Sulla base dei risultati ottenuti mediante sequenziamento della porzione della regione ITS del genoma fungino non è stato possibile distinguere T. interdigitale e T. mentagrophytes, conseguentemente anche gli spettri di queste due specie presentavano picchi dello stesso peso molecoalre. Da sottolineare che il dendrogramma costruito con i 12 profili proteici già inclusi nel database commerciale e con i 24 inseriti nel nuovo database non riproduce l’albero filogenetico per alcune specie del genere Tricophyton: gli spettri MSP già presenti nel database e quelli aggiunti delle specie T. interdigitale e T. mentagrophytes raggruppano separatamente. Questo potrebbe spiegare le mis-identificazioni di T. interdigitale e T. mentagrophytes con T. tonsurans ottenute prima dell’implementazione del database. L’efficacia del sistema identificativo MALDI-TOF è stata anche dimostrata per microrganismi diversi da batteri e funghi per i quali la metodica originale è stata sviluppata. Sebbene tale sistema identificativo sia stato applicato con successo a Trichomonas vaginalis è stato necessario apportare modifiche nei parametri standard previsti per l’identificazione di batteri e funghi. Le interferenze riscontrate tra i profili proteici ottenuti per i due terreni utilizzati per la coltura di questo protozoo e per i ceppi di T. vaginalis hanno, infatti, reso necessario l’utilizzo di nuovi parametri per la creazione degli spettri di riferimento (MSP-Spectra). L’importanza dello sviluppo del nuovo metodo risiede nel fatto che è possibile identificare sulla base del profilo proteico (e non sulla base di singoli marcatori) microorganismi cresciuti su terreni complessi che potrebbero presentare picchi nell'intervallo di peso molecolare utilizzato a scopo identificativo: metaboliti, pigmenti e nutrienti presenti nel terreno possono interferire con il processo di cristallizzazione e portare ad un basso punteggio identificativo. Per T. vaginalis, in particolare, la “sottrazione” di picchi dovuti a molecole riconducibili al terreno di crescita utilizzato, è stata ottenuta escludendo dall'identificazione l'intervallo di peso molecolare compreso tra 3-6 kDa, permettendo la corretta identificazione di ceppi di isolamento clinico sulla base del profilo proteico. Tuttavia, l’elevata concentrazione di parassita richiesta (105 trofozoiti/ml) per una corretta identificazione, difficilmente ottenibile in vivo, ha impedito l’identificazione di ceppi di T. vaginalis direttamente in campioni clinici. L’approccio identificativo mediante individuazione di specifici marcatori proteici (secondo approccio identificativo) è stato provato ed adottato in questo studio per l’identificazione e la differenziazione di ceppi di Entamoeba histolytica (ameba patogena) ed Entamoeba dispar (ameba non patogena), specie morfologiacamente identiche e distinguibili solo mediante saggi molecolari (PCR) aventi come bersaglio il DNA-18S, che codifica per l’RNA della subunità ribosomiale minore. Lo sviluppo di tale applicazione ha consentito di superare l’impossibilità della creazione di una banca dati dedicata, a causa della complessità del materiale fecale di partenza e del terreno di coltura impiagato per l’isolamento, e di identificare 5 picchi proteici in grado di differenziare E. histolytica da E. dispar. In particolare, l’analisi statistica ha mostrato 2 picchi specifici per E. histolytica e 3 picchi specifici per E. dispar. L’assenza dei 5 picchi discriminanti trovati per E. histolytica e E. dispar nei profili dei 3 differenti terreni di coltura utilizzati in questo studio (terreno axenico LYI-S-2 e terreno di Robinson con e senza E. coli) permettono di considerare questi picchi buoni marcatori in grado di differenziare le due specie. La corrispondenza dei picchi con il PM di due specifiche proteine di E. histolytica depositate in letteratura (Amoebapore A e un “unknown putative protein” di E. histolytica ceppo di riferimento HM-1:IMSS-A) conferma la specificità dei picchi di E. histolytica identificati mediante analisi MALDI-TOF MS. Lo stesso riscontro non è stato possibile per i picchi di E. dispar in quanto nessuna proteina del PM di interesse è presente in GenBank. Tuttavia, va ricordato che non tutte le proteine E. dispar sono state ad oggi caratterizzate e depositate in letteratura. I 5 marcatori hanno permesso di differenziare 12 dei 13 ceppi isolati da campioni di feci e cresciuti in terreno di Robinson confermando i risultati ottenuti mediante saggio di Real-Time PCR. Per un solo ceppo di isolamento clinico di E. histolytica l’identificazione, confermata mediante sequenziamento della porzione 18S-rDNA, non è stata ottenuta mediante sistema MALDI-TOF MS in quanto non sono stati trovati né i picchi corrispondenti a E. histolytica né i picchi corrispondenti a E. dispar. Per questo ceppo è possibile ipotizzare la presenza di mutazioni geno/fenotipiche a livello delle proteine individuate come marcatori specifici per E. histolytica. Per confermare questa ipotesi sarebbe necessario analizzare un numero maggiore di ceppi di isolamento clinico con analogo profilo proteico. L’analisi condotta a diversi tempi di incubazione del campione di feci positivo per E. histolytica ed E. dipar ha mostrato il ritrovamento dei 5 picchi discriminanti solo dopo 12 ore dall’inoculo del campione nel terreno iniziale di Robinson. Questo risultato suggerisce la possibile applicazione del sistema MALDI-TOF MS per identificare ceppi di isolamento clinico di E. histolytica ed E. dipar nonostante la presenza di materiale fecale che materialmente può disturbare e rendere difficile l’interpretazione dello spettro ottenuto mediante analisi MALDI-TOF MS. Infine in questo studio è stata valutata l’applicabilità della tecnologia MALDI-TOF MS come saggio fenotipico rapido per la determinazione di ceppi produttori di carbapenemasi, verificando l'avvenuta idrolisi del meropenem (carbapeneme di riferimento utilizzato in questo studio) a contatto con i ceppi di riferimento e ceppi di isolamento clinico potenzialmente produttori di carbapenemasi dopo la messa a punto di un protocollo analitico dedicato. Il saggio di idrolisi del meropenem mediante MALDI-TOF MS ha dimostrato la presenza o l’assenza indiretta di carbapenemasi nei 3 ceppi di riferimento e nei 1219 (1185 Enterobacteriaceae e 34 non-Enterobacteriaceae) ceppi di isolamento clinico inclusi nello studio. Nessuna interferenza è stata riscontrata per i ceppi di Enterobacteriaceae variamente resistenti ai tre carbapenemi ma risultati non produttori di carbapenemasi mediante i saggi fenotipici comunemente impiegati nella diagnostica routinaria di laboratorio: nessuna idrolisi del farmaco è stata infatti osservata al saggio di idrolisi mediante MALDI-TOF MS. In un solo caso (ceppo di K. pneumoniae N°1135) è stato ottenuto un profilo anomalo in quanto presenti sia i picchi del farmaco intatto che quelli del farmaco idrolizzato. Per questo ceppo resistente ai tre carbapenemi saggiati, negativo ai saggi fenotipici per la presenza di carbapenemasi, è stata dimostrata la presenza del gene blaKPC mediante Real-Time PCR. Per questo ceppo si può ipotizzare la presenza di mutazioni a carico del gene blaKPC che sebbene non interferiscano con il suo rilevamento mediante PCR (Real-Time PCR positiva), potrebbero condizionare l’attività della proteina prodotta (Saggio di Hodge modificato e Test di Sinergia negativi) riducendone la funzionalità come dimostrato, mediante analisi MALDI-TOF MS, dalla presenza dei picchi relativi sia all’idrolisi del farmaco sia dei picchi relativi al farmaco intatto. Questa ipotesi dovrebbe essere confermata mediante sequenziamento del gene blaKPC e successiva analisi strutturale della sequenza amminoacidica deducibile. L’utilizzo della tecnologia MALDI-TOF MS per la verifica dell’avvenuta idrolisi del maropenem è risultato un saggio fenotipico indiretto in grado di distinguere, al pari del test di Hodge modificato impiegato comunemente nella routine diagnostica in microbiologia, un ceppo produttore di carbapenemasi da un ceppo non produttore sia per scopi diagnostici che per la sorveglianza epidemiologica. L’impiego del MALDI-TOF MS ha mostrato, infatti, diversi vantaggi rispetto ai metodi convenzionali (Saggio di Hodge modificato e Test di Sinergia) impiegati nella routine diagnostica di laboratorio i quali richiedono personale esperto per l’interpretazione del risultato e lunghi tempi di esecuzione e di conseguenza di refertazione. La semplicità e la facilità richieste per la preparazione dei campioni e l’immediata acquisizione dei dati rendono questa tecnica un metodo accurato e rapido. Inoltre, il metodo risulta conveniente dal punto di vista economico, con un costo totale stimato di 1,00 euro per ceppo analizzato. Tutte queste considerazioni pongono questa metodologia in posizione centrale in ambito microbiologico anche nel caso del rilevamento di ceppi produttori di carbapenemasi. Indipendentemente dall’approccio identificativo utilizzato, comparato con i metodi convenzionali il MALDI-TOF MS conferisce in molti casi un guadagno in termini di tempo di lavoro tecnico (procedura pre-analititca per la preparazione dei campioni) e di tempo di ottenimento dei risultati (procedura analitica automatizzata). Questo risparmio di tempo si accentua quando sono analizzati in contemporanea un maggior numero di isolati. Inoltre, la semplicità e la facilità richieste per la preparazione dei campioni e l’immediata acquisizione dei dati rendono questo un metodo di identificazione accurato e rapido risultando più conveniente anche dal punto di vista economico, con un costo totale di 0,50 euro (materiale consumabile) per ceppo analizzato. I risultati ottenuti dimostrano che la spettrometria di massa MALDI-TOF sta diventando uno strumento importante in microbiologia clinica e sperimentale, data l’elevata efficacia identificativa, grazie alla disponibilità sia di nuove banche dati commerciali sia di aggiornamenti delle stesse da parte di diversi utenti, e la possibilità di rilevare con successo anche se in modo indiretto le antibiotico-resistenze.

Involvement of loop 5 lysine residues and the N-terminal β-hairpin of the ribotoxin hirsutellin A on its insecticidal activity

Ribotoxins are cytotoxic members of the family of fungal extracellular ribonucleases best represented by RNase T1. They share a high degree of sequence identity and a common structural fold, including the geometric arrangement of their active sites. However, ribotoxins are larger,with a well-defined N-terminal β-hairpin, and display longer and positively charged unstructured loops. These structural differences account for their cytotoxic properties.Unexpectedly, the discovery of hirsutellin A (HtA), a ribotoxin produced by the invertebrate pathogen Hirsutella thompsonii, showed how it was possible to accommodate these features into a shorter amino acid sequence. Examination of HtA N-terminal β-hairpin reveals differences in terms of length, charge, and spatial distribution. Consequently,four different HtA mutants were prepared and characterized. One of them was the result of deleting this hairpin [Δ(8-15)] while the other three affected single Lys residues in its close spatial proximity (K115E, K118E, and K123E). The results obtained support the general conclusion that HtA active site would show a high degree of plasticity,being able to accommodate electrostatic and structural changes not suitable for the other previously known larger ribotoxins, as the variants described here only presented small differences in terms of ribonucleolytic activity and cytotoxicity against cultured insect cells.

Sequencing and functional analysis of the genome of a nematode egg-parasitic fungus, Pochonia chlamydosporia

Pochonia chlamydosporia is a worldwide-distributed soil fungus with a great capacity to infect and destroy the eggs and kill females of plant-parasitic nematodes. Additionally, it has the ability to colonize endophytically roots of economically-important crop plants, thereby promoting their growth and eliciting plant defenses. This multitrophic behavior makes P. chlamydosporia a potentially useful tool for sustainable agriculture approaches. We sequenced and assembled ∼41 Mb of P. chlamydosporia genomic DNA and predicted 12,122 gene models, of which many were homologous to genes of fungal pathogens of invertebrates and fungal plant pathogens. Predicted genes (65%) were functionally annotated according to Gene Ontology, and 16% of them found to share homology with genes in the Pathogen Host Interactions (PHI) database. The genome of this fungus is highly enriched in genes encoding hydrolytic enzymes, such as proteases, glycoside hydrolases and carbohydrate esterases. We used RNA-Seq technology in order to identify the genes expressed during endophytic behavior of P. chlamydosporia when colonizing barley roots. Functional annotation of these genes showed that hydrolytic enzymes and transporters are expressed during endophytism. This structural and functional analysis of the P. chlamydosporia genome provides a starting point for understanding the molecular mechanisms involved in the multitrophic lifestyle of this fungus. The genomic information provided here should also prove useful for enhancing the capabilities of this fungus as a biocontrol agent of plant-parasitic nematodes and as a plant growth-promoting organism.

Retinal microglia are activated by systemic fungal infection

Purpose: To determine whether systemic fungal infection could cause activation of retinal microglia and therefore could be potentially harmful for patients with retinal degenerative diseases. Methods: Activation of retinal microglia was measured in a model of sublethal invasive candidiasis in C57BL/6J mice by (i) confocal immunofluorescence and (ii) flow cytometry analysis, using anti-CD11b, anti-Iba1, anti-MHCII and anti-CD45 antibodies. Results: Systemic fungal infection causes activation of retinal microglia, with phenotypic changes in morphology, surface markers expression, and microglial re-location in retinal layers. Conclusions: As an excessive or prolonged microglial activation may lead to chronic inflammation with severe pathological side effects, causing or worsening the course of retinal dystrophies, a systemic infection may represent a risk factor to be considered in patients with ocular neurodegenerative diseases, such as diabetic retinopathy, glaucoma, age-related macular degeneration or retinitis pigmentosa.

Role of IFN-gamma in immune responses to Candida albicans infections

Candida albicans is the most frequent etiologic agent that causes opportunistic fungal infections called candidiasis, a disease whose systemic manifestation could prove fatal and whose incidence is increasing as a result of an expanding immunocompromised population. Here we review the role of interferon-gamma (IFN-γ) in host protection against invasive candidiasis. This cytokine plays an essential role in both the innate and adaptive arms of the immune response to candidiasis. We focus on recent progress on host-pathogen interactions leading to the production of IFN-γ by host cells. IFN-γ is produced by CD4 Th1, CD8, γδ T, and natural killer (NK) cells, essentially in response to both IL-12 and/or IL-18; more recently, a subset of C. albicans-specific Th17 cells have been described to produce both IL-17 and IFN-γ. IFN-γ plays an important role in the regulation of the immune system as well as in the control of the infectious process, as it is required for optimal activation of phagocytes, collaborates in the generation of protective antibody response, and favors the development of a Th1 protective response.

Carbon and nitrogen limitation increase chitosan antifungal activity in Neurospora crassa and fungal human pathogens

Chitosan permeabilizes plasma membrane and kills sensitive filamentous fungi and yeast. Membrane fluidity and cell energy determine chitosan sensitivity in fungi. A five-fold reduction of both glucose (main carbon (C) source) and nitrogen (N) increased 2-fold Neurospora crassa sensitivity to chitosan. We linked this increase with production of intracellular reactive oxygen species (ROS) and plasma membrane permeabilization. Releasing N. crassa from nutrient limitation reduced chitosan antifungal activity in spite of high ROS intracellular levels. With lactate instead of glucose, C and N limitation increased N. crassa sensitivity to chitosan further (4-fold) than what glucose did. Nutrient limitation also increased sensitivity of filamentous fungi and yeast human pathogens to chitosan. For Fusarium proliferatum, lowering 100-fold C and N content in the growth medium, increased 16-fold chitosan sensitivity. Similar results were found for Candida spp. (including fluconazole resistant strains) and Cryptococcus spp. Severe C and N limitation increased chitosan antifungal activity for all pathogens tested. Chitosan at 100 μg ml-1 was lethal for most fungal human pathogens tested but non-toxic to HEK293 and COS7 mammalian cell lines. Besides, chitosan increased 90% survival of Galleria mellonella larvae infected with C. albicans. These results are of paramount for developing chitosan as antifungal.

Fungal Contamination of Sandpits from Recreational Parks and Schools: a Potential Risk for Human Health

Sandpits used by children are frequently visited by wild life which constitutes a source of fungal pathogens and allergenic fungi. This study aimed to take an unannounced snapshot of the urban levels of fungal contaminants in sands, using for this purpose two public recreational parks, three elementary schools and two kindergartens. All samples were from Lisbon and neighboring municipalities and were tested for fungi of clinical interest. Potentially pathogenic fungi were isolated from all samples besides one. Fusarium dimerum (32.4%) was found to be the dominant species in one park and Chrysonilia spp. in the other (46.6%). Fourteen different species and genera were detected and no dermatophytes were found. Of a total of 14 species and genera, the fungi most isolated from the samples of the elementary schools were Penicillium spp. (74%), Cladophialophora spp. (38%) and Cladosporium spp. (90%). Five dominant species and genera were isolated from the kindergartens. Penicillium spp. was the only genus isolated in one, though with remarkably high counts (32500 colony forming units per gram). In the other kindergarten Penicillium spp. were also the most abundant species, occupying 69% of all the fungi found. All of the samples exceeded the Maximum Recommended Value (MRV) for beach sand defined by Brandão et al. 2011, which are currently the only quantitative guidelines available for the same matrix. The fungi found confirm the potential risk of exposure of children to keratinophilic fungi and demonstrates that regular cleaning or replacing of sand needs to be implemented in order to minimize contamination.