Cis-acting requirements in flanking DNA for the programmed elimination of mse2.9: a common mechanism for deletion of internal eliminated sequences from the developing macronucleus of Tetrahymena thermophila

During macronuclear development in the ciliated protozoan Tetrahymena thermophila, extensive DNA deletions occur, eliminating thousands of internal eliminated sequences (IESs). Using an rDNA-based transformation assay we have analyzed the role during DNA deletion of DNA flanking mse2.9, an IES within the second intron of a gene encoding an as yet incompletely characterized protein. We establish that a cis-acting sequence for mse2.9 deletion acts at a distance to specify deletion boundaries. A complex sequence element necessary for efficient and accurate mse2.9 deletion is located in the region 47–81 bp from the right side of mse2.9. The ability of a variety of IES flanking sequences to rescue a processing deficient mse2.9 construct indicates that some cis-acting signal is shared among different IESs. In addition, the short intronic sequence that flanks mse2.9 is able to direct efficient and accurate processing. Despite no obvious sequence similarity between mse2.9 and other IESs, we suggest that a common mechanism is used to delete different families of IESs in Tetrahymena.

Microbial phyllosphere populations are more complex than previously realized

Phyllosphere microbial communities were evaluated on leaves of field-grown plant species by culture-dependent and -independent methods. Denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE) with 16S rDNA primers generally indicated that microbial community structures were similar on different individuals of the same plant species, but unique on different plant species. Phyllosphere bacteria were identified from Citrus sinesis (cv. Valencia) by using DGGE analysis followed by cloning and sequencing of the dominant rDNA bands. Of the 17 unique sequences obtained, database queries showed only four strains that had been described previously as phyllosphere bacteria. Five of the 17 sequences had 16S similarities lower than 90% to database entries, suggesting that they represent previously undescribed species. In addition, three fungal species were also identified. Very different 16S rDNA DGGE banding profiles were obtained when replicate cv. Valencia leaf samples were cultured in BIOLOG EcoPlates for 4.5 days. All of these rDNA sequences had 97–100% similarity to those of known phyllosphere bacteria, but only two of them matched those identified by the culture independent DGGE analysis. Like other studied ecosystems, microbial phyllosphere communities therefore are more complex than previously thought, based on conventional culture-based methods.

Ordered tandem arrangement of chromosomes in the sperm heads of monotreme mammals.

A very old unanswered question in classical cytology is whether chromosomes are arranged randomly in sperm or whether they occupy specific positions. Even with modern methods of chromosome painting, it is difficult to resolve this question for the very condensed and almost spherical sperm head of most mammals. We have taken advantage of the unusual fibrillar sperm head of monotreme mammals (echidna and platypus) to examine the position of chromosome landmarks in a two-dimensional array. We used fluorescence and radioactive in situ hybridization to telomeric, rDNA, and unique sequences to show that chromosomes are arranged tandemly and in a defined order in the sperm nucleus.

Overexpression of the transcription factor UBF1 is sufficient to increase ribosomal DNA transcription in neonatal cardiomyocytes: implications for cardiac hypertrophy.

The accelerated protein accumulation characteristic of cardiomyocyte hypertrophy results from increased cellular protein synthetic capacity (elevated ribosome content). The rate limiting step in ribosome accumulation is transcription of the rRNA genes. During neonatal cardiomyocyte hypertrophy induced by norepinephrine or spontaneous contraction, changes in the expression of a ribosomal DNA transcription factor, UBF, correlated with increased rates of ribosome biogenesis. We hypothesized that elevated expression of UBF was part of the mechanism by which these hypertrophic stimuli effected increases in the rate of transcription from the rDNA promoter. In this study, we have examined directly the effect of overexpressing UBF on rDNA transcription in neonatal cardiomyocytes in culture. In control experiments, a novel reporter construct for rDNA transcription (pSMECAT) showed similar increases in activity in response to hypertrophic stimuli (10(-4) M phenylephrine, 10(-7) M endothelin, and spontaneous contraction) as did the endogenous rRNA genes. When contraction-arrested cardiomyocytes were cotransfected with pSMECAT and increasing amounts of a UBF1 expression vector; a dose-dependent (3-5 fold) increase in rDNA transcription was observed. Western blot analysis confirmed that the overexpressed, FLAG-tagged UBF accumulated in the cardiomyocyte nuclei. The observation that overexpression of UBF1 is sufficient to increase rDNA transcription in neonatal cardiomyocytes provides evidence in support of the hypothesis that the regulation of UBF is a key component of the increased ribosome biogenesis and protein accumulation associated with cardiomyocyte hypertrophy.

A common origin for woody Sonchus and five related genera in the Macaronesian islands: molecular evidence for extensive radiation.

Woody Sonchus and five related genera (Babcockia, Taeckholmia, Sventenia, Lactucosonchus, and Prenanthes) of the Macaronesian islands have been regarded as an outstanding example of adaptive radiation in angiosperms. Internal transcribed spacer region of the nuclear rDNA (ITS) sequences were used to demonstrate that, despite the extensive morphological and ecological diversity of the plants, the entire alliance in insular Macaronesia has a common origin. The sequence data place Lactucosonchus as sister group to the remainder of the alliance and also indicate that four related genera are in turn sister groups to subg. Dendrosonchus and Taeckholmia. This implies that the woody members of Sonchus were derived from an ancestor similar to allied genera now present on the Canary Islands. It is also evident that the alliance probably occurred in the Canary Islands during the late Miocene or early Pliocene. A rapid radiation of major lineages in the alliance is consistent with an unresolved polytomy near the base and low ITS sequence divergence. Increase of woodiness is concordant with other insular endemics and refutes the relictural nature of woody Sonchus in the Macaronesian islands.

Accelerated evolution and Muller's rachet in endosymbiotic bacteria.

Many bacteria live only within animal cells and infect hosts through cytoplasmic inheritance. These endosymbiotic lineages show distinctive population structure, with small population size and effectively no recombination. As a result, endosymbionts are expected to accumulate mildly deleterious mutations. If these constitute a substantial proportion of new mutations, endosymbionts will show (i) faster sequence evolution and (ii) a possible shift in base composition reflecting mutational bias. Analyses of 16S rDNA of five independently derived endosymbiont clades show, in every case, faster evolution in endosymbionts than in free-living relatives. For aphid endosymbionts (genus Buchnera), coding genes exhibit accelerated evolution and unusually low ratios of synonymous to nonsynonymous substitutions compared to ratios for the same genes for enterics. This concentration of the rate increase in nonsynonymous substitutions is expected under the hypothesis of increased fixation of deleterious mutations. Polypeptides for all Buchnera genes analyzed have accumulated amino acids with codon families rich in A+T, supporting the hypothesis that substitutions are deleterious in terms of polypeptide function. These observations are best explained as the result of Muller's ratchet within small asexual populations, combined with mutational bias. In light of this explanation, two observations reported earlier for Buchnera, the apparent loss of a repair gene and the overproduction of a chaperonin, may reflect compensatory evolution. An alternative hypothesis, involving selection on genomic base composition, is contradicted by the observation that the speedup is concentrated at nonsynonymous sites.

Mapping nucleosome position at single base-pair resolution by using site-directed hydroxyl radicals.

A base-pair resolution method for determining nucleosome position in vitro has been developed to com- plement existing, less accurate methods. Cysteaminyl EDTA was tethered to a recombinant histone octamer via a mutant histone H4 with serine 47 replaced by cysteine. When assembled into nucleosome core particles, the DNA could be cut site specifically by hydroxyl radical-catalyzed chain scission by using the Fenton reaction. Strand cleavage occurs mainly at a single nucleotide close to the dyad axis of the core particle, and assignment of this location via the symmetry of the nucleosome allows base-pair resolution mapping of the histone octamer position on the DNA. The positions of the histone octamer and H3H4 tetramer were mapped on a 146-bp Lytechinus variegatus 5S rRNA sequence and a twofold-symmetric derivative. The weakness of translational determinants of nucleosome positioning relative to the overall affinity of the histone proteins for this DNA is clearly demonstrated. The predominant location of both histone octamer and H3H4 tetramer assembled on the 5S rDNA is off center. Shifting the nucleosome core particle position along DNA within a conserved rotational phase could be induced under physiologically relevant conditions. Since nucleosome shifting has important consequences for chromatin structure and gene regulation, an approach to the thermodynamic characterization of this movement is proposed. This mapping method is potentially adaptable for determining nucleosome position in chromatin in vivo.

Heat shock induces a loss of rRNA-encoding DNA repeats in Brassica nigra.

Stress-induced mutations may play an important role in the evolution of plants. Plants do not sequester a germ line, and thus any stress-induced mutations could be passed on to future generations. We report a study of the effects of heat shock on genomic components of Brassica nigra Brassicaceae. Plants were submitted to heat stress, and the copy number of two nuclear-encoded single-copy genes, rRNA-encoding DNA (rDNA) and a chloroplast DNA gene, was determined and compared to a nonstressed control group. We determined whether genomic changes were inherited by examining copy number in the selfed progeny of control and heat-treated individuals. No effects of heat shock on copy number of the single-copy nuclear genes or on chloroplast DNA are found. However, heat shock did cause a statistically significant reduction in rDNA copies inherited by the F1 generation. In addition, we propose a DNA damage-reppair hypothesis to explain the reduction in rDNA caused by heat shock.

Molecular phylogeny of the extinct ground sloth Mylodon darwinii.

DNA was extracted from the remains of 35 ground sloths from various parts of North and South America. Two specimens of Mylodon darwinii, a species that went extinct at the end of the last glaciation, yielded amplifiable DNA. However, of the total DNA extracted, only approximately 1/1000 originated from the sloth, whereas a substantial part of the remainder was of bacterial and fungal origin. In spite of this, > 1100 bp of sloth mitochondrial rDNA sequences could be reconstructed from short amplification products. Phylogenetic analyses using homologous sequences from all extant edentate groups suggest that Mylodon darwinii was more closely related to the two-toed than the three-toed sloths and, thus, that an arboreal life-style has evolved at least twice among sloths. The divergence of Mylodon and the two-toed sloth furthermore allows a date for the radiation of armadillos, anteaters, and sloths to be estimated. This result shows that the edentates differ from other mammalian orders in that they contain lineages that diverged before the end of the Cretaceous Period.

The only essential function of TFIIIA in yeast is the transcription of 5S rRNA genes.

We have developed a system to transcribe the yeast 5S rRNA gene in the absence of the transcription factor TFIIIA. A long transcript was synthesized both in vitro and in vivo from a hybrid gene in which the tRNA-like promoter sequence of the RPR1 gene was fused to the yeast 5S RNA gene. No internal initiation directed by the endogenous 5S rDNA promoter or any processing of the hybrid transcript was observed in vitro. Yeast cells devoid of transcription factor TFIIIA, which, therefore, could not synthesize any 5S rRNA from the endogenous chromosomal copies of 5S rDNA, could survive if they carried the hybrid RPR1-5S construct on a multicopy plasmid. In this case, the only source of 5S rRNA was the precursor RPR1-5S transcript that gave rise to two RNA species slightly larger than wild-type 5S rRNA. This establishes that the only essential function of TFIIIA is to promote the synthesis of 5S rRNA. However, cells devoid of TFIIIA and surviving with these two RNAs grew more slowly at 30 degrees C compared with wild-type cells and were thermosensitive at 37 degrees C.

Distribution of the Ixodes ricinus-like ticks of eastern North America.

We analyzed the geographic distribution of the Ixodes ricinus-like ticks in eastern North America by comparing the mitochondrial 16S rDNA sequences of specimens sampled directly from the field during the 1990s. Two distinct lineages are evident. The southern clade includes ticks from the southeastern and middle-eastern regions of the United States. The range of the northern clade, which appears to have been restricted to the northeastern region until the mid-1900s, now extends throughout the northeastern and middle-eastern regions. These phyletic units correspond to northern and southern taxa that have previously been assigned specific status as Ixodes dammini and Ixodes scapularis, respectively. The expanding range of I. dammini appears to drive the present outbreaks of zoonotic disease in eastern North America that include Lyme disease and human babesiosis.

Molecular coevolution of mammalian ribosomal gene terminator sequences and the transcription termination factor TTF-I.

Both the DNA elements and the nuclear factors that direct termination of ribosomal gene transcription exhibit species-specific differences. Even between mammals--e.g., human and mouse--the termination signals are not identical and the respective transcription termination factors (TTFs) which bind to the terminator sequence are not fully interchangeable. To elucidate the molecular basis for this species-specificity, we have cloned TTF-I from human and mouse cells and compared their structural and functional properties. Recombinant TTF-I exhibits species-specific DNA binding and terminates transcription both in cell-free transcription assays and in transfection experiments. Chimeric constructs of mouse TTF-I and human TTF-I reveal that the major determinant for species-specific DNA binding resides within the C terminus of TTF-I. Replacing 31 C-terminal amino acids of mouse TTF-I with the homologous human sequences relaxes the DNA-binding specificity and, as a consequence, allows the chimeric factor to bind the human terminator sequence and to specifically stop rDNA transcription.

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.

Revisão taxonômica e filogenia da Seção Myzorhynchella de Anopheles (Nyssorhynchus) (Diptera: Culicidae)

Anopheles é o gênero da família Culicidae mais estudado devido sua importância médica. Atualmente o gênero Anopheles compreende 472 espécies válidas que estão divididas em sete subgêneros. Os principais vetores de plasmódio da Malária no Brasil pertencem ao subgênero Nyssorhynchus, que inclui 39 espécies oficialmente reconhecidas e um número crescente de complexos de espécies crípticas que estão distribuídas em três Seções: Myzorhynchella, Albimanus e Argyritarsis. Atualmente a Seção Myzorhynchella é formada por seis espécies: An. lutzii, An. parvus, An. nigritarsis, An. guarani, An. antunesi e An. pristinus. Para o desenvolvimento da análise morfológica, observou-se material-tipo depositado em diferentes coleções, espécimes depositados na coleção entomológica da FSP/USP, além de outros obtidos em coletas realizadas durante o presente estudo em diferentes localidades do Brasil. As análises moleculares foram desenvolvidas a partir de espécimes obtidos nas coletas. Revisão taxonômica da Seção Myzorhynchella é apresentada, incluindo-se descrições de quatro novas espécies e redescrições das demais, informações sobre bionomia, importância médica, caracterização molecular, distribuição geográfica, estado de preservação do material-tipo, além de chaves de identificação de adultos, larva de quarto estádio e genitália masculina. Os resultados das análises filogenéticas utilizando sequências de ITS2, COI e Catalase indicam a existência de pelo menos doze espécies dentro da Seção Myzorhynchella, os espécimes que vêm sendo identificados como An. antunesi constitui um complexo formado por possíveis cinco espécies e aqueles de An. parvus e An. pristinus também podem representar complexos de espécies. As sequências de ITS2 podem ser utilizadas como marcador diagnóstico para espécies da Seção Myzorhynchella. Contudo, o estudo ainda demonstra que pouco se conhece sobre a diversidade de espécies de Anopheles que ocorrem em ambientes onde a malária ocorre em baixa endemicidade. Pelo número de espécies novas encontradas e pela escassez de trabalhos com espécies da Seção, fica evidente a necessidade de mais estudos.

Dinâmica do microbioma ruminal de ovinos (Ovis aries) e sua relação com a degradação de biomassa

Considerando a dieta como um fator modulador do microbioma ruminal, neste trabalho objetivou-se investigar o impacto do bagaço da cana-de-açúcar sobre a composição e funcionalidade das espécies microbianas residentes no rúmen de carneiros (Ovis aries). Foram utilizados seis animais machos fistulados de O. aries, dos quais três foram alimentados com uma dieta composta por 70% de volumoso e 30% de concentrado (tratamento controle) e outros três animais alimentados com uma dieta similar a anterior, mas com 14% do volumoso substituído por bagaço de cana-de-açúcar (tratamento bagaço). O conteúdo ruminal (líquido e fibra) foram amostrados quinzenalmente durante 60 dias. A partir dessas amostras foram acessadas a estrutura e a composição da comunidade microbiana pela extração de DNA total e amplificação das regiões V3 e V6-V7 do gene 16S rRNA bacteriano e a região intergênica fúngica (ITS2). Além disso, foram feitas análises metagenômicas e metatranscriptômicas de comunidade microbianas enriquecidas em fibra ruminal para identificar enzimas lignocelulolíticas expressas. As frações líquida e fibrosa do conteúdo ruminal de O. aries revelaram uma comunidade bacteriana dominada principalmente por Bacteroidetes e Firmicutes ao longo de todo período experimental. Dois gêneros, Prevotella e Ruminococcus representaram 20% e 4% da comunidade bacteriana ruminal, respectivamente. Para a comunidade fúngica o filo Neocallimastigomycota representou 91% das sequências e os principais gêneros deste filo foram Piromyces, Neocallimastix, Orpinomyces, Anaeromyces, Caecomyces e Cyllamyces aderidos a fibra ruminal. O gênero Caecomyces, foi significativamente mais abundante na fibra ruminal de animais que se alimentaram de bagaço de cana-de açúcar. Além disso, foi observado um aumento significativo na frequência de enzimas como, por exemplo, 1,4-α-glucano, α-galactosidase, endo 1,4-β-xilanase, β- xilosidase, xilose isomerase, celobiose fosforilase e α-N-arabinofuranosidase no tratamento com bagaço de cana-de-açúcar. Considerando que a recuperação de enzimas a partir de comunidades microbianas naturalmente selecionadas para a degradação de biomassa é uma estratégia promissora para superar a atual ineficiência da ação enzimática na produção industrial de biocombustíveis, os resultados deste trabalho representam a possibilidade de aumentar a capacidade de recuperação ou descoberta de enzimas a partir de ruminantes, ou ainda, a possibilidade de manipular a estrutura do microbioma do rúmen para usá-lo como fonte de inóculo enriquecido em processos industriais de degradação de biomassa.