Novel strategies to combat gram-negative bacterial pathogens using bacteriophage proteins

Dissertação de mestrado em Bioengenharia

Influence of oxygen conditions on bacterial interactions within biofilms related with cystic fibrosis

Dissertação de mestrado em Bioengineering

Insights into bacterial colony morphology evolution and diversification during infection development in cystic fibrosis

Tese de Doutoramento em Engenharia Biomédica.

Rol de la infección bacteriana en el desarrollo y progresión del cáncer prostático. Influence of bacterial infection in the development and progression of prostatitic cancer.

En la patogénesis del cáncer, factores microambientales como la inflamación están estrechamente vinculados al desarrollo y crecimiento tumoral, sustentando la clásica hipótesis de Virchow del origen del cáncer en sitios de inflamación crónica, la cual incitaría a carcinogénesis por múltiples factores. Estudios previos en este laboratorio evidenciaron en un modelo de prostatitis bacteriana agudo con E. coli, profundos cambios estromales semejantes al "estroma reactivo", con predominio de miofibroblasto, que se genera en el cáncer. En correlación, existe abundante evidencia obtenida en modelos experimentales animales confirmando que el microambiente estromal en el cual se desarrollan los tumores epiteliales influencia profundamente la progresión tumoral. El rol protagónico del estroma del huésped en el crecimiento neoplásico, también se ha demostrado inoculando la misma línea tumoral en diferentes tejidos y analizando su comportamiento en comparación con su implantación en el sitio anatómico original del tumor (implante ortotópico); otro factor clave en la repuesta del huésped al tumor está dado por el infiltrado de células inmunes que puede favorecer o limitar el crecimiento tumoral de acuerdo al perfil de citoquinas que secreten. Teniendo en cuenta estos antecedentes, este proyecto tiene como Objetivo General estudiar la influencia de la infección bacteriana crónica en la inducción y evolución del cáncer prostático. Para ello trabajaremos in vivo con dos formas de formas de Tumores Prostáticos, un Tumor Inducido por combinación del carcinógeno N-methyl-N-nitrosourea (MNU) y testosterona; el segundo mediante Transplante Ortotópico de células tumorales prostáticas MAT-LU. En ambos modelos se inducirá previamente una prostatitis bacteriana, a fin de estudiar los efectos de la prostatitis en la inducción del tumor en el primer modelo, y en la implantación de las células tumorales en el segundo. También se inducirá prostatitis después de establecido el tumor por ambos procedimientos, a fin de determinar si la prostatitis bacteriana modula la progresión neoplásica. Finalmente, proponemos un modelo in vitro que permita estudiar la interacción tumor/estroma separado de la influencia del sistema inmune. A tal fin se utilizarán co-cultivos combinando células tumorales con estromales modificadas de diferente modo. La Inducción de Tumores Prostáticos se realizará en ratas de la cepa Wistar adultas, en las cuales se inducirán lesiones displásicas y neoplásicas siguiendo protocolos de carcinogénesis prostática por MNU, para lo cual es necesario el tratamiento previo con acetato de ciprosterona y propionato de testosterona, seguido por administración crónica de testosterona. Los estudios con Transplante Ortotópico de células tumorales se realizarán en ratas Copenhagen. La influencia de la infección bacteriana en el desarrollo tumoral será investigada inyectando E. coli intraprostáticamente: Se realizará Análisis Macroscópico, de Parámetros Morfológicos de las lesiones tumorales, grado de malignidad, extensión e invasión de las lesiones de acuerdo a consensos internacionales, y Bioquímicos mediante análisis de la expresión, por IHQ y WB, de fosfatasa ácida, citoqueratina 8, Prostatic Binding Protein, PTEN (gen supresor tumoral) y el receptor de Andrógenos, todos parámetros de actividad y de transformación celular. También se evaluará apoptosis por TUNEL y proliferación celular. Los cambios del compartimiento estromal en respuesta al implante tumoral y la influencia de la inflamación bacteriana se evaluarán mediante análisis morfológico e inmunocitoquímico, caracterizando el fenotipo de las poblaciones celulares con a-actina, vimentina, calponina y tenascina. Se espera que los resultados aporten evidencias acerca de las interacciones bidireccionales entre células neoplásicas prostáticas y su entorno estromal, que en un futuro puedan servir como base para establecr estrategias para prevenir y/o modificar el crecimiento neoplásico.

Caracterización genética de la cepa Sinorhizobium meliloti 3DOh13 y evaluación de la capacidad fijadora de nitrógeno en alfalfa. Genetic characterization of the strain Sinorhizobium meliloti 3DOh13 and assessment of the capacity to fix nitrogen in alfalfa.

La provincia de Córdoba participa con aproximadamente el 23 por ciento del área total sembrada anualmente con alfalfa en nuestro país y, en los últimos años, se ha incrementado levemente, en contraste con las provincias de Buenos Aires, Santa Fe y Entre Ríos, donde ha decrecido. La inoculación de este cultivo con cepas del género Sinorhizobium ha permitido mejorar su rendimiento en los suelos de la región semiárida. La utilización para la siembra de semillas preinoculadas con microorganismos de origen extranjero, cuya eficiencia y adaptación a las condiciones locales no siempre se conocen, y con escasa capacidad de competencia ante las cepas naturalizadas, trae como consecuencia un bajo establecimiento de la nodulación y por consiguiente una escasa reposición del nitrógeno removido del suelo. Aún cuando la inoculación está relativamente difundida, en la actualidad no se ha determinado la proporción relativa de nitrógeno fijado por las cepas introducidas respecto de las nativas o naturalizadas, ni la competencia que se genera en el suelo por la ocupación de los sitios potenciales para la formación de nódulos. Nuestra hipótesis de trabajo es: "la inoculación con cepas de Sinorhizobium meliloti debidamente caracterizadas y eficientes en la fijación del nitrógeno atmosférico mejorará el rendimiento de alfalfa en la región centro-sur de Córdoba". Los objetivos de este estudio son caracterizar fenotípica y genotípica el aislamiento Sinorhizobium meliloti 3DOh13 y evaluar su eficiencia simbiótica en el cultivo de alfalfa, mediante ensayos de infectividad, eficiencia y competencia con cepas nativas. La evaluación de la infectividad de la cepa comprende estudios de cinética de la nodulación, número total de nódulos y ubicación de los mismos en experiencias donde las plantas crecen en condiciones de invernáculo sobre un soporte de tierra:arena:perlita (2:1:1). Se realizarán ensayos de competitividad, coinoculando semillas con la cepa DOh13 y otras nativas, en bolsas plásticas con medio mineral en los que se desafiarán los distintos aislamientos. Se inoculan las plantas con sólo dos aislamientos y los nódulos de la raíz principal serán extraídos a fin de aislar los microorganismos ocupantes, los que serán diferenciados por marca de resistencia a antibioticos. La eficiencia en la fijación de nitrógeno será cuantificada por las técnicas de reducción del acetileno en el nódulo y, en caso de ser necesario, se usará el método de Kjeldahl (N total) para la raíz, tejido aéreo o planta entera. La caracterización genotípica de S. meliloti 3DOh13 incluirá métodos de fingerprint de ADN por técnicas de PCR y secuenciamiento del ADNr 16S. Esta investigación permitirá obtener información precisa sobre la respuesta de alfalfa a la inoculación con la cepa de referencia. El producto que se espera obtener es un nuevo inoculante, formulado con una cepa efectiva en la fijación de nitrógeno, debidamente caracterizada y con probada capacidad de adaptación a los suelos de la región

Inducción sistémica de la biosintesis de metabolitos secundarios en plantas aromáticas mediada por rizobacterias. Systemic induction of secondary metablolites biosynthesis in aromatic plants by rhizobacteria.

El uso de microorganismos como inoculantes para incrementar la disponibilidad y toma de nutrientes por parte de los cultivos, es una nueva tecnología que ha dado buenos resultados, observándose un incremento en la emergencia, vigor, mayor desarrollo en la parte aérea y de raíces, registrándose aumentos considerables de los rendimientos en cultivos de interés comercial. Esto es debido a que los microorganismos PGPR (Plant Growth promoting rhizobacteria) sintetizan ciertas sustancias reguladoras del crecimiento como giberelinas, citoquininas y auxinas; las cuales estimulan la densidad y longitud de los pelos radicales, aumentando así la cantidad y longitud de las raíces de los vegetales. Así, se incrementa la capacidad de absorción de agua y nutrientes, haciendo que las plantas sean más vigorosas, productivas y tolerantes a condiciones climáticas adversas, como sequías o heladas. Otro factor benéfico es que ciertos microorganismos solubilizan nutrientes poco móviles en el suelo como el caso del fósforo, segundo nutriente, después del nitrógeno en importancia para el crecimiento de los cultivos. Estos microorganismos también tienen una función muy importante en el control natural de agentes patógenos, a través de la inducción del sistema de defensa en las plantas, aumentando su resistencia a enfermedades, a través de la producción de compuestos bacterianos como antibióticos y sideróforos. Los variados mecanismos mediante los cuales la acción PGPR se lleva a cabo no son plenamente conocidos y, por lo tanto, es necesario determinar con precisión su efecto particular en la biología de la planta beneficiada. Las plantas aromáticas y medicinales inoculadas con microorganismos (rizobacterias) registran un incremento en varios parámetros de crecimiento vegetal (peso fresco parte aérea, peso seco de raíz, número de hojas, etc) y en el rendimiento de aceite esencial (AE). El aumento de la síntesis, y la variación de los porcentajes relativos de los componentes principales de AE en plantas aromáticas, como efecto de la inoculación, podría considerarse como una respuesta defensiva de la planta frente a la colonización de microorganismos dado que varios AE poseen propiedades antimicrobianas. El incremento de estos metabolitos también se ha registrado como respuesta frente a la herbivoría. En el presente proyecto se propone dilucidar la existencia de una relación entre las defensas inducidas por rizobacterias con la producción de metabolitos secundarios en plantas aromaticas y medicinales. The use of microorganisms as inoculants to increase the availability and nutrient uptake by crops, is a new technology that has been successfully applied, with an increase in the emergence, vigor, greater development in the shoot and roots, recording significant increases in yields of crop with commercial interest. This is because microorganisms PGPR (Plant Growth Promoting rhizobacteria) synthesize certain growth regulating substances such as gibberellins, cytokinins and auxins, which stimulate the density and length of root hairs, increasing the number and length of roots. Thus, increase the capacity of absorbing water and nutrients, make the plants more vigorous, productive and tolerant to adverse climatic conditions such as drought or frost.Another beneficial factor is that some microorganisms solubilize nutrients mobile in the soil as the case of phosphorus, second nutrient after nitrogen important for plant growth. These organisms also have an important role in the natural control of pathogens through the induction of the plants defense system, increasing their resistance to disease through the production of compounds such as antibiotics and bacterial siderophores. The various mechanisms by which PGPR action takes place are not fully known and therefore it is necessary to accurately determine its particular effect on the biology of the specific plant benefit. Aromatic and medicinal plants inoculated with microorganisms (rhizobacteria) recorded an increase in several parameters of plant growth (shoot fresh weight, root dry weight, leaf number, etc) and essential oil yield (AE). The increase in the biosynthesis, and changes in the relative percentages of the main components of AE in aromatic plants inoculated with rizobacterias, could be regarded as a plant defense response against microbial colonization, since several AE have antimicrobial properties. The increase of these metabolites have also been recorded as a response to herbivory.

Producción de factores de virulencia por fitopatógenos bacterianos de soja. Utilización de productos naturales como biocontrol. Production of virulence factors by soybean bacterial phytopathogens. The use of natural products as biocontrolers.

En Argentina el cultivo de soja ocupa el primer lugar en superficie sembrada. El 90% de la producción se obtiene en la zona central del pais. La siembra directa favorece la multiplicación y supervivencia de fitopatógenos causantes de tizón y pústula bacterianos. El tizón es producido por Pseudomonas syringae pv. glycinea observándose manchas marrones en las hojas. Produce gran variedad de toxinas: coronatina, faseolotoxina, siringomicina, tabtoxina, proteínas “nucleation ice”, entre otras, las cuales contribuyen a la clorosis y necrosis. En la infección, además, están involucrados exopolisacáridos (levano y alginato). La celulosa ha sido relacionada en la adhesión bacteriana y en la formación de biofilm. La pústula es causada por Xanthomonas axonopodis pv. glycines. Produce manchas pequeñas con una pequeña pústula de color claro. Libera enzimas como α-amilasa, proteasa, endo β-mannanasa, actividad peptolítica, que degradan componentes vegetales. Xantan, producido por X. axonopodis es uno de los componentes necesarios para la formación de biofilm. Este último es considerado un importante factor de virulencia porque proporciona una estrategia de colonización que otorga mayor resistencia a ambientes desfavorables, tolerancia a antimicrobianos, producción de metabolitos y exoenzimas, etc. Actualmente el control de bacterias fitopatógenas se realiza mediante pesticidas con alta toxicidad para los consumidores y el ambiente. Para evitar las bacteriosis en la práctica se sugiere la rotación de cultivos y utilizar semillas certificadas. Se están probando compuestos naturales derivados de plantas medicinales como pesticidas; estos se pueden dividir en varias categorías fitoquímicas. Varios estudios confirman la actividad antibacteriana, antifúngica y antiviral de estos productos. Extractos vegetales con alto contenido de flavonoides y aceite esenciales poseen una importante actividad antibacteriana. Además, algunos aceites esenciales podrían estar incidiendo en la liberación y/o producción de biofilm, exopolisacáridos y exoproteínas. La gran incidencia de las infecciones por fitopatógenos y las pérdidas económicas que estas acarrean hacen que su control presente grandes dificultades para la agricultura sustentable en soja de nuestro país. En este trabajo se propone estudiar los diferentes factores de virulencia de cepas bacterianas fitopatógenas y evaluar el rol que cumplen en el proceso de la enfermedad en cultivos de soja y desarrollar estrategias para el control de bacteriosis vegetales aplicando productos naturales aislados de plantas aromáticas. La correcta utilización de productos antimicrobianos de origen natural aplicados sobre el cultivo y/o sobre las semillas evitaría la dispersión de la enfermedad y la eliminación al medio ambiente de productos contaminantes no deseados. In Argentina, soybean cultivation occupies the first place; 90% of this cereal is produced in the central region of the country. Intensive tillage practices favour multiplication and survival of bacterial phytopathogens causing blight and pustule diseases. Pseudomonas syringae pv. glycinea produce several toxins like coronatine, faseolotoxine, siringomicine, tabtoxine and proteins of nucleation ice that contribute to the develop of chlorosis and necrosis, characteristic of bacterial blight. It also produces levan and alginate, cellulose and biofilm. Pustule disease is caused by Xanthomonas axonopodis pv glycines, which produce enzymes like α-amilase, protease, endo β-mannanase, peptolitic activity, xanthan and biofilm. Nowadays the control of phytopathogenic bacteria consists in the application of pesticides that are toxic for the environment and man. Natural products from medicinal plants are a new alternative for the treatment of phytopathogens. Researches made with phytochemical compounds (flavonoids, phenols, quinones, cummarines, essential oils, terpenes) support the antimicrobial activity of these natural products. What is more, these substances could suppress the biofilm, exoproteins and exopolisaccharides formation and release of them. The infections caused by phytopathogens provoke economical loses and its control presents big difficulties in our country. The proposal of this work is the characterization of phytopatoghenic strains, its virulence factors and the role they play in the disease process. The development of a new alternative for the control of vegetable bacteriosis using natural products obtained from aromatic plants and the correct application of them on sown fields or on seeds is also an objective in this work.

Anwendung der Coupled-Cluster-Methode zur Untersuchung frustrierter quasi-eindimensionaler und zweidimensionaler Quantenspinsysteme

Magdeburg, Univ., Fak. für Naturwiss., Diss., 2010

Vergleich der externen Fixation mit der palmaren Plattenosteosynthese bei distalen Radiusfrakturen gleichen Frakturtyps

Magdeburg, Univ., Medizin. Fakultät, Diss., 2005

Quantum phase transitions in magnetic systems: application of coupled cluster method

Magdeburg, Univ., Fak. für Naturwiss., Diss., 2009

Sulfur fractions and carbon-nitrogen-phosphorus-sulfur relationships in some Brazilian and Iowa soils

O atual conhecimento relativo à distribuição em percentagem das várias frações de enxofre nos solos provem principalmente dos estudos dos solos de regiões temperadas. Em vista disso, este estudo foi conduzido para determinar as frações do S e as relações C-N-P-S em alguns solos da região subtropical dos Estados de São Paulo e do Paraná, Brasil, e comparar estes valores nestes solos com aqueles nos solos do Estado de Iowa, dos Estados Unidos da América do Norte. As análises das frações de enxofre nos solos dos dois países, indicaram que os solos do Brasil contem sulfato inorgânico adsorvido. Expressos como percentagem do S total, os solos do Brasil acusaram de 5 a 23% (média 11%) de S-sulfato inorgânico, de 20 a 65% (média 40%) de S-ester sulfato, de 5 a 12% (média 7%) de S-ligado ao Carbono e de 24 a 59% (média 42%) de S orgânico não identificado. As percentagens correspondentes nos solos de Iowa foram de 2 a 8% (média 5%) de S-sulfato inorgânico, de 43 a 60% (média 50%) de S-ester sufato, de 7 a 18% (média 11%) de enxofre ligado ao carbono e de 30 a 39% (média 34%) de S orgânico, não identificado. Outrossim, não foi encontrado o enxofre inorgânico não-sulfato em nenhum dos solos analisados. Houve grandes variações nas relações C, N, Ρ e S entre solos brasileiros quando comparados com aqueles do Iowa.

Effect of day time on foliar spraying of several levels of nitrogen fertilizer, NPKS solutions and its components, on common bean leaves

An experiment was carried out in order to determine the effect of day time of foliar spraying of several levels of nitrogen fertilizers, N-P-K-S station, and its components on common bean leaves. Results, based on the visual observations, indicated the maximum levels of each fertilizer that did not cause injuries and showed that the foliar spraying early in the morning is the best day time.

Factors affecting phosphate fixation in soils of the state of São Paulo

A laboratory experiment was carried out to study the effects of chemical and physical characteristics of the soil on the phosphate fixing capacity. One hundred samples collected from various localities were at first characterized chemically and their particlesize distribution determined. They were then tested as to their phosphate fixing capacities. The results obtained were statistically analysed by means of both simple linear and multiple correlation. The following conclusions could be drawn: 1. simple linear regression analysis indicated that % C, exchangeable Al+3, CEC, % clay, pH and % sand were the soil characteristics which significantly affected phosphate fixing capacity of São Paulo State soils; 2. multiple linear regression analysis indicated that % C, exchangeable Mg(+2)9 exchangeable- Al+3 and % clay were the soil characteristics which significantly affected the phosphate fixing capacity of São Paulo State soils; 3. the phosphate phonomena fixing as they occur in the soils of the São Paulo State can be best described by the following equation: Y = -2,266 - 3,484 + 3,514 + 5,559 + 1,005 %C Mg+2 Al+3 % clay exchangeable exchangeable 4. phosphate fixation in the soil is affected by the combined effects of both soil chemical and physical characteristics.