Vitamin E prevents oxidative modification of brain and lymphocyte band 3 proteins during aging.

Antioxidants may play an important role in preventing free radical damage associated with aging by interfering directly in the generation of radicals or by scavenging them. We investigated the effects of a high vitamin E and/or a high beta-carotene diet on aging of the anion transporter, band 3, in lymphocytes and brain. The band 3 proteins function as anion transporters, acid base regulators, C02 transporters, and structural proteins that provide a framework for membrane lipids and that link the plasma membrane to the cytoskeleton. Senescent cell antigen (SCA), which terminates the life of cells, is a degradation product of band 3. This study was conducted as a double-blind study in which eight groups of middle-aged or old mice received either high levels of beta-carotene and/or vitamin E or standard levels of these supplements in their diets. Anion transport kinetic assays were performed on isolated splenic lymphocytes. Immunoreactivity of an antibody that recognizes aging changes in old band 3 preceding generation of SCA was used to quantitate aged band 3 in brain tissue. Results indicate that vitamin E prevented the observed age-related decline in anion transport by lymphocytes and the generation of aged band 3 leading to SCA formation. beta-Carotene had no significant effect on the results of either assay. Since increased aged band 3 and decreased anion transport are initial steps in band 3 aging, which culminates in the generation of SCA and cellular removal, vitamin E prevents or delays aging of band 3-related proteins in lymphocytes and brain.

Escherichia coli trigger factor is a prolyl isomerase that associates with nascent polypeptide chains.

Correct folding of newly synthesized proteins is proposed to be assisted by molecular chaperones and folding catalysts. To identify cellular factors involved in the initial stages of this process we searched for proteins associated with nascent polypeptide chains. In an Escherichia coli transcription/translation system synthesizing beta-galactosidase we identified a 58-kDa protein which associated with translating ribosomes but dissociated from these ribosomes upon release of nascent beta-galactosidase. N-terminal sequencing identified it as trigger factor, previously implicated in protein secretion. Direct evidence for association of trigger factor with nascent polypeptide chains was obtained by crosslinking. In a wheat germ translation system complemented with E. coli lysates, epsilon-4-(3-trifluoromethyldiazirino)benzoic acid-lysine residues were incorporated into nascent secretory preprolactin and a nonsecretory preprolactin mutant. Trigger factor crosslinked to both types of nascent chains, provided they were ribosome bound. Trigger factor contains key residues of the substrate-binding pocket of FK506-binding protein-type peptidyl-prolyl-cis/trans-isomerases and has prolyl isomerase activity in vitro. We propose that trigger factor is a folding catalyst acting cotranslationally.

Crystal structure of the T state of allosteric yeast chorismate mutase and comparison with the R state.

The crystal structure of the tyrosine-bound T state of allosteric yeast Saccharomyces cerevisiae chorismate mutase was solved by molecular replacement at a resolution of 2.8 angstroms using a monomer of the R-state structure as the search model. The allosteric inhibitor tyrosine was found to bind in the T state at the same binding site as the allosteric activator tryptophan binds in the R state, thus defining one regulatory binding site for each monomer. Activation by tryptophan is caused by the larger steric size of its side chain, thereby pushing apart the allosteric domain of one monomer and helix H8 of the catalytic domain of the other monomer. Inhibition is caused by polar contacts of tyrosine with Arg-75 and Arg-76 of one monomer and with Gly-141, Ser-142, and Thr-145 of the other monomer, thereby bringing the allosteric and catalytic domains closer together. The allosteric transition includes an 8 degree rotation of each of the two catalytic domains relative to the allosteric domains of each monomer (domain closure). Alternatively, this transition can be described as a 15 degree rotation of the catalytic domains of the dimer relative to each other.

A structural basis for a phosphoramide mustard-induced DNA interstrand cross-link at 5'-d(GAC).

Phosphoramide mustard-induced DNA interstrand cross-links were studied both in vitro and by computer simulation. The local determinants for the formation of phosphoramide mustard-induced DNA interstrand cross-links were defined by using different pairs of synthetic oligonucleotide duplexes, each of which contained a single potentially cross-linkable site. Phosphoramide mustard was found to cross-link dG to dG at a 5'-d(GAC)-3'. The structural basis for the formation of this 1,3 cross-link was studied by molecular dynamics and quantum chemistry. Molecular dynamics indicated that the geometrical proximity of the binding sites also favored a 1,3 dG-to-dG linkage over a 1,2 dG-to-dG linkage in a 5'-d(GCC)-3' sequence. While the enthalpies of 1,2 and 1,3 mustard cross-linked DNA were found to be very close, a 1,3 structure was more flexible and may therefore be in a considerably higher entropic state.

The stem cell antigen CD34 functions as a regulator of hemopoietic cell adhesion.

Although the CD34 antigen is widely used in the identification and purification of hemopoietic stem and progenitor cells, its function within hemopoiesis is unknown. We have investigated this issue by ectopically expressing human (hu) CD34 on the surface of murine hemopoietic cells. Forced expression of hu-CD34 in the thymocytes of transgenic mice did not appear to affect the development, maturation, or distribution of murine T cells but did significantly increase their ability to adhere to bone marrow stromal layers of human but not mouse origin. Ectopic expression of hu-CD34 on murine 416B cells, a multipotential progenitor that expresses murine CD34, yielded similar results. In both cases hu-CD34-dependent adhesion was enhanced by molecular engagement of the hu-CD34 protein using anti-CD34 antibodies. These results provide evidence that CD34 promotes the adhesive interactions of hemopoietic cells with the stromal microenvironment of the bone marrow thereby implicating CD34 in regulation and compartmentalization of stem cells. We propose that CD34 regulates these processes in part via an indirect mechanism, signaling changes in cellular adhesion in response to molecular recognition of an as yet unidentified stromal CD34 counterreceptor or ligand.

Ceramide formation during heat shock: a potential mediator of alpha B-crystallin transcription.

Ceramide has been identified as a potential second messenger that may mediate cell differentiation and apoptosis after exposure to hormonal agonists such as 1 alpha, 25-dihydroxyvitamin D3, tumor necrosis factor alpha, or gamma-interferon. The secondary cellular events that follow ceramide generation remain undefined. We report that in NIH WT-3T3 cells, ceramide induces an enhancement of gene transcription of alpha B-crystallin, a small heat shock protein. The levels of alpha B-crystallin, as measured by Northern blot and immunoblot analyses, were increased by the addition of an exogenous short-chain ceramide, N-acetylsphingosine, or by increasing endogenous intracellular ceramide by inhibition of glucosylceramide synthase. Similar effects were not seen in the expression of the closely related gene, Hsp25. To ascertain whether ceramide-mediated gene transcription was a feature of the heat shock response, cell ceramide was measured in heat shocked cells and observed to be elevated 2-fold immediately upon the return of cells to 37 degrees C. Thus ceramide formed after heat shock treatment of 3T3 cells may mediate the transcription events associated with the cell stress response.

Cloning of a gamma-aminobutyric acid type C receptor subunit in rat retina with a methionine residue critical for picrotoxinin channel block.

Ionotropic receptors for gamma-aminobutyric acid (GABA) are important to inhibitory neurotransmission in the mammalian retina, mediating GABAA and GABAC responses. In many species, these responses are blocked by the convulsant picrotoxinin (PTX), although the mechanism of block is not fully understood. In contrast, GABAC responses in the rat retina are extremely resistant to PTX. We hypothesized that this difference could be explained by molecular characterization of the receptors underlying the GABAC response. Here we report the cloning of two rat GABA receptor subunits, designated r rho 1 and r rho 2 after their previously identified human homologues. When coexpressed in Xenopus oocytes, r rho 1/r rho 2 heteromeric receptors mimicked PTX-resistant GABAC responses of the rat retina. PTX resistance is apparently conferred in native heteromeric receptors by r rho 2 subunits since homomeric r rho 1 receptors were sensitive to PTX; r rho 2 subunits alone were unable to form functional homomeric receptors. Site-directed mutagenesis confirmed that a single amino acid residue in the second membrane-spanning region (a methionine in r rho 2 in place of a threonine in r rho 1) is the predominant determinant of PTX resistance in the rat receptor. This study reveals not only the molecular mechanism underlying PTX blockade of GABA receptors but also the heteromeric nature of native receptors in the rat retina that underlie the PTX-resistant GABAC response.

An antiestrogen: a phosphotyrosyl peptide that blocks dimerization of the human estrogen receptor.

We have previously identified tyrosine-537 as a constitutively phosphorylated site on the human estrogen receptor (hER). A 12-amino acid phosphotyrosyl peptide containing a selected sequence surrounding tyrosine-537 was used to investigate the function of phosphotyrosine-537. The phosphotyrosyl peptide completely blocked the binding of the hER to an estrogen response element (ERE) in a gel mobility shift assay. Neither the nonphosphorylated tyrosyl peptide nor an unrelated phosphotyrosyl peptide previously shown to inhibit the signal transducers and activators of transcription factor (STAT) blocked binding of the hER to the ERE. The hER phosphotyrosyl peptide was shown by molecular sizing chromatography to dissociate the hER dimer into monomers. The hER specifically bound the 32P-labeled phosphotyrosyl peptide, indicating that the inhibition of ERE binding was caused by the phosphotyrosyl peptide binding directly to the hER and blocking dimerization. These data suggest that the phosphorylation of tyrosine-537 is a necessary step for the formation of the hER dimer. In addition, we propose that the dimerization of the hER occurs by a previously unrecognized Src homology 2 domain (SH2)-like phosphotyrosyl coupling mechanism. Consequently, the phosphotyrosyl peptide represents a class of antagonists that inhibits estrogen action by a mechanism other than interacting with the receptor's hormone binding site.

Extracellular pH regulation in microdomains of colonic crypts: effects of short-chain fatty acids.

It has been suggested that transepithelial gradients of short-chain fatty acids (SCFAs; the major anions in the colonic lumen) generate pH gradients across the colonic epithelium. Quantitative confocal microscopy was used to study extracellular pH in mouse distal colon with intact epithelial architecture, by superfusing tissue with carboxy SNARF-1 (a pH-sensitive fluorescent dye). Results demonstrate extracellular pH regulation in two separate microdomains surrounding colonic crypts: the crypt lumen and the subepithelial tissue adjacent to crypt colonocytes. Apical superfusion with (i) a poorly metabolized SCFA (isobutyrate), (ii) an avidly metabolized SCFA (n-butyrate), or (iii) a physiologic mixture of acetate/propionate/n-butyrate produced similar results: alkalinization of the crypt lumen and acidification of subepithelial tissue. Effects were (i) dependent on the presence and orientation of a transepithelial SCFA gradient, (ii) not observed with gluconate substitution, and (iii) required activation of sustained vectorial acid/base transport by SCFAs. Results suggest that the crypt lumen functions as a pH microdomain due to slow mixing with bulk superfusates and that crypts contribute significant buffering capacity to the lumen. In conclusion, physiologic SCFA gradients cause polarized extracellular pH regulation because epithelial architecture and vectorial transport synergize to establish regulated microenvironments.

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.

Junções moleculares e agregados de nanobastões de ouro: um estudo SERS

A Espectroscopia Raman Intensificada pela Superfície (SERS) é um efeito de intensificação da intensidade Raman de uma molécula adsorvida numa superfície metálica nanoestruturada. Esta característica permite a utilização do SERS na caracterização vibracional de sistemas como junções moleculares (JM) (JM são sistemas constituídos de fios moleculares sintetizados em junções do tipo metal|fiomolecular|metal) e, no entendimento de quais características morfológicas de agregados metálicos mais influenciariam no sinal SERS obtido. Portanto, esta tese apresenta os seguintes objetivos: (a) síntese e caracterização de substratos SERS ativos, nanoesferas (AuNE) e nanobastões (AuNB) de ouro e eletrodo de ouro ativado eletroquimicamente; (b) síntese e caracterização SERS de fios moleculares em JM; (c) estudo do acoplamento plasmônico entre as superfícies metálicas em JM; (d) correlação entre SERS - morfologia de agregados individuais de AuNB. Os fios moleculares estudados foram os da família das oligofeniliminas (OPI) e, no melhor do nosso entendimento, esta foi a primeira vez que fios moleculares desta família foram caracterizados por Raman e SERS. As JM apresentaram um comportamento SERS não esperado. Enquanto para o modo vibracional, v(CS), a intensidade da banda se apresentou constante com o aumento do espaçamento entre as nanoestruturas metálicas (para distâncias de até 5 nm), o modo vibracional, β(CH), teve a intensidade de sua banda aumentada. Este comportamento foi explicado considerando a diferente natureza da interação dos plasmons nas JM, sendo estas interações do tipo, ressonância de plasmon de superfície (LSPR) - dipolo imagem, para ambos os modos. No entanto, para o modo β(CH) existe também uma intensificação extra devido ao aumento da polarizabilidade dos fios moleculares com o aumento do número de unidades. A correlação SERS - morfologia dos agregados de AuNB indicam que, para agregados onde predominam interações ponta a ponta, os espectros SERS apresentavam uma maior intensidade quando comparados com aqueles em que interações lado a lado predominavam. No entanto, este comportamento não foi observado para agregados contendo mais do que cinco nanopartículas onde estes dois tipos de interações ocorrem indicando que deve existir um acoplamento dos plasmons destes dois tipos de interações contribuindo para maiores valores de intensidade SERS.

Caracterização fisiológica e do perfil de expressão gênica do transporte de nitrogênio em genótipos contrastantes para processo de fixação biológica de N2 de cana-de-açúcar (Saccharum spp.)

A cana-de-açúcar é uma cultura agrícola de grande importância econômica para o Brasil, e a expansão de seu cultivo para solos marginais requer uma maior utilização de fertilizantes à base de nitrogênio (N). Na maioria dos países produtores, a adubação nitrogenada se baseia em altas doses de aplicação, enquanto, no Brasil, o seu uso é relativamente baixo devido, em parte, ao processo de fixação biológica de nitrogênio (FBN) pela ação de bactérias diazotróficas. Além da FBN, as plantas adquirem fontes de N, como amônio e nitrato, por meio de transportadores de membranas localizados nas raízes. Há evidências que a associação com microrganismos pode favorecer as plantas por meio da regulação dos genes de transportadores de N. Desta forma, este trabalho teve como objetivo caracterizar o transporte de amônio e nitrato, avaliando a expressão gênica dos principais transportadores de N em cana-de-açúcar cultivada in vitro sob o efeito da associação com bactérias diazotróficas. Também foi descrita a comunidade bacteriana de plântulas in vitro, bem como o efeito da fertilização com N e da inoculação com bactérias diazotróficas em plantas maduras. Plântulas de \'SP70- 1143\' e \'Chunee\', que contrastam para FBN, foram empregadas em ensaios in vitro sob diversas concentrações e fontes de N em associação ou não com uma estirpe de Gluconacetobacter diazotrophicus ou um mistura de bactérias diazotróficas (G. diazotrophicus, Herbaspirillum seropedicae, H. rubrisubalbicans, Azospirillum amazonense e Burkholderia tropica). A caracterização do transporte de N por meio de ensaios de absorção de nitrato e amônio marcados (15N) revelou que a interação entre cana-de-açúcar x G. diazotrophicus induziu a expressão do gene do transportador de nitrato ScNRT2.1, o que levou a uma tendência no aumento no influxo de nitrato, assim como dos genes de transportadores de amônio ScAMT1.1 e ScAMT1.3, resultando em maiores influxos de amônio apenas para a cultivar \'SP70- 1143\'. Já a associação da cana-de-açúcar com a mistura de bactérias diazotróficas revelou que somente houve indução transcricional de ScAMT1.1, o que resultou na maior absorção de amônio em \'SP70-1143\'. Por sua vez, quando analisada a interação in vitro por 30 dias, a presença da bactéria, apesar de transiente, possivelmente favoreceu a expressão dos genes de transportadores de nitrato ScNRT1.1 e ScNRT2.1, e do transportador de amônio ScAMT1.1, resultando no maior acúmulo de 15N-nitrato de amônio nas plantas de \'SP70-1143\'. Foi detectada uma comunidade bacteriana associada a plântulas micropropagadas, a qual é distinta entre os genótipos \'SP70-1143\' e \'Chunee\' e se altera com a inoculação com G. diazotrophicus. Para as plantas cultivadas em campo, a comunidade bacteriana existente foi alterada pela fertilização de N, mas não pela inoculação com diazotróficas. Portanto, a inoculação com bactérias diazotróficas parece induzir a expressão dos principais genes transportadores de amônio e nitrato em plântulas do genótipo \'SP70-1143\' resultando na maior absorção de fontes inorgânicas de N.

Degradação de atrazina por processo foto-Fenton monitorado por injeção seqüencial e cromatografia a líquido de alta eficiência

Processos de fotodegradação de compostos orgânicos tóxicos têm sido bastante estudados. Este trabalho trata da aplicação do processo foto-Fenton para a degradação de atrazina em água (composto modelo). O efeito das concentrações dos seguintes compostos foi avaliado: peróxido de hidrogênio (2 a 6 mmol L-1) e ferrioxalato de potássio (0,2 a 1 mmol L-1). Os experimentos foram realizados em um reator com lâmpada UV - 8W (254nm). O processo de fotodegradação foi monitorado por medidas de espectrofotometria de absorção molecular automatizada por injeção seqüencial (SIA) para determinação de peróxido de hidrogênio e por cromatografia a líquido de alta eficiência (CLAE) para determinação de atrazina e metabólitos. Os experimentos demonstram que o processo de foto-Fenton é viável para o tratamento de atrazina em água.

Simulação e modelagem computacional de dados de espalhamento à baixos ângulos - enfoque em estruturas de alta simetria

Esta tese apresenta uma abordagem para a criação rápida de modelos em diferentes geometrias (complexas ou de alta simetria) com objetivo de calcular a correspondente intensidade espalhada, podendo esta ser utilizada na descrição de experimentos de es- palhamento à baixos ângulos. A modelagem pode ser realizada com mais de 100 geome- trias catalogadas em um Banco de Dados, além da possibilidade de construir estruturas a partir de posições aleatórias distribuídas na superfície de uma esfera. Em todos os casos os modelos são gerados por meio do método de elementos finitos compondo uma única geometria, ou ainda, compondo diferentes geometrias, combinadas entre si a partir de um número baixo de parâmetros. Para realizar essa tarefa foi desenvolvido um programa em Fortran, chamado de Polygen, que permite modelar geometrias convexas em diferentes formas, como sólidos, cascas, ou ainda com esferas ou estruturas do tipo DNA nas arestas, além de usar esses modelos para simular a curva de intensidade espalhada para sistemas orientados e aleatoriamente orientados. A curva de intensidade de espalhamento é calculada por meio da equação de Debye e os parâmetros que compõe cada um dos modelos, podem ser otimizados pelo ajuste contra dados experimentais, por meio de métodos de minimização baseados em simulated annealing, Levenberg-Marquardt e algorítmicos genéticos. A minimização permite ajustar os parâmetros do modelo (ou composição de modelos) como tamanho, densidade eletrônica, raio das subunidades, entre outros, contribuindo para fornecer uma nova ferramenta para modelagem e análise de dados de espalhamento. Em outra etapa desta tese, é apresentado o design de modelos atomísticos e a sua respectiva simulação por Dinâmica Molecular. A geometria de dois sistemas auto-organizado de DNA na forma de octaedro truncado, um com linkers de 7 Adeninas e outro com linkers de ATATATA, foram escolhidas para realizar a modelagem atomística e a simulação por Dinâmica Molecular. Para este sistema são apresentados os resultados de Root Mean Square Deviations (RMSD), Root Mean Square Fluctuations (RMSF), raio de giro, torção das hélices duplas de DNA além da avaliação das ligações de Hidrogênio, todos obtidos por meio da análise de uma trajetória de 50 ns.

Surface wind-stress threshold for glacial Atlantic overturning

Using a coupled model of intermediate complexity the sensitivity of the last glacial maximum (LGM) Atlantic meridional overturning circulation (AMOC) to the strength of surface wind-stress is investigated. A threshold is found below which North Atlantic deep water formation (DWF) takes place south of Greenland and the AMOC is relatively weak. Above this threshold, DWF occurs north of the Greenland-Scotland ridge, leading to a vigorous AMOC. This nonlinear behavior is explained through enhanced salt transport by the wind-driven gyre circulation and the overturning itself. Both pattern and magnitude of the Nordic Sea's temperature difference between strong and weak AMOC states are consistent with those reconstructed for abrupt climate changes of the last glacial period. Our results thus point to a potentially relevant role of surface winds in these phenomena.