GenEST, a powerful bidirectional link between cDNA sequence data and gene expression profiles generated by cDNA-AFLP

The release of vast quantities of DNA sequence data by large-scale genome and expressed sequence tag (EST) projects underlines the necessity for the development of efficient and inexpensive ways to link sequence databases with temporal and spatial expression profiles. Here we demonstrate the power of linking cDNA sequence data (including EST sequences) with transcript profiles revealed by cDNA-AFLP, a highly reproducible differential display method based on restriction enzyme digests and selective amplification under high stringency conditions. We have developed a computer program (GenEST) that predicts the sizes of virtual transcript-derived fragments (TDFs) of in silico-digested cDNA sequences retrieved from databases. The vast majority of the resulting virtual TDFs could be traced back among the thousands of TDFs displayed on cDNA-AFLP gels. Sequencing of the corresponding bands excised from cDNA-AFLP gels revealed no inconsistencies. As a consequence, cDNA sequence databases can be screened very efficiently to identify genes with relevant expression profiles. The other way round, it is possible to switch from cDNA-AFLP gels to sequences in the databases. Using the restriction enzyme recognition sites, the primer extensions and the estimated TDF size as identifiers, the DNA sequence(s) corresponding to a TDF with an interesting expression pattern can be identified. In this paper we show examples in both directions by analyzing the plant parasitic nematode Globodera rostochiensis. Various novel pathogenicity factors were identified by combining ESTs from the infective stage juveniles with expression profiles of ∼4000 genes in five developmental stages produced by cDNA-AFLP.

In vitro evolution of a highly replicating, doxycycline-dependent HIV for applications in vaccine studies

A major concern associated with the use of vaccines based on live-attenuated viruses is the possible and well documented reversion to pathogenic phenotypes. In the case of HIV, genomic deletions or mutations introduced to attenuate viral pathogenicity can be repaired by selection of compensating mutations. These events lead to increased virus replication rates and, eventually, disease progression. Because replication competence and degree of protection appear to be directly correlated, further attenuation of a vaccine virus may compromise the ability to elicit a protective immune response. Here, we describe an approach toward a safe attenuated HIV vaccine. The system is not based on permanent reduction of infectivity by alteration of important viral genomic sequences, but on strict control of replication through the insertion of the tetracycline (Tet) system in the HIV genome. Furthermore, extensive in vitro evolution was applied to the prototype Tet-controlled HIV to select for variants with optimized rather than diminished replication capacity. The final product of evolution has properties uniquely suited for use as a vaccine strain. The evolved virus is highly infectious, as opposed to a canonically attenuated virus. It replicates efficiently in T cell lines and in activated and unstimulated peripheral blood mononuclear cells. Most importantly, replication is strictly dependent on the nontoxic Tetanalogue doxycycline and can be turned on and off. These results suggest that this in vitro evolved, doxycycline-dependent HIV might represent a useful tool toward the development of a safer, live-attenuated HIV vaccine.

Pseudomonas syringae Hrp type III secretion system and effector proteins

Pseudomonas syringae is a member of an important group of Gram-negative bacterial pathogens of plants and animals that depend on a type III secretion system to inject virulence effector proteins into host cells. In P. syringae, hrp/hrc genes encode the Hrp (type III secretion) system, and avirulence (avr) and Hrp-dependent outer protein (hop) genes encode effector proteins. The hrp/hrc genes of P. syringae pv syringae 61, P. syringae pv syringae B728a, and P. syringae pv tomato DC3000 are flanked by an exchangeable effector locus and a conserved effector locus in a tripartite mosaic Hrp pathogenicity island (Pai) that is linked to a tRNALeu gene found also in Pseudomonas aeruginosa but without linkage to Hrp system genes. Cosmid pHIR11 carries a portion of the strain 61 Hrp pathogenicity island that is sufficient to direct Escherichia coli and Pseudomonas fluorescens to inject HopPsyA into tobacco cells, thereby eliciting a hypersensitive response normally triggered only by plant pathogens. Large deletions in strain DC3000 revealed that the conserved effector locus is essential for pathogenicity but the exchangeable effector locus has only a minor role in growth in tomato. P. syringae secretes HopPsyA and AvrPto in culture in a Hrp-dependent manner at pH and temperature conditions associated with pathogenesis. AvrPto is also secreted by Yersinia enterocolitica. The secretion of AvrPto depends on the first 15 codons, which are also sufficient to direct the secretion of an Npt reporter from Y. enterocolitica, indicating that a universal targeting signal is recognized by the type III secretion systems of both plant and animal pathogens.

Phenotypic variation and intracellular parasitism by Histoplasma capsulatum

The success of Histoplasma capsulatum as an intracellular pathogen depends completely on successful conversion of the saprophytic mycelial (mold) form of this fungus to a parasitic yeast form. It is therefore not surprising that yeast phase-specific genes and gene products are proving to be important for survival and proliferation of H. capsulatum within macrophages. In this study, we have focused on the role and regulation of two yeast-specific characteristics: α-(1,3)-glucan, a cell wall polysaccharide modulated by cell-density (quorum) sensing, and a secreted calcium-binding protein (CBP) that is essential for pathogenicity.

Negative-strand RNA viruses: genetic engineering and applications.

The negative-strand RNA viruses are a broad group of animal viruses that comprise several important human pathogens, including influenza, measles, mumps, rabies, respiratory syncytial, Ebola, and hantaviruses. The development of new strategies to genetically manipulate the genomes of negative-strand RNA viruses has provided us with new tools to study the structure-function relationships of the viral components and their contributions to the pathogenicity of these viruses. It is also now possible to envision rational approaches--based on genetic engineering techniques--to design live attenuated vaccines against some of these viral agents. In addition, the use of different negative-strand RNA viruses as vectors to efficiently express foreign polypeptides has also become feasible, and these novel vectors have potential applications in disease prevention as well as in gene therapy.

A conditionally replicating HIV-1 vector interferes with wild-type HIV-1 replication and spread.

Defective-interfering viruses are known to modulate virus pathogenicity. We describe conditionally replicating HIV-1 (crHIV) vectors that interfere with wild-type HIV-1 (wt-HIV) replication and spread. crHIV vectors are defective-interfering HIV genomes that do not encode viral proteins and replicate only in the presence of wt-HIV helper virus. In cells that contain both wt-HIV and crHIV genomes, the latter are shown to have a selective advantage for packaging into progeny virions because they contain ribozymes that cleave wt-HIV RNA but not crHIV RNA. A crHIV vector containing a triple anti-U5 ribozyme significantly interferes with wt-HIV replication and spread. crHIV vectors are also shown to undergo the full viral replicative cycle after complementation with wt-HIV helper-virus. The application of defective interfering crHIV vectors may result in competition with wt-HIVs and decrease pathogenic viral loads in vivo.

Peptide methionine sulfoxide reductase contributes to the maintenance of adhesins in three major pathogens.

Pathogenic bacteria rely on adhesins to bind to host tissues. Therefore, the maintenance of the functional properties of these extracellular macromolecules is essential for the pathogenicity of these microorganisms. We report that peptide methionine sulfoxide reductase (MsrA), a repair enzyme, contributes to the maintenance of adhesins in Streptococcus pneumoniae, Neisseria gonorrhoeae, and Escherichia coli. A screen of a library of pneumococcal mutants for loss of adherence uncovered a MsrA mutant with 75% reduced binding to GalNAcbeta1-4Gal containing eukaryotic cell receptors that are present on type II lung cells and vascular endothelial cells. Subsequently, it was shown that an E. coli msrA mutant displayed decreased type I fimbriae-mediated, mannose-dependent, agglutination of erythrocytes. Previous work [Taha, M. K., So, M., Seifert, H. S., Billyard, E. & Marchal, C. (1988) EMBO J. 7, 4367-4378] has shown that mutants with defects in the pilA-pilB locus from N. gonorrhoeae were altered in their production of type IV pili. We show that pneumococcal MsrA and gonococcal PilB expressed in E. coli have MsrA activity. Together these data suggest that MsrA is required for the proper expression or maintenance of functional adhesins on the surfaces of these three major pathogenic bacteria.

Human immunodeficiency virus (HIV) type 2-mediated inhibition of HIV type 1: a new approach to gene therapy of HIV-infection.

Human immunodeficiency virus (HIV) type 2, the second AIDS-associated human retrovirus, differs from HIV-1 in its natural history, infectivity, and pathogenicity, as well as in details of its genomic structure and molecular behavior. We report here that HIV-2 inhibits the replication of HIV-1 at the molecular level. This inhibition was selective, dose-dependent, and nonreciprocal. The closely related simian immunodeficiency provirus also inhibited HIV-1. The selectivity of inhibition was shown by the observation that HIV-2 did not significantly downmodulate the expression of the unrelated murine leukemia virus; neither did the murine leukemia virus markedly affect HIV-1 or HIV-2 expression. Moreover, while HIV-2 potently inhibited HIV-1, the reverse did not happen, thus identifying yet another and remarkable difference between HIV-1 and HIV-2. Mutational analysis of the HIV-2 genome suggested that the inhibition follows a complex pathway, possibly involving multiple genes and redundant mechanisms. Introduction of inactivating mutations into the structural and regulatory/accessory genes did not render the HIV-2 provirus ineffective. Some of the HIV-2 gene defects, such as that of tat and rev genes, were phenotypically transcomplemented by HIV-1. The HIV-2 proviruses with deletions in the putative packaging signal and defective for virus replication were effective in inducing the suppressive phenotype. Though the exact mechanism remains to be defined, the inhibition appeared to be mainly due to an intracellular molecular event because it could not be explained solely on the basis of cell surface receptor mediated interference. The results support the notion that the inhibition likely occurred at the level of viral RNA, possibly involving competition between viral RNAs for some transcriptional factor essential for virus replication. Induction of a cytokine is another possibility. These findings might be relevant to the clinical-epidemiological data suggesting that infection with HIV-2 may offer some protection against HIV-1 infection.

Treatment of a human breast cancer xenograft with an adenovirus vector containing an interferon gene results in rapid regression due to viral oncolysis and gene therapy.

Treatment of a human breast cancer cell line (MDA-MB-435) in nude mice with a recombinant adenovirus containing the human interferon (IFN) consensus gene, IFN-con1 (ad5/IFN), resulted in tumor regression in 100% of the animals. Tumor regression occurred when virus was injected either within 24 hr of tumor cell implantation or with established tumors. However, regression of the tumor was also observed in controls in which either the wild-type virus or a recombinant virus containing the luciferase gene was used, although tumor growth was not completely suppressed. Tumor regression was accompanied by a decrease in p53 expression. Two other tumors, the human myelogenous leukemic cell line K562 and the hamster melanoma tumor RPMI 1846, also responded to treatment but only with ad5/IFN. In the case of K562 tumors, there was complete regression of the tumor, and tumors derived from RPMI 1846 showed partial regression. We propose that the complete regression of the breast cancer with the recombinant virus ad5/IFN was the result of two events: viral oncolysis in which tumor cells are being selectively lysed by the replication-competent virus and the enhanced effect of expression of the IFN-con1 gene. K562 and RPMI 1846 tumors regressed only as a result of IFN gene therapy. This was confirmed by in vitro analysis. Our results indicate that a combination of viral oncolysis with a virus of low pathogenicity, itself resistant to the effects of IFN and IFN gene therapy, might be a fruitful approach to the treatment of a variety of different tumors, in particular breast cancers.

Hyphal development in Neurospora crassa: involvement of a two-component histidine kinase.

Two-component signal transduction systems are most often found in prokaryotic organisms where they are responsible for mediating the cellular responses to many environmental stimuli. These systems are composed of an autophosphorylating histidine kinase and a response regulator. We have found evidence for the existence of two-component histidine kinases in the eukaryotic filamentous fungus Neurospora crassa based on screening with degenerate primers to conserved regions of these signaling proteins. Subsequent cloning and sequencing of one member of this newly discovered group, nik-1+, shows that the predicted protein sequence shares homology with both the kinase and response regulator modules of two-component signaling proteins. In addition, the N-terminal region of the protein has a novel repeating 90-amino acid motif. Deletion of the nik-1+ gene in N. crassa results in an organism that displays aberrant hyphal structure, which is enhanced under conditions of high osmostress. Increased osmotic pressure during growth on solid medium leads to restricted colonial growth, loss of aerial hyphae formation, and no subsequent conidiophore development. This finding may have implications for mechanisms of fungal colonization and pathogenicity.

Identification of a virulence locus encoding a second type III secretion system in Salmonella typhimurium.

Mapping the insertion points of 16 signature-tagged transposon mutants on the Salmonella typhimurium chromosome led to the identification of a 40-kb virulence gene cluster at minute 30.7. This locus is conserved among all other Salmonella species examined but is not present in a variety of other pathogenic bacteria or in Escherichia coli K-12. Nucleotide sequencing of a portion of this locus revealed 11 open reading frames whose predicted proteins encode components of a type III secretion system. To distinguish between this and the type III secretion system encoded by the inv/spa invasion locus known to reside on a pathogenicity island, we refer to the inv/spa locus as Salmonella pathogenicity island (SPI) 1 and the new locus as SPI2. SPI2 has a lower G+C content than that of the remainder of the Salmonella genome and is flanked by genes whose products share greater than 90% identity with those of the E. coli ydhE and pykF genes. Thus SPI2 was probably acquired horizontally by insertion into a region corresponding to that between the ydhE and pykF genes of E. coli. Virulence studies of SPI2 mutants have shown them to be attenuated by at least five orders of magnitude compared with the wild-type strain after oral or intraperitoneal inoculation of mice.

Elicitins from Phytophthora and basic resistance in tobacco.

Elicitins are a family of small proteins secreted by species of Phytophthora. They are thought to be major determinants of the resistance response of tobacco against these oomycetes, since purified elicitins, alone and at low concentrations, can induce vigorous defense responses in tobacco (i.e., hypersensitive cell death and resistance against subsequent pathogen attack), and in vitro elicitin production by Phytophthora isolates is strongly negatively correlated with their pathogenicity on tobacco plants. A number of elicitins have been purified and their amino acid sequences have been determined and found to be conserved. A three-dimensional structure for elicitin is emerging from nuclear magnetic resonance studies. Two structural classes, alpha and beta, are distinguished by their biological effects when applied to decapitated stems or petioles; the beta class causes more necrosis on leaves and provides better subsequent protection against pathogen attack. However, both these classes of elicitins will similarly cause necrosis when each is, instead, directly infiltrated into tobacco leaf panels. Effects of elicitins on tobacco cells include rapid electrolyte leakage, changes in protein phosphorylation and amounts of active oxygen species, and later production of ethylene and capsidiol. The sites of initial interaction with tobacco cells are unknown, but the interaction appears to induce general defense-related responses.

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.

Determinação de biomarcadores de aflatoxina B1 e aplicabilidade na avaliação da eficiência de adsorventes em frangos de corte

As aflatoxinas são metabólitos secundários produzidos por fungos toxigênicos das espécies Aspergillus flavus, A. parasiticus e A. nomius. São amplamente encontradas em matérias-primas de rações animais, em especial o milho, e têm a capacidade de levar a quadros clínicos agudos ou crônicos de aflatoxicose, caracterizados por, desde a morte por hepatite aguda até a diminuição do desempenho zootécnico por diminuição de peso ou consumo de ração. A aflatoxina B1 tem sido considerada o metabólito mais perigoso, uma vez que possui alto poder hepatotóxico, além de ser mutagênica e carcinogênica. Atualmente a ciência trabalha rumo à descoberta de substâncias que sejam indicadoras confiáveis de contaminação por componentes tóxicos em homens e em animais, os chamados biomarcadores, que medem uma mudança celular, biológica ou molecular em um meio biológico (tecidos humanos, células ou fluídos) que fornecem informação a respeito de uma doença ou exposição a uma determinada substância. Sua detecção pode auxiliar na identificação, no diagnóstico e no tratamento de indivíduos afetados que podem estar sob risco, mas ainda não exibem os sintomas. Sendo assim, com o auxílio de análises que confirmem a patogenicidade da aflatoxina B1 (determinação da atividade de enzimas hepáticas, da avaliação da função renal, de hematologia, da dosagem de minerais séricos e da avaliação de desempenho zootécnico), o objetivo deste trabalho foi avaliar a aplicabilidade da determinação de resíduos hepáticos de aflatoxinas e do aduto sérico AFB1-lisina na avaliação da eficiência de adsorventes em frangos de corte. Utilizou-se 240 pintos de 1 dia, machos, de linhagem Cobb 500®, distribuídos aleatoriamente em 4 dietas experimentais: Controle Negativo: Ração Basal (RB); RB + 0,5% de adsorvente ((aluminosilicato de cálcio e sódio hidratado/HSCAS); RB + 0,5% de adsorvente + 500 µg de AFB1/kg de ração e; RB + 500 µg de AFB1/kg de ração.Os resultados experimentais mostram que o efeito deletério da AFB1, na concentração utilizada, é mais pronunciado que os efeitos protetores do HSCAS sobre os parâmetros de saúde dos animais. Não houve ação efetiva do adsorvente utilizado sobre quase nenhuma variável estudada, apenas para a redução das lesões histopatológicas em fígado, na redução da concentração de gama-glutamiltransferase (GGT), fósforo e aumento da contagem de hemáceas aos 21 dias de idade. Porém, influenciou positivamente a redução de resíduos hepáticos de aflatoxina G1 aos 21 dias e as concentrações de AFB1-lisina sérica aos 21 e aos 42 dias de idade. Estes dados são importantes porque permite concluir que, embora sintomatologicamente o HSCAS não tenha exercido função efetiva, molecularmente foi capaz de mostrar de eficácia sobre os alguns biomarcadores de aflatoxinas no organismo das aves

Ocorrência e caracterização de Giardia e Cryptosporidium em águas captadas para abastecimento público no município de Cajamar-SP e avaliação do risco

Introdução: O risco à saúde humana ocasionado pela contaminação biológica de águas captadas para abastecimento público é realçado pela ocorrência de surtos de doenças associadas aos protozoários Giardia e Cryptosporidium, que possuem baixas doses infecciosas e alta capacidade de sobrevivência no ambiente, além de serem capazes de resistir ao processo tradicional de desinfecção da água (cloração). Partindo-se da hipótese de que há um risco elevado de infecção por estes protozoários pela ingestão de água tratada por métodos convencionais e que fazem uso de mananciais superficiais impactados por contaminação biológica, resultando num possível incremento da incidência de diarréias, este estudo se propôs a verificar a ocorrência destes protozoários em águas captadas para abastecimento público no município de Cajamar-SP, caracterizar sua patogenicidade e avaliar o risco associado ao seu consumo através da água tratada. Métodos: Foram coletadas 48 amostras do ribeirão dos Cristais no ponto de captação da estação de tratamento de água, semanalmente, durante 12 meses (de 16/05/2013 a 21/05/2014). A detecção e a análise da concentração dos protozoários foram realizadas de acordo com Método 1623.1 da United States Environmental Protection Agency e a extração e caracterização dos espécies/genótipos de Giardia e Cryptosporidium foi realizada através metodologias moleculares e seqüenciamento. O risco de infecção pela ingestão de cistos de Giardia e oocistos de Cryptosporidium presentes na água tratada foi calculado usando a ferramenta da Avaliação Quantitativa do Risco Microbiológico, a partir dos dados de concentração dos patógenos obtidos pelo Método 1623.1, eficiência de remoção dos (oo)cistos durante o processo convencional de tratamento da água, modelo dose-resposta e taxa de ingestão diária de água para indivíduos menores de 5 anos e maiores de 21 anos. Resultados: Cistos de Giardia foram detectados em 83,3% das amostras (40/48), com concentrações variando desde o limite de detecção (<0,1) até 8,6 cistos/L. Oocistos de Cryptosporidium foram etectados em 37,5% das amostras (18/48), com concentrações variando desde o limite de detecção (<0,1) até 2 oocistos/L. As espécies/genótipos encontrados (Giardia intestinalis A e B e Cryptosporidium parvum e hominis) são característicos de contaminação antrópica e são frequentemente identificados em estudos epidemiológicos como responsáveis por surtos. A estimativa do risco anual de infecção por Giardia foi de 3,3x10-3 (IC95% 4,6x10-3) para crianças e de 11,5x10-3 (IC95% 13,3x10-3) para adultos, enquanto o risco por Cryptosporidium foi de 1,1x10-3 (IC95% 1,7x10-3) para crianças e de 3,9x10-3 (IC95% 5,0x10-3) para adultos. O incremento da incidência de diarréias foi observado no cenário de estudo após um acidente que resultou em transbordamento de esgotos não tratados no manancial, coincidindo com o aumento na detecção de (oo)cistos. Conclusão: Os resultados evidenciaram que a vulnerabilidade do ribeirão dos Cristais a contaminações biológicas pode culminar em um risco elevado de infecção e adoecimento por Giardia e Cryptosporidium através da ingestão de água tratada. Portanto, o caso é preocupante, tanto do ponto de vista do tratamento e abastecimento de água potável, quanto da degradação e contaminação do manancial, evidenciando a necessidade de se estabelecer medidas de intervenção direcionadas a promover a qualidade da água e garantir sua segurança