Gonadal development in the freshwater crab Sylviocarcinus pictus (H. Milne Edwards, 1853) (Brachyura: Trichodactylidae) from the Guamá river, state of Pará, Brazil

Os estádios de desenvolvimento das gônadas de machos e fêmeas de caranguejos Sylviocarcinus pictus (H. Milne Eduards, 1853) foram descritos por meio de observações macroscópicas e microscópicas (técnica histológica). A descrição histológica foi baseada em 40 espécimes (20 de cada sexo). Foram identificados quatro estádios de desenvolvimento para as fêmeas: imaturo, em maturação, maturo e em reabsorção. As seguintes células foram encontradas: ovogônias, ovócitos em vitelogênese inicial, ovócitos em vitelogênese avançada, células foliculares e folículos pós-ovulatórios. Três estádios de desenvolvimento foram encontrados para os machos: imaturo, em maturação e maturo, com indicação de: espermatogônias, espermatócitos, espermátides, espermatozóides e espermatóforos. Tais dados sugerem o padrão descrito na literatura. O tamanho da maturidade sexual foi de 32,3 mm de largura da carapaça para machos e 31,5 mm para fêmeas. Os estádios gonadais observados macroscopicamente por meio do volume e da coloração das gônadas foram validados pela análise histológica, sendo um critério útil e ágil para a identificação da maturidade sexual para a espécie. O presente estudo oferece informações inéditas sobre a biologia reprodutiva de Sylviocarcinus pictus.

Compostos fenólicos de Paepalanthus geniculatus (Eriocaulaceae)

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Isolation and characterisation of aerobic endospore forming Bacilli from sugarcane rhizosphere for the selection of strains with agriculture potentialities

Eighteen aerobic endospore forming strains were isolated from sugarcane rhizosphere in N-free medium. A phenotypic description and analysis of the 5' end hypervariable region sequences of 16S rRNA revealed a high diversity of Bacillus and related genera. Isolates were identified, and four genera were obtained: seven strains belonged to Bacillus (Bacillaceae family), four belonged to Paenibacillus, six belonged to Brevibacillus and one strain was identified as Cohnella (Paenibacillaceae family). Four Brevibacillus strains showed in vitro inhibitory activity against plant pathogens fungi Curvularia and Fusarium. Seventy-four percent of the isolated bacteria grew on pectin as the only carbon source, showing polygalacturonase activity. Pectate lyase activity was detected for the first time in a Brevibacillus genus strain. All isolates showed endoglucanase activity. Calcium phosphate solubilisation was positive in 83.3% of the isolates, with higher values than those reported for Bacillus inorganic phosphate solubilising strains. High ethylene plant hormone secretion in the culture medium was detected in 22% of the bacteria. This is the first report of ethylene secretion in Paenibacillaceae isolates. Indole-3-acetic acid production was found in a Brevibacillus genus isolate. It was reported for the first time the presence of Cohnella genus strain on sugarcane rhizosphere bearing plant growth promoting traits. The sugarcane isolate Brevibacillus B65 was identified as a plant growth inoculant because it showed wider spectra of plant stimulation capabilities, including an antifungal effect, extracellular hydrolases secretion, inorganic phosphate solubilisation and plant hormone liberation. In this work, sugarcane was shown to be a suitable niche for finding aerobic endospore forming 'Bacilli' with agriculture biotechnological purposes.

Advances in methods to detect, isolate and quantify foodborne pathogens

Foodborne diseases impact human health and economies worldwide in terms of health care and productivity loss. Prevention is necessary and methods to detect, isolate and quantify foodborne pathogens play a fundamental role, changing continuously to face microorganisms and food production evolution. Official methods are mainly based on microorganisms growth in different media and their isolation on selective agars followed by confirmation of presumptive colonies through biochemical and serological test. A complete identification requires form 7 to 10 days. Over the last decades, new molecular techniques based on antibodies and nucleic acids allow a more accurate typing and a faster detection and quantification. The present thesis aims to apply molecular techniques to improve official methods performances regarding two pathogens: Shiga-like Toxin-producing Escherichia coli (STEC) and Listeria monocytogenes. In 2011, a new strain of STEC belonging to the serogroup O104 provoked a large outbreak. Therefore, the development of a method to detect and isolate STEC O104 is demanded. The first objective of this work is the detection, isolation and identification of STEC O104 in sprouts artificially contaminated. Multiplex PCR assays and antibodies anti-O104 incorporated in reagents for immunomagnetic separation and latex agglutination were employed. Contamination levels of less than 1 CFU/g were detected. Multiplex PCR assays permitted a rapid screening of enriched food samples and identification of isolated colonies. Immunomagnetic separation and latex agglutination allowed a high sensitivity and rapid identification of O104 antigen, respectively. The development of a rapid method to detect and quantify Listeria monocytogenes, a high-risk pathogen, is the second objective. Detection of 1 CFU/ml and quantification of 10–1,000 CFU/ml in raw milk were achieved by a sample pretreatment step and quantitative PCR in about 3h. L. monocytogenes growth in raw milk was also evaluated.

Early Warning For Large Earthquakes: Observations, Models and Real-Time Data Analysis

This thesis is a collection of works focused on the topic of Earthquake Early Warning, with a special attention to large magnitude events. The topic is addressed from different points of view and the structure of the thesis reflects the variety of the aspects which have been analyzed. The first part is dedicated to the giant, 2011 Tohoku-Oki earthquake. The main features of the rupture process are first discussed. The earthquake is then used as a case study to test the feasibility Early Warning methodologies for very large events. Limitations of the standard approaches for large events arise in this chapter. The difficulties are related to the real-time magnitude estimate from the first few seconds of recorded signal. An evolutionary strategy for the real-time magnitude estimate is proposed and applied to the single Tohoku-Oki earthquake. In the second part of the thesis a larger number of earthquakes is analyzed, including small, moderate and large events. Starting from the measurement of two Early Warning parameters, the behavior of small and large earthquakes in the initial portion of recorded signals is investigated. The aim is to understand whether small and large earthquakes can be distinguished from the initial stage of their rupture process. A physical model and a plausible interpretation to justify the observations are proposed. The third part of the thesis is focused on practical, real-time approaches for the rapid identification of the potentially damaged zone during a seismic event. Two different approaches for the rapid prediction of the damage area are proposed and tested. The first one is a threshold-based method which uses traditional seismic data. Then an innovative approach using continuous, GPS data is explored. Both strategies improve the prediction of large scale effects of strong earthquakes.

Entwicklung und Evaluierung von Methoden zur zeitnahen Identifizierung weinrelevanter Mikroorganismen

Hefen der Gattung Saccharomyces und Milchsäurebakterien sind bei der Weinbereitung von besonderer Bedeutung. Neben der alkoholischen Gärung sind Hefen an der Ausbildung von Aromastoffen beteiligt. Milchsäurebakterien spielen eine Rolle beim biologischen Säureabbau (malolaktische Fermentation), können jedoch aufgrund ihrer Stoffwechseleigenschaft weitere Aromamodifikationen bewirken. Die Zusammensetzung der mikrobiellen Flora zu verschiedenen Zeitpunkten der Weinbereitung hat einen direkten Einfluss auf die Qualität der Weine, welche sich sowohl positiv als auch negativ verändern kann. Daher ist die zuverlässige Identifizierung und Differenzierung verschiedener Mikroorganismen auf Art- aber auch Stamm-Ebene während der Vinifikation von Bedeutung.rnDer erste Teil dieser Arbeit beschäftigte sich mit der Differenzierung von Hefearten der Gattung Saccharomyces, welche mit Hilfe konventioneller Methoden nicht eindeutig identifiziert werden können. Unter Verwendung des DNA-Fingerprintverfahrens Specifically Amplified Polymorphic DNA (SAPD)-PCR sowie der Matrix-Assisted-Laser-Desorption/Ionization-Time-Of-Flight-Mass-Spectrometry (MALDI-TOF-MS) war eine Differenzierung dieser taxonomisch sehr nah verwandten Arten möglich. Weiterhin konnten interspezifische Hybridstämme detektiert werden. In diesem Zusammenhang wurde der Hybridcharakter des Stammes NCYC 3739 (S. cerevisiae x kudriavzevii) entdeckt. Um die Elternspezies eines Hybridstamms zuverlässig zu bestimmen, sind weiterführende Genanalysen notwendig. Hierzu konnte eine Restriktionsfragmentlängenpolymorphismus (RFLP)-Analyse verschiedener genetischer Marker erfolgreich herangezogen werden.rnIm Rahmen dieser Arbeit wurde weiterhin ein Schnellidentifizierungssystem zum Nachweis weinrelevanter Milchsäurebakterien entwickelt. Mit Hilfe der Sequence Characterized Amplified Region (SCAR)-Technik konnten artspezifische Primer generiert werden, welche auf der Grundlage charakteristischer Fragmente der SAPD-PCR abgeleitet wurden. Durch die Anwendung dieser Primer in einer Multiplex-PCR-Reaktion war die Detektion verschiedener, einerseits häufig in Wein vorkommender und andererseits potentiell an der Ausbildung von Weinfehlern beteiligter Milchsäurebakterien-Arten möglich. Die ermittelte Nachweisgrenze dieser Methode lag mit 10^4 - 10^5 Zellen/ml im Bereich der Zelltiter, die in Most und Wein anzutreffen sind. Anhand der Untersuchung verschiedener Weinproben von Winzern in Rheinhessen wurde die Praxistauglichkeit dieser Methode demonstriert. rnUm die gesamten Milchsäurebakterien-Population im Verlauf der Weinbereitung zu kontrollieren, kann die Denaturierende Gradienten-Gelelektrophorese herangezogen werden. Hierzu wurden in dieser Arbeit Primer zur Amplifikation eines Teilbereichs des rpoB-Gens abgeleitet, da dieses Gen eine Alternative zur 16S rDNA darstellt. Die DNA-Region erwies sich als geeignet, um zahlreiche weinrelevante Milchsäurebakterien-Arten zu differenzieren. In einigen ersten Versuchen konnte gezeigt werden, dass diese Methode für eine praktische Anwendung in Frage kommt.rnOenococcus oeni ist das wichtigste Milchsäurebakterien während der malolaktischen Fermentation und wird häufig in Form kommerzieller Starterkulturen eingesetzt. Da verschiedene Stämme unterschiedliche Eigenschaften aufweisen können, ist es von Bedeutung, die Identität eines bestimmten Stammes zweifelsfrei feststellen zu können. Anhand der Analyse verschiedener O. oeni-Stämme aus unterschiedlichen Weinbaugebieten konnte gezeigt werden, dass sowohl die nested SAPD-PCR als auch die MALDI-TOF-MS genügend Sensitivität aufweisen, um eine Unterscheidung auf Stamm-Ebene zu ermöglichen, wobei die mittels nSAPD-PCR ermittelten Distanzen der Stämme zueinander mit deren geographischer Herkunft korrelierte.rnDie in der vorliegenden Arbeit entwickelten Methoden können dazu beitragen, den Prozess der Weinherstellung besser zu kontrollieren und so eine hohe Qualität des Endproduktes zu gewährleisten.rn

Inhibition of IL-1, IL-6, and TNF-alpha in immune-mediated inflammatory diseases

Blockade of cytokines, particularly of tumour necrosis factor alpha (TNF-alpha), in immuno-inflammatory diseases, has led to the greatest advances in medicine of recent years. We did a thorough review of the literature with a focus on inflammation models in rodents on modified gene expression or bioactivity for IL-1, IL-6, and TNF-alpha, and we summarized the results of randomized controlled clinical trials in human disease. What we have learned herewith is that important information can be achieved by the use of animal models in complex, immune-mediated diseases. However, a clear ranking for putative therapeutic targets appears difficult to obtain from an experimental approach alone. This is primarily due to the fact that none of the disease models has proven to cover more than one crucial pathogenetic aspect of the complex cascade of events leading to characteristic clinical disease signs and symptoms. This supports the notion that the addressed human immune-mediated diseases are polygenic and the summation of genetic, perhaps epigenetic, and environmental factors. Nevertheless, it has become apparent, so far, that TNF-alpha is of crucial importance in the development of antigen-dependent and antigen-independent models of inflammation, and that these results correlate well with clinical success. With some delay, clinical trials in conditions having some relationship with rheumatoid arthritis (RA) indicate new opportunities for blocking IL-1 or IL-6 therapeutically. It appears, therefore, that a translational approach with critical, mutual reflection of simultaneously performed experiments and clinical trials is important for rapid identification of new targets and development of novel treatment options in complex, immune-mediated, inflammatory diseases.

Data Quality Assessment of Ungated Flow Cytometry Data in High

Background: The recent development of semi-automated techniques for staining and analyzing flow cytometry samples has presented new challenges. Quality control and quality assessment are critical when developing new high throughput technologies and their associated information services. Our experience suggests that significant bottlenecks remain in the development of high throughput flow cytometry methods for data analysis and display. Especially, data quality control and quality assessment are crucial steps in processing and analyzing high throughput flow cytometry data. Methods: We propose a variety of graphical exploratory data analytic tools for exploring ungated flow cytometry data. We have implemented a number of specialized functions and methods in the Bioconductor package rflowcyt. We demonstrate the use of these approaches by investigating two independent sets of high throughput flow cytometry data. Results: We found that graphical representations can reveal substantial non-biological differences in samples. Empirical Cumulative Distribution Function and summary scatterplots were especially useful in the rapid identification of problems not identified by manual review. Conclusions: Graphical exploratory data analytic tools are quick and useful means of assessing data quality. We propose that the described visualizations should be used as quality assessment tools and where possible, be used for quality control.

Diagnosis and therapy of acute hemorrhage in patients with pelvic fractures

Within the past 15 years, significant advances in the imaging of multiorgan and complex trauma primarily due to the improvement of cross-sectional imaging have resulted in the optimization of the expedient diagnosis and management of the polytrauma patient. At the forefront, multidetector computed tomography (MDCT) has become the cornerstone of modern emergency departments and trauma centers. In many institutions, MDCT is the de facto diagnostic tool upon trauma activation. In the setting of pelvic imaging, MDCT (with its high spatial resolution and sensitivity as well as short acquisition times) allows for rapid identification and assessment of pelvic hemorrhage leading to faster triage and definitive management. In trauma centers throughout the world, angiography and minimally invasive catheter-based embolization techniques performed by interventional radiologists have become the standard of care for patients with acute pelvic trauma and related multiorgan hemorrhage. In an interdisciplinary setting, embolization may be performed either alone or as an adjunct procedure with open or closed reduction and stabilization techniques. A team-based approach involving multiple disciplines (e.g., radiology, traumatology, orthopedic surgery, intensive care medicine) is crucial to monitor and treat the actively bleeding patient appropriately.

A clinical prediction model to identify patients at high risk of death in the emergency department.

PURPOSE Rapid assessment and intervention is important for the prognosis of acutely ill patients admitted to the emergency department (ED). The aim of this study was to prospectively develop and validate a model predicting the risk of in-hospital death based on all available information available at the time of ED admission and to compare its discriminative performance with a non-systematic risk estimate by the triaging first health-care provider. METHODS Prospective cohort analysis based on a multivariable logistic regression for the probability of death. RESULTS A total of 8,607 consecutive admissions of 7,680 patients admitted to the ED of a tertiary care hospital were analysed. Most frequent APACHE II diagnostic categories at the time of admission were neurological (2,052, 24 %), trauma (1,522, 18 %), infection categories [1,328, 15 %; including sepsis (357, 4.1 %), severe sepsis (249, 2.9 %), septic shock (27, 0.3 %)], cardiovascular (1,022, 12 %), gastrointestinal (848, 10 %) and respiratory (449, 5 %). The predictors of the final model were age, prolonged capillary refill time, blood pressure, mechanical ventilation, oxygen saturation index, Glasgow coma score and APACHE II diagnostic category. The model showed good discriminative ability, with an area under the receiver operating characteristic curve of 0.92 and good internal validity. The model performed significantly better than non-systematic triaging of the patient. CONCLUSIONS The use of the prediction model can facilitate the identification of ED patients with higher mortality risk. The model performs better than a non-systematic assessment and may facilitate more rapid identification and commencement of treatment of patients at risk of an unfavourable outcome.

Terrestrial Radar Interferometric Measurement of Hillslope Deformation and Atmospheric Disturbances in the Illgraben Debris-Flow Catchment, Switzerland

We describe a method for rapid identification and precise quantification of slope deformation using a portable radar interferometer. A rockslide with creep-like behavior was identified in the rugged and inaccessible headwaters of the Illgraben debris-flow catchment, located in the Central Swiss Alps. The estimated volume of the moving rock mass was approximately 0.5 x 10(6) m(3) with a maximum daily (3-D) displacement rate of 3 mm. Fast scene acquisition in the order of 6 s/scene led to uniquely precise mapping of spatial and temporal variability of atmospheric phase delay. Observations led to a simple qualitative model for prediction of atmospheric disturbances using a simple model for solar radiation, which can be used for advanced campaign planning for short observation periods (hours to days).

Neuroanatomical correlates of tube dependency and impaired oral intake after hemispheric stroke.

BACKGROUND AND PURPOSE Acute stroke patients with severely impaired oral intake are at risk of malnutrition and dehydration. Rapid identification of these patients is necessary to establish early enteral tube feeding. Whether specific lesion location predicts early tube dependency was analysed, and the neural correlates of impaired oral intake after hemispheric ischaemic stroke were assessed. METHODS Tube dependency and functional oral intake were evaluated with a standardized comprehensive swallowing assessment within the first 48 h after magnetic resonance imaging proven first-time acute supratentorial ischaemic stroke. Voxel-based lesion symptom mapping (VLSM) was performed to compare lesion location between tube-dependent patients versus patients without tube feeding and impaired versus unimpaired oral intake. RESULTS Out of 119 included patients 43 (36%) had impaired oral intake and 12 (10%) were tube dependent. Both tube dependency and impaired oral intake were significantly associated with a higher National Institutes of Health Stroke Scale score and larger infarct volume and these patients had worse clinical outcome at discharge. Clinical characteristics did not differ between left and right hemispheric strokes. In the VLSM analysis, mildly impaired oral intake correlated with lesions of the Rolandic operculum, the insular cortex, the superior corona radiata and to a lesser extent of the putamen, the external capsule and the superior longitudinal fascicle. Tube dependency was significantly associated with affection of the anterior insular cortex. CONCLUSIONS Mild impairment of oral intake correlates with damage to a widespread operculo-insular swallowing network. However, specific lesions of the anterior insula lead to severe impairment and tube dependency and clinicians might consider early enteral tube feeding in these patients.

An antisense approach to phenotype-based gene cloning in Tetrahymena

We report a pioneering approach using Tetrahymena thermophila that permits rapid identification of genes based on their null or hypomorphic phenotypes. This technique involves cell transformation with a library of plasmids that encode 26S ribosomal subunits containing short insertions. The insertions correspond to antisense sequences for a large number of genes. The majority of cells each acquires a single antisense sequence, which silences a single genomic locus. Because the insertion site within the ribosomal sequence is known, the silenced gene is easily amplified. We demonstrate that this approach can be used to identify genes required for dense core granule exocytosis.

Characterizations of diverse residue clusters in protein three-dimensional structures.

We present new methods for identifying and analyzing statistically significant residue clusters that occur in three-dimensional (3D) protein structures. Residue clusters of different kinds occur in many contexts. They often feature the active site (e.g., in substrate binding), the interface between polypeptide units of protein complexes, regions of protein-protein and protein-nucleic acid interactions, or regions of metal ion coordination. The methods are illustrated with 3D clusters centering on four themes. (i) Acidic or histidine-acidic clusters associated with metal ions. (ii) Cysteine clusters including coordination of metals such as zinc or iron-sulfur structures, cysteine knots prominent in growth factors, multiple sets of buried disulfide pairings that putatively nucleate the hydrophobic core, or cysteine clusters of mostly exposed disulfide bridges. (iii) Iron-sulfur proteins and charge clusters. (iv) 3D environments of multiple histidine residues. Study of diverse 3D residue clusters offers a new perspective on protein structure and function. The algorithms can aid in rapid identification of distinctive sites, suggest correlations among protein structures, and serve as a tool in the analysis of new structures.

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.