A proteome signature for intrauterine growth restriction derived from multifactorial analysis of mass spectrometry-based cord blood serum profiling

Intrauterine growth restriction (IUGR) is defined as a condition in which the fetus does not reach its genetically given growth potential, resulting in low birth weight. IUGR is an important cause of perinatal morbidity and mortality, thus contributing substantially to medically indicated preterm birth in order to prevent fetal death. We subjected umbilical cord blood serum samples either belonging to the IUGR group (n = 15) or to the control group (n = 15) to fractionation by affinity chromatography using a bead system with hydrophobic interaction capabilities. So prepared protein mixtures were analyzed by MALDI-TOF mass spectrometric profiling. The six best differentiating ion signals at m/z 8205, m/z 8766, m/z 13 945, m/z 15 129, m/z 15 308, and m/z 16 001 were collectively assigned as IUGR proteome signature. Separation confidence of our IUGR proteome signature reached a sensitivity of 0.87 and a specificity of 0.93. Assignment of ion signals in the mass spectra to specific proteins was substantiated by SDS-PAGE in conjunction with peptide mass fingerprint analysis of cord blood serum proteins. One constituent of this proteome signature, apolipoprotein C-III(0) , a derivative lacking glycosylation, has been found more abundant in the IUGR cord blood serum samples, irrespective of gestational age. Hence, we suggest apolipoprotein C-III(0) as potential key-marker of the here proposed IUGR proteome signature, as it is a very low-density lipoprotein (VLDL) and high-density lipoprotein (HDL) member and as such involved in triglyceride metabolism that itself is discussed as being of importance in IUGR pathogenesis. Our results indicate that subtle alterations in protein glycosylation need to be considered for improving our understanding of the pathomechanisms in IUGR.

Identification of animal Pasteurellaceae by MALDI-TOF mass spectrometry

Species of the family Pasteurellaceae play an important role as primary or opportunistic animal pathogens. In veterinary diagnostic laboratories identification of this group of bacteria is mainly done by phenotypic assays while genetic identification based on housekeeping genes is mostly used for research and particularly important diagnostic samples. MALDI-TOF MS seems to represent a promising alternative to the currently practiced cumbersome, phenotypic diagnostics carried out in many veterinary diagnostic laboratories. We therefore assessed its application for animal associated members of the family Pasteurellaceae. The Bruker Biotyper 3.0 database was complemented with reference spectra of clinically relevant as well as commensal animal Pasteurellaceae species using generally five strains per species or subspecies and tested for its diagnostic potential with additional, well characterized field isolates. About 250 strains comprising 15 genera and more than 40 species and subspecies were included in the study, covering most representatives of the family. A high discrimination at the genus and species level was observed. Problematic discrimination was only observed with some closely related species and subspecies. MALDI-TOF MS was shown to represent a highly potent method for the diagnosis of this group of animal pathogens, combining speed, precision and low running costs.

OMA and OPA—Software-Supported Mass Spectra Analysis of Native and Modified Nucleic Acids

The platform-independent software package consisting of the oligonucleotide mass assembler (OMA) and the oligonucleotide peak analyzer (OPA) was created to support the analysis of oligonucleotide mass spectra. It calculates all theoretically possible fragments of a given input sequence and annotates it to an experimental spectrum, thus, saving a large amount of manual processing time. The software performs analysis of precursor and product ion spectra of oligonucleotides and their analogues comprising user-defined modifications of the backbone, the nucleobases, or the sugar moiety, as well as adducts with metal ions or drugs. The ability to expand the library of building blocks and to implement individual structural variations makes it extremely useful for supporting the analysis of therapeutically active compounds. The functionality of the software tool is demonstrated on the examples of a platinated doublestranded oligonucleotide and a modified RNA sequence. Experiments also reveal the unique dissociation behavior of platinated higher-order DNA structures.

Highlights in Analytical Chemistry in Switzerland: OMA & OPA - A Software Tool for Mass Spectrometric Sequencing of Nucleic Acids

Oligonucleotides comprising unnatural building blocks, which interfere with the translation machinery, have gained increased attention for the treatment of gene-related diseases (e.g. antisense, RNAi). Due to structural modifications, synthetic oligonucleotides exhibit increased biostability and bioavailability upon administration. Consequently, classical enzyme-based sequencing methods are not applicable to their sequence elucidation and verification. Tandem mass spectrometry is the method of choice for performing such tasks, since gas-phase dissociation is not restricted to natural nucleic acids. However, tandem mass spectrometric analysis can generate product ion spectra of tremendous complexity, as the number of possible fragments grows rapidly with increasing sequence length. The fact that structural modifications affect the dissociation pathways greatly increases the variety of analytically valuable fragment ions. The gas-phase dissociation of oligonucleotides is characterized by the cleavage of one of the four bonds along the phosphodiester chain, by the accompanying loss of nucleases, and by the generation of internal fragments due to secondary backbone cleavage. For example, an 18-mer oligonucleotide yields a total number of 272’920 theoretical fragment ions. In contrast to the processing of peptide product ion spectra, which nowadays is highly automated, there is a lack of tools assisting the interpretation of oligonucleotide data. The existing web-based and stand-alone software applications are primarily designed for the sequence analysis of natural nucleic acids, but do not account for chemical modifications and adducts. Consequently, we developed a software to support the interpretation of mass spectrometric data of natural and modified nucleic acids and their adducts with chemotherapeutic agents.

Separation of small metabolites and lipids in spectra from biopsies by diffusion-weighted HR-MAS NMR: a feasibility study.

High Resolution Magic Angle Spinning (HR-MAS) NMR allows metabolic characterization of biopsies. HR-MAS spectra from tissues of most organs show strong lipid contributions that are overlapping metabolite regions, which hamper metabolite estimation. Metabolite quantification and analysis would benefit from a separation of lipids and small metabolites. Generally, a relaxation filter is used to reduce lipid contributions. However, the strong relaxation filter required to eliminate most of the lipids also reduces the signals for small metabolites. The aim of our study was therefore to investigate different diffusion editing techniques in order to employ diffusion differences for separating lipid and small metabolite contributions in the spectra from different organs for unbiased metabonomic analysis. Thus, 1D and 2D diffusion measurements were performed, and pure lipid spectra that were obtained at strong diffusion weighting (DW) were subtracted from those obtained at low DW, which include both small metabolites and lipids. This subtraction yielded almost lipid free small metabolite spectra from muscle tissue. Further improved separation was obtained by combining a 1D diffusion sequence with a T2-filter, with the subtraction method eliminating residual lipids from the spectra. Similar results obtained for biopsies of different organs suggest that this method is applicable in various tissue types. The elimination of lipids from HR-MAS spectra and the resulting less biased assessment of small metabolites have potential to remove ambiguities in the interpretation of metabonomic results. This is demonstrated in a reproducibility study on biopsies from human muscle.

Measurement of negatively charged pion spectra in inelastic p+p interactions at plab = 20, 31, 40, 80 and 158 GeV/c

We present experimental results on inclusive spectra and mean multiplicities of negatively charged pions produced in inelastic p+p interactions at incident projectile momenta of 20, 31, 40, 80 and 158GeV/c (√s = 6.3, 7.7,8.8, 12.3 and 17.3GeV, respectively). The measurements were performed using the large acceptance NA61/SHINE hadron spectrometer at the CERN super proton synchrotron. Two-dimensional spectra are determined in terms of rapidity and transverse momentum. Their properties such as the width of rapidity distributions and the inverse slope parameter of transverse mass spectra are extracted and their collision energy dependences are presented. The results on inelastic p+p interactions are compared with the corresponding data on central Pb+Pb collisions measured by the NA49 experiment at the CERNSPS. The results presented in this paper are part of the NA61/SHINE ion program devoted to the study of the properties of the onset of deconfinement and search for the critical point of strongly interacting matter. They are required for interpretation of results on nucleus–nucleus and proton–nucleus collisions.

Characterization of OSIRIS NAC filters for the interpretation of multispectral data of comet 67P/Churyumov-Gerasimenko

Context. We interpret multicolor data from OSIRIS NAC for the remote-sensing exploration of comet 67P/Churyumov-Gerasimenko. Aims. We determine the most meaningful definition of color maps for the characterization of surface variegation with filters available on OSIRIS NAC. Methods. We analyzed laboratory spectra of selected minerals and olivine-pyroxene mixtures seen through OSIRIS NAC filters, with spectral methods existing in the literature: reflectance ratios, minimum band wavelength, spectral slopes, band tilt, band curvature, and visible tilt. Results. We emphasize the importance of reflectance ratios and particularly the relation of visible tilt vs. band tilt. This technique provides a reliable diagnostic of the presence of silicates. Color maps constructed by red-green-blue colors defined with the green, orange, red, IR, and Fe2O3 filters let us define regions that may significantly differ in composition.

Neutron spectrometry using artificial neural networks for a bonner sphere spectrometer with 3He detector

Neutron spectra unfolding and dose equivalent calculation are complicated tasks in radiation protection, are highly dependent of the neutron energy, and a precise knowledge on neutron spectrometry is essential for all dosimetry-related studies as well as many nuclear physics experiments. In previous works have been reported neutron spectrometry and dosimetry results, by using the ANN technology as alternative solution, starting from the count rates of a Bonner spheres system with a LiI(Eu) thermal neutrons detector, 7 polyethylene spheres and the UTA4 response matrix with 31 energy bins. In this work, an ANN was designed and optimized by using the RDANN methodology for the Bonner spheres system used at CIEMAT Spain, which is composed of a He neutron detector, 12 moderator spheres and a response matrix for 72 energy bins. For the ANN design process a neutrons spectra catalogue compiled by the IAEA was used. From this compilation, the neutrons spectra were converted from lethargy to energy spectra. Then, the resulting energy ?uence spectra were re-binned by using the MCNP code to the corresponding energy bins of the He response matrix before mentioned. With the response matrix and the re-binned spectra the counts rate of the Bonner spheres system were calculated and the resulting re-binned neutrons spectra and calculated counts rate were used as the ANN training data set.

New Intermediate band sulphide nanoparticles acting in the full visible light range spectra as an active photocatalyst

Nowadays one of the challenges of materials science is to find new technologies that will be able to make the most of renewable energies. An example of new proposals in this field are the intermediate-band (IB) materials, which promise higher efficiencies in photovoltaic applications (through the intermediate band solar cells), or in heterogeneous photocatalysis (using nanoparticles of them, for the light-induced degradation of pollutants or for the efficient photoevolution of hydrogen from water). An IB material consists in a semiconductor in which gap a new level is introduced [1], the intermediate band (IB), which should be partially filled by electrons and completely separated of the valence band (VB) and of the conduction band (CB). This scheme (figure 1) allows an electron from the VB to be promoted to the IB, and from the latter to the CB, upon absorption of photons with energy below the band gap Eg, so that energy can be absorbed in a wider range of the solar spectrum and a higher current can be obtained without sacrificing the photovoltage (or the chemical driving force) corresponding to the full bandgap Eg, thus increasing the overall efficiency. This concept, applied to photocatalysis, would allow using photons of a wider visible range while keeping the same redox capacity. It is important to note that this concept differs from the classic photocatalyst doping principle, which essentially tries just to decrease the bandgap. This new type of materials would keep the full bandgap potential but would use also lower energy photons. In our group several IB materials have been proposed, mainly for the photovoltaic application, based on extensively doping known semiconductors with transition metals [2], examining with DFT calculations their electronic structures. Here we refer to In2S3 and SnS2, which contain octahedral cations; when doped with Ti or V an IB is formed according to quantum calculations (see e.g. figure 2). We have used a solvotermal synthesis method to prepare in nanocrystalline form the In2S3 thiospinel and the layered compound SnS2 (which when undoped have bandgaps of 2.0 and 2.2 eV respectively) where the cation is substituted by vanadium at a ?10% level. This substitution has been studied, characterizing the materials by different physical and chemical techniques (TXRF, XRD, HR-TEM/EDS) (see e.g. figure 3) and verifying with UV spectrometry that this substitution introduces in the spectrum the sub-bandgap features predicted by the calculations (figure 4). For both sulphide type nanoparticles (doped and undoped) the photocatalytic activity was studied by following at room temperature the oxidation of formic acid in aqueous suspension, a simple reaction which is easily monitored by UV-Vis spectroscopy. The spectral response of the process is measured using a collection of band pass filters that allow only some wavelengths into the reaction system. Thanks to this method the spectral range in which the materials are active in the photodecomposition (which coincides with the band gap for the undoped samples) can be checked, proving that for the vanadium substituted samples this range is increased, making possible to cover all the visible light range. Furthermore it is checked that these new materials are more photocorrosion resistant than the toxic CdS witch is a well know compound frequently used in tests of visible light photocatalysis. These materials are thus promising not only for degradation of pollutants (or for photovoltaic cells) but also for efficient photoevolution of hydrogen from water; work in this direction is now being pursued.

A function using cubic splines for the analysis of alpha--particles spectra from silicon detectors

A function based on the characteristics of the alpha-particle lines obtained with silicon semiconductor detectors and modi"ed by using cubic splines is proposed to parametrize the shape of the peaks. A reduction in the number of parameters initially considered in other proposals was carried out in order to improve the stability of the optimization process. It was imposed by the boundary conditions for the cubic splines term. This function was then able to describe peaks with highly anomalous shapes with respect to those expected from this type of detector. Some criteria were implemented to correctly determine the area of the peaks and their errors. Comparisons with other well-established functions revealed excellent agreement in the "nal values obtained from both "ts. Detailed studies on reliability of the "tting results were carried out and the application of the function is proposed. Although the aim was to correct anomalies in peak shapes, the peaks showing the expected shapes were also well "tted. Accordingly, the validity of the proposal is quite general in the analysis of alpha-particle spectrometry with semiconductor detectors.

Plasma dynamics studies by mass spectrometry techniques

We present temporal information obtained by mass spectrometry techniques about the evolution of plasmas generated by laser filamentation in air. The experimental setup used in this work allowed us to study not only the dynamics of the filament core but also of the energy reservoir that surrounds it. Furthermore, valuable insights about the chemistry of such systems like the photofragmentation and/or formation of molecules were obtained. The interpretation of the experimental results are supported by PIC simulations.

Mass spectrometry of ribosomes and ribosomal subunits

Nanoflow electrospray ionization has been used to introduce intact Escherichia coli ribosomes into the ion source of a mass spectrometer. Mass spectra of remarkable quality result from a partial, but selective, dissociation of the particles within the mass spectrometer. Peaks in the spectra have been assigned to individual ribosomal proteins and to noncovalent complexes of up to five component proteins. The pattern of dissociation correlates strongly with predicted features of ribosomal protein–protein and protein–RNA interactions. The spectra allow the dynamics and state of folding of specific proteins to be investigated in the context of the intact ribosome. This study demonstrates a potentially general strategy to probe interactions within complex biological assemblies.

Ice as a matrix for IR-matrix-assisted laser desorption/ionization: mass spectra from a protein single crystal.

Lasers emitting in the ultraviolet wavelength range of 260-360 nm are almost exclusively used for matrix-assisted laser desorption/ionization mass spectrometry (MALDI-MS) of macromolecules. Reports about the use of lasers emitting in the infrared first appeared in 1990/1991. In contrast to MALDI in the ultraviolet, a very limited number of reports on IR-MALDI have since been published. Several matrices have been identified for infrared MALDI yielding spectra of a quality comparable to those obtained in the ultraviolet. Water (ice) was recognized early as a potential matrix because of its strong O-H stretching mode near 3 microm. Interest in water as matrix derives primarily from the fact that it is the major constituent of most biological tissues. If functional as matrix, it might allow the in situ analysis of macromolecular constituents in frozen cell sections without extraction or exchanging the water. We present results that show that IR-MALDI of lyophilized proteins, air dried protein solutions, or protein crystals up to a molecular mass of 30 kDa is possible without the addition of any separate matrix. Samples must be frozen to retain a sufficient fraction of the water of hydration in the vacuum. The limited current sensitivity, requiring at least 10 pmol of protein for a successful analysis needs to be further improved.

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.

The imprint of the crustal magnetic field on the thermal spectra and pulse profiles of isolated neutron stars

Isolated neutron stars (NSs) show a bewildering variety of astrophysical manifestations, presumably shaped by the magnetic field strength and topology at birth. Here, using state-of-the-art calculations of the coupled magnetic and thermal evolution of NSs, we compute the thermal spectra and pulse profiles expected for a variety of initial magnetic field configurations. In particular, we contrast models with purely poloidal magnetic fields to models dominated by a strong internal toroidal component. We find that, while the former displays double-peaked profiles and very low pulsed fractions, in the latter, the anisotropy in the surface temperature produced by the toroidal field often results in a single pulse profile, with pulsed fractions that can exceed the 50–60 per cent level even for perfectly isotropic local emission. We further use our theoretical results to generate simulated ‘observed’ spectra, and show that blackbody (BB) fits result in inferred radii that can be significantly smaller than the actual NS radius, even as low as ∼1–2 km for old NSs with strong internal toroidal fields and a high absorption column density along their line of sight. We compute the size of the inferred BB radius for a few representative magnetic field configurations, NS ages and magnitudes of the column density. Our theoretical results are of direct relevance to the interpretation of X-ray observations of isolated NSs, as well as to the constraints on the equation of state of dense matter through radius measurements.