Microbiota Promotes Chronic Pulmonary Inflammation by Enhancing IL-17A and Autoantibodies

RATIONALE Changes in the pulmonary microbiota are associated with progressive respiratory diseases including chronic obstructive pulmonary disease. Whether there is a causal relationship between these changes and disease progression remains unknown. OBJECTIVE To investigate the link between an altered microbiota and disease, we utilized a model of chronic lung inflammation in specific pathogen free (SPF) mice and mice depleted of microbiota by antibiotic treatment or devoid of a microbiota (axenic). METHODS Mice were challenged with LPS/elastase intranasally over 4 weeks, resulting in a chronically inflamed and damaged lung. The ensuing cellular infiltration, histological damage and decline in lung function were quantified. MEASUREMENTS AND MAIN RESULTS Similar to human disease, the composition of the pulmonary microbiota was altered in disease animals. We found that the microbiota richness and diversity were decreased in LPS/Elastase-treated mice, with an increased representation of the genera Pseudomonas, Lactobacillus and a reduction in Prevotella. Moreover, the microbiota was implicated in disease development as mice depleted of microbiota exhibited an improvement in lung function, reduction in airway inflammation, decrease in lymphoid neogenesis and auto-reactive antibody responses. The absence of microbial cues also markedly decreased the production of IL-17A, whilst intranasal transfer of fluid enriched with the pulmonary microbiota isolated from diseased mice enhanced IL-17A production in the lungs of antibiotic treated or axenic recipients. Finally, in mice harboring a microbiota, neutralizing IL-17A dampened inflammation and restored lung function. CONCLUSIONS Collectively, our data indicate that host-microbial cross-talk promotes inflammation and could underlie the chronicity of inflammatory lung diseases.

Thalassiosira weissflogii attachment assay and phylogenetic affiliation of bacterial isolates from samples of the German Wadden Sea

Aggregation of algae, mainly diatoms, is an important process in marine systems leading to the settling of particulate organic carbon predominantly in the form of marine snow. Exudation products of phytoplankton form transparent exopolymer particles (TEP), which acts as the glue for particle aggregation. Heterotrophic bacteria interacting with phytoplankton may influence TEP formation and phytoplankton aggregation. This bacterial impact has not been explored in detail. We hypothesized that bacteria attaching to Thalassiosira weissflogii might interact in a yet-to-be determined manner, which could impact TEP formation and aggregate abundance. The role of individual T. weissflogii-attaching and free-living new bacterial isolates for TEP production and diatom aggregation was investigated in vitro. T. weissflogii did not aggregate in axenic culture, and striking differences in aggregation dynamics and TEP abundance were observed when diatom cultures were inoculated with either diatom-attaching or free-living bacteria. The data indicated that free-living bacteria might not influence aggregation whereas bacteria attaching to diatom cells may increase aggregate formation. Interestingly, photosynthetically inactivated T. weissflogii cells did not aggregate regardless of the presence of bacteria. Comparison of aggregate formation, TEP production, aggregate sinking velocity and solid hydrated density revealed remarkable differences. Both, photosynthetically active T. weissflogii and specific diatom-attaching bacteria were required for aggregation. It was concluded that interactions between heterotrophic bacteria and diatoms increased aggregate formation and particle sinking and thus may enhance the efficiency of the biological pump.

Hydrostatic pressure affects aggregate transformation and organic carbon transport: in and beyond the twilight zone: Experiment December 2010

This work aimed to explore evaluated the effects of the increased of hydrostatic pressure on a defined bacterial community on aggregates formed from an axenic culture of marine diatoms by simulating sedimentation to the deep sea by increase of hydrostatic pressure up to 30 bar (equivalent to 3000 m water depth) against control at ambient surface pressure. Our hypothesis was that microbial colonization and community composition and thus microbial OM turnover is greatly affected by changes in hydrostatic pressure during sinking to the deep ocean.

Circulation of the Plasma Membrane in Dictyostelium

We have developed a fluorimetric assay with the use of the dye FM1-43 to determine the rate at which Dictyostelium amoebae endocytose their surface membrane. Our results show that they do so about once each 4–10 min. A clathrin null mutant takes its surface up only ∼30% more slowly, showing that this membrane uptake cannot be caused by clathrin-coated vesicles. Surprisingly, Ax2 and its parent, NC4, which differ in their rates of fluid-phase internalization by ∼60-fold, take up their surfaces at the same rates. These results show that, in axenic cells, the uptake of fluid and of surface area are separate processes. The large activity of this new endocytic cycle in both Ax2 and NC4 amoebae appears capable of delivering sufficient new surface area to advance the cells’ fronts during migration.

Rhizosphere Bacteria Enhance Selenium Accumulation and Volatilization by Indian Mustard1

Indian mustard (Brassica juncea L.) accumulates high tissue Se concentrations and volatilizes Se in relatively nontoxic forms, such as dimethylselenide. This study showed that the presence of bacteria in the rhizosphere of Indian mustard was necessary to achieve the best rates of plant Se accumulation and volatilization of selenate. Experiments with the antibiotic ampicillin showed that bacteria facilitated 35% of plant Se volatilization and 70% of plant tissue accumulation. These results were confirmed by inoculating axenic plants with rhizosphere bacteria. Compared with axenic controls, plants inoculated with rhizosphere bacteria had 5-fold higher Se concentrations in roots (the site of volatilization) and 4-fold higher rates of Se volatilization. Plants with bacteria contained a heat-labile compound in their root exudate; when this compound was added to the rhizosphere of axenic plants, Se accumulation in plant tissues increased. Plants with bacteria had an increased root surface area compared with axenic plants; the increased area was unlikely to have caused their increased tissue Se accumulation because they did not accumulate more Se when supplied with selenite or selenomethionine. Rhizosphere bacteria also possibly increased plant Se volatilization because they enabled plants to overcome a rate-limiting step in the Se volatilization pathway, i.e. Se accumulation in plant tissues.

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.

Quantitative assessment of sense and antisense transcripts from genes involved in antigenic variation (vsp genes) and encystation (cwp 1 gene) of Giardia lamblia clone GS/M-83-H7.

Antigenic variation of the intestinal protozoan parasite Giardia lamblia is caused by an exchange of the parasite's variant surface protein (VSP) coat. Many investigations on antigenic variation were performed with G. lamblia clone GS/M-83-H7 which produces surface antigen VSP H7. To generate novel information on giardial vsp gene transcription, vsp RNA levels were assessed by quantitative reverse transcription-(RT)-PCR in both axenic VSP H7-type trophozoites and subvariants obtained after negative selection of GS/M-83-H7 trophozoites by treatment with a cytotoxic, VSP H7-specific monoclonal antibody. Our investigation was not restricted to the assessment of the sense vsp transcript levels but also included an approach aimed at the detection of complementary antisense vsp transcripts within the two trophozoite populations. We found that sense vsp H7 RNA predominated in VSP H7-type trophozoites while sense RNA from only one (vsp IVg) of 8 subvariant vsp genes totally analysed predominated in subvariant-type trophozoites. Interestingly, the two trophozoite populations exhibited a similar relative distribution regarding the vsp H7 and vsp IVg antisense RNA molecules. An analogous sense versus antisense RNA pattern was also observed when the transcripts of gene cwp 1 (encoding cyst wall protein 1) were investigated. Here, both types of RNA molecules only appeared after cwp 1 had been induced through in vitro encystation of the parasite. These findings for the first time demonstrated that giardial antisense RNA production did not occur in a constitutive manner but was directly linked to complementary sense RNA production after activation of the respective gene systems.

Tissue-specific gene expression in soybean (Glycine max) detected by cDNA microarray analysis

We have constructed cDNA microarrays for soybean (Glycine max L. Merrill), containing approximately 4,100 Unigene ESTs derived from axenic roots, to evaluate their application and utility for functional genomics of organ differentiation in legumes. We assessed microarray technology by conducting studies to evaluate the accuracy of microarray data and have found them to be both reliable and reproducible in repeat hybridisations. Several ESTs showed high levels (>50 fold) of differential expression in either root or shoot tissue of soybean. A small number of physiologically interesting, and differentially expressed sequences found by microarray analysis were verified by both quantitative real-time RT-PCR and Northern blot analysis. There was a linear correlation (r(2) = 0.99, over 5 orders of magnitude) between microarray and quantitative real-time RT-PCR data. Microarray analysis of soybean has enormous potential not only for the discovery of new genes involved in tissue differentiation and function, but also to study the expression of previously characterised genes, gene networks and gene interactions in wild-type, mutant or transgenic; plants.

Reconsidering the use of photosynthetic bacteria for removal of sulfide from wastewater

The feasibility of using photosynthetic sulfide-oxidizing bacteria to remove sulfide from wastewater in circumstances where axenic cultures are unrealistic has been completely reconsidered on the basis of known ecophysiological data, and the principles of photobioreactor and chemical reactor engineering. This has given rise to the development of two similar treatment concepts relying on biofilms dominated by green sulfur bacteria (GSB) that develop on the exterior of transparent surfaces suspended in the wastewater. The GSB are sustained and selected for by radiant energy in the band 720 - 780 nm, supplied from within the transparent surface. A model of one of these concepts was constructed and with it the reactor concept was proven. The dependence of sulfide-removal rate on bulk sulfide concentration has been ascertained. The maximum net areal sulfide removal rate was 2.23 g m(-2) day(-1) at a bulk sulfide concentration of 16.5 mg L-1 and an incident irradiance of 1.51 W m(-2). The system has a demonstrated capacity to mitigate surges in sulfide load, and appears to use much less radiant power than comparable systems. The efficacy with which this energy was used for sulfide removal was 1.47 g day(-1) W-1. The biofilm was dominated by GSB, and evidence gathered indicated that other types of phototrophs were not present. (C) 2004 Wiley Periodicals, Inc.

CgDN24: A gene involved in hyphal development in the fungal phytopathogen Colletotrichum gloeosporioides

A cDNA corresponding to a transcript induced in culture by N starvation, was identified in Colletotrichum gloeosporioides by a differential hybridisation strategy. The cDNA comprised 905 bp and predicted a 215 aa protein; the gene encoding the cDNA was termed CgDN24. No function for CgDN24 could be predicted by database homology searches using the cDNA sequence and no homologues were found in the sequenced fungal genomes. Transcripts of CgDN24 were detected in infected leaves of Stylosanthes guianensis at stages of infection that corresponded with symptom development. The CgDN24 gene was disrupted by homologous recombination and this led to reduced radial growth rates and the production of hyphae with a hyperbranching phenotype. Normal sporutation was observed, and following conidia inoculation of S. guianensis, normal disease development was obtained. These results demonstrate that CgDN24 is necessary for normal hyphal development in axenic culture but dispensable for phytopathogenicity. (c) 2005 Elsevier GmbH. Alt rights reserved.

Effects of nitrogen source and ectomycorrhizal association on growth and delta N-15 of two subtropical Eucalyptus species from contrasting ecosystems

Ectomycorrhizal (EM) associations facilitate plant nitrogen (N) acquisition, but the contribution of EM associations to tree N nutrition is difficult to ascertain in ecosystems. We studied the abilities of subtropical EM fungi and nutritionally contrasting Eucalyptus species, Eucalyptus grandis W. Hill ex Maiden and Eucalyptus racemosa Cav, to use N sources in axenic and soil cultures, and determined the effect of EM fungi on plant N use and plant N-15 natural abundance (delta N-15). As measured by seedling growth, both species showed little dependence on EM when growing in the N-rich minerotrophic soil from E. grandis rainforest habitat or in axenic culture with inorganic N sources. Both species were heavily dependent on EM associations when growing in the N-poor, organotrophic soil from the E. racemosa wallum habitat or in axenic culture with organic N sources. In axenic culture, EM associations enabled both species to use organic N when supplied with amide-, peptide- or protein-N. Grown axenically with glutamine- or protein-N, delta N-15 of almost all seedlings was lower than source N. The delta N-15 of all studied organisms was higher than the N source when grown on glutathione. This unexpected N-15 enrichment was perhaps due to preferential uptake of an N moiety more N-15-enriched than the bulk molecular average. Grown with ammonium-N, the delta N-15 of non-EM seedlings was mostly higher than that of source N. In contrast, the delta N-15 of EM seedlings was mostly lower than that of source N, except at the lowest ammonium concentration. Discrimination against N-15 was strongest when external ammonium concentration was high. We suggest that ammonium assimilation via EM fungi may be the cause of the often observed distinct foliar delta N-15 of EM and non-EM species, rather than use of different N sources by species with different root specialisations. In support of this notion, delta N-15 of soil and leaves in the rainforest were similar for E. grandis and co-occurring non-mycorrhizal Proteaceae. In contrast, in wallum forest, E. racemosa leaves and roots were strongly N-15-depleted relative to wallum soil and Proteaceae leaves. We conclude that foliar delta N-15 may be used in conjunction with other ecosystem information as a rapid indicator of plant dependency on EM associations for N acquisition.

The microbial ecology of cow slurry in vermiculture beds

The suitability of cow slurry as a substrate for vermicomposting by Eisenia fetida was investigated. Particular attention was given to the effects of the earthworm on the decomposition and stabilisation of the slurry; and to the interactions between E. fetida and the microflora of the substrate. Assessment of the chemical and microbiological changes in cow slurry stored under forced aeration, and subsequently in shallow trays, showed that neither method was suitable for the treatment of slurry. A comparison of two methods of vermicomposting showed that top-feeding of slurry was more efficient in promoting earthworm growth and cocoon production than the mixing of slurry with solid materials. Management practices were found to have an important influence on the efficiency of the process. An investigation o:f the effect of E. fetida. on the decomposition of slurry indicated that the presence of this earthworm enhanced the stabilisation of the substrate and increased the plant-available nitrogen content. Specific nutritional interactions were observed between E. fetida and micro-organisms in sand/cellulose microcosms. The earthworms were found to be feeding directly upon the cells of certain micro-organisms. Other species were found to be toxic to E. fetida.. A technique was developed :for the production of axenic E. fetida., and the use of such earthworms in :feeding experiments confirmed the importance of some micro-organisms in earthworm nutrition. The seeding of vermiculture beds with one such micro-organism stimulated earthworm growth and consumption of the substrate. Vermicomposted mixtures of cow slurry and spent mushroom compost were shown to have potential application as casing materials in mushroom cultivation. The findings of this study indicate the suitability of vermicomposting as a method for the stabilisation of intensively-produced cow slurry, and give some indication of the importance of micro-organisms in the nutrition of E. fetida.

Unravelling metabolism of Leishmania by metabolomics

The leishmaniases are neglected tropical diseases with an urgent need for effective drugs. Better understanding of the metabolism of the causative parasites will hopefully lead to development of new compounds targeted at critical points of the parasite’s biochemical pathways. In my work I focused on the pentose phosphate pathway of Leishmania, specifically on transketolase, sugar utilisation, and comparison between insect and mammalian infective stages of the parasites. The pentose phosphate pathway (PPP) is the major cellular source of NADPH, an agent critical for oxidative stress defence. The PPP uses glucose, reduces the NADP+ cofactor and produces various sugar phosphates by mutual interconversions. One of the enzymes involved in this latter part is transketolase (TKT). A Leishmania mexicana cell line deleted in transketolase (Δtkt) was assessed regarding viability, sensitivity to a range of drugs, changes in metabolism, and infectivity. The Δtkt cell line had no obvious growth defect in the promastigote stage, but it was more sensitive to an oxidative stress inducing agent and most of the drugs tested. Most importantly, the Δtkt cells were not infective to mice, establishing TKT as a new potential drug target. Metabolomic analyses revealed multiple changes as a consequence of TKT deletion. Levels of the PPP intermediates upstream of TKT increased substantially, and were diverted into additional reactions. The perturbation triggered further changes in metabolism, resembling the ‘stringent metabolic response’ of amastigotes. The Δtkt cells consumed less glucose and glycolytic intermediates were decreased indicating a decrease in flux, and metabolic end products were diminished in production. The decrease in glycolysis was possibly caused by inhibition of fructose-1,6-bisphosphate aldolase by accumulation of the PPP intermediates 6-phosphogluconate and ribose 5-phosphate. The TCA cycle was fuelled by alternative carbon sources, most likely amino acids, instead of glucose. It remains unclear why deletion of TKT is lethal for amastigotes, increased sensitivity to oxidative stress or drop in mannogen levels may contribute, but no definite conclusions can be made. TKT localisation indicated interesting trends too. The WT enzyme is present in the cytosol and glycosomes, whereas a mutant version, truncated by ten amino acids, but retaining a C-terminal targeting sequence, localised solely to glycosomes. Surprisingly, cells expressing purely cytosolic or glycosomal TKT did not have different phenotypes regarding growth, oxidative stress sensitivity or any detected changes in metabolism. Hence, control of the subcellular localisation remains unclear as well as its function. However, these data are in agreement with the presumed semipermeable nature of the glycosome. Further, L. mexicana promastigote cultures were grown in media with different combinations of labelled glucose and ribose and their incorporation into metabolism was followed. Glucose was the preferred carbon source, but when not available, it could be fully replaced with ribose. I also compared metabolic profiles from splenic amastigotes, axenic amastigotes and promastigotes of L. donovani. Metabolomic analysis revealed a substantial drop in amino acids and other indications coherent with a stringent metabolic response in amastigotes. Despite some notable differences, axenic and splenic amastigotes demonstrated fairly similar results both regarding the total metabolic profile and specific metabolites of interest.

First metabolomic approach of the epiphytic bacteria-marine diatom Haslea ostrearia relationships

The marine diatom Haslea ostrearia [1] produces a water-soluble blue-pigment named marennine [2] of economic interest. But the lack of knowledge of the ecological conditions, under which this microalga develops in its natural ecosystem, more especially bacteria H. ostrearia interactions, prevents any optimization of its culture in well-controlled conditions. The structure of the bacterial community was analyzed by PCR-TTGE before and after the isolation of H. ostrearia cells recovered from 4 localities, to distinguish the relative part of the biotope and the biocenose and eventually to describe the temporal dynamic of the structure of the bacterial community at two time-scales. The differences in genetic fingerprints, more especially high between two H. ostrearia isolates (HO-R and HO-BM) showed also the highest differences in the bacterial structure [3] as the result of specific metabolomics profiles. The non-targeted metabolomic investigation showed that these profiles were more distinct in case of bacteria-alga associations than for the H. ostrearia monoculture Here we present a Q-TOF LC/MS metabolomic fingerprinting approach [3]: - to investigate differential metabolites of axenic versus non axenic H. ostrearia cultures. - to focus on the specific metabolites of a bacterial surrounding associated with the activation or inhibition of the microalga growing. The Agilent suite of data processing software makes feature finding, statistical analysis, and identification easier. This enables rapid transformation of complex raw data into biologically relevant metabolite information.

Preliminary metabolomic approach on the bacterial structure community of Haslea ostrearia

The marine diatom Haslea ostrearia [1] produces a water-soluble blue-pigment named marennine [2] of economic interest. But the lack of knowledge of the ecological conditions, under which this microalga develops in its natural ecosystem, more especially bacteria H. ostrearia interactions, prevents any optimization of its culture in well-controlled conditions. The structure of the bacterial community was analyzed by PCR-TTGE before and after the isolation of H. ostrearia cells recovered from 4 localities, to distinguish the relative part of the biotope and the biocenose and eventually to describe the temporal dynamic of the structure of the bacterial community at two time-scales. The differences in genetic fingerprints, more especially high between two H. ostrearia isolates (HO-R and HO-BM) showed also the highest differences in the bacterial structure [3] as the result of specific metabolomics profiles. The non-targeted metabolomic investigation showed that these profiles were more distinct in case of bacteria-alga associations than for the H. ostrearia monoculture Here we present a Q-TOF LC/MS metabolomic fingerprinting approach [3]: - to investigate differential metabolites of axenic versus non axenic H. ostrearia cultures. - to focus on the specific metabolites of a bacterial surrounding associated with the activation or inhibition of the microalga growing. The Agilent suite of data processing software makes feature finding, statistical analysis, and identification easier. This enables rapid transformation of complex raw data into biologically relevant metabolite information.