Species identification, distributioin and reproductive interactions of common smoot-hound and blackspotted smooth-hound shark (Genus mustelus) in the Adriatic Sea

Longstanding taxonomic ambiguity and uncertainty exist in the identification of the common (M. mustelus) and blackspotted (M. punctulatus) smooth-hound in the Adriatic Sea. The lack of a clear and accurate method of morphological identification, leading to frequent misidentification, prevents the collation of species-specific landings and survey data for these fishes and hampers the delineation of the distribution ranges and stock boundaries of the species. In this context, adequate species-specific conservation and management strategies can not be applied without risks of population declining and local extinction. In this thesis work I investigated the molecular ecology of the two smooth-hound sharks which are abundant in the demersal trawl surveys carried out in the NC Adriatic Sea to monitor and assess the fishery resources. Ecological and evolutionary relationships were assessed by two molecular tests: a DNA barcoding analysis to improve species identification (and consequently the knowledge of their spatial ecology and taxonomy) and a hybridization assay based on the nuclear codominant marker ITS2 to evaluate reproductive interactions (hybridization or gene introgression). The smooth-hound sharks (N=208) were collected during the MEDITS 2008 and 2010 campaigns along the Italian and Croatian coasts of the Adriatic Sea, in the Sicilian Channel and in the Algerian fisheries. Since the identification based on morphological characters is not strongly reliable, I performed a molecular identification of the specimens producing for each one the cytochrome oxidase subunit 1 (COI) gene sequence (ca. 640 bp long) and compared them with reference sequences from different databases (GenBank and BOLD). From these molecular ID data I inferred the distribution of the two target species in the NC Adriatic Sea. In almost the totality of the MEDITS hauls I found no evidence of species sympatry. The data collected during the MEDITS survey showed an almost different distribution of M. mustelus (confined along the Italian coasts) and M. punctulatus (confined along the Croatian coasts); just one sample (Gulf of Venice, where probably the ranges of the species overlap) was found to have catches of both the species. Despite these data results suggested no interaction occurred between my two target species at least during the summertime (the period in which MEDITS survey is carried out), I still wanted to know if there were inter-species reproductive interactions so I developed a simple molecular genetic method to detect hybridization. This method is based on DNA sequence polymorphism among species in the nuclear ribosomal Internal Transcribed Spacer 2 locus (ITS2). Its application to the 208 specimens collected raised important questions regarding the ecology of this two species in the Adriatic Sea. In fact results showed signs of hybridization and/or gene introgression in two sharks collected during the trawl survey of 2008 and one collected during the 2010 one along the Italian and Croatian coasts. In the case that it will be confirmed the hybrid nature of these individuals, a spatiotemporal overlapping of the mating behaviour and ecology must occur. At the spatial level, the northern part of the Adriatic Sea (an area where the two species occur with high frequency of immature individuals) could likely play the role of a common nursery area for both species.

Systematics, phylogeny and biogeography of Juncaginaceae

I investigated the systematics, phylogeny and biogeographical history of Juncaginaceae, a small family of the early-diverging monocot order Alismatales which comprises about 30 species of annual and perennial herbs. A wide range of methods from classical taxonomy to molecular systematic and biogeographic approaches was used. rnrnIn Chapter 1, a phylogenetic analysis of the family and members of Alismatales was conducted to clarify the circumscription of Juncaginaceae and intrafamilial relationships. For the first time, all accepted genera and those associated with the family in the past were analysed together. Phylogenetic analysis of three molecular markers (rbcL, matK, and atpA) showed that Juncaginaceae are not monophyletic. As a consequence the family is re-circumscribed to exclude Maundia which is pro-posed to belong to a separate family Maundiaceae, reducing Juncaginaceae to include Tetroncium, Cycnogeton and Triglochin. Tetroncium is weakly supported as sister to the rest of the family. The reinstated Cycnogeton (formerly included in Triglochin) is highly supported as sister to Triglochin s.str. Lilaea is nested within Triglochin s. str. and highly supported as sister to the T. bulbosa complex. The results of the molecular analysis are discussed in combination with morphological characters, a key to the genera of the family is given, and several new combinations are made.rnrnIn Chapter 2, phylogenetic relationships in Triglochin were investigated. A species-level phylogeny was constructed based on molecular data obtained from nuclear (ITS, internal transcribed spacer) and chloroplast sequence data (psbA-trnH, matK). Based on the phylogeny of the group, divergence times were estimated and ancestral distribution areas reconstructed. The monophyly of Triglochin is confirmed and relationships between the major lineages of the genus were resolved. A clade comprising the Mediterranean/African T. bulbosa complex and the American T. scilloides (= Lilaea s.) is sister to the rest of the genus which contains two main clades. In the first, the widespread T. striata is sister to a clade comprising annual Triglochin species from Australia. The second clade comprises T. palustris as sister to the T. maritima complex, of which the latter is further divided into a Eurasian and an American subclade. Diversification in Triglochin began in the Miocene or Oligocene, and most disjunctions in Triglochin were dated to the Miocene. Taxonomic diversity in some clades is strongly linked to habitat shifts and can not be observed in old but ecologically invariable lineages such as the non-monophyletic T. maritima.rnrnChapter 3 is a collaborative revision of the Triglochin bulbosa complex, a monophyletic group from the Mediterranean region and Africa. One new species, Triglochin buchenaui, and two new subspecies, T. bulbosa subsp. calcicola and subsp. quarcicola, from South Africa were described. Furthermore, two taxa were elevated to species rank and two reinstated. Altogether, seven species and four subspecies are recognised. An identification key, detailed descriptions and accounts of the ecology and distribution of the taxa are provided. An IUCN conservation status is proposed for each taxon.rnrnChapter 4 deals with the monotypic Tetroncium from southern South America. Tetroncium magellanicum is the only dioecious species in the family. The taxonomic history of the species is described, type material is traced, and a lectotype for the name is designated. Based on an extensive study of herbarium specimens and literature, a detailed description of the species and notes on its ecology and conservation status are provided. A detailed map showing the known distribution area of T. magellanicum is presented. rnrnIn Chapter 5, the flower structure of the rare Australian endemic Maundia triglochinoides (Maundiaceae, see Chapter 1) was studied in a collaborative project. As the morphology of Maundia is poorly known and some characters were described differently in the literature, inflorescences, flowers and fruits were studied using serial mictrotome sections and scanning electron microscopy. The phylogenetic placement, affinities to other taxa, and the evolution of certain characters are discussed. As Maundia exhibits a mosaic of characters of other families of tepaloid core Alismatales, its segregation as a separate family seems plausible.

Keratitis resulting from Thielavia subthermophila Mouchacca

PURPOSE: The purpose of this study was to report the first case of fungal keratitis resulting from Thielavia sp. METHODS: We conducted a retrospective chart review. RESULTS: A 10-year old girl presented 2 weeks after ocular plant injury with pain and corneal stromal infiltration with central ulceration and ill-defined margins. Cultures of corneal scrapings and biopsy sequence analysis of the ribosomal internal transcribed spacer region isolated Thielavia subthermophila Mouchacca. Clinically, the organism appeared to respond to topical amphotericin B and oral voriconazole. Best-corrected visual acuity at last follow-up visit counted 0.5. CONCLUSIONS: A rare case of Thielavia sp. keratitis was successfully treated with topical amphotericin B and oral voriconazole. Newly developed molecular diagnostic tools contribute to the recognition of a widening spectrum of emerging fungal pathogens capable of causing serious ocular infections.

Intestinal Tritrichomonas foetus infection in cats in Switzerland detected by in vitro cultivation and PCR

Tritrichomonas foetus, a parasite well known for its significance as venereally transmitted pathogen in cattle, has recently been identified as a cause of chronic large-bowel diarrhea in domestic cats in the US, UK, and, more recently, also in Norway. In a period of 3 months (October to December 2007), 45 cats of Switzerland suffering from chronic diarrhea were investigated for intestinal infections, including a search for trichomonads. A commercially available in vitro culture system was used to screen for infection, complemented with a PCR and subsequent amplicon sequencing to support speciation. The PCR is based upon amplification of a sequence derived from the internal transcribed spacer region 1 (ITS1) on the ribosomal RNA gene (rRNA) using primers designed to detect a broad range of genera and species belonging to the family of Trichomonadidae. The method was furthermore adapted to the uracil DNA glycosylase (UDG) system in order to prevent carry-over contamination and it included a recombinant internal control to track for inhibitory reactions. Eleven out of the 45 cats were culture-positive, as revealed by microscopic identification of trichomonadid organisms. One of the isolates was subjected to scanning electron microscopy and findings revealed the presence of three flagella, thus placing the isolate into the gender Tritrichomonas sp. PCR and subsequent amplicon sequencing were carried out with ten of the 11 isolates. A total homology with published T. foetus sequences was confirmed in all of the cases. T. foetus therefore appears to range among those organisms that can cause chronic diarrhea in cats in Switzerland.

Differential diagnosis of the honey bee trypanosomatids Crithidia mellificae and Lotmaria passim

Trypanosomatids infecting honey bees have been poorly studied with molecular methods until recently. After the description of Crithidia mellificae (Langridge and McGhee, 1967) it took about forty years until molecular data for honey bee trypanosomatids became available and were used to identify and describe a new trypanosomatid species from honey bees, Lotmaria passim (Evans and Schwarz, 2014). However, an easy method to distinguish them without sequencing is not yet available. Research on the related bumble bee parasites Crithidia bombi and Crithidia expoeki revealed a fragment length polymorphism in the internal transcribed spacer 1 (ITS1), which enabled species discrimination. In search of fragment length polymorphisms for differential diagnostics in honey bee trypanosomatids, we studied honey bee trypanosomatid cell cultures of C. mellificae and L. passim. This research resulted in the identification of fragment length polymorphisms in ITS1 and ITS1-2 markers, which enabled us to develop a diagnostic method to differentiate both honey bee trypanosomatid species without the need for sequencing. However, the amplification success of the ITS1 marker depends probably on the trypanosomatid infection level. Further investigation confirmed that L. passim is the dominant species in Belgium, Japan and Switzerland. We found C. mellificae only rarely in Belgian honey bee samples, but not in honey bee samples from other countries. C. mellificae was also detected in mason bees (Osmia bicornis and Osmia cornuta) besides in honey bees. Further, the characterization and comparison of additional markers from L. passim strain SF (published as C. mellificae strain SF) and a Belgian honey bee sample revealed very low divergence in the 18S rRNA, ITS1-2, 28S rRNA and cytochrome b sequences. Nevertheless, a variable stretch was observed in the gp63 virulence factor.

Mycobacterium saopaulense sp. nov., a rapidly growing mycobacterium closely related to members of the Mycobacterium chelonae--Mycobacterium abscessus group

Five isolates of non-pigmented, rapidly growing mycobacteria were isolated from three patients and,in an earlier study, from zebrafish. Phenotypic and molecular tests confirmed that these isolates belong to the Mycobacterium chelonae-Mycobacterium abscessus group, but they could not be confidently assigned to any known species of this group. Phenotypic analysis and biochemical tests were not helpful for distinguishing these isolates from other members of the M. chelonae–M.abscessus group. The isolates presented higher drug resistance in comparison with other members of the group, showing susceptibility only to clarithromycin. The five isolates showed a unique PCR restriction analysis pattern of the hsp65 gene, 100 % similarity in 16S rRNA gene and hsp65 sequences and 1-2 nt differences in rpoB and internal transcribed spacer (ITS) sequences.Phylogenetic analysis of a concatenated dataset including 16S rRNA gene, hsp65, and rpoB sequences from type strains of more closely related species placed the five isolates together, as a distinct lineage from previously described species, suggesting a sister relationship to a group consisting of M. chelonae, Mycobacterium salmoniphilum, Mycobacterium franklinii and Mycobacterium immunogenum. DNA–DNA hybridization values .70 % confirmed that the five isolates belong to the same species, while values ,70 % between one of the isolates and the type strains of M. chelonae and M. abscessus confirmed that the isolates belong to a distinct species. The polyphasic characterization of these isolates, supported by DNA–DNA hybridization results,demonstrated that they share characteristics with M. chelonae–M. abscessus members, butconstitute a different species, for which the name Mycobacterium saopaulense sp. nov. is proposed. The type strain is EPM10906T (5CCUG 66554T5LMG 28586T5INCQS 0733T).

Phylogenetic analysis of “Volvocacae” for comparative genetic studies

Sequence analysis based on multiple isolates representing essentially all genera and species of the classic family Volvocaeae has clarified their phylogenetic relationships. Cloned internal transcribed spacer sequences (ITS-1 and ITS-2, flanking the 5.8S gene of the nuclear ribosomal gene cistrons) were aligned, guided by ITS transcript secondary structural features, and subjected to parsimony and neighbor joining distance analysis. Results confirm the notion of a single common ancestor, and Chlamydomonas reinharditii alone among all sequenced green unicells is most similar. Interbreeding isolates were nearest neighbors on the evolutionary tree in all cases. Some taxa, at whatever level, prove to be clades by sequence comparisons, but others provide striking exceptions. The morphological species Pandorina morum, known to be widespread and diverse in mating pairs, was found to encompass all of the isolates of the four species of Volvulina. Platydorina appears to have originated early and not to fall within the genus Eudorina, with which it can sometimes be confused by morphology. The four species of Pleodorina appear variously associated with Eudorina examples. Although the species of Volvox are each clades, the genus Volvox is not. The conclusions confirm and extend prior, more limited, studies on nuclear SSU and LSU rDNA genes and plastid-encoded rbcL and atpB. The phylogenetic tree suggests which classical taxonomic characters are most misleading and provides a framework for molecular studies of the cell cycle-related and other alterations that have engendered diversity in both vegetative and sexual colony patterns in this classical family.

A nucleolar protein related to ribosomal protein L7 is required for an early step in large ribosomal subunit biogenesis

The Saccharomyces cerevisiae Rlp7 protein has extensive identity and similarity to the large ribosomal subunit L7 proteins and shares an RNA-binding domain with them. Rlp7p is not a ribosomal protein; however, it is encoded by an essential gene and therefore must perform a function essential for cell growth. In this report, we show that Rlp7p is a nucleolar protein that plays a critical role in processing of precursors to the large ribosomal subunit RNAs. Pulse–chase labeling experiments with Rlp7p-depleted cells reveal that neither 5.8SS, 5.8SL, nor 25S is produced, indicating that both the major and minor processing pathways are affected. Analysis of processing intermediates by primer extension indicates that Rlp7p-depleted cells accumulate the 27SA3 precursor RNA, which is normally the major substrate (85%) used to produce the 5.8S and 25S rRNAs, and the ratio of 27SBL to 27SBS precursors changes from approximately 1:8 to 8:1 (depleted cells). Because 27SA3 is the direct precursor to 27SBS, we conclude that Rlp7p is specifically required for the 5′ to 3′ exonucleolytic trimming of the 27SA3 into the 27SBS precursor. As it is essential for processing in both the major and minor pathways, we propose that Rlp7p may act as a specificity factor that binds precursor rRNAs and tethers the enzymes that carry out the early 5′ to 3′ exonucleolytic reactions that generate the mature rRNAs. Rlp7p may also be required for the endonucleolytic cleavage in internal transcribed spacer 2 that separates the 5.8S rRNA from the 25S rRNA.

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.

Biochemistry I. Unit 2

Unit 2. Structure and function of proteins

NRC plan for cleanup operations at Three Mile Island Unit 2 /

"NUREG-0698."

Genetic variation of the scleractinian coral Stylophora pistillata, from western Pacific reefs

Most scleractinian coral species are widely distributed across the tropical and subtropical Indo-Pacific. However, the genetic connectivity between populations of corals separated by large distances (thousands of kilometers) is not well known. We analyzed variability in the nucleotide sequence of the internal transcribed spacer-1 (ITS-1) of the nuclear ribosomal gene unit in the ubiquitous coral Stylophora pistillata, across the western Pacific Ocean. Eight populations from Japan, Malaysia, and the northern and southern Great Barrier Reef (GBR) were studied. Phylogenetic analyses and analysis of molecular variance (AMOVA) clearly revealed that there is panmixia among these coral populations. AMOVA showed that ITS-1 sequence variability was greater within populations (78.37%) than among populations (12.06%). These patterns strongly suggest high levels of connectivity across the species' latitudinal distribution range in the western Pacific, as is seen in many marine invertebrates.

Digenean trematodes infecting the tropical abalone Haliotis asinina have species-specific cercarial emergence patterns that follow daily or semilunar spawning cycles

Approximately 1-2% of the tropical abalone Haliotis asinina inhabiting Heron Island Reef are infected with opecoelid digeneans. These largely inhabit the haemocoel surrounding the cerebral ganglia and digestive gland-gonad complex, and infected abalone typically have significantly reduced or ablated gonads. Observations of infected abalone reveal two distinct cercarial emergence patterns, one which correlates tightly with the abalone's highly regular and synchronous fortnightly spawning cycle, and the other which occurs in a circadian pattern. The former appears to be a novel emergence strategy not previously observed in digeneans. While the cercariae in all abalone are morphologically indistinguishable, comparison of sequences from the internal transcribed spacer 2 (ITS 2) region of the ribosomal DNA reveals a 5.7% difference between cercariae displaying different emergence patterns, indicating these are two distinct species that probably belong to the same genus. The ITS 2 sequences of the species with the daily emergence pattern are identical to that of an undescribed adult opecoelid from the gut of the barramundi cod, Cromileptes altivelis. Combined molecular, morphological and emergence data suggest that while these opecoelid cercariae use the same first intermediate host and are closely related species-members of the genus Allopodocotyle-they fill different ecological niches that are likely to include different definitive hosts.