A system for the heterologous expression of complex redox proteins in Rhodobacter capsulatus: characterisation of recombinant sulphite : cytochrome c oxidoreductase from Starkeya novella

The phototrophic purple non-sulfur bacterium Rhodobacter capsulatus expresses a wide variety of complex redox proteins in response to changing environmental conditions. Here we report the construction and evaluation of an expression system for recombinant proteins in that organism which makes use of the dor promoter from the same organism. A generic expression vector, pDorEX, was constructed and used to express sulphite:cytochrome c oxidoreductase from Starkeya novella, a heterodimeric protein containing both molybdenum and haem c. The recombinant protein was secreted to the periplasm and its biochemical properties were very similar to those of the native enzyme. The pDorEX system therefore seems to be potentially useful for heterologous expression of multi-subunit proteins containing complex redox cofactors. (C) 2002 Federation of European Biochemical Societies. Published by Elsevier Science B.V. All rights reserved.

Control of dimethylsulfoxide reductase expression in Rhodobacter capsulatus: the role of carbon metabolites and the response regulators DorR and RegA

Regulation of the expression of dimethylsulfoxide (DMSO) reductase was investigated in the purple phototrophic bacterium Rhodobacter capsulatus. Under phototrophic, anaerobic conditions with malate as carbon source, DMSO caused an approximately 150-fold induction of DMSO reductase activity. The response regulator DorR was required for DMSO-dependent induction and also appeared to slightly repress DMSO reductase expression in the absence of substrate. Likewise, when pyruvate replaced malate as carbon source there was an induction of DMSO reductase activity in cells grown at low light intensity (16 W m(-2)) and again this induction was dependent on DorR. The level of DMSO reductase activity in aerobically grown cells was elevated when pyruvate replaced malate as carbon source. One possible explanation for this is that acetyl phosphate, produced from pyruvate, may activate expression of DMSO reductase by direct phosphorylation of DorR, leading to low levels of induction of dor gene expression in the absence of DMSO. A mutant lacking the global response regulator of photosynthesis gene expression, RegA, exhibited high levels of DMSO reductase in the absence of DMSO, when grown phototrophically with malate as carbon source. This suggests that phosphorylated RegA acts as a repressor of dor operon expression under these conditions. It has been proposed elsewhere that RegA-dependent expression is negatively regulated by the cytochrome cbb(3) oxidase. A cco mutant lacking cytochrome cbb(3) exhibited significantly higher levels of Phi[dorA::lacZ] activity in the presence of DMSO compared to wild-type cells and this is consistent with the above model. Pyruvate restored DMSO reductase expression in the regA mutant to the same pattern as found in wild-type cells. These data suggest that R. capsulatus contains a regulator of DMSO respiration that is distinct from DorR and RegA, is activated in the presence of pyruvate, and acts as a negative regulator of DMSO reductase expression.

A recombinant diheme SoxAX cytochrome - Implications for the relationship between EPR signals and modified heme-ligands

The multiheme SoxAX proteins are notable for their unusual heme ligation (His/Cys-persulfide in the SoxA subunit) and the complexity of their EPR spectra. The diheme SoxAX protein from Starkeya novella has been expressed using Rhodobacter capsulatus as a host expression system. rSoxAX was correctly formed in the periplasm of the host and contained heme c in similar amounts as the native SoxAX. ESI-MS showed that the full length rSoxA, in spite of never having undergone catalytic turnover, existed in several forms, with the two major forms having masses of 28 687 +/- 4 and 28 718 +/- 4 Da. The latter form exceeds the expected mass of rSoxA by 31 4 Da, a mass close to that of a sulfur atom and indicating that a fraction of the recombinant protein contains a cysteine persulfide modification. EPR spectra of rSoxAX contained all four heme-dependent EPR signals (LS1a, LS1b, LS2, LS3) found in the native SoxAX proteins isolated from bacteria grown under sulfur chemolithotrophic conditions. Exposure of the recombinant SoxAX to different sulfur compounds lead to changes in the SoxA mass profile as determined by ESI while maintaining a fully oxidized SoxAX visible spectrum. Thiosulfate, the proposed SoxAX substrate, did not cause any mass changes while after exposure to dimethylsulfoxide a + 112 +/- 4 Da form of SoxA became dominant in the mass spectrum. (c) 2005 Federation of European Biochemical Societies. Published by Elsevier B.V. All rights reserved.

Lasers - An effective artificial source of radiation for the cultivation of anoxygenic photosynthetic bacteria

The laser diode (LD) is a unique light source that can efficiently produce all radiant energy within the narrow wavelength range used most effectively by a photosynthetic microorganism. We have investigated the use of a single type of LID for the cultivation of the well-studied anoxygenic photosynthetic bacterium, Rhodobacter capsulatus (Rb. capsulatus). An array of vertical-cavity surface-emitting lasers (VCSELs) was driven with a current of 25 mA, and delivered radiation at 860 nm with 0.4 nm linewidth. The emitted light was found to be a suitable source of radiant energy for the cultivation of Rb. capsulatus. The dependence of growth rate on incident irradiance was quantified. Despite the unusual nearly monochromatic light source used in these experiments, no significant changes in the pigment composition and in the distribution of bacteriochlorophyll between LHII and LHI-RC were detected in bacterial cells transferred from incandescent light to laser light. We were also able to show that to achieve a given growth rate in a light-limited culture, the VCSEL required only 30% of the electricity needed by an incandescent bulb, which is of great significance for the potential use of laser-devices in biotechnological applications and photobioreactor construction. (c) 2006 Wiley Periodicals, Inc.

Friedmanniella spumicola sp nov and Friedmanniella capsulata sp nov from activated sludge foam: Gram-positive cocci that grow in aggregates of repeating groups of cocci

Two Gram-positive, non-motile, non-spore-forming, strictly aerobic, pigmented cocci, strains Ben 107(T) and Ben 108(T), growing in aggregates were isolated from activated sludge samples by micromanipulation. Both possessed the rare type A3 gamma' peptidoglycan. Major menaquinones of strain Ben 107(T) were MK-9(H-4) and MK-7(H-2), and the main cellular fatty acid was 12-methyltetradecanoic acid (ai-C-15:0). In strain Ben 108(T), MK-9(H-4), MK-9(H-2) and MK-7(H-4) were the menaquinones and again the main fatty acid was 12-methyltetradecanoic acid (ai-C-15:0). Polar lipids in both strains consisted of phosphatidyl inositol, phosphatidyl glycerol and diphosphatidyl glycerol with two other unidentified glycolipids and phospholipids also present in both. These data, together with the 16S rDNA sequence data, suggest that strain Ben 107(T) belongs to the genus Friedmanniella which presently includes a single recently described species, Friedmanniella antarctica. Although the taxonomic status of strain Ben 108(T) is far less certain, on the basis of its 16S rRNA sequence it is also adjudged to be best placed in the genus Friedmanniella, The chemotaxonomic characteristics and DNA-DNA hybridization data support the view that Ben 107(T) and Ben 108(T) are novel species of the genus Friedmanniella. Hence, it is proposed that strain Ben 107(T) (=ACM 5121(T)) is named as Friedmanniella spumicola sp. nov. and strain Ben 108(T) (=ACM 5120(T)) as Friedmanniella capsulata sp. nov.

Complete DNA sequence of Kuraishia capsulata illustrates novel genomic features among budding yeasts (Saccharomycotina)

The numerous yeast genome sequences presently available provide a rich source of information for functional as well as evolutionary genomics but unequally cover the large phylogenetic diversity of extant yeasts. We present here the complete sequence of the nuclear genome of the haploid-type strain of Kuraishia capsulata (CBS1993(T)), a nitrate-assimilating Saccharomycetales of uncertain taxonomy, isolated from tunnels of insect larvae underneath coniferous barks and characterized by its copious production of extracellular polysaccharides. The sequence is composed of seven scaffolds, one per chromosome, totaling 11.4 Mb and containing 6,029 protein-coding genes, ~13.5% of which being interrupted by introns. This GC-rich yeast genome (45.7%) appears phylogenetically related with the few other nitrate-assimilating yeasts sequenced so far, Ogataea polymorpha, O. parapolymorpha, and Dekkera bruxellensis, with which it shares a very reduced number of tRNA genes, a novel tRNA sparing strategy, and a common nitrate assimilation cluster, three specific features to this group of yeasts. Centromeres were recognized in GC-poor troughs of each scaffold. The strain bears MAT alpha genes at a single MAT locus and presents a significant degree of conservation with Saccharomyces cerevisiae genes, suggesting that it can perform sexual cycles in nature, although genes involved in meiosis were not all recognized. The complete absence of conservation of synteny between K. capsulata and any other yeast genome described so far, including the three other nitrate-assimilating species, validates the interest of this species for long-range evolutionary genomic studies among Saccharomycotina yeasts.

Efficient exchange of the primary quinone acceptor QA in isolated reaction centers of Rhodopseudomonas viridis

A key step in the conversion of solar energy into chemical energy by photosynthetic reaction centers (RCs) occurs at the level of the two quinones, QA and QB, where electron transfer couples to proton transfer. A great deal of our understanding of the mechanisms of these coupled reactions relies on the seminal work of Okamura et al. [Okamura, M. Y., Isaacson, R. A., & Feher, G. (1975) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 88, 3491–3495], who were able to extract with detergents the firmly bound ubiquinone QA from the RC of Rhodobacter sphaeroides and reconstitute the site with extraneous quinones. Up to now a comparable protocol was lacking for the RC of Rhodopseudomonas viridis despite the fact that its QA site, which contains 2-methyl-3-nonaprenyl-1,4-naphthoquinone (menaquinone-9), has provided the best x-ray structure available. Fourier transform infrared difference spectroscopy, together with the use of isotopically labeled quinones, can probe the interaction of QA with the RC protein. We establish that a simple incubation procedure of isolated RCs of Rp. viridis with an excess of extraneous quinone allows the menaquinone-9 in the QA site to be almost quantitatively replaced either by vitamin K1, a close analogue of menaquinone-9, or by ubiquinone. To our knowledge, this is the first report of quinone exchange in bacterial photosynthesis. The Fourier transform infrared data on the quinone and semiquinone vibrations show a close similarity in the bonding interactions of vitamin K1 with the protein at the QA site of Rp. viridis and Rb. sphaeroides, whereas for ubiquinone these interactions are significantly different. The results are interpreted in terms of slightly inequivalent quinone–protein interactions by comparison with the crystallographic data available for the QA site of the two RCs.

Transfer of Blastobacter natatorius (Sly 1985) to the genus Blastomonas gen nov as Blastomonas natatoria comb nov

The budding bacterium Blastobacter natatorius belongs to the alpha-4 group of the Proteobacteria and clusters phylogenetically on a deep branch with Sphingomonas capsulata, with which it shares 93.9% 16S rRNA sequence similarity. On phylogenetic, phenotypic, and chemotaxonomic grounds a proposal is made to transfer B. natatorius to the genus Blastomonas gen, nov. as Blastomonas natatoria comb, nov.

Histoplasma com derrame pleural: relato de um caso

Efusões pleurais surgem raramente em associação com a histoplasmose capsu-lata, ocorrendo em geral nas formas agudas da doença. Relatamos e discutimos um caso clínico em que um histoplasmoma subpleural acompanhou-se de dor pleurítica, hidrotórax e pleurite fibrosante.

Erythema nodosum: prospective study of 32 cases

The results of 32 cases studied lead us to the conclusion that erythema nodosum's investigation routine is very important, once in our retrospective study, the percentage of cases of unknown etiology was 69.4%, and in this prospective study it is 21.8%. In 10 cases (31.2%), more than one causing agent was suspected. Infections (bacterial, helminthic, fungal, by protozoa) were diagnosed in 26 cases, streptococcal infection having predominated (12 cases). Drugs-dipirone, aspirin, anovulatory - were suspected as causing agents in 13 cases. The association of erythema nodosum and histoplasmosis capsulata is described for the first time in Brazil. We consider erythema nodosum to be a complex syndrome which should be regarded as a manifestation of underlying diseases. The fact that all 32 subjects were women, 26 of them during menacme, suggests that particular hormonal media may favor the action of various processes (infections and drugs), precipitating erythema nodosum's clinical picture.

Development of bacteria-based bioassays for arsenic detection in natural waters.

Arsenic contamination of natural waters is a worldwide concern, as the drinking water supplies for large populations can have high concentrations of arsenic. Traditional techniques to detect arsenic in natural water samples can be costly and time-consuming; therefore, robust and inexpensive methods to detect arsenic in water are highly desirable. Additionally, methods for detecting arsenic in the field have been greatly sought after. This article focuses on the use of bacteria-based assays as an emerging method that is both robust and inexpensive for the detection of arsenic in groundwater both in the field and in the laboratory. The arsenic detection elements in bacteria-based bioassays are biosensor-reporter strains; genetically modified strains of, e.g., Escherichia coli, Bacillus subtilis, Staphylococcus aureus, and Rhodopseudomonas palustris. In response to the presence of arsenic, such bacteria produce a reporter protein, the amount or activity of which is measured in the bioassay. Some of these bacterial biosensor-reporters have been successfully utilized for comparative in-field analyses through the use of simple solution-based assays, but future methods may concentrate on miniaturization using fiberoptics or microfluidics platforms. Additionally, there are other potential emerging bioassays for the detection of arsenic in natural waters including nematodes and clams.

Augmentation de la production d'hydrogène par l'expression hétérologue d'hydrogénase et la production d’hydrogène à partir de résidus organiques

La recherche de sources d’énergie fiables ayant un faible coût environnemental est en plein essor. L’hydrogène, étant un transporteur d’énergie propre et simple, pourrait servir comme moyen de transport de l’énergie de l’avenir. Une solution idéale pour les besoins énergétiques implique une production renouvelable de l’hydrogène. Parmi les possibilités pour un tel processus, la production biologique de l’hydrogène, aussi appelée biohydrogène, est une excellente alternative. L’hydrogène est le produit de plusieurs voies métaboliques bactériennes mais le rendement de la conversion de substrat en hydrogène est généralement faible, empêchant ainsi le développement d’un processus pratique de production d’hydrogène. Par exemple, lorsque l’hydrogène est produit par la nitrogénase sous des conditions de photofermentation, chaque molécule d’hydrogène constituée requiert 4 ATP, ce qui rend le processus inefficace. Les bactéries photosynthétiques non sulfureuses ont la capacité de croître sous différentes conditions. Selon des études génomiques, Rhodospirillum rubrum et Rhodopseudomonas palustris possèdent une hydrogénase FeFe qui leur permettrait de produire de l’hydrogène par fermentation anaérobie de manière très efficace. Il existe cependant très peu d’information sur la régulation de la synthèse de cette hydrogénase ainsi que sur les voies de fermentation dont elle fait partie. Une surexpression de cette enzyme permettrait potentiellement d’améliorer le rendement de production d’hydrogène. Cette étude vise à en apprendre davantage sur cette enzyme en tentant la surexpression de cette dernière dans les conditions favorisant la production d’hydrogène. L’utilisation de résidus organiques comme substrat pour la production d’hydrogène sera aussi étudiée.

Improving the microbial production of biofuels through metabolic engineering

Les défis conjoints du changement climatique d'origine anthropique et la diminution des réserves de combustibles fossiles sont le moteur de recherche intense pour des sources d'énergie alternatives. Une avenue attrayante est d'utiliser un processus biologique pour produire un biocarburant. Parmi les différentes options en matière de biocarburants, le bio-hydrogène gazeux est un futur vecteur énergétique attrayant en raison de son efficacité potentiellement plus élevé de conversion de puissance utilisable, il est faible en génération inexistante de polluants et de haute densité d'énergie. Cependant, les faibles rendements et taux de production ont été les principaux obstacles à l'application pratique des technologies de bio-hydrogène. Des recherches intensives sur bio-hydrogène sont en cours, et dans les dernières années, plusieurs nouvelles approches ont été proposées et étudiées pour dépasser ces inconvénients. À cette fin, l'objectif principal de cette thèse était d'améliorer le rendement en hydrogène moléculaire avec un accent particulier sur l'ingénierie métabolique et l’utilisation de bioprocédés à variables indépendantes. Une de nos hypothèses était que la production d’hydrogène pourrait être améliorée et rendue plus économiquement viable par ingénierie métabolique de souches d’Escherichia coli producteurs d’hydrogène en utilisant le glucose ainsi que diverses autres sources de carbone, y compris les pentoses. Les effets du pH, de la température et de sources de carbone ont été étudiés. La production maximale d'hydrogène a été obtenue à partir de glucose, à un pH initial de 6.5 et une température de 35°C. Les études de cinétiques de croissance ont montré que la μmax était 0.0495 h-1 avec un Ks de 0.0274 g L-1 lorsque le glucose est la seule source de carbone en milieu minimal M9. .Parmi les nombreux sucres et les dérivés de sucres testés, les rendements les plus élevés d'hydrogène sont avec du fructose, sorbitol et D-glucose; 1.27, 1.46 et 1.51 mol H2 mol-1 de substrat, respectivement. En outre, pour obtenir les interactions entre les variables importantes et pour atteindre une production maximale d'hydrogène, un design 3K factoriel complet Box-Behnken et la méthodologie de réponse de surface (RSM) ont été employées pour la conception expérimentale et l'analyse de la souche d'Escherichia coli DJT135. Le rendement en hydrogène molaire maximale de 1.69 mol H2 mol-1 de glucose a été obtenu dans les conditions optimales de 75 mM de glucose, à 35°C et un pH de 6.5. Ainsi, la RSM avec un design Box-Behken était un outil statistique utile pour atteindre des rendements plus élevés d'hydrogène molaires par des organismes modifiés génétiquement. Ensuite, l'expression hétérologue de l’hydrogénases soluble [Ni-Fe] de Ralstonia eutropha H16 (l'hydrogénase SH) a tenté de démontrer que la mise en place d'une voie capable de dériver l'hydrogène à partir de NADH pourrait surpasser le rendement stoechiométrique en hydrogène.. L’expression a été démontrée par des tests in vitro de l'activité enzymatique. Par ailleurs, l'expression de SH a restaurée la croissance en anaérobie de souches mutantes pour adhE, normalement inhibées en raison de l'incapacité de réoxyder le NADH. La mesure de la production d'hydrogène in vivo a montré que plusieurs souches modifiées métaboliquement sont capables d'utiliser l'hydrogénase SH pour dériver deux moles d’hydrogène par mole de glucose consommé, proche du maximum théorique. Une autre stratégie a montré que le glycérol brut pourrait être converti en hydrogène par photofermentation utilisant Rhodopseudomonas palustris par photofermentation. Les effets de la source d'azote et de différentes concentrations de glycérol brut sur ce processus ont été évalués. À 20 mM de glycérol, 4 mM glutamate, 6.1 mol hydrogène / mole de glycérol brut ont été obtenus dans des conditions optimales, un rendement de 87% de la théorie, et significativement plus élevés que ce qui a été réalisé auparavant. En prolongement de cette étude, l'optimisation des paramètres a également été utilisée. Dans des conditions optimales, une intensité lumineuse de 175 W/m2, 30 mM glycérol et 4.5 mM de glutamate, 6.69 mol hydrogène / mole de glycérol brut ont été obtenus, soit un rendement de 96% de la valeur théorique. La détermination de l'activité de la nitrogénase et ses niveaux d'expression ont montré qu'il y avait relativement peu de variation de la quantité de nitrogénase avec le changement des variables alors que l'activité de la nitrogénase variait considérablement, avec une activité maximale (228 nmol de C2H4/ml/min) au point central optimal. Dans la dernière section, la production d'hydrogène à partir du glucose via la photofermentation en une seule étape a été examinée avec la bactérie photosynthétique Rhodobacter capsulatus JP91 (hup-). La méthodologie de surface de réponse avec Box-Behnken a été utilisée pour optimiser les variables expérimentales de façon indépendante, soit la concentration de glucose, la concentration du glutamate et l'intensité lumineuse, ainsi que d'examiner leurs effets interactifs pour la maximisation du rendement en hydrogène moléculaire. Dans des conditions optimales, avec une intensité lumineuse de 175 W/m2, 35 mM de glucose, et 4.5 mM de glutamate,, un rendement maximal d'hydrogène de 5.5 (± 0.15) mol hydrogène /mol glucose, et un maximum d'activité de la nitrogénase de 246 (± 3.5) nmol C2H4/ml/min ont été obtenus. L'analyse densitométrique de l'expression de la protéine-Fe nitrogenase dans les différentes conditions a montré une variation significative de l'expression protéique avec un maximum au point central optimisé. Même dans des conditions optimales pour la production d'hydrogène, une fraction significative de la protéine Fe a été trouvée dans l'état ADP-ribosylée, suggérant que d'autres améliorations des rendements pourraient être possibles. À cette fin, un mutant amtB dérivé de Rhodobacter capsulatus JP91 (hup-) a été créé en utilisant le vecteur de suicide pSUP202. Les résultats expérimentaux préliminaires montrent que la souche nouvellement conçue métaboliquement, R. capsulatus DG9, produit 8.2 (± 0.06) mol hydrogène / mole de glucose dans des conditions optimales de cultures discontinues (intensité lumineuse, 175 W/m2, 35 mM de glucose et 4.5 mM glutamate). Le statut d'ADP-ribosylation de la nitrogénase-protéine Fe a été obtenu par Western Blot pour la souche R. capsulatus DG9. En bref, la production d'hydrogène est limitée par une barrière métabolique. La principale barrière métabolique est due au manque d'outils moléculaires possibles pour atteindre ou dépasser le rendement stochiométrique en bio-hydrogène depuis les dernières décennies en utilisant les microbes. À cette fin, une nouvelle approche d’ingénierie métabolique semble très prometteuse pour surmonter cette contrainte vers l'industrialisation et s'assurer de la faisabilité de la technologie de la production d'hydrogène. Dans la présente étude, il a été démontré que l’ingénierie métabolique de bactéries anaérobiques facultatives (Escherichia coli) et de bactéries anaérobiques photosynthétiques (Rhodobacter capsulatus et Rhodopseudomonas palustris) peuvent produire de l'hydrogène en tant que produit majeur à travers le mode de fermentation par redirection métabolique vers la production d'énergie potentielle. D'autre part, la méthodologie de surface de réponse utilisée dans cette étude représente un outil potentiel pour optimiser la production d'hydrogène en générant des informations appropriées concernant la corrélation entre les variables et des producteurs de bio-de hydrogène modifiés par ingénierie métabolique. Ainsi, un outil d'optimisation des paramètres représente une nouvelle avenue pour faire un pont entre le laboratoire et la production d'hydrogène à l'échelle industrielle en fournissant un modèle mathématique potentiel pour intensifier la production de bio-hydrogène. Par conséquent, il a été clairement mis en évidence dans ce projet que l'effort combiné de l'ingénierie métabolique et la méthodologie de surface de réponse peut rendre la technologie de production de bio-hydrogène potentiellement possible vers sa commercialisation dans un avenir rapproché.

Singlet oxygen generation in the reaction centers of Rhodobacter sphaeroides

Singlet oxygen ((1)O(2)) generation in the reaction centers (RCs) of Rhodobacter sphaeroides wild type was characterized by luminescent emission in the near infrared region (time resolved transients and emission spectra) and quantified to have quantum yield of 0.03 +/- 0.005. (1)O(2) emission was measured as a function of temperature, ascorbate, urea and potassium ferricyanide concentrations and as a function of incubation time in H(2)O: D(2)O mixtures. (1)O(2) was shown to be affected by the RC dynamics and to originate from the reaction of molecular oxygen with two sources of triplets: photoactive dimer formed by singlet-triplet mixing and bacteriopheophytin formed by direct photoexcitation and intersystem crossing.

Morphological, morphometric, and molecular characterization of Hepatozoon spp. (Apicomplexa, Hepatozoidae) from naturally infected Caudisona durissa terrifica (Serpentes, Viperidae)

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)