Caracterization of the SOS response in Leptospira interrogans sorovar Copenhageni / Caracterização da resposta SOS em Leptospira interrogans sorovar Copenhageni

Leptospira is a basal genus in an ancient group of bacteria, the spirochetes. The pathogenic species are responsible for leptospirosis, a disease with worldwide distribution and of public health importance in developed tropical countries. L. interrogans serovar Copenhageni is the agent for the majority of human leptospirosis in Brazil. In this work, we used a great variety of experimental approaches to characterize the SOS system in this serovar, to identify its impact in general DNA damage response, as well as to assess the DNA repair toolbox owned by pathogenic and saprophytic leptospires. We identified an additional repressor LexA, acquired by lateral gene transfer, exclusively in serovar Copenhageni. We also observed that UV-C irradiation led to massive death of cells and blockage of cell division in the survivors. Both repressors were active and we identified the sequences responsible for binding to promoters. However, the LexA1 SOS box was redefined after a de novo motif search on LexA1 ChIP-seq enriched sequences. This regulator was able to bind to at least 25 loci in the genome. DNA damage also caused a massive rearrangement of metabolism: increase in expression was observed in transposon and prophage genes, in addition to DNA repair pathways and mutagenesis inducers; on the other hand, motility, general metabolism and almost all virulence genes were repressed. Two induced prophages provided several proteins with useful functions. We also assessed the DNA repair-related genes presented by the three species of Leptospira: the saprophytic L. biflexa, the facultative pathogen L. interrogans and the obligatory pathogen L. borgpetersenii. There are more diversity and redundancy of repair genes in L. interrogans in comparison with the other species. Lateral gene transfer seems to be an important supplier of DNA repair functions. In addition, leptospires share characteristics of both Gram-positives and Gram-negatives bacteria. Representative genes from several different pathways were induced during infection of susceptible mice kidneys, suggesting DNA repair genes are active while causing disease. All these data suggest mobile genetic elements are the major forces in leptospiral evolution. Moreover, during DNA damage response, several SOS-dependent and independent mechanisms are employed to decrease cell growth and virulence in favor of controlled induction of mechanisms involved in genetic variability

Leptospira é um gênero basal em um grupo já considerado um dos mais ancestrais, as espiroquetas. As espécies patogênicas são responsáveis pela leptospirose, uma doença presente em todo o mundo e de principal importância em países tropicais em desenvolvimento. L. interrogans sorovar Copenhageni é o agente da maior parte dos casos no Brasil. Nesse trabalho, utilizamos diversas abordagens experimentais para caracterizar o sistema SOS nesse sorovar, identificar seu impacto na resposta geral a danos no DNA, assim como avaliar as funções de reparo de DNA disponíveis em leptospiras patogênicas e saprofíticas. Identificamos um repressor LexA adicional, adquirido por transferência horizontal e exclusivo do sorovar Copenhageni. Observamos também que irradiação por UV-C causou significativa morte celular e bloqueio da divisão celular dos sobreviventes. Ambos os repressores são ativos e identificamos as sequências que utilizam para se ligar aos promotores dos genes regulados. Entretanto, o SOS box de LexA1 foi redefinido após uma busca de novo por motivos enriquecidos nas sequências recuperadas por ChIP-seq. Esse regulador ligou-se ao menos a 25 locais do genoma. A maioria desses alvos teve aumento de expressão após UV-C. Danos no DNA também causaram um importante rearranjo metabólico: houve aumento de expressão em transposons e profagos, além de indutores de mutagênese e vias de reparo; por outro lado, mobilidade, crescimento celular e quase todos os fatores de virulência foram reprimidos. Dois profagos induzidos durante essa resposta, possivelmente proporcionam algumas proteínas de funções importantes. Nós também avaliamos a presença de genes envolvidos no reparo de DNA em três espécies de leptospira: L. biflexa, L. interrogans e L. borgpetersenii. L. interrogans é a espécie com maior diversidade e redundância de genes de reparo. Além disso, transferência horizontal parece ser um importante fornecedor de funções de reparo nesse gênero. Leptospiras também apresentam genes característicos tanto de bactérias Gram-positivas quanto Gram-negativas. Genes representando diferentes vias de reparo foram induzidos durante infecção em modelo animal, sugerindo que essas vias estão ativas no curso da doença. Todos esses dados, em conjunto, sugerem que elementos genéticos móveis são de extrema importância na evolução do gênero e das vias de reparo. Assim, durante a resposta a danos no DNA, diversos mecanismos dependentes e independentes de SOS são empregados para frear o crescimento celular e virulência em favor da indução controlada de mecanismos para aumentar variabilidade genética

Molecular and cytogenetic analyses of cryptic species within the Synbranchus marmoratus Bloch, 1795 (Synbranchiformes: Synbranchidae) grouping: species delimitations, karyotypic evolution and intraspecific diversification

The fish species Synbranchus marmoratus has been reported to exist as a species complex due to high intraspecific karyotypic variability in spite of the difficulty or impossibility to distinguish them using morphological traits alone. The goal of this work was to use cytogenetic and molecular methods to determine the species delimitations and understand the karyoevolution of S. marmoratus using samples collected from distinct Brazilian localities. Among the analyzed specimens, a large degree of cytogenetic variation related to diploid numbers and karyotype structure was observed, with karyotypes showing 2n=42, 44 and 46 chromosomes. In addition, using sequences of three mitochondrial genes, the phylogenetic relationships between every sample with a known karyotype were determined, which revealed significant nucleotide divergence among the karyomorphs. Also, the analyses indicate that chromosomal rearrangements occurred independently within the distinct lineages of S. marmoratus complex, which resulted in the appearance of distinct karyotypic variants in a non-linear fashion related to diploid numbers and in the appearance of similar non-homologous chromosomes. Finally, the integration of both molecular cytogenetic and phylogenetic approaches allowed the determination of specific chromosomes possibly involved in rearrangements and a better understanding about the evolutionary processes involved in the differentiation of Synbranchus genus.

A espécie de peixe Synbranchus marmoratus tem sido reportada como um complexo de espécies devido à elevada variabilidade cariotípica intraespecífica a despeito da dificuldade ou impossibilidade de distingui-las usando apenas caracteres morfológicos. O objetivo deste trabalho foi utilizar métodos citogenéticos e moleculares para determinar a delimitação das espécies e compreender a carioevolução de S. marmoratus utilizando amostras coletadas em distintas localidades brasileiras. Dentre os espécimes analisados, um alto grau de variação citogenética relativo aos números diploides e estrutura cariotípica foi observado, com cariótipos mostrando 2n=42, 44 e 46 cromossomos. Adicionalmente, utilizando sequências de três genes mitocondriais, as relações filogenéticas entre cada amostra com cariótipo conhecido foram determinadas, revelando uma divergência nucleotídica significativa entre os cariomorfos. Além disso, as análises indicam que rearranjos cromossômicos ocorreram independentemente nas distintas linhagens do complexo S. marmoratus, o que resultou no aparecimento de distintas variantes cariotípicas de forma não linear em relação aos números diploides e no surgimento de cromossomos similares e não homólogos. Finalmente, a integração de uma abordagem citogenética molecular e filogenética permitiu a determinação de cromossomos específicos que, possivelmente, estão envolvidos em rearranjos e um melhor entendimento sobre os processos evolutivos envolvidos na diferenciação do gênero Synbranchus.

Detecção e caracterização de elementos conjugativos integrativos em bactérias isoladas de amostras ambientais / Detection and characterization of integrative conjugative elements in bacteria isolated from environmental samples

O reconhecimento da resistência antimicrobiana como um fenômeno emergente em saúde pública, tem constituído um problema em nível mundial. O abuso na utilização de antibióticos na medicina humana e veterinária, e na agricultura, tem originado incremento na diversidade de micro-organismos resistentes, refletindo em falha terapêutica. Os mecanismos de resistência a antibióticos em micro-organismos são mediados principalmente por genes adquiridos de DNA exógeno. A dinâmica da transferência horizontal é realizada por meio de elementos genéticos móveis que carregam genes de resistência. A ampla distribuição deste tipo de estruturas, como o elemento SXT, isolado inicialmente em V. cholerae, tem contribuído para a disseminação de complexos específicos clonais em determinadas áreas geográficas. Este estudo pioneiro no Brasil pesquisou a presença de elementos SXT, em espécies bacterianas do grupo das gama proteobactérias em espécies ambientais, determinou suas características estruturais e funcionais, incluindo genes de resistência a antibióticos, bem como a sensibilidade aos antibióticos dentre os isolados bacterianos que os abrigam. O resultado foi a classificação de 43 elementos SXT obtidos no Brasil, através da comparação com aqueles descritos na literatura. Dentre os elementos SXT obtidos, quatro são albergados por Morganella morganii, fato inédito na literatura. O conhecimento da evolução bacteriana constitui importante ferramenta para estabelecer estratégias eficazes de controle e tratamento de infecções, sem aumentar a pressão seletiva sobre os micro-organismos, bem como instrumento preciso e de grande importância para subsidiar estudos epidemiológicos.

Recognition of antimicrobial resistance as an emerging phenomenon in public health has been a problem worldwide. The abuse in the use of antibiotics in human and veterinary medicine, and agriculture, has caused an increase in the diversity of resistant microorganisms, reflecting in treatment failure. The mechanisms of antibiotic resistance in microorganisms are primarily mediated by genes acquired from exogenous DNA. The dynamics of the horizontal transfer is performed by mobile genetic elements which carry resistance genes. The wide distribution of these structures, such as the SXT element originally isolated from V. cholerae, has contributed to the spread of specific clonal complexes in certain geographical areas. This pioneering study in Brazil researched the presence of SXT elements in the group of bacterial species in environmental gamma-proteobacteria species, determined their structural and functional characteristics, including genes for resistance to antibiotics and the antibiotic susceptibility among bacterial isolates that harbor them. The result was the classification of 43 SXT elements found in Brazil, by comparison with those found in the literature. Among the SXT elements found, four are sheltered by Morganella morganii, unprecedented in the literature. Knowledge of bacterial evolution is an important to establish effective strategies to control and treat infections without increasing the selective pressure on microorganisms, as well as a precise instrument and very important tool to support epidemiological studies.

A comparative study on mouse MHC class I sequences detected in Schistosoma japonicum recovered from BALB/c (H-2d) and C57BL/6 (H-2b) mice.

The mouse major histocompatibility complex (MHC) class I sequence was detected in all the 8-week-old Schistosoma japonicum recovered from BALB/c (H-2d) and C57BL/6 (H-2b) mice by in situ polymerase chain reaction (in situ PCR). The signals of the mouse class I MHC sequence were observed in the nuclei of the mesenchymal and reproductive cells of 8-week-old S. japonicum. Furthermore, the class I MHC sequence was detected in each DNA extracted from S. japonicum cercariae maintained in BALB/c and C57BL/6 mice by nested PCR. To prove both horizontal and vertical transmission of this sequence in schistosomes, we have used cercariae obtained from parasites maintained in BALB/c mice to infect C57BL/6 and BALB/c mice, and vice versa. The MHC sequences from adult worms were compared to the cercarial MHC and host MHC sequences. Nucleotide sequence comparisons between adult worm DNA, host (H-2d and H-2b mice) DNA and cercarial DNA used for the infection suggested that the sequence of mouse class I MHC was incorporated into schistosome adults and inherited throughout their life-cycle.

Bacteriophages and insertion sequences of Chromobacterium violaceum ATCC 12472

A fluid genome is a great advantage to prokaryotes, enabling quick adaptation to various types of ecological niches and to diverse environmental selective pressures. A substantial portion of these sudden changes is mediated by lateral gene transfer (LGT), through genetic recombination mechanisms, such as transformation, conjugation and transduction. The recent sequencing of several organisms has offered a new approach to the study of LGT, using comparison and analysis of nucleotide sequences dispersed throughout the genome of these species. This analysis in Choromobacterium violaceum has revealed four prophage and 12 insertion sequences, suggesting genetic exchange with several other bacterial species, including Salmonella enterica, Ralstonia and Xanthomonas. An Rhs (recombination hot spot) element (containing a vgr-like gene) was also observed, the function of which remains unknown, but it has a sequence related to species of Acinetobacter and Sphingomonas. These results support the role of LGT in the acquisition of new traits by C. violaceum