Podcasts about 16s rdna

Link to bioRxiv paper: http://biorxiv.org/cgi/content/short/2022.12.30.522351v1?rss=1 Authors: Ma, Q., Yao, C., Wu, Y., Wang, H., Fan, Q., Yang, Q., Xu, J., Dai, H., Zhang, Y., Xu, F., Lu, T., Wang, C. Abstract: Neurological disorders after severe acute pneumonia have been attacked much attention in recent years. However, the underline mechanisms remain not very clear. Here we show that these neurological syndromes after severe acute pneumonia are partly attributed to the translocation of bacteria from the lung to the brain during acute pneumonia. We detected an emerging and increased bacteria in the brain tissue of mice with lipopolysaccharide-induced experimental severe pneumonia. Interestingly, using 16S rDNA amplification sequencing, similarities were found between the brain's flora species and those of the lungs, indicating the bacteria in the brain may come from the lung. We also observed the impairment of the lung-blood barrier and brain-blood barrier, simultaneously, allowing lung bacteria invade the brain during pneumonia. An elevated microglia and astrocytes activation markers signature though bacterial infection-related pathways are observed by single-cell RNA sequencing, indicating a bacteria-induced disruption of brain homeostasis. Rapamycin delivered by platelet-derived extracellular vesicles provides an effective strategy to rescue the brain microenvironment and neurological disorders. Collectively, we identify lung bacteria that play a role in altering brain homeostasis, which provides new insight into the mechanism of neurological syndromes after severe pneumonia. Copy rights belong to original authors. Visit the link for more info Podcast created by Paper Player, LLC

The following work is shedding light on the phylogenetic classification on the family of the Chlorobiacea, the members of which are showing signs of preadaptation to symbiosis. Symbioses consisting of purely prokaryotic associations between phylogenetically distinct bacterial species have been widely documented. Only few are available as a laboratory culture to elucidate the molecular basis of their interaction. One of these few model organisms is the phototrophic consortium “Chlorochromatium aggregatum”. It consists of 12-20 green sulfur bacteria epibionts surrounding a central, Betaproteobacterium in a highly ordered fashion. The phototrophic partner bacterium, belonging to the green sulfur bacteria, is available in pure culture and its physiology has been studied in detail. In this work, novel insights into the physiology of the central bacterium that was previously uncharacterized are provided. The family of the Chlorobiaceae represents a phylogenetically coherent and isolated group within the domain Bacteria. Green sulfur bacteria are obligate photolithoautotrophs that require highly reducing conditions for growth and can utilize only a very limited number of carbon substrates. These bacteria thus inhabit a very narrow ecologic niche. For the phylogenetic studies on green sulfur bacteria, 323 16S rRNA gene sequences, including cultured species as well as environmental sequences were analysed. By rarefaction analysis and statistical projection, it was shown that the data represent nearly the whole spectrum of green sulfur bacterial species that can be found in the sampled habitats. Sequences of cultured species, however, did not even cover half of the biodiversity. In the 16S rDNA gene tree, different clusters were found that in most cases correlated with physiological adaptations of the included species. By combining all sampling sites of green sulfur bacteria in a world map, large, unsampled areas were revealed and it could be shown that in some regions, a non-random distribution of GSB occurred. The wide dispersal of green sulfur bacterial species can be seen in sequences that were found ubiquitously all over the world. To imitate the phylogenetical relationships of whole genome analyses, a concatenated tree was constructed including 32 species and 3 different genetic regions, the bchG gene, the sigA gene and the fmoA gene. Comparison with the 16S rRNA gene tree showed more genetic differences between species, and led to a higher resolution and a more dependable phylogeny. A distance matrix comparison showed that the fmoA gene sequence has the highest correlation to the 16S rDNA of the sequences investigated. Additionally, a dissimilarity matrix revealed that the fmoA gene sequence provides the highest phylogenetic resolution among the sequences investigated. Therefore, we showed that the fmoA gene sequence is the most suitable among the sequences investigated to support the 16S rDNA phylogeny of green sulfur bacteria. To overcome the limitation of immobility, some green sulfur bacteria have entered into a symbiosis with motile Betaproteobacteria in a type of multicelllular association termed phototrophic consortia. Recent genomic, transcriptomic, and proteomic studies of "C. aggregatum" and its epibiont provided insights into the molecular basis and the origin of the stable association between the two very distantly related bacteria. However, to date the possibility of a metabolic coupling between the bacterial partners has not been investigated. The symbiotic exchange of metabolites between the two species was therefore investigated by tracking the flux of isotope-labeled CO2 through the two partner organisms using NanoSIMS analysis and magnetic capture, revealing a fast and simultaneous incorporation of labeled carbon into both organisms. The transferred metabolites were identified by isotopologue profiling for which the partner cells were separated by cesium chloride density gradient centrifugation, a method which identified amino acids as one group of substrates to be transferred between the two partners. The addition of external carbon substrates inhibited the transfer between the two partners, suggesting that transporters are the means by which substrates are exchanged. Genome sequencing revealed the central bacterium to be an aerobic or microaerophilic chemoheterotrophic bacterium. The existence of 32 PAS domains which are responsible for sensing various signals indicate that the central bacterium is responsible for the chemo- and phototactic responses of the consortium. The central bacterium possesses all traits of an autonomous organism. However, transcriptome analysis revealed the central bacterium to be inactive in the dark although external carbon sources were present. Thereby, a yet unexplained dependence on the epibiont is revealed which indicates a complex metabolic coupling between the two symbiotic partner organisms.

In der vorliegenden Arbeit wurden Real-time PCR-basierte Nachweisverfahren für E. canis und A. phagocytophilum entwickelt, validiert und im Anschluss für die Untersuchung von Patientenproben eingesetzt. Für E. canis wurden für zwei Tests Primer und Sonden des Typs „Molecular Beacon“ konstruiert, die auf unterschiedliche Zielgene gerichtet waren, die Reaktionsbedingungen optimiert und die Leistungsfähigkeit beider Tests verglichen. Die PCR EC-16S hatte hierbei die 16S rDNA als Zielgen, während die PCR ECP-p30 auf das p30-10-Gen von E. canis gerichtet war. Bei der Ermittlung der analytischen Sensitivität und analytischen Spezifität ergab sich, dass beide Tests in ihren Leistungen sehr ähnlich waren. Beide PCRs waren spezifisch und lieferten nur für DNA von E. canis ein positives Ergebnis, während die übrigen getesteten Erreger A. platys, N. risticii, A. phagocytophilum, Babesia canis, B. gibsoni und H. canis in der PCR negativ reagierten. Da die PCR ECP-p30 bei der Sensitivitätsprüfung geringfügig besser beurteilt wurde, wurde entschieden, die weiteren Untersuchungen mit diesem PCR-Protokoll durchzuführen. Zur Bestimmung der diagnostischen Sensitivität und Spezifität dieses Tests wurde eine extern kontrollierte Validierung mit geblindeten Proben durchgeführt. Hierbei ergab sich eine diagnostische Spezifität von 100 %. Die diagnostische Sensitivität der Real-time PCR betrug 82 %. Der prädiktive Wert des positiven Testergebnisses lag für die PCR ECP-p30 bei 100 %, während der prädiktive Wert des negativen Testergebnisses 87,5 % erreichte Als Nachweisgrenze wurden 14,5 Moleküle des Zielgens pro 50 µl Ansatz ermittelt. Im Anschluss wurde die Eignung des Tests an Blutproben von Hunden aus einem für E. canis endemischen Gebiet untersucht. Dabei wurden 244 Blutproben einbezogen und die Ergebnisse der PCR mit denen eines IFATs verglichen. Die Blutproben stammten aus Kampanien, Italien und wurden dort durch Tierärzte von Hunden gewonnen, die in einer Tierarztpraxis mit angeschlossenem Tierheim vorgestellt wurden. Die Tiere waren drei Gruppen zuzuordnen: Ein Teil der Hunde, und zwar 19 Tiere, wurde von privaten Besitzern in der Praxis vorgestellt, 52 Tiere waren unmittelbar zuvor von der Strasse aufgelesen worden und die dritte Gruppe, die 173 Hunde umfasste, hielt sich zum Zeitpunkt der Probennahme schon längere Zeit im Tierheim auf. Innerhalb des Tierheims wird ein hoher diagnostischer und medikamenteller Aufwand zur Erkennung und Bekämpfung von E. canis mittels antibiotischer Therapie und Zecken¬prophylaxe betrieben. In die Untersuchung einbezogen wurden jedoch nur Hunde, die mindestens drei Monate lang nicht mehr mit einem gegen E. canis wirksamen Medikament behandelt worden waren. Bei der serologischen Untersuchung der Hunde mittels IFAT ergab sich ein Anteil seropositiver Tiere von insgesamt 41,8 %, der auch bei Betrachtung der drei verschiedenen Gruppen nur wenig variierte. So betrug der Anteil seropositiver Tiere innerhalb der Gruppe der Hunde aus dem Tierheim 43,4 %, während 40,4 % der Straßenhunde und 31,6 % der Tiere in privatem Besitz seropositiv waren. Diese Unterschiede waren nicht signifikant. Ein direkter Erregernachweis mittels Real-time PCR erfolgte bei 13,9 % der untersuchten Tiere. Beim Vergleich der Untersuchungsergebnisse von PCR und IFAT wurde eine Überein¬stimmung bei 61,9 % der untersuchten Proben ermittelt. Bei Betrachtung der einzelnen Hundegruppen lag der Anteil der in der PCR positiven Tiere bei den Straßenhunden mit 23,1 % ungefähr doppelt so hoch wie bei den Tieren in Privatbesitz (10,5 %) oder den Tierheim¬hunden im Tierheim (11,6 %). Der Unterschied zwischen den Straßenhunden und den Tierheimhunden war somit signifikant. Diese Ergebnisse weisen auf ein häufiges Vorkommen von E. canis im Untersuchungsgebiet hin und stützen die Auffassung, dass eine Erreger¬elimination mittels Antibiotikatherapie nur schwer zu erreichen ist. Für A. phagocytophilum wurde in der vorliegenden Studie ebenfalls eine Real-time PCR entwickelt und das Testverfahren unter Einbeziehung zweier bereits publizierter Real-time PCR-Protokolle und zwar von Pusterla et al. (1999a) und von Courtney et al. (2004), validiert. Bei der Entwicklung der Real-time PCR für A. phagocytophilum wurde als Zielgen die 16S rDNA herangezogen, da nur hierfür vergleichbare Sequenzen nahe verwandter Ehrlichienspezies verfügbar waren. Alle drei vorliegenden Testverfahren wurden auf ihre analytische Spezifität und ihre analytische Sensitivität überprüft und zusätzlich im Rahmen einer extern kontrollierten Validierung mittels geblindeter Proben verglichen. Hierbei zeigte sich, dass nur die PCR nach Courtney et al (2004), hier als PCR AP-MSP2 bezeichnet, eine sehr gute Spezifität für A. phagocytophilum besaß. Die anderen Tests lieferten auch für N. risticii und A. platys positive Ergebnisse. Die analytische Sensitivität war bei diesem Test ebenfalls um mindestens eine Zehnerpotenz höher als bei den anderen beiden PCRs. Im Rahmen der Validierung wurde für die PCR AP-MSP2 eine diagnostische Spezifität von 96 % ermittelt, während die im Rahmen dieser Studie entwickelte PCR AP-16S eine Spezifität von 64 % und die PCR nach Pusterla et al. (1999a) einen Wert von 36 % erreichten. Der prädiktive Wert des positiven Testergebnisses betrug für die drei PCRs somit 96 %, 74 % bzw. 61 %. Für die Untersuchung von Patientenproben auf Befall mit A. phagocytophilum wurde deshalb die PCR AP-MSP2 ausgewählt. In die Studie wurden Hunde aus Deutschland einbezogen, und zwar sowohl 72 Blutproben, die eigens für diese Studie auf Anforderung von Tierärzten eingesandt worden waren, als auch 133 Proben, die aus verschiedensten Gründen in das Routinelabor des Institutes eingesandt worden waren. Die 72 eigens für die Studie gewonnenen Proben wurden mittels Buffy-coat-Ausstrich, PCR und IFAT auf A. phagocytophilum untersucht. Lichtmikroskopisch konnten in keinem Fall Einschluss¬körperchen des Erregers in den Granulozyten nachgewiesen werden. Mittels PCR wurde jedoch bei einem Hund (1,4 %) der Nachweis von A. phagocytophilum erbracht. Im IFAT konnten bei 16,7 % der 72 untersuchten Hundeseren spezifische Antikörper gegen den Erreger nachgewiesen werden. Eine Übereinstimmung der Ergebnisse von PCR und Buffy-coat-Ausstrichen lag bei 98,6 % der Proben vor. Beim Vergleich der Ergebnisse der Buffy-coat-Ausstriche mit den Ergebnissen des IFAT wurde eine prozentuale Übereinstimmung von 65,3 % errechnet. Identische Ergebnisse bei PCR und IFAT wurden bei 66,7 % der untersuchten Hunde erzielt. Die 133 Proben, die zufällig aus allen Einsendungen in das Routinelabor des Instituts für vergleichende Tropenmedizin und Parasitologie ausgewählt worden waren, wurden mittels PCR und IFAT untersucht, wobei zwei Tiere (1,5 %) in der PCR und 34,6 % im IFAT ein positives Ergebnis lieferten. Die Identität des PCR-Produktes eines der positiven Tiere wurde durch Klonierung und anschließende Sequenzierung bestätigt. Eine Übereinstimmung der Testergebnisse von IFAT und PCR bestand bei 52,6 % der untersuchten Proben. Diese Ergebnisse stützen die Auffassung, dass Hunde in Deutschland häufig mit A. phagocytophilum in Kontakt kommen, dass es sich dabei aber meist um eine selbstlimitierende, klinisch inapparente Infektion handelt.

The aim of this study was to increase the understanding of diversity and activity of dominant bacterial populations in the rhizospheres of three economically important grain legumes (Vicia faba, Lupinus albus and Pisum sativum). A cultivation-independent approach was employed to achieve this aim bearing in mind the limitation of cultivation-dependent technique that only 10% of bacteria present in rhizosphere can be cultured. PCR amplification of 16S rDNA and subsequent separation of the amplicons by DGGE was used in an initial screening of replicates for experimental variation and for the first characterization of bacterial community composition of the three rhizospheres under study. Specific profiles generated by the three legumes, derived by both 16S rDNA and rRNA, emphasized the need to perform detailed analysis of the communities present in these rhizospheres. Clone libraries for PCR and RT-PCR products were generated for representative samples of all the three legumes. Firmicutes were found to be the most dominant in all the legumes, both in DNA- and RNA-derived libraries, indicating them to be the most active group as well. A plant-dependent rhizosphere effect was reflected by the absence of ?-subdivision members in Pisum and ?-subdivision members of proteobacteria in Vicia rhizosphere. High numbers of as yet unclassified bacteria were also obtained. With this experimental set-up, using the same soil material but three different legumes and a uniform inoculation with Rhizobium sp., it became evident that plant roots influence the development of bacterial communities in the rhizosphere in a plant-specific manner. The extent of the rhizosphere effect could vary in natural field conditions as the present study was performed under controlled conditions in green house using soil from agricultural site. Extraction and analysis of rRNA has enabled identification of active taxa in the present study. Fingerprints were obtained for total RNA using two different primers. The profiles generated revealed marked differences between the three rhizospheres of the three legumes under study, indicating differences between the metabolic status of the bacterial communities present in the rhizospheres of these three legumes. To address the question of functional diversity, mRNA extraction and subsequent RT-PCR were performed for various genes important in nutrient cycling. The presence of chitinase genes could be established by specific PCR amplification using DNA extracted from the three rhizospheres. However, no expression of the gene could be detected by RT-PCR. Enzyme assays confirmed no or very low levels of the chitinase protein in the rhizospheres. Analysis of proteolytic enzymes (serine and neutral metallopeptidases) showed the presence and activity of serine peptidase in the three rhizospheres. Neutral metallopeptidase gene was also present in the three rhizospheres but no expression could be detected in the Lupinus rhizosphere. This was a confirmation of plant-dependent effect at the level of functioning of the bacterial communities. Genes for nitrite reductase (nirK and nirS), which may lead to removal of nitrogen from the system by denitrification, were targeted to gain an understanding of the importance of this enzyme in a nitrogen-enriching environment. The presence of nirS was not detected in any of the legume rhizospheres, but both the presence and activity of nirK was established for the three rhizospheres. The diversity of this gene was investigated by generating clone libraries with the RT-PCR products from the three plant rhizospheres. The observation of distinct differences in the distribution of phylotypes of expressed nirK gene in the three legume rhizospheres confirmed a plant specific effect on the functions of the rhizosphere bacterial communities. The present study revealed a hitherto unknown diversity of rhizospheric bacteria associated with grain legumes. Entirely cultivation-independent approaches to characterize the structure and function of the bacterial community of the rhizosphere of the three grain legumes clearly revealed plant-dependent rhizosphere effect on bacterial community structure and function.

The aim of this PhD thesis was to examine the endophytic colonization behavior of Azospirillum brasilense and Herbaspirillum sp. N3 on wheat roots. The application of the FISH method using species specific phylogenetic oligonucleotide probes and GFP tagging facilitated the detection of a differential colonization behavior by the A. brasilense strains Sp7 and Sp245 on three different wheat varieties (Triticum aestivum). For this purpose a confocal laser scanning microscope (CLSM) was used, which enabled three-dimesional analysis of bacterial colonization of the root. Especially GFP tagged strains were well suited for this application, as there was no pretreatment or sectioning of the root sample necessary. Strain Sp7 was only located on the root surface of all wheat cultivars, whereas strain Sp245 was also found inter- and intracellulary in the outer root cortex layers. There was no recognizable connection between the growth stimulating effect of the inoculum (PGPR-effect) and the localization of the bacteria. The most pronounced PGPR-effect could be observed with the Brazilian wheat cultivar, which seemed to gain greatest benefit of its partnership with A. brasilense due to a certain adaptation to the inoculum. As the production of the auxin IAA (indole-3-acetic acid) plays a major role in stimulating plant growth, the expression of the key gene ipdC (indole-3-pyruvate decarboxylase) was examined. For this, several methods were tested to generate a fusion of the ipdC promoter with a gfp or rfp reporter gene. Constructing a translational promoter fusion with the gfp variant mut3 on plasmid level made expression analyses possible. With this method the promoter region of strain Sp7 located directly upstream of the ipdC start codon was found to differ only in a few bases from strain Sp245. But further upstream a region of about 150 bases was identified in strain Sp245, which was missing in strain Sp7. For Sp245 two different fusions were constructed, which contained the Sp245 promoter region homologous to strain Sp7 and the whole promoter region of Sp245, respectively. With these constructs the importance of the promoter region only present in strain Sp245 for control and intensity of ipdC expression in A. brasilense Sp245 could be demonstrated. Additionally an induction of the corresponding ipdC promoter fusions of Sp7 and Sp245 was achieved when adding phenylalanine or tyrosine. Total promoter activity was higher in strain Sp7 than in strain Sp245, and ipdC expression appeared to be subject to a stricter control in strain Sp245. These results were confirmed, when the strains containing the promoter fusions were used as reporters for ipdC expression on wheat roots. A demonstration of the induction of the ipdC promoter by root exudates in situ was possible. Finally, isolate N3 from surface sterilized wheat roots was characterized in detail. According to the 16S rDNA sequence data the isolate was phylogenetically allocated to the genus Herbaspirillum. But a subsequent DNS-DNS hybridization ruled out, that the strain belonged to any of the known Herbaspirillum species. Thus, the isolate, which might represent a new species, was named Herbaspirillum sp. N3. A specific, 16S rRNA targeted probe was constructed, which facilitated the examination of wheat roots colonization by this bacteria using FISH. Additionally the strain was GFP tagged to enable the detection in uncut root material. By this, an unequivocal demonstration of the endophytic colonization by Herbaspirillum sp. N3 mainly within the intercellular spaces was possible.

Die Rolle der Transduktion beim horizontalen Gentransfer ist bislang wenig untersucht. Die Bedeutung, die diesem Mechanismus beim Austausch von genetischem Material in der Natur zukommt, kann nur geklärt werden, wenn möglichst umfassende Informationen über das Vorkommen von transduzierenden Bakteriophagen verfügbar sind. Zur Erforschung des Ausmaßes des phagenvermittelten Gentransfers war es notwendig, Methoden zu entwickeln, die nicht auf die Verfügbarkeit kultivierbarer Indikatorbakterien zum Nachweis von Phagen sowie Spender- und Empfängerstämme zum Nachweis der Transduktion angewiesen sind. Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine Methode zur indikatorunabhängigen Identifizierung transduzierender Bakteriophagen entwickelt. In Phagenpartikel verpackte DNA wurde als Template für die PCR-Amplifikation von bakterieller 16S rDNA eingesetzt. Dabei wurden PCR-Primer verwendet, die eine Amplifikation der 16S rRNA-Gene der meisten Eubakteria ermöglichen. Die Sequenzierung der klonierten Amplifikationsprodukte ermöglichte die retrospektive Identifizierung der Wirtsbakterien. Zur Etablierung dieser Methode wurde der generell transduzierende Salmonella-Phage P22 eingesetzt. Erste Anwendungen auf verschiedene Umweltproben zeigten, daß dieser Ansatz den Nachweis generell transduzierender Bakteriophagen ohne Isolierung und Kultivierung der Wirtszellen ermöglicht. Daher ist es auch möglich, Phagen, die am Gentransfer beteiligt sind, ohne Selektion durch die derzeit kultivierbaren Wirte zu detektieren. Schon in den ersten Testanwendungen konnten Phagen von 26 verschiedenen Gramnegativen Bakterienspezies nachgewiesen werden, bei denen bisher keine transduzierenden Viren bekannt waren. Die Untersuchung einer Moorquellwasserprobe brachte Informationen über Phagen mit bisher unbekannten Wirtszellen. Die hier vorgestellte Methode kann als Prototyp des indikatorunabhängigen Nachweises generell transduzierender Phagen für prinzipiell alle Bakterienarten gelten. Unter Einsatz verschiedener 16S rDNA-Primerpaare ist der Suche nach transduzierenden Partikeln in der Umwelt nahezu keine Grenze gesetzt. Dieser Ansatz erlaubt sowohl die Überprüfung einer Probe auf das Vorkommen transduzierender Phagen mit unterschiedlichen Wirtsspezifitäten als auch die gezielte Suche nach am DNA-Transfer beteiligten Phagen spezieller Vertreter der Prokaryonten. Ein weiteres Ziel der Arbeit war die Charakterisierung der bisher unbekannten Salmonella-Phagen 7D, PS79 und A12. Es konnte gezeigt werden, daß diese nicht mit P22 sowie anderen prominenten Bakterienviren verwandt sind und daher drei neue Phagenfamilien repräsentieren. Mikrobiologische Untersuchungen erbrachten, daß es sich dabei um zwei temperente und einen virulenten generell transduzierenden Phagen handelt. Bezüglich ihrer morphologischen und Nukleinsäure-Merkmale zählen sie zur Familie der Caudovirales. Die Phagen wurden in Hinsicht auf ihr Wirtsspektrum sowie auf phagenvermittelte Schutzmechanismen lysogener Zellen untersucht. Im Rahmen der molekulargenetischen Analyse konnte die Größe der Phagengenome ermittelt werden und für 7D und PS79 konnten Restriktionskarten für acht bzw. sieben Enzyme erstellt werden. Der Phage A12 entzog sich, wahrscheinlich aufgrund ausgeprägter DNASekundärstrukturen, einer ausführlichen Restriktionskartierung, so daß diese auf ein Enzym beschränkt werden mußte. Untersuchungen PS79-lysogener Zellen weisen darauf hin, daß der Prophage als extrachromosomale Replikationseinheit vorliegt. Für den Phagen 7D wurde die Integration durch ortsspezifische Rekombination sowie der Integrationsort auf dem Chromosom von Salmonella nachgewiesen. Die Charakterisierung der Phagen 7D, PS79 und A12 erbrachte neue Informationen über die Vielfalt generell transduzierender Bakteriophagen bei Salmonella. Insgesamt zeigen die erzielten Ergebnisse deutlich, daß der horizontale Transfer genetischen Materials durch Transduktion, insbesondere im Hinblick auf die Sicherheitsforschung im Zusammenhang mit der Freisetzung gentechnisch veränderter Organismen, nicht länger als vernachlässigbarer Faktor eingestuft werden kann.