Immune heparin-induced thrombocytopenia (HIT) is a potentially serious complication of heparin therapy and is associated with antibodies directed against a complex of platelet factor 4 (PF4) and heparin. Early diagnosis of HIT is important to reduce morbidity and mortality. I developed an enzyme immunoassay that detects the binding of HIT IgG to PF4-heparin in the fluid phase. This required techniques to purify and biotinylate PF4. The fluid phase assay produces consistently low background and can detect low levels of anti-PF4-heparin. It is suited to testing alternative anticoagulants because, unlike in an ELISA, a clearly defined amount of antigen is available for antibody binding. I was able to detect anti-PF4-heparin IgG in 93% of HIT patients. I also investigated cross-reactivity of anti-PF4-heparin antibodies with PF4 complexed to alternative heparin-like anticoagulants. Low molecular weight heparins cross-reacted with 88% of the sera from HIT patients while half of the HIT sera weakly cross-reacted with PF4-danaparoid (Orgaran). The thrombocytopenia and thrombosis of most of these patients resolved during danaparoid therapy, indicating that detection of low affinity antibodies to PF4-danaparoid by immunoassay may not be an absolute contraindication for danaparoid administration. While HIT patients possess antibodies to PF4-heparin, I observed that HIT antibodies will also bind to PF4 alone adsorbed on polystyrene ELISA wells but not to soluble PF4 in the absence of heparin. Having developed a technique to affinity-purify anti-PF4-heparin HIT IgG, I provide the first estimates of the avidity of HIT IgG. HIT IgG displayed relatively high functional affinity for both PF4-heparin (Kd=7-30nM) and polystyrene adsorbed PF4 alone (Kd=20-70nM). Furthermore, agarose beads coated with PF4 alone were almost as effective as beads coated with PF4 plus heparin in depleting HIT plasmas of anti-PF4-heparin antibodies. I conclude that the HIT antibodies which bind to polystyrene adsorbed PF4 without heparin are largely the same IgG molecules that bind PF4-heparin and thus most HIT antibodies bind epitope(s) on PF4 and not epitope(s) formed by part of a PF4 molecule and part of a heparin molecule. Binding of PF4 to heparin (optimal) or polystyrene/agarose (sub-optimal) promotes recognition of this epitope. Under conditions that are more physiological and sensitive than previous studies, I observed that affinity-purified HIT IgG will cause platelet aggregation upon the addition of heparin. Platelets activated with HIT IgG increased their release and surface expression of PF4. I quantitated the binding of affinity-purified HIT 125I-IgG to platelets as they activate in a plasma milieu. Binding of the HIT IgG was dependent upon heparin and some degree of platelet activation. Blocking the platelet Fc??? receptor-II with the monoclonal antibody IV.3 did not prevent HIT IgG binding to activated platelets. I conclude that anti-PF4-heparin IgG is the only component specific to HIT plasma that is required to induce platelet aggregation. The Fab region of HIT IgG binds to PF4-heparin that is on the surface of activated platelets. I propose that only then does the Fc portion of the bound IgG activate other platelets via the Fc receptor. My data support a dynamic model of platelet activation where released PF4 enhances further antibody binding and more release.

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / Neisseria meningitidis é uma das principais causas de meningite bacteriana e septicemia em todo o mundo, acometendo principalmente crianças menores de 4 anos. Atualmente, não existe uma vacina universal contra o meningococo B (MenB). A imunidade protetora contra o meningococo caracteriza-se pela presença e persistência de anticorpos bactericidas, porém pouco se sabe sobre os mecanismos de desenvolvimento desta memória sorológica. Avaliamos em modelo animal e em humanos, a geração e manutenção das células secretoras de anticorpos (ASC) e dos linfócitos B de memória (LBm) após vacinação contra MenB. Utilizamos como referência a vacina diftérica (dT ou DTP), considerada ter ótima eficácia em humanos. Para o estudo em modelo animal, grupos de 6 a 8 camundongos suíços, fêmeas, de 5 a 6 semanas, foram imunizados com 3 doses da vacina VA-MENGOC-BC ou DTP, via intramuscular, com intervalo de 2 semanas entre as doses. Aproximadamente 2, 4 ou 6 meses após a última dose, os animais receberam a dose reforço. A vacina anti-MenB induziu uma resposta primária de ASC maior que a resposta à dose reforço. Ao contrário, a resposta de ASC à vacina dT foi maior após o booster. A resposta de LBm anti-MenB permaneceu constante (média de 1%) ao longo de todo o estudo, mas a resposta ao toxóide diftérico (TD) foi maior após o booster (média de 1,9%) que após a imunização primária. A concentração de IgG, anticorpos bactericidas e opsonizantes contra MenB foi dose-dependente e foi reativada após a administração das doses reforços. Esses resultados sugerem que os LBm presentes no baço foram responsáveis pela forte resposta de anticorpos observada após a dose reforço. Para o TD, ambos ASC e LBm foram importantes na manutenção da memória sorológica. Para o estudo em humanos, seis voluntários foram imunizados com 3 doses da vacina VA-MENGOC-BC, via intramuscular, com intervalo de 6 a 7 semanas entre as doses. Seis meses após a imunização primária, os indivíduos receberam uma dose reforço. Outro grupo de voluntários (n = 5) foi imunizado com uma dose reforço da vacina dT. Somente após a terceira dose da vacina anti-MenB foi possível detectar a presença de LBm em todos os indivíduos. Seis meses após a imunização primária, a frequência de LBm voltou ao seu nível basal e não foi reativada após a dose booster. A vacina dT também induziu uma resposta de LBm heterogênea, mas esta foi 5 vezes maior que a induzida por VA-MENGOC-BC. A resposta de anticorpos funcionais anti-MenB foi de curta duração com pequena reativação após a dose reforço. As duas vacinas induziram diferentes frequências de LT de memória central (TCM) e de memória efetora (TEM) após a vacinação primária e após o booster. A resposta à dose booster foi caracterizada pelo aumento da população de linfócitos TCM e diminuição de TEM. A população de linfócitos TCM apresentou maior ativação (CD69+) que os linfócitos TEM, especialmente após a vacinação contra MenB. Concluindo, os dados desta tese indicam que a administração de 3 doses da vacina VA-MENGOC-BC teve uma eficiência limitada em humanos e sugerem que a baixa eficácia da vacina, quando utilizada na década de 90 em São Paulo e no Rio de Janeiro, pode estar relacionada à deficiência na geração e manutenção de LBm específicos.

A doença meningocócica (DM) é, ainda hoje, um sério problema de saúde pública, estando associada a elevadas taxas de morbidade e letalidade no mundo. A DM evoca proteção imunológica persistente contra a doença em pessoas com sistema imunológico normal. Em contraste, a proteção induzida por vacinas meningocócicas sempre requer a administração de doses reforço (booster) da vacina. No Brasil, Neisseria meningitidis dos sorogrupos C (MenC) e B (MenB) são as principais causas de DM durante os últimos anos. Atualmente, não existe uma vacina universal contra o meningococo B (MenB). A infecção pelo vírus da imunodeficiência humana (HIV) tem sido apontada como um fator de risco para a mortalidade da DM. Um dos pilares do tratamento do HIV é a utilização de vacinas para doenças imuno-preveníveis. A vacina conjugada anti-MenC é frequentemente recomendada para crianças e adolescentes infectados pelo HIV no Brasil e em muitos outros países. Poucos estudos têm abordado os mecanismos pelos quais as vacinas meningocócicas geram e sustentam a memória imunológica. Os objetivos deste estudo foram: 1) avaliar a resposta de anticorpos bactericidas e de linfócito T (LT) CD4 de memória contra o meningococo após a infecção; 2) avaliar a resposta de anticorpos bactericidas e de LT CD4 de memória e linfócito B de memória (LBm) contra o meningococo após o booster da vacina cubana VA-MENGOC-BC em voluntários imunizados há aproximadamente 17 anos; 3) investigar a resposta de anticorpos funcionais (bactericidas e opsonizantes) após imunização com a vacina conjugada anti-MenC (CRM197) em indivíduos infectados pelo vírus HIV. Após a infecção, 83% dos pacientes diagnosticados como tendo DM pelo teste de látex e/ou cultura tiveram títulos de anticorpos bactericidas protetores, mas não houve uma associação entre os títulos de anticorpos bactericidas e a concentração de imunoglobulina total específica. Houve aumento na frequência de linfócitos T de memória central (TCM) (mediana de 15%) ativados, principalmente após estímulo com a cepa MenC. Nos voluntários pré-vacinados, 3 de 5 indivíduos soroconverteram 7 ou 14 dias após a administração da dose booster. Houve um aumento importante da população TCM 14 dias após o booster, mas sem ativação celular diferenciada dos grupos controles. Observamos resposta positiva de LBm na maioria dos voluntários, mas sem correlação com os anticorpos bactericidas. Em relação aos pacientes HIV positivos, os resultados mostraram a necessidade de uma segunda dose da vacina, já que apenas 15% soroconverteram a uma única dose e a segunda dose resultou em soroconversão de cerca de 55% dos indivíduos. Observamos correlação positiva (r= 0,43) e significativa (P= 0,0007) entre os anticorpos opsonizantes e bactericidas após a vacinação. Não observamos diferenças significativas quando relacionamos os títulos de anticorpos bactericidas com o número absoluto de LT CD4 P= 0,051) e LT CD4 nadir (P= 0,09) entre os pacientes que soroconverteram (n= 43) ou não soroconverteram (n= 106) após a primeira dose. Desta forma, os resultados desta tese indicaram que: 1) os pacientes convalescentes da DM adquirem anticorpos bactericidas após infecção por N. meningitidis; 2) nos voluntários vacinados, a dose booster da vacina anti-MenB não foi plenamente eficaz em ativar a memória imunológica através da produção de anticorpos bactericidas ou ativação de LTm; 3) os pacientes HIV positivos necessitam de uma dose booster da vacina conjugada anti-MenC. / Meningococcal disease (MD) is still a serious public health problem and is associated with high morbidity and mortality rates worldwide. MD evokes persistent immune protection against disease in people with normal immune systems. In contrast, protection induced by meningococcal always requires booster injections of the vaccine. In Brazil, Neisseria meningitidis serogroup C (MenC) and B (MenB) have been the main causes of MD for the past years. Currently, there is no universal vaccine against serogroup B. HIV infection has been implicated as a risk factor for the mortality of meningococcal disease. One of the cornerstones of HIV treatment is the use of vaccines for immunopreventable diseases. The anti-MenC conjugated vaccine is often recommended for children and adolescents infected with HIV in Brazil and many other countries. Few studies have addressed the mechanisms by which meningococcal vaccines generate and sustain immunological memory. The aims of this study were: 1) to evaluate the response of bactericidal antibody and memory CD4 T lymphocyte against meningococcus after infection; 2) to evaluate the bactericidal antibody response and memory T cells and memory B cells against meningococcal booster after the Cuban vaccine VA-MENGOC-BC in volunteers immunized for about 17 years; 3) to investigate the functional antibody response (bactericidal and opsonizing) after immunization with anti-MenC conjugated vaccine (CRM197) in individuals infected with HIV. After infection, 83% of patients diagnosed as having DM by latex and/or culture test, had protective titers of bactericidal antibodies, but there was no association between the titers of bactericidal antibodies and the total specific immunoglobulin concentration and an increase in frequency of TCM (median of 15%) activated mainly after stimulation with MenC strain. In pre-vaccinated volunteers, 3 of 5 subjects seroconverted 7 or 14 days after administration of the booster dose. There was a significant increase in TCM population 14 days after the booster dose but without differentiated cell activation of control groups. We observed positive response of memory B lymphocyte in most volunteers, but no correlation with bactericidal antibodies. Regarding HIV infected patients, the results showed the need for a second vaccine dose in this population since only about 15% responded to a single dose and second dose resulted in seroconversion in about 55 % of individuals. We observed a positive (r= 0,43) and significant (P= 0,0007) correlation between the opsonizing and bactericidal antibody after vaccination. No significant differences when we relate the titles of bactericidal antibodies with the absolute number of CD4 (P= 0,051) and CD4 nadir (P= 0,09) among patients who seroconverted (n= 43) or not seroconverted (n= 106) after the first dose. Thus, the results indicated that: 1) convalescent patients of DM acquire bactericidal antibodies after infection with N. meningitides; 2) in vaccinated volunteers, the booster dose of anti-MenB vaccine was not fully effective in activating the immune memory by production of bactericidal antibodies or activation of memory CD4 T lymphocyte; 3) HIV-positive patients need a booster dose of the anti-MenC conjugated vaccine.

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / Neisseria meningitidis é uma das principais causas de meningite bacteriana e septicemia em todo o mundo, acometendo principalmente crianças menores de 4 anos. Atualmente, não existe uma vacina universal contra o meningococo B (MenB). A imunidade protetora contra o meningococo caracteriza-se pela presença e persistência de anticorpos bactericidas, porém pouco se sabe sobre os mecanismos de desenvolvimento desta memória sorológica. Avaliamos em modelo animal e em humanos, a geração e manutenção das células secretoras de anticorpos (ASC) e dos linfócitos B de memória (LBm) após vacinação contra MenB. Utilizamos como referência a vacina diftérica (dT ou DTP), considerada ter ótima eficácia em humanos. Para o estudo em modelo animal, grupos de 6 a 8 camundongos suíços, fêmeas, de 5 a 6 semanas, foram imunizados com 3 doses da vacina VA-MENGOC-BC ou DTP, via intramuscular, com intervalo de 2 semanas entre as doses. Aproximadamente 2, 4 ou 6 meses após a última dose, os animais receberam a dose reforço. A vacina anti-MenB induziu uma resposta primária de ASC maior que a resposta à dose reforço. Ao contrário, a resposta de ASC à vacina dT foi maior após o booster. A resposta de LBm anti-MenB permaneceu constante (média de 1%) ao longo de todo o estudo, mas a resposta ao toxóide diftérico (TD) foi maior após o booster (média de 1,9%) que após a imunização primária. A concentração de IgG, anticorpos bactericidas e opsonizantes contra MenB foi dose-dependente e foi reativada após a administração das doses reforços. Esses resultados sugerem que os LBm presentes no baço foram responsáveis pela forte resposta de anticorpos observada após a dose reforço. Para o TD, ambos ASC e LBm foram importantes na manutenção da memória sorológica. Para o estudo em humanos, seis voluntários foram imunizados com 3 doses da vacina VA-MENGOC-BC, via intramuscular, com intervalo de 6 a 7 semanas entre as doses. Seis meses após a imunização primária, os indivíduos receberam uma dose reforço. Outro grupo de voluntários (n = 5) foi imunizado com uma dose reforço da vacina dT. Somente após a terceira dose da vacina anti-MenB foi possível detectar a presença de LBm em todos os indivíduos. Seis meses após a imunização primária, a frequência de LBm voltou ao seu nível basal e não foi reativada após a dose booster. A vacina dT também induziu uma resposta de LBm heterogênea, mas esta foi 5 vezes maior que a induzida por VA-MENGOC-BC. A resposta de anticorpos funcionais anti-MenB foi de curta duração com pequena reativação após a dose reforço. As duas vacinas induziram diferentes frequências de LT de memória central (TCM) e de memória efetora (TEM) após a vacinação primária e após o booster. A resposta à dose booster foi caracterizada pelo aumento da população de linfócitos TCM e diminuição de TEM. A população de linfócitos TCM apresentou maior ativação (CD69+) que os linfócitos TEM, especialmente após a vacinação contra MenB. Concluindo, os dados desta tese indicam que a administração de 3 doses da vacina VA-MENGOC-BC teve uma eficiência limitada em humanos e sugerem que a baixa eficácia da vacina, quando utilizada na década de 90 em São Paulo e no Rio de Janeiro, pode estar relacionada à deficiência na geração e manutenção de LBm específicos.

A doença meningocócica (DM) é, ainda hoje, um sério problema de saúde pública, estando associada a elevadas taxas de morbidade e letalidade no mundo. A DM evoca proteção imunológica persistente contra a doença em pessoas com sistema imunológico normal. Em contraste, a proteção induzida por vacinas meningocócicas sempre requer a administração de doses reforço (booster) da vacina. No Brasil, Neisseria meningitidis dos sorogrupos C (MenC) e B (MenB) são as principais causas de DM durante os últimos anos. Atualmente, não existe uma vacina universal contra o meningococo B (MenB). A infecção pelo vírus da imunodeficiência humana (HIV) tem sido apontada como um fator de risco para a mortalidade da DM. Um dos pilares do tratamento do HIV é a utilização de vacinas para doenças imuno-preveníveis. A vacina conjugada anti-MenC é frequentemente recomendada para crianças e adolescentes infectados pelo HIV no Brasil e em muitos outros países. Poucos estudos têm abordado os mecanismos pelos quais as vacinas meningocócicas geram e sustentam a memória imunológica. Os objetivos deste estudo foram: 1) avaliar a resposta de anticorpos bactericidas e de linfócito T (LT) CD4 de memória contra o meningococo após a infecção; 2) avaliar a resposta de anticorpos bactericidas e de LT CD4 de memória e linfócito B de memória (LBm) contra o meningococo após o booster da vacina cubana VA-MENGOC-BC em voluntários imunizados há aproximadamente 17 anos; 3) investigar a resposta de anticorpos funcionais (bactericidas e opsonizantes) após imunização com a vacina conjugada anti-MenC (CRM197) em indivíduos infectados pelo vírus HIV. Após a infecção, 83% dos pacientes diagnosticados como tendo DM pelo teste de látex e/ou cultura tiveram títulos de anticorpos bactericidas protetores, mas não houve uma associação entre os títulos de anticorpos bactericidas e a concentração de imunoglobulina total específica. Houve aumento na frequência de linfócitos T de memória central (TCM) (mediana de 15%) ativados, principalmente após estímulo com a cepa MenC. Nos voluntários pré-vacinados, 3 de 5 indivíduos soroconverteram 7 ou 14 dias após a administração da dose booster. Houve um aumento importante da população TCM 14 dias após o booster, mas sem ativação celular diferenciada dos grupos controles. Observamos resposta positiva de LBm na maioria dos voluntários, mas sem correlação com os anticorpos bactericidas. Em relação aos pacientes HIV positivos, os resultados mostraram a necessidade de uma segunda dose da vacina, já que apenas 15% soroconverteram a uma única dose e a segunda dose resultou em soroconversão de cerca de 55% dos indivíduos. Observamos correlação positiva (r= 0,43) e significativa (P= 0,0007) entre os anticorpos opsonizantes e bactericidas após a vacinação. Não observamos diferenças significativas quando relacionamos os títulos de anticorpos bactericidas com o número absoluto de LT CD4 P= 0,051) e LT CD4 nadir (P= 0,09) entre os pacientes que soroconverteram (n= 43) ou não soroconverteram (n= 106) após a primeira dose. Desta forma, os resultados desta tese indicaram que: 1) os pacientes convalescentes da DM adquirem anticorpos bactericidas após infecção por N. meningitidis; 2) nos voluntários vacinados, a dose booster da vacina anti-MenB não foi plenamente eficaz em ativar a memória imunológica através da produção de anticorpos bactericidas ou ativação de LTm; 3) os pacientes HIV positivos necessitam de uma dose booster da vacina conjugada anti-MenC. / Meningococcal disease (MD) is still a serious public health problem and is associated with high morbidity and mortality rates worldwide. MD evokes persistent immune protection against disease in people with normal immune systems. In contrast, protection induced by meningococcal always requires booster injections of the vaccine. In Brazil, Neisseria meningitidis serogroup C (MenC) and B (MenB) have been the main causes of MD for the past years. Currently, there is no universal vaccine against serogroup B. HIV infection has been implicated as a risk factor for the mortality of meningococcal disease. One of the cornerstones of HIV treatment is the use of vaccines for immunopreventable diseases. The anti-MenC conjugated vaccine is often recommended for children and adolescents infected with HIV in Brazil and many other countries. Few studies have addressed the mechanisms by which meningococcal vaccines generate and sustain immunological memory. The aims of this study were: 1) to evaluate the response of bactericidal antibody and memory CD4 T lymphocyte against meningococcus after infection; 2) to evaluate the bactericidal antibody response and memory T cells and memory B cells against meningococcal booster after the Cuban vaccine VA-MENGOC-BC in volunteers immunized for about 17 years; 3) to investigate the functional antibody response (bactericidal and opsonizing) after immunization with anti-MenC conjugated vaccine (CRM197) in individuals infected with HIV. After infection, 83% of patients diagnosed as having DM by latex and/or culture test, had protective titers of bactericidal antibodies, but there was no association between the titers of bactericidal antibodies and the total specific immunoglobulin concentration and an increase in frequency of TCM (median of 15%) activated mainly after stimulation with MenC strain. In pre-vaccinated volunteers, 3 of 5 subjects seroconverted 7 or 14 days after administration of the booster dose. There was a significant increase in TCM population 14 days after the booster dose but without differentiated cell activation of control groups. We observed positive response of memory B lymphocyte in most volunteers, but no correlation with bactericidal antibodies. Regarding HIV infected patients, the results showed the need for a second vaccine dose in this population since only about 15% responded to a single dose and second dose resulted in seroconversion in about 55 % of individuals. We observed a positive (r= 0,43) and significant (P= 0,0007) correlation between the opsonizing and bactericidal antibody after vaccination. No significant differences when we relate the titles of bactericidal antibodies with the absolute number of CD4 (P= 0,051) and CD4 nadir (P= 0,09) among patients who seroconverted (n= 43) or not seroconverted (n= 106) after the first dose. Thus, the results indicated that: 1) convalescent patients of DM acquire bactericidal antibodies after infection with N. meningitides; 2) in vaccinated volunteers, the booster dose of anti-MenB vaccine was not fully effective in activating the immune memory by production of bactericidal antibodies or activation of memory CD4 T lymphocyte; 3) HIV-positive patients need a booster dose of the anti-MenC conjugated vaccine.

Immunohistological (IHC) stained images occupy a fundamental role in the pathologist¿s diagnosis and monitoring of cancer development. The manual process of monitoring such images is a subjective, time consuming process that typically relies on the visual ability and experience level of the pathologist. A novel and comprehensive system for the automated quantification of antibody inside stained cell nuclei in immunohistochemistry images is proposed and demonstrated in this research. The system is based on a cellular level approach, where each nucleus is individually analyzed to observe the effects of protein antibodies inside the nuclei. The system provides three main quantitative descriptions of stained nuclei. The first quantitative measurement automatically generates the total number of cell nuclei in an image. The second measure classifies the positive and negative stained nuclei based on the nuclei colour, morphological and textural features. Such features are extracted directly from each nucleus to provide discriminative characteristics of different stained nuclei. The output generated from the first and second quantitative measures are used collectively to calculate the percentage of positive nuclei (PS). The third measure proposes a novel automated method for determining the staining intensity level of positive nuclei or what is known as the intensity score (IS). The minor intensity features are observed and used to classify low, intermediate and high stained positive nuclei. Statistical methods were applied throughout the research to validate the system results against the ground truth pathology data. Experimental results demonstrate the effectiveness of the proposed approach and provide high accuracy when compared to the ground truth pathology data.

With a population both increasing in number and age, comes a need for new diagnostic tools in the healthcare system, capable of diagnosing and monitoring multiple disorders in a cheap and effective way to provide personalised healthcare. Multiplex label-free biosensors have the potential to rejuvenate the current system. This thesis details the assessment of an ‘in house’ built labelfree array screening technology that has potential to be a point-of-care diagnostic for personalised medicine – the Array Reader. The performance of the Array Reader platform is considered in detail and optimised for both antibody and protein screening arrays. A Global Fit protocol is developed to extract kinetic constants for all protein-protein interactions, assuming a Langmuir adsorption binding model. Standard operating procedures are developed to provide optimised dynamic range, sensitivity, reproducibility and limit of detection of immuno-kinetic assay. A new antibody bio-stack signal amplification strategy is formed, improving the detection limit 60-fold. As a consequence, the bio-stack resulted in a novel method for determining the plasmon field penetration depth, defining the assay sensing volume at the nanoparticle surface. Antibody screening arrays were investigated with an IgG quantification assay to determine total IgG content from serum samples. It relied on the ability of protein A/G to bind antibodies via the Fc region. Specific antigens were used to measure the binding properties of the antibody Fab region. By characterising both regions, we have gained insight into the overall ability of an antibody to trigger an immune response. Protein screening assay were investigated targeting C-reactive protein (CRP), a marker of inflammation. The assays performance characteristics compared favourably with clinically used CRP assays. Finally, an antibody screening array was developed to assess the efficacy of a vaccine against Yersinia pestis in a non-human primate model. The vaccine screening array is an excellent example of the versatility of the platform and just one of many possible applications for the future.

Call number: LD2668 .T4 1985 S78 / Master of Science

Historically, terrestrial food web research has focused on describing the structure of aboveground grazing webs, and determining how interactions among plants, herbivores and higher trophic levels influence primary productivity. Detrital food webs however, play a significant role in regulation of ecosystem dynamics through direct impacts on decomposition. Unraveling the complex nature of detrital food web structure is critical to developing a better understanding of ecosystem function. Therefore the primary objective of this research was to describe the structure of the leaf-litter food web in a temperate deciduous forest, with emphasis on interactions between a community of generalist predators, the forest-floor spiders, and arthropod prey. Elucidating occurrence of trophic interactions in the forest-floor food web was a formidable task due to the high diversity, small body sizes and cryptic habits of many litter-dwelling arthropods. Analysis of natural variation in consumer stable isotope ratios (δ13C and δ15N) formed the crux of this research because it simultaneously permitted quantification of the trophic positions of litterdwelling arthropods and identification of spider resources, including prey subsidies from the grazing web. A monoclonal antibody-based ELISA was employed to analyze the gut contents of spiders to quantify predation on a major arthropod taxon, the forest-floor flies. Surveys of spider distributions and prey availability in the litter layer also provided fundamental knowledge of community structure. Stable isotope analyses suggested that most spiders exhibited strong trophic connections to the detrital web, but weak links to herbivorous prey. Several lines of evidence supported a strong trophic link between large, litterdwelling collembolans (Tomoceridae) and cursorial spiders, including correlation between spider and tomocerid densities on the forest-floor, similarities in spider and tomocerid carbon signatures, and nitrogen enrichment of tomocerids relative to other prey types. Conversely, this research provided conflicting evidence regarding spider consumption of flies. Gut content assays indicated consistent predation on flies by cursorial spiders, while stable isotope models suggested that flies are likely of little importance in the spiders’ diets. This project yielded valuable insights into the role of spiders in the forest-floor food web and the potential importance of species-specific variation in prey consumption for detrital food web dynamics.

Parascaris equorum is a nematode parasite that infects young horses, sometimes causing unthriftiness, respiratory signs, or intestinal impaction in severe cases. Infection can be diagnosed by detection of eggs in feces, but this is only possible after the worms are fully mature. The goal of this study was to develop an antibody-based test for prepatent diagnosis of P. equorum infection. To produce western blot (WB) antigen, P. equorum larvae were cultured for collection of excretory-secretory antigens (ESA). Sera from 18 pregnant broodmares, their subsequent foals, and a group of 12 older mares and geldings were analyzed. In order to check for cross-reactivity between P. equorum and other ascarid species and equine parasites, additional sera were analyzed. Sera from a horse with monospecific P. equorum infection was compared to horses with monospecific Strongyloides westeri or cyathostome infections, rabbits inoculated with Baylisascaris procyonis or Toxocara canis eggs, dogs naturally infected with T. canis, and rabbits immunized with B. procyonis or P. equorum ESA. Molecular weights of silver-stained P. equorum larval ESA ranged between 12 to 94 kDa. In WB analysis, sera from 94% of broodmares contained IgG(T) antibody that recognized multiple P. equorum larval ESA. Foals showed no IgG(T) antibodies pre-suckle, but antibodies similar to their dams were observed post-suckle and thereafter. Of the older mares and geldings, 58% had IgG(T) antibodies recognizing larval ESA. Serum IgG(T) antibodies against P. equorum larval ESA were also found in parasite-free and monospecific infection equine sera. Ascarid positive foals did not produce detectable amounts of IgE or IgM antibodies against larval ESA. When P. equorum, T. canis, and B. procyonis antibody reactivity was compared, antigens at 19 kDa and 34 kDa had the highest potential for identification of larval P. equorum infections. When immature adult P. equorum ESA was examined, IgG(T) antibody recognition was demonstrated in 50% of broodmares and 17% of the older horses, and appeared several weeks prior to patency in foal serum. Results indicate that IgG(T) antibodies against P. equorum ESA are common in mature horses, and are transferred from mare to foal, limiting the diagnostic potential of an antibody-based test.