No description available.

Extended missions to space have long been a goal of the National Aeronautics and Space Administration (NASA). Accomplishment of NASA's goal requires the development of systems and tools for sustaining human life for periods of several months to several years. This is the primary objective of NASA's Advanced Life Support (ALS) program. This work contributes directly to NASA efforts for ALS, particularly food production. The objective of this work is to develop a systematic methodology for analyzing and improving or modifying ALS technologies to increase their acceptability for implementation in long-duration space missions. By focusing primarily on the food production systems, it is an aim of this work to refine the procedure for developing and analyzing the ALS technologies. As a result of these efforts, researchers will have at their disposal, a powerful tool for establishing protocols for each technology as well as for modifying each technology to meet the standards for practical applications. To automate the developed methodology and associated calculations, a computer-aided tool has been developed. The following systematic procedures are interrelated and automatically integrated into the computer-aided tool: • Process configuration, with particular emphasis given to food production (e.g., syrup and flour from sweet potato, starch from sweet potato, breakfast cereal from sweet potato); • Modeling and analysis for mass and energy tracking and budgeting; • Mass and energy integration • Metrics evaluation (e.g., Equivalent System Mass (ESM)). Modeling and analysis is achieved by developing material- and energy-budgeting models. Various forms of mass and energy are tracked through fundamental as well as semiempirical models. Various system alternatives are synthesized and screened using ESM and other metrics. The results of mass, energy and ESM analyses collectively revealed the major consumers of time, equivalent mass, and energy, namely evaporation, condensation, dehydration, drying and extrusion. The targeted processes were subsequently targeted for modifications. In conclusion, this work provides a systematic methodology for transforming non-conventional problems into traditional engineering design problems, a significant contribution to ALS studies.

Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a progressive adult onset neurodegenerative disease characterized by selective death of the upper and lower motor neurons of the brain and spinal cord. Neuromuscular synapses are lost leading to paralysis and ultimately death. Non-neuronal cells, such as astrocytes, oligodendrocytes, and microglia, have been shown to contribute to ALS disease progression in mouse models. Microglia, the innate immune cells of the central nervous system, have been shown to be activated in ALS and contribute to disease progression. Hundreds of mRNAs have shown to be dysregulated in a variety of ALS cell types and tissues, including total spinal cord, acutely isolated microglia, and in vitro differentiated motor neurons. These mRNAs can be regulated post-transcriptionally by microRNAs (miRNAs), which are small endogenous non-coding RNAs with important regulatory roles in a wide range of cellular processes. This dissertation examines the contribution of miRNAs to ALS disease progression in microglia. I acutely isolated primary microglia from the spinal cords of transgenic mice overexpressing human wild type (WT) SOD1 and human G93A SOD1. I used small RNA sequencing to profile the miRNAs that are expressed during disease progression, and identified miRNAs that are differentially expressed. I confirmed these results by quantitative PCR and examined the expression changes of predicted targets in a microglia RNA-seq dataset. Here I show that miRNAs are dysregulated in acutely isolated microglia from SOD1 G93A transgenic mice, and that miR-155, a pro-inflammatory miRNA, and miR-210, a hypoxia-inducible miRNA, are significantly upregulated during disease progression. In addition, miR-1198-5p, miR-182, miR-503, and miR-668 are also dysregulated, and predicted mRNA targets of all six of these miRNAs are differentially expressed during disease progression. To my knowledge, this is the first analysis of miRNA expression in microglia during ALS disease progression. This work contributes to the understanding of the contribution of a non-neuronal cell type to ALS disease progression and serves as a paradigm for studies in other non-neuronal cell types, such as astrocytes and oligodendrocytes, and other ALS mouse models.

Peripherin is a type III intermediate filament protein that is predominately expressed in the peripheral nervous system and in subsets of efferent projections in the central nervous systems. While the exact role of peripherin remains unclear, it is found upregulated after traumatic neuronal injury and in the devastating neurodegenerative disease amyotrophic lateral sclerosis (ALS). Interestingly, peripherin overexpressing transgenic mice succumb to motor neuron disease with pathological hallmarks reminiscent of those found in ALS. Pathological peripherin abnormalities occur with high frequency in both familial and sporadic forms of ALS, with peripherin found associated with the majority intracellular inclusions present within degenerating motor neuron populations. The findings of peripherin mutations in sporadic ALS have reinforced the importance of peripherin as a prospective etiological or propagative factor of disease pathogenesis. Surprisingly, inherited peripherin gene mutations have not been identified; as such, understanding the post-transcriptional mechanism at which peripherin imparts its effect(s) is considered a key goal and represents a pathological point-of-convergence for an otherwise complex, multifaceted disease. Prior to the commencement of this work, our group identified the presence of an abnormal peripherin alternative splice variant upregulated in ALS. In doing so, we consistently observed the presence of a second peripherin species of ~45 kDa on immunoblots of cell lysates derived from full-length peripherin transfections. Here, we identified this protein as a constitutively expressed isoform, termed Per-45, that arises from alternative translation and that is required for normal filament assembly: changes to the normal isoform expression pattern are associated with malformed filaments and intracellular inclusions. In lieu of the possibility of distinct peripherin intra-isoform associations, we identified isoform-specific expression and ratio changes in traumatic neuronal injury, in mouse models of motor neuron disease, and in ALS. Finally, we explored the interrelationships between peripherin isoform expression, protein aggregation, and neuritic outgrowth by linking these phenotypes with major pathogenic features associated with ALS, including in vitro models of oxidation, glutamate excitotoxicity, and neuroinflammation. Overall, this thesis provides exciting new insight into our knowledge of basic IF biology and the role of peripherin isoforms in injury and in motor neuron disease.

Waterhemp was a sporadic weed in Kentucky soybean production since the 1970’s. Waterhemp’s presence was not significant until the 1990’s after a widespread adoption of imazaquin and imazethapyr herbicides in the late 1980’s by Kentucky farmers which resulted in ALS-resistant waterhemp in some Kentucky areas. The introduction of glyphosate resistant soybeans in 1996 resulted in glyphosate-containing products being widely used by Kentucky farmers. Waterhemp populations resistant to glyphosate have occurred in Kentucky in the past few years. The majority of Kentucky soybeans are produced in some type of conservation tillage system, primarily to conserve soil and water, which is advantageous on Kentucky’s rolling topography. Glyphosate controls a wide range of weeds and popular with farmers because of this characteristic. However, waterhemp resistant to glyphosate developed in some fields with the continuous glyphosate usage. Waterhemp control research trials were conducted in Union and Hancock Counties in Western Kentucky in an attempt to find herbicide combinations to provide season-long control. Waterhemp populations in these studies were resistant and susceptible to glyphosate but the resistant populations were great enough to cause soybean yield loss if not controlled. KEYWORDS: Amaranthus tuberculatus, Herbicide Resistance, EPSPS, PPO, ALS

Peripherin is a type III intermediate filament protein that is predominately expressed in the peripheral nervous system and in subsets of efferent projections in the central nervous systems. While the exact role of peripherin remains unclear, it is found upregulated after traumatic neuronal injury and in the devastating neurodegenerative disease amyotrophic lateral sclerosis (ALS). Interestingly, peripherin overexpressing transgenic mice succumb to motor neuron disease with pathological hallmarks reminiscent of those found in ALS. Pathological peripherin abnormalities occur with high frequency in both familial and sporadic forms of ALS, with peripherin found associated with the majority intracellular inclusions present within degenerating motor neuron populations. The findings of peripherin mutations in sporadic ALS have reinforced the importance of peripherin as a prospective etiological or propagative factor of disease pathogenesis. Surprisingly, inherited peripherin gene mutations have not been identified; as such, understanding the post-transcriptional mechanism at which peripherin imparts its effect(s) is considered a key goal and represents a pathological point-of-convergence for an otherwise complex, multifaceted disease. Prior to the commencement of this work, our group identified the presence of an abnormal peripherin alternative splice variant upregulated in ALS. In doing so, we consistently observed the presence of a second peripherin species of ~45 kDa on immunoblots of cell lysates derived from full-length peripherin transfections. Here, we identified this protein as a constitutively expressed isoform, termed Per-45, that arises from alternative translation and that is required for normal filament assembly: changes to the normal isoform expression pattern are associated with malformed filaments and intracellular inclusions. In lieu of the possibility of distinct peripherin intra-isoform associations, we identified isoform-specific expression and ratio changes in traumatic neuronal injury, in mouse models of motor neuron disease, and in ALS. Finally, we explored the interrelationships between peripherin isoform expression, protein aggregation, and neuritic outgrowth by linking these phenotypes with major pathogenic features associated with ALS, including in vitro models of oxidation, glutamate excitotoxicity, and neuroinflammation. Overall, this thesis provides exciting new insight into our knowledge of basic IF biology and the role of peripherin isoforms in injury and in motor neuron disease.

DE LA TESI DOCTORAL: L'augment de la incidència de bacteris amb resistència als agents antimicrobians és deguda a les característiques intrínseques de les soques antimicrobianes, a una pressió selectiva per l'ús extensiu dels antibiòtics i a uns canvis socials i tecnològics que ha facilitat la transmissió d'organismes resistents o de gens de resistència. Aquest constitueix un problema sanitari de primera magnitud. Els bacteris presenten característiques que poden influir poderosament en l'emergència i la transmissió dels gens que codifiquen per a la resistència als agents antimicrobians.Els mecanismes de resistència dels bacteris als antibiòtics poden ser diversos. Des de la inactivació enzimàtica de l'antibiòtic, la modificació de la diana de l'antibiòtic així com mecanismes de caire més generals com la disminució de la permeabilitat de la membrana, l'expressió de bombes de reflux i l'intercanvi de material genètic per transferència de plasmidis, transposons o integrons. Precisament aquests últims mecanismes són objecte de la present tesi doctoral.El nostre grup de recerca ha treballat durant anys sobre diferents mecanismes de resistència als antibiòtics en diferents espècies bacterianes, continuant a l'actualitat amb aquesta activitat investigadora.Com a objectiu general d'aquesta tesi ens plantegem la caracterització molecular i funcional dels mecanismes de resistència d'un bacteri Gram negatiu: Morganella morganii. I en concret s'ha centrat en els següents punts:1. Investigar la susceptibilitat antimicrobiana de diverses soques de Morganella morganii d'origen clínic. 2. Investigar la importància de la permeabilitat de les envoltes cel·lulars bacterianes de Morganella morganii a diferents antibiòtics.3. Realitzar experiments de transformació i conjugació amb les soques clíniques resistents.4. Obtenir la porina de Morganella morganii purificada i realitzar estudis físico-químics seguint la tècnica de lipid planar bylayer.5. Investigar sobre l'existència d'integrons en la soca de Morganella morganii resistent i obtenir les seqüències dels gens de resistència inserits en aquests integrons.6. Estudiar la possible funcionalitat de bombes de reflux que puguin expulsar els antibiòtics fora de la cèl·lula.

En los últimos años ha habido un incremento en la aparición de nuevas enfermedades infecciosas y en la reemergencia de otras que se consideraban ya controladas. La situación actual es preocupante porque muchos de estos nuevos agentes patógenos causan enfermedades graves. En muchas de estas infecciones, la resistencia a los fármacos se está convirtiendo en uno de los obstáculos principales para su control, con la aparición de cepas multiresistentes a los antibióticos normalmente utilizados. ¿Cuales son las claves para el éxito de estas bacterias patógenas? Para responder esta pregunta, se realizan estudios sobre los mecanismos por los cuales los microorganismos causan la enfermedad, es decir, la patogénesis. Pero también existen cuestiones importantes sobre la evolución de la patogénesis de estos microorganismos que continúan siendo una incógnita: ¿cuales son los factores que determinan la emergencia de un nuevo patógeno?, ¿cuando se desarrollan determinados clones patógenos?, ¿porqué cepas no patógenas presentan genes asociados a la virulencia? Los estudios de genética de poblaciones contribuyen a este conocimiento, proporcionando información sobre la estructura poblacional y la naturaleza de la variación genética que existe en las poblaciones naturales ya que la cantidad de variación genética de una población es un parámetro fundamental, debido a que determina el potencial evolutivo de ésta. Los cortos períodos de generación de la mayoría de las bacterias y el enorme tamaño de sus poblaciones, hace que los cambios evolutivos sean muy rápidos. La dinámica de aparición y selección de mutantes o la importancia relativa de la mutación y de la recombinación en estas poblaciones, son efectos esenciales para comprender los cambios epidemiológicos que se producen en ellas. Estudiar las poblaciones bacterianas también nos permite caracterizar las cepas de las especies patógenas; pero también es importante comprender las relaciones genéticas existentes entre cepas patógenas, causantes de la enfermedad, y cepas no patógenas de una misma especie bacteriana. La comparación entre ambas poblaciones puede ayudarnos a explicar los orígenes de las cepas patógenas e identificar las diferencias genéticas entre las dos. Se ha observado que, generalmente, se da una asociación aparente entre determinados clones de la bacteria, que se encuentran en pequeña proporción, y el desarrollo de una enfermedad; por tanto, esto sugiere que hay una menor diversidad en las cepas patógenas que en las de vida "libre". Estas observaciones han sugerido que la mayoría de las bacterias presentan una estructura poblacional clonal. Más recientemente, el aumento del número de bacterias estudiadas y la aplicación de técnicas moleculares, han dado lugar a la observación de que la estructura clonal de las poblaciones se puede "romper" por acción de la recombinación genética, aunque su papel no es igual en todas las especies bacterianas. La transferencia horizontal de genes tiene una gran relevancia en la epidemiología de las enfermedades causadas por bacterias patógenas. Se ha observado una marcada diferencia en el grado de recombinación entre cepas patógenas y cepas no patógenas, aunque no se conocen las causas. La adquisición de material extracromosómico tiene consecuencias importantes en la evolución de las bacterias, tanto a corto plazo, por la distribución horizontal de genes de resistencia, como a largo plazo, por la adquisición de nuevos determinantes de virulencia o propiedades metabólicas que puedan producir un cambio significativo en la patogenicidad o que afecten al hábitat ecológico donde residen. Por tanto, la variación genotípica en las poblaciones de los microorganismos patógenos, plantea importantes dificultades en el control de les enfermedades infecciosas (emergencia de nuevas cepas patógenas, aparición de poblaciones de bacterias resistentes a los antibióticos, dificultades asociadas a la obtención de vacunas contra microorganismos antigénicamente diversos o variantes).P. aeruginosa es una bacteria Gram negativa y cosmopolita, y es una de las principales causas de infecciones en cáncer, transplantes, quemados y en pacientes con fibrosis cística. Estas infecciones son muy difíciles de erradicar ya que este microorganismo presenta una elevada resistencia intrínseca a múltiples antibióticos, lo que lo hace responsable de infecciones nosocomiales de difícil tratamiento y de elevada morbi-mortalidad. En los últimos años se ha observado un incremento progresivo en la incidencia de cepas resistentes a diversos antibióticos de última generación como por ejemplo el imipenem y de cepas que presentan una sensibilidad disminuida simultáneamente a diversos grupos de antibióticos como penicilinas, cefalosporinas con actividad anti-pseudomónica, quinolonas y aminoglicósidos, situación que ha agravado notablemente la dificultad terapéutica que habitualmente comportan las infecciones causadas por este patógeno. ¿Tienen las cepas patógenas que viven en el interior de los hospitales alguna relación genética con las cepas que viven libremente en el entorno de éstos? ¿Qué mecanismos de resistencia han utilizado estas cepas patógenas para "evadir" la acción de los antimicrobianos utilizados contra ellas? En este trabajo hemos tratado de hacer una aproximación a la respuesta de estas preguntas, centrándonos en las poblaciones de Pseudomonas aeruginosa del hospital de Bellvitge y su entorno.La línea principal de investigación de nuestro grupo de trabajo se centra en los mecanismos moleculares de extensión de los caracteres de resistencia de las bacterias Gram negativas a los agentes antimicrobianos. La presente tesis se inscribe en el núcleo de la actividad del grupo. Se ha pretendido explorar las relaciones existentes entre aislamientos clínicos y ambientales de Pseudomonas aeruginosa en relación a la susceptibilidad a los agentes antimicrobianos.Este objetivo de carácter general se puede subdividir en los siguientes apartados: 1. Aislar cepas ambientales y seleccionar cepas clínicas aisladas en el Servicio de Microbiología del Hospital Universitario de Bellvitge.2. Determinar la susceptibilidad a los antimicrobianos de los distintos aislamientos y comparar las posibles diferencias de susceptibilidad entre los grupos.3. Explorar la contribución de las propiedades de la membrana externa a los perfiles de susceptibilidad a los antimicrobianos. 4. Analizar la variabilidad fenotípica y genotípica de los aislados en base a la información obtenida de metodologías moleculares como: perfiles electroforéticos de las proteínas de la membrana externa (OMPs), electroforesis en campo pulsante (PFGE) y amplificación de fragmentos de DNA con cebadores aleatorios (RAPD). 5. Elaborar un modelo aproximativo de la estructura de las poblaciones de P. aeruginosa en el ambiente "Hospital Universitario de Bellvitge" (Hospital y entorno).6. Estudiar la eventual presencia de integrones en los dos grupos de bacterias y determinar los genes que incorporan.7. Estudiar las mutaciones de la proteína OprD y su relación con la resistencia a los antibióticos en las cepas estudiadas.8. Realizar una aproximación al modelo estructural de la proteína OprD.Las conclusiones obtenidas después de llevar a cabo los experimentos para la consecución de los diversos obtenidos, son las siguientes: 1. Las cepas clínicas son más resistentes a los antibióticos que las cepas ambientales, debido a la fuerte presión que existe en el entorno hospitalario, y que favorece a las cepas que desarrollan mecanismos para evadir la acción de diferentes antimicrobianos. Estas diferencias en la susceptibilidad sugieren, además, cierto grado de aislamiento ecológico entre las dos poblaciones, ya que las cepas clínicas se encontrarían en un hábitat, que presenta una elevada presión selectiva por parte de los antibióticos y desinfectantes, y en cambio las cepas ambientales estarían en otro hábitat separado donde esta presión no existe.2. Técnicas que miden la variabilidad fenotípica y genotípica como las proteínas totales (PT), proteínas de membrana externa (OMPs), la electroforesis de campo pulsante (PFGE) y la amplificación de polimorfismos de DNA al azar (RAPD) utilizando el primer 208, confirman la distancia entre los aislados de los dos orígenes.3. El conjunto de los resultados nos sugiere que la población de P. aeruginosa en nuestro entorno (Hospital de Bellvitge y alrededores), podría ser una población clonal epidémica, en la cual todas las cepas provienen de una población ambiental muy diversa, y de la que un clon ha emergido para dar lugar a la población clínica que, una vez establecida, vuelve a diversificarse.4. La ausencia/presencia de la proteína OprD en la membrana externa de Pseudomonas aeruginosa, no explica totalmente los patrones de resistencia/susceptibilidad observados en las cepas investigadas. 5. La existencia de cepas sensibles al imipenem que no presentan OprD en sus membranas externas, sugiere la presencia de otro mecanismo secundario de entrada del imipenem a las células, independiente de OprD.6. A falta de un modelo estructural basado en la cristalización, nuestro modelo tridimensional de la proteína OprD confirma las predicciones, anteriormente realizadas, de la estructura del heterómero del que está constituido esta porina.

La capacidad de Acinetobacter baumannii para causar infecciones nosocomiales se relaciona con su habilidad para desarrollar rápidamente resistencia a los antibióticos, junto con la capacidad que tiene este organismo para sobrevivir durante largos períodos de tiempo en el hábitat hospitalario.A pesar de ser un problema emergente en la UCIs, falta mucha información sobre los mecanismos de virulencia y resistencia a los antimicrobianos, a la desecación y a la desinfección. Los objetivos principales de este trabajo fueron estudiar los mecanismos de resistencia a diferentes agentes antimicrobianos en cepas clínicas de la especie Acinetobacter, haciendo énfasis en la identificación de nuevas bombas de expulsión y porinas, junto con un estudio del efecto que produce la formación de biopelícula en el éxito de A. baumannii como patógeno.Con A. baumannii, se ha estudiado la prevalencia de bombas de expulsión específicas para tetraciclinas (TetA y TetB) y β-lactamasas en una colección de cepas clínicas españolas. Adicionalmente, se ha estudiado el efecto de la secuencia de inserción ISAba1 como promotor de estas β-lactamasas y se ha concluido que este elemento móvil, que puede ser adquirido o perdido en el ámbito hospitalario, se está convirtiendo en un activador importante de estos genes de resistencia. Paralelamente, se ha analizado la actividad de ceftobiprole y doripenem, dos nuevos β-lactámicos, frente a cepas clínicas de este microorganismo que únicamente ofrecen una pequeña mejoría frente a las antiguas carbapenemas y cefalosporinas. También se ha detectado y secuenciado un gen homológo a mdfA en Escherichia coli que codifica una bomba de expulsión en una cepa clínica de A. baumannii.Aproximaciones genómicas y proteómicas han demostrado ser metodologías importantes para la identificación y caracterización de nuevos mecanismos de resistencia. Se ha hecho un análisis proteómico de una fracción enriquecida en proteínas de membrana en una cepa clínica y un estudio proteómico entre una cepa clínica sensible a quinolonas y un mutante isogénico resistente a quinolonas con la obtención de diversas proteínas de membrana que se sobre-expresaban en el mutante resistente; estas porinas podrían hacer la membrana bacteriana más impermeable a los agentes antimicrobianos. Un análisis de la membrana en mutantes resistentes a colistina demuestran que esta resistencia puede estar asociada a cambios a nivel proteico y a un incremento en la producción de lipopolisacáridos.Finalmente se ha analizado la formación de biopelícula en una colección de cepas clínicas de A. baumannii, estudiando la relación entre la formación de biopelícula y otras características clínicas o microbiológicas. Se ha demostrado que hay una clara asociación entre formación de biopelícula y sensibilidad a imipenem y ciprofloxacino; las cepas resistentes a quinolonas son menos propensas a formar biopelícula que sus equivalentes sensible debido a una expresión reducida de una fimbria de tipo 1, el primer paso en la formación de biopelícula. Además, pacientes tratados previamente con aminoglucósidos tienen un riesgo de ser colonizados o infectados con cepas de A. baumannii formadoras de biopelícula.En este trabajo también se han considerado otras genospecies y se han estudiado los mecanismos de resistencia a quinolonas y colistina, concretamente en cepas de la Genospecie 3 y 13. Cepas clínicas no pertenecientes al grupo A. baumannii están probablemente siendo subestimadas como agentes patogénicos porque las cepas resistentes pueden ser clasificadas como A. baumannii por equivocación. A pesar de que estas cepas son generalmente más sensibles a los antibióticos, están adquiriendo nuevos mecanismos de resistencia.

Universiẗat, Diss., 2003--Kassel. / Lizenzpflichtig.