<i>Staphylococcus aureus</i> is a ubiquitous organism causing world-wide morbidity and mortality. This species readily develops resistance to antimicrobial agents. Current dosing strategies are based, in part, on minimum inhibitory concentrations (MICs). This susceptibility test fails to detect the presence of first-step resistant mutants often present in large heterogeneous populations of infecting bacteria. Dosing strategies based on MIC results may, in fact, allow for the selective proliferation of resistant subpopulations. The mutant-prevention concentration (MPC) is the drug concentration at which all first-step resistant mutants will be eradicated along with the susceptible cells. Determination of the mutant-selection window (MSW) is possible using MIC and MPC data. When considered together with achievable drug concentrations in human bodily sites, the MSW helps determine which antimicrobials are likely to select for resistance. MIC and MPC testing on clinical isolates of methicillin-susceptible (MSSA) and -resistant (MRSA) S. aureus was performed. Characterization via the polymerase chain reaction, sequencing, and electron microscopy (EM) was done on selected organisms recovered from MPC studies (MPC-recovered). MIC and MPC testing was performed on organisms isolated sequentially from patients with recurring S. aureus infections. Pulsed field gel electrophoresis was performed on these sequential isolates. Based on the MIC and the MPC values, the most potent agents for systemic MSSA and MRSA infections are gemifloxacin and vancomycin, respectively. Re-testing MPC-recovered populations by the MIC showed increased MIC results compared to the parent populations. Macrolide-resistance genes were discovered in S. aureus MPC-recovered populations; in contrast, parental isolates lacked these resistance determinants. EM revealed an increase in cell wall thickness of a vancomycin MPC-recovered population compared to its parental population. Moxifloxacin and vancomycin had the lowest and narrowest MSWs for systemic MSSA and MRSA infections, respectively, compared to the other agents tested. Sequential isolates showed no change in MIC and MPC values. The data presented provides evidence for the application of the MPC test to S. aureus organisms. The MPC data is significant when determining appropriate dosing strategies aimed at preventing resistance.

ZUSAMMENFASSUNG Haukur Lindberg Sigmarsson PATHOGENITÄTSVERGLEICH VON SALMONELLA TYPHIMURIUM DT104 - WILDTYP UND SALMONELLA TYPHIMURIUM - DELETIONSMUTANTEN (sseD::aphT & invC::aphT) IN PERSISTENT INFIZIERTEN SCHWEINEN Salmonella (S.) Typhimurium DT104 ist ein gram-negatives Bakterium. Es weist keine Wirtsspezifität auf und gilt als Zoonoseerreger. Jährlich erkranken daran allein in Deutschland mehrere Tausend Menschen unter dem Bild einer schwerwiegenden Diarrhö mit zum Teil tödlichem Ausgang. Das Schwein gilt als eines der Reservoire für S. Typhimurium DT104 des Menschen. S. Typhimurium DT104 gelangt über vom Schwein stammende Produkte in den menschlichen Verzehr. Die Kontrolle von S. Typhimurium DT104 einschließlich effektiver Eradikationsmassnahmen in unseren Schweinebeständen ist deshalb von entscheidender Bedeutung, um den Eintrag dieses Bakteriums in die menschliche Nahrungskette wenn möglich zu eliminieren. Dafür ist das Verständnis über S. Typhimurium DT104 einschließlich der Kenntnis seine Pathogenitätseigenschaften notwendig. Ziel dieser Arbeit waren Untersuchungen zur Pathogenität von S. Typhimurium DT104. Dabei wurden der Wildstamm mit zwei seiner Deletionsmutanten (sseD::aphT und invC::aphT) verglichen. Die Untersuchungen erfolgten im Infektionsversuch an insgesamt 25 sechs Wochen alten männlichen Schweinen, die in einem vollklimatisierten Versuchsstall gehalten wurden. Den Tieren wurde im Anschluss an eine einwöchige Akklimatisierungsphase eines der nachfolgenden Stämme von S. Typhimurium DT104 oral in einer Konzentration von 1 x 1011 KBE verabreicht: Wildtyp (n = 8 Schweine), Deletionsmutante seeD::aphT (n = 8) und Deletionsmutante invC::aphT (n = 9). Bei den Mutanten handelt es sich um Varianten von S. Typhimurium DT104, die an den entsprechenden Abschnitten des Bakteriumgenoms (d.h. sseD-Gen bzw. invC-Gen) deletiert wurden. SseD regelt die Überlebensfähigkeit von S. Typhimurium in Makrophagen, invC dessen Invasionsvermögen. Im Mäusemodel war die Pathogenität beider Mutanten deutlich vermindert. Nach der Infektion schloss sich ein 20 tägiger Beobachtungszeitraum an, während dessen nachfolgend genannte Parameter erfasst bzw. Proben genommen wurden: klinische Symptome (Allgemeinbefinden, Erbrechen, Durchfall, Futteraufnahme, Atmung, Temperatur); Blutentnahme für Erstellung des weißen Blutbildes; Kotentnahme zum Nachweis der Ausscheidung von S. Typhimurium. Einen Tag nach Ende der Beobachtung wurden die Tiere getötet und Proben von insgesamt 15 Organen (unter anderem Tonsille; Colon und Caecum sowie dazugehörige Lymphknoten; Leber; Milz; Muskulatur) genommen. Kot sowie Gewebeproben wurden kulturell und wenn positiv auch mittels PCR untersucht. Alle mit dem Wildtyp infizierten Schweine wurden mehr oder weniger stark krank. Häufig zeigten erkrankte Schweine zeitgleich mehrere Krankheitssymptome (z. B. Erbrechen und Durchfall). Die Erkrankung hielt über mehrere Tage an. Im Vergleich dazu waren die Krankheitssymptome der Tiere, die mit Mutanten infiziert wurden, mild. Nur wenige Tiere erkrankten und dann auch nur kurzzeitig. Gewöhnlich war nur einer der erfassten Parameter verändert. Typische Veränderungen im weißen Blutbild waren nur bei Wildtyp-infizierten Tieren zu beobachten, während Tiere beider Mutanten kaum auf die Infektion reagierten. Alle 25 infizierten Tiere schieden S. Typhimurium mit dem Kot während der ersten Woche post inocculationem aus. Danach wurden in allen drei Gruppen etwa gleichviel intermittierende Ausscheider beobachtet. Zwischen 65 und 67 % der Gewebeproben der mit dem Wildtyp und mit der sseD::aphT-Mutante infizierten Tiere waren sowohl in der Kultur als auch mittels PCR S. Typhimurium positiv, während dieser Anteil nach Infektion mit invC::aphT nur 49 % betrug. Alle Tiere waren in Mandibularlymphknoten und im Colon positiv, während S. Typhimurium nur selten in Muskulatur und Leber nachzuweisen war. Die Ergebnisse dieser Arbeit bestätigen, dass Infektionen mit dem Wildtyp von S. Typhimurium zu einer schweren Erkrankung führen können. Gleichzeitig konnte gezeigt werden, dass beide in dieser Arbeit verwendeten Mutanten weniger krankmachend sind. Es muss davon ausgegangen werden, dass die Deletionen in den sseD bzw. invC-Bereichen tatsächlich zu Veränderungen bestimmter Eigenschaften geführt haben, die Teil der Pathogenitätsmechanismen für das Schwein sind. Im Unterschied zur Maus war sseD beim Schwein allerdings invasiv. Es kann vermutet werden, dass die durch sseD kodierten Pathogenitätseigenschaften von S. Typhimurium bei der Maus anders als beim Schwein wirken und somit unterschiedliche Bedeutung haben. Da die invC::aphT-Mutante jedoch und wie erwartet wesentlich schwächer als Wildtyp und sseD::aphT invadierte ist davon auszugehen, dass die Deletion im invC Bereich das Invasionsvermögen der Mutante beim Schwein ähnlich wie bei der Maus verringerte.

The thesis is aimed at understanding of molecular mechanisms of autophagic degradation of peroxisomes (pexophagy) in the yeast Yarrowia lipolytica. This microorganism has been extensively used to explore peroxisome biogenesis (Titorenko and Rachubinski, 2000). Gunkel et al. (1999) intoduced Y. lypolitica into pexophagy studies. However, the field of pexophagic research on this yeast remains quite unexplored. This work involved following tasks: (1) the development and optimization of Y. lipolytica as a model system to study peroxisome degradation; (2) Y. lipolytica genes and proteins implicated in pexophagy should be found and characterized; (3) a proper easy-to-handle selection procedure to isolate novel peroxisome degradation-deficient(pdd) mutants of Y. lipolytica should be devised.

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La cuticule, une matrice lipidique extracellulaire constituée de cires et d'un squelette de cutine, est la barrière de défense la plus externe des plantes face à leur environnement. Elle intervient dans de nombreuses propriétés agronomiques comme la conservation post récolte, les propriétés mécaniques ou bien l'aspect du fruit, dont la brillance. Afin d'isoler des mutants de cuticule, le criblage d'une collection de mutants EMS de tomate a été entrepris, en se basant sur la brillance des fruits, conduisant à la sélection de 24 mutants. Chez ceux-ci, des analyses biochimiques ont montré de fortes variations de charge et de composition de la cuticule, notamment chez les mutants de cutine. La caractérisation de 4 mutants remarquables a été entreprise afin d'identifier les mutations responsables des phénotypes de brillance. Le mutant le plus affecté, présentant une charge en cutine réduite de 85% par rapport au type sauvage, a révélé une mutation du gène SlGDSL2 codant pour une acylhydrolase à motif GDSL, responsable de la polymérisation de la cutine. Afin d'étudier la formation et la régulation de la cutine, la suite du travail a consisté à obtenir et à caractériser des simples et des doubles mutants affectés dans la synthèse des monomères de cutine, le transport apoplastique et la polymérisation de la cutine.

Les canaux calciques dépendants du voltage CaV font partie de la famille structurale des canaux ioniques à 6 segments transmembranaires. Tout comme les canaux potassiques Kv, les canaux CaV possèdent une série de résidus chargés dans l’hélice S4 de chaque domaine ou sous-unité qui conférerait à la protéine une sensibilité aux changements de voltage. De plus les hélices S6 tapissent la paroi du pore et forment la porte d’activation de la protéine. Comment le mouvement des hélices S4 se traduit par l’ouverture de la porte d’activation des hélices S6 demeure une question encore non résolue. Suite à la publication de la structure cristalline du canal Kv1.2 en 2005, le groupe de MacKinnon a proposé que le mouvement des hélices S4 est mécaniquement couplé à la porte d’activation S6 à travers le glissement de l’hélice amphiphile S4-S5 selon un mécanisme nommé couplage électromécanique (Long et al. 2005b). Dans le but de déterminer si la région S4-S5 joue un rôle dans l’activation du canal calcique CaV2.3, nous avons étudié, par la méthode d’analyse cyclique de mutations doubles (« Double Mutant Cycle Analysis », (Horovitz 1996)), le couplage entre la boucle S4-S5 et l’hélice S6 du domaine II de ce canal. Les mesures d’énergies d’activation, ΔGact, obtenues en présence des sous-unités auxiliaires CaVα2δ et CaVβ3 ont affiché un couplage significatif pour l’activation entre les paires de résidus V593G/L699G, V593G/A700G, V593G/A702G, S595G/V703G L596G/L699G, L596G/A700G, L596G/I701G, L596G/A702G, L596G/V703G, L596G/D704G, M597G/I701G, et S602G/I701G. Aucune de ces paires de résidus n’a affiché de couplage lors de l’inactivation, suggérant que les effets observés sont spécifiques au mécanisme d’activation. Mis ensemble, ces résultats suggèrent que la boucle IIS4-S5 et l’hélice IIS6 interagissent et jouent un rôle déterminant dans l’activation de CaV2.3. / Voltage dependent calcium channels share a strong structural homology with voltage gated potassium channels. Both families present a conserved series of charged residues present in the S4 helix of each domain that most certainly accounts for the voltage sensitivity of these proteins. Moreover, in both cases, the S6 helices seem to be lining up the pore. How does the movement of the S4 sensors translate into channel opening remains elusive in Ca2+ channels. Following the publication of the crystal structure of the Kv1.2 channel in 2005, the group of Roderick MacKinnon proposed that the voltage sensor is mechanically coupled to the S6 pore through the amphipathic S4-S5 helix that crosses over the S6 inner helix from the same subunit. To determine if the S4-S5 linker, that runs parallel to the membrane plane inside the cell in the Kv1.2 three-D structure, plays a role in the activation of the CaV2.3 calcium channel, we have studied by double mutant cycle analysis the coupling between the S4-S5 linker and the S6 helix of domain II of this channel. The activation energies, Gact, obtained from classical two electrode voltage clamp experiments in the presence of auxiliary subunits CaV2 and CaV3 displayed significant activation coupling coefficients for the pairs of residues V593G/L699G, V593G/A700G, V593G/A702G, S595G/V703G L596G/L699G, L596G/A700G, L596G/I701G, L596G/A702G, L596G/V703G, L596G/D704G, M597G/I701G, and S602G/I701G. None of these pairs displayed significant coupling in the inactivation mechanism, suggesting that the effects observed were specific to activation. Altogether, our results strongly suggest that the S4-S5 linker and the S6 helix of domain II are actively involved in the activation of CaV2.3.

La compréhension des mécanismes de défense mis en place lors de la résistance des plantes vis-à-vis d'agents pathogènes a pour objectif de proposer des alternatives à l'utilisation de produits phytosanitaires utilisés en agriculture. Dans une première partie, nous avons étudié les mécanismes moléculaires impliqués dans la résistance induite aux pathogènes par l'acide β-aminobutyrique (BABA) chez la vigne. En effet, cet acide aminé non protéique favorise un état physiologique particulier, appelé potentialisation, dans lequel la plante est capable de mobiliser plus rapidement et/ou plus intensément ses réactions de défense en réponse à un stress. Contrairement aux éliciteurs comme les oligogalacturonates (OG), nous avons montré que le BABA seul n'induisait pas les événements précoces de signalisation sur suspensions cellulaires de vigne, tels que les variations de la concentration en calcium cytosolique libre ([Ca2+]cyt), la production de monoxyde d'azote (NO), la production d'H2O2, la phosphorylation de MAPkinases, ni l'expression de gènes de défense. Seules la production d'H2O2 et l'expression plus intense du gène RbohD codant une NADPH oxydase sont potentialisées par le BABA dans les suspensions cellulaires élicitées par les OG. In planta, le BABA potentialise également une production d'H2O2 en réponse à l'infection par l'oomycète Plasmopara viticola. L'utilisation d'un inhibiteur de NADPH oxydase abolit complètement cette production d'H2O2 et bloque partiellement la résistance induite par le BABA. Nous montrons donc que la potentialisation de la production d'H2O2 dépendante d'une NADPH oxydase contribue à l'établissement de la résistance induite par le BABA chez la vigne. Une deuxième partie a permis d'appréhender les événements cellulaires impliqués dans la résistance des plantes en se focalisant sur le mutant pad2 (phytoalexin deficient) d'Arabidopsis thaliana. Ce mutant présente une sensibilité accrue à différents pathogènes et contient un taux de glutathion de l'ordre de 20 % par rapport à l'écotype sauvage. Nous avons tout d'abord montré que le faible taux de glutathion dépendait d'une quantité réduite de la première enzyme de sa biosynthèse, la glutamate-cystéine ligase. Le glutathion étant impliqué dans la mise en place des réactions de défense, nous avons tenté de définir le lien entre la déficience en glutathion et la sensibilité de pad2 aux pathogènes. Nous avons tout d'abord montré que pad2 possédait un état redox du glutathion plus oxydé que le sauvage. Une analyse transcriptomique à l'état basal a révélé que la plupart des gènes différentiellement exprimés étaient réprimés chez pad2. Parmi ces gènes, certains codent des protéines impliquées dans les flux d'ions qui pourraient déréguler la dépolarisation membranaire. Nous avons ainsi confirmé que la dépolarisation de la membrane plasmique est amoindrie chez pad2 en réponse aux OG. De plus, des événements en aval tels que la production d'H2O2 et la production de NO sont également plus faibles chez le mutant par rapport au sauvage. Cette absence de la production d'H2O2 a également été spécifiquement observée sur plantes pad2 infectées par l'oomycète Phytophthora brassicae. Il en résulte un développement accru du pathogène corrélé à une absence de réponse hypersensible, une mort cellulaire localisée normalement observée dans le cas du sauvage résistant. En réponse aux OG ou à l'infection par P. brassicae, les analyses transcriptomiques font ressortir un fort enrichissement de gènes relatifs à la dégradation des protéines chez pad2. De manière globale, nos résultats suggèrent que la déficience en glutathion chez pad2 pourrait profondément modifier le turn-over des protéines, perturbant ainsi la signalisation cellulaire et les réponses biologiques associées.

Malignant hyperthermia (MH) is a dominant skeletal muscle disorder caused by mutations in the ryanodine receptor skeletal muscle calcium release channel (RyR1). Allele-specific differences in RyR1 expression levels might provide insight into the observed incomplete penetrance and variations in MH phenotypes between individuals. Firstly, an H4833Y allele-specific PCR (AS-PCR) assay was designed that allowed for the relative quantification of the two RYR1 mRNA alleles in heterozygous samples. In four MHS skeletal muscle samples and two lymphoblastoid cell lines (LCLs), the wild type allele was found to be expressed at higher levels than the mutant RyR1 allele. These differences were not caused by variations in RYR1 mRNA stabilities. Secondly, high-throughput amplicon sequencing was employed for the quantification of both the T4826I and H4833Y causative MH mutations in heterozygous MHS samples. With the exception of one, all detected H4833Y and T4826I mutation frequencies were about 50%. This included a control, which was constructed and proven to have a 3:1 ratio of the wild type (H4833) versus the mutant (Y4833) RYR1 allele. This suggested that that the high-throughput amplicon sequencing approach as used here, was not suitable for accurate quantification of the two RyR1 alleles in heterozygous H4833Y MHS samples. To detect possible variations in RyR1 alleles at the protein level, the RyR1 was to be isolated from microsomes prepared from a H4833Y MHS frozen skeletal muscle tissue. Microsomes isolated from MHS skeletal muscle tissues lacked the immunoreactive band that was believed to be the full length RyR1. Poor muscle quality, due to long term storage was believed to be the main cause of RyR1 depletion. Faster and less expensive screening methodologies are required for the identification of genetic variants in MH research. Thus, in an additional project inexpensive and high-throughput high-resolution melting (HRM) assays were developed to allow screening of the RYR1 gene, for mutations associated with MH and/or central core disease (CCD).

Supplementary material to figures contained on DVD only available with manuscript. / Thesis (PhD)--Macquarie University, Division of Environmental & Life Sciences, Dept. of Biological Sciences, 2005. / Bibliography: p. 221-244. / Introduction -- Materials and methods -- Isolation of the hex1 gene from Trichoderma reesei and Ophiostoma floccosum -- Expression of DsRed under the cbh1 promoter and the hex1 promoter with random integration -- Modified expression vectors containing a fusion to a portion of hex1 gene sequence -- Expression of DsRed from the hex1 locus and the phenotypic characteristics of a hex1 deletion mutant -- Summary and concluding discussion. / For Trichoderma reesei to be developed as an effiecient producer of a large variety of proteins, the expression system requires diversification. In particular, the choice of promoters available needs to be broadened to include promoters which are active in conditions other than those conducive to induction of cellulase expression. Using proteomics, the HEX1 protein was identified as an abundant protein of the cell envelope of T. reesei when grown on a range of carbon sources, suggesting that a strong constitutive promoter drives the expression of this physiologically important protein. This thesis is an exploration into the hex1 gene promoter and the role of hex1 in the maintenance of mycelium integrity in T. reesei with consideration for the application of this gene in the further development of filamentous fungi as protein expression systems. -- The single copy hex1 gene and flanking regions were isolated from T. reesei and another biotechnologically important fungus, Ophiostoma floccosum. The fluorescent reporter protein DsRed1-E5 was expressed under the T. reesei hex1 promoter and promoter activity was monitored by fluorescence CLSM and RNA analysis. During the rapid growth phase of a culture, the hex1 promoter was active in a range of carbon sources and three transcipt types with alternative tsp and splicing sites were discovered for the hex1 gene. The distribution of fluorescence throughout the mycelium suggested spatial regulation of the hex1 promoter as well as temporal regulation. The promoter was continually active in the absence of a functional hex1 gene product suggesting that the hex1 promoter is regulated in part, by negative feedback from the endogenous gene product. Interruption of the hex1 gene produced hyphae that leaked excessive volumes of cytoplasm when physically damaged which may be advantageous for the externalisation of selected protein products. The results indicate that the regulation of the hex1 hene promoter is complex and that the hex1 gene is integral to the maintenance of the integrity of the fungal mycelium. / Mode of access: World Wide Web. / xv, 244 p. ill

Thesis (MSc)--Stellenbosch University, 2012. / ENGLISH ABSTRACT: Inorganic Phosphate (Pi) is one of the key nutrients required by all living organisms on earth. This nutrient is of vital importance to higher plants but it is not readily available for uptake from the soil, implying constant stress on plants. During photosynthetic dark and light reactions, phosphate is a prerequisite for all reactions to occur and to ensure plant survival. This statement implies that a careful homeostatic control of this nutrient is necessary in order to maintain a balanced carbon flow in all sub-cellular plant compartments. Phosphate limitation is a threat to plant survival and one way of addressing this nutritional hurdle is by feeding plants with fertilizer. This method of crop development and general plant maintenance by humans has a devastating effect on the environment, as phosphate causes eutrophication and various other consequences which are detrimental to animal life. Plants, however, are naturally equipped with Pi transporters which are activated conditionally depending on the external Pi availability. These transporters are present in most sub-cellular compartments and some of them have been identified and characterised, while others remain to be a prediction. If these transporters are characterised accordingly it might eventually mean that the use of fertilizers may no longer be necessary. In order to contribute to successful Pi-efficient crop development, a clearer understanding of P-dynamics in the soil and its recycling ability inside the plant itself is necessary. During this study it was attempted to characterise a putative high affinity Pi transporter, PHT1;5, from Arabidopsis thaliana via a Escherichia coli and yeast heterologous expression system and its Km value predicted in order to verify/hypothesise whether it is a high or low affinity transporter. This transporter is expressed in leaves and could be a promising tool for future carbon partitioning studies during phosphate limitation. / AFRIKAANSE OPSOMMING: Anorganiese fosfaat (Pi) word beskou as een van die belangrikste nutriente benodig vir alle lewe op aarde. Dit vervul ‘n hoof rol in talle noodsaaklike prosesse in hoër plante en is veral ‘n voorvereiste vir fotosintetiese reaksies om plaas te vind. In ‘n plant se natuurlike omgewing is anorganiese fosfaat nie geredelik bekskikbaar in grond nie en dus word daar vermoed dat plante onder konstante fosfaat stres gevind word. Omdat fosfaat so ‘n belangrike rol speel tydens fotosintese is dit noodsaaklik dat daar ‘n balans op sellulêre vlak gehandhaaf word, veral wat die verspreiding van koolhidrate tussen die verskillende kompartemente van die sel betref. Plante se oorlewing word bedreig deur ‘n tekort aan fosfaat in die omgewing en die enigste onmiddelike oplossing daarvoor is deur die toediening van bemestingstowwe. Hierdie metode van landery ontwikkeling en algemene instandhouding van plante deur die mensdom het ’n baie negatiewe effek op die omgewing. ‘n Oormaat fosfaat lei tot eutrifikasie en het verkeie ander negatiewe nagevolge wat dodelik is vir die dierelewe. Plante beskik ook oor natuurlike interne fosfaat transporters om hierdie tekort te oorkom. Hierdie transporters word op grond van eksterne fosfaat beskikbaarheid ge-aktiveer of ge-deaktifeer. Die transporters is teenwoordig in meeste sub-sellulêre kompartemente en sommige is al ge-identifiseer en gekarakteriseer, terwyl ander slegs ‘n voorspelling bly. Gedurende hierdie studie was ‘n poging aangewend om ‘n anorganiese fosfaat transporter van Arabidopsis thaliana, PHT1;5, te karakteriseer met behulp van mikro-organismes soos Escherichia coli en gis. Die poging het ingesluit om ‘n Km waarde vir hierdie transporter te voorspel en sodoende ‘n hipotese daar te stel van of dit hoë of lae affiniteit het vir fosfaat. Die transporter word groot en deels aangetref in blare en kan dus dien as ‘n belowende apparaat vir toekomstige koolhidraat uitruiling studies gedurende fosfaat tekort.