Uma molécula pequena que travasse um enzyme essencial em um formulário inativo poderia formulário dia a base de uma classe nova de antibióticos unbeatable, species-specific, de acordo com investigadores no centro do cancer da perseguição da raposa.

Seus findings, destacados na tampa da introdução junho de 23 do chemistry & da biologia do jornal, fazem exame da vantagem de um corpo emergente da ciência a respeito de “morpheeins” - proteínas feitas dos componentes individuais que são capazes espontâneamente de se reconfigurar em formas diferentes dentro das pilhas vivas.

Os investigadores descobriram uma molécula pequena, que nomeassem morphlock-1, ligamentos o formulário inativo de uma proteína sabida como o synthase do porphobilinogen (PBGS), um enzyme usado por quase todos os formulários da vida celular. O formulário funcionando de PBGS é construído de oito porções componentes idênticas - em o que é chamado uma configuração do octamer - e é essencial entre quase todos os formulários da vida nos processos que permitem pilhas de usar a energia. A outra configuração é feita de seis porções - ou uma configuração do hexamer - e serve como um “standby” modalidade para a proteína.

“As que o nome sugere, morphlock-1 trava essencialmente a configuração do hexamer no lugar, impedindo que seus subunits da proteína reconfigurem no conjunto ativo, ” diz o investigator Eileen Jaffe da ligação, Ph.D, um membro sênior da perseguição da raposa. os morpheeins de “Targeting em seus conjuntos inativos fornecem uma aproximação inteiramente nova à droga discovery.”

Quando seu estudo foi executado usando uma planta-versão da ervilha de PBGS, os investigadores têm a razão acreditar que o princípio poderia se aplicar às versões bacterianas de PBGS também. “Using morphlock-1 como uma base, nós estamos procurando ao tune fino a molécula de modo que obstrua apenas a versão bacteriana do enzyme de PBGS, ” Jaffe diz.

“Because PBGS é assim crucial para a vida, a parte do enzyme onde o chemistry acontece é conservado altamente com a evolução, ” Jaffe diz, significando que uma droga PBGS-inibindo versátil prejudicaria as bactérias, ervilhas e as povoaria igualmente. A área onde a droga potencial liga ao formulário do hexamer da proteína, entretanto, foi encontrada para diferir entre a espécie, dependendo de como distante os organismos evoluíram de se.

Quando PBGS está em seu formulário inativo do hexamer, há uma cavidade pequena na superfície do complexo montado. Usando as técnicas do embarcadouro do computador, Jaffe e seus colegas da perseguição da raposa identificaram um suite de moléculas pequenas preditas para ligar a esta cavidade.

Os investigadores então compraram e testaram uma seleção destas moléculas no laboratório para ver se alguns delas estabilizassem a ervilha PBGS em seu conjunto do hexamer. Um inibidor no detalhe, dado o nome morphlock-1, dirigiu potently a formação do hexamer na ervilha PBGS, mas não naquela dos seres humanos, das moscas de fruta, ou do aeruginosa infectious dos pseudomonas das bactérias, ou dos cholerae do vibrio, o último de qual causa o cholera. Morphlock-1 é um inibidor potent da ervilha PBGS, mas não do PBGS destes outros organismos.

Jaffe inventou o termo “morpheein” em 2005 após um estudo da estrutura de PBGS revelou suas tendências forma-deslocando. Quando encontrados com inicialmente com skepticism porque a existência dos morpheeins contradicts alguns conceitos clássicos sobre a estrutura e a função da proteína, os estudos subseqüentes reforçaram que PBGS (e talvez outras proteínas) exibem este comportamento. De acordo com Jaffe, este estudo é o primeiro para empregar formas alternas do morpheein como uma estratégia potencial para a descoberta da droga, no general, particularmente para antibióticos.

a resistência de “Multi-drug dirige a necessidade para desenvolver os antibióticos novos, ” Jaffe diz. as drogas de “Since que estabilizam o hexamer inativo de PBGS não necessitam ser quimicamente similares a se, ele serão difíceis para que a bactéria desenvolva a resistência completa a um cocktail de tal compounds.”

Um motor minúsculo mas poderoso que propila o bacillus-subtilis da bactéria através dos líquidos é desacoplado do corkscrew-como os flagelados por uma embreagem da proteína, por uma universidade Bloomington de Indiana e por uns cientistas da universidade de harvard aprendeu. Seu relatório aparece em Scientists desta ciênciade week’s tem sabido por muito tempo que movimentações os flagelados a girar, mas que causas os flagelados para parar de girar — temporariamente ou permanentemente — era desconhecido.

“We pensam de it’s consideravelmente fresco que evoluir as bactérias e coordenadores humanos chegou em uma solução similar ao mesmo problema, ” biólogo dito Daniel Kearns do IU Bloomington, que conduziu ao projeto. “How fazem-no temporariamente batente um motor uma vez que começam going?”

A ação da proteína que descobriram, EpsE, é muito similar àquela de uma embreagem do carro. Nos carros, a embreagem controla se um motor de car’s está conectado às peças que giram suas rodas. Com o motor e as engrenagens desacoplados de se, o carro pode continuar a mover-se, mas somente por causa de seu momentum prévio; as rodas são não mais longas powered.

EpsE é pensado a “sit para baixo, ” como Kearns descreve o, no rotor de flagellum’s, uma estrutura anel de espuma-dada forma na base dos flagelados. A interação de EpsE’s com uma proteína do rotor chamada FliG causa uma mudança da forma no rotor que a desacopla do motor proton-proton-powered flagellum’s.

A descoberta de EpsE e de sua função era acidental. Kearns e os colegas estavam realmente interessados em aprender mais sobre os genes que fazem com que as pilhas individuais de B. subtilis cessem de vaguear no solitude e façam exame acima da residência em um assemblage maciça communal, estacionário chamaram um biofilm. A estabilidade dos biofilms pode jeopardized pelas pilhas bacterianas hyperactive cujos os flagelados continuam a girar.

“We estavam tentando começar em como a abilidade de bacterium’s de se mover e a formação do biofilm são equilibradas, ” Kearns dito. “We procuravam os genes que afetaram se as pilhas são móveis ou estacionárias. Embora o B. subtilis seja harmless, os biofilms são associados frequentemente com as infecções pelas bactérias pathogenic. A formação compreensiva do biofilm pode eventualmente provar útil em combater infections.” bacteriano;

Uma vez que os cientistas aprenderam EpsE foi envolvido em repressing o movimento flagellar, eles planejou duas explanações possíveis para como EpsE age. O primeiro era que EpsE age como um freio empurrando uma parte non-móvel de encontro a uma parte movente e travando acima dos trabalhos. A outra possibilidade, imaginaram, foram que EpsE age como uma embreagem, desacoplando uma porção movente de outra. Neste último scenario, o motor não enlata nenhum girar flagellar de uma movimentação mais longa porque as peças moventes chaves são não mais longas no contato. Neste caso, os flagelados imóvel teriam a liberdade do movimento, por mais listless que pudessem ser.

Para determinar que hipótese estava correta, os cientistas decidiram-nos melhor deixaram a cauda sacudir o cão. Uniram a extremidade da cauda dos flagelados a uma corrediça de vidro e examinaram o movimento da pilha inteira na presença e na ausência de EpsE. Na ausência de EpsE, a pilha inteira girou uma vez cada cinco segundos. Na presença de EpsE, as pilhas pararam mas puderam girar passiva, empurrado por distúrbios no ambiente (movimento brownian). Se EpsE agisse como um freio, as pilhas não girariam em tudo.

Os investigadores aprenderam também que quando a pilha começa a produzir EpsE, faz exame aproximadamente 15 minutos antes que a maquinaria flagellar esteja disabled.

“This faz muitos do sentido tanto quanto a pilha, ” Kearns dito. os flagelados de “The são uma estrutura gigante, muito cara. Frequentemente quando uma pilha nenhumas necessidades mais longas algo, ele pôde o destruir e recycle as peças. Mas aqui, porque os flagelados são assim grandes e o complexo, fazendo que não é eficaz muito custado. Nós pensamos a embreagem impede que os flagelados girem quando confinada pela matriz pegajosa do biofilm.”

A descoberta pode dar idéias dos nanotechnologists sobre como regular os motores minúsculos de sua própria criação. Os flagelados são um dos motores os menores e os mais poderosos — de nature’s; como aqueles produzidos por B. subtilis podem girar mais de 200 vezes por o segundo, dirigido por 1.400 piconewton-nanômetros do torque. Cavalos-força (diminutos) bastante de That’s para uma máquina cuja a largura estique somente alguns nanômetros dúzia.

A pesquisa nova nos toxins, no virulence, na propagação e na prevenção do clostridium do superbug difficile é relatada na introdução especial de junho do jornal do microbiology médico. Estes findings jogarão um papel crucial em fornecer-nos com a munição na luta de encontro a um pathogen às vezes mortal.

O clostridium difficile é encontrado no ambiente mas é o mais comum nos hospitais. Pode causar uma infecção hospital-adquirida séria quando os antibióticos são usados enquanto viram o contrapeso do flora normal do gut, permitindo que o C. difficile cresça e produza toxins. É carregado dentro os guts de 3% de seres humanos saudáveis mas as taxas do carro em pacientes de hospital tendem a ser muito mais elevadas e os povos idosos nos hospitais, sendo tratado com os antibióticos são a maioria no risco de desenvolver a infecção. As bactérias produzem os spores quando encontram circunstâncias desfavoráveis. A transmissão da infecção é com o ingestion destes spores que podem sobreviver em superfícies e em assoalhos por anos e são resistentes a muitos disinfectants e antiseptics, including o gel da mão do álcool.

Os sintomas incluem o diarrhoea, o nausea, a dor abdominal, a perda do apetite, a febre, o inflammation do bowel e a perfuração possível, que podem ser fatais. Somente dois antibióticos são usados regularmente tratar a infecção difficile do C.: o metronidazole e o vancomycin, mas o relapse são um problema comum depois do tratamento. Em 2004, uma tensão hypervirulent (C. 027/NAP1/BI difficile) foi relatada, que parecesse fazer toxins mais ràpidamente e em uns níveis mais elevados do que outras tensões, as.well.as ser resistente a muitos antibióticos, including fluoroquinolones.

Diversos estudos no jornal do microbiology médico olham a propagação do C. difficile em países diferentes, including Áustria e Coreia. A pesquisa mostra que o uso do antibiótico aumentou o risco dos outbreaks da tensão hypervirulent do C. difficile nos Países Baixos. A edição contem também a evidência para sugerir que o C. difficile poderia ser espalhado entre animais e seres humanos - os investigadores isolaram a bactéria dos animais do alimento em Slovenia.

Os cientistas investigaram os efeitos dos antibióticos, dos antígenos e dos outros agentes no virulence e no pathogenicity do C. difficile. Os toxins foram estudados também; a pesquisa revela alguma informação importante sobre a síntese, processar e os efeitos de toxins diferentes. Uma seqüência nova do gene foi descoberta na tensão 027 difficile hypervirulent do C., que poderia ser relacionada a seu virulence aumentado afetando o emperramento do toxin.

O potencial para um ‘designer’ probiotic para o C. difficile é discutido. O professor Ian Poxton, Editor-em-Chefe anterior do jornal microbiology médico de “this dito é uma aproximação importante que seja esperançosamente muito mais melhor do que estudos previamente relatados usando comercialmente disponível yoghurt-como bebidas, e certamente mais palatable do que ‘faecal transplants’.”

O pharma grande deu acima nas bactérias do solo como uma fonte dos antibióticos demasiado logo, de acordo com a pesquisa publicada na introdução de junho do microbiology. Os cientistas têm minado genomes microbial os produtos naturais novos que podem ter aplicações no tratamento de MRSA e de cancer e ter feito algumas descobertas emocionantes.

“Over os últimos oito anos nós temos procurado os produtos naturais novos na seqüência do DNA do coelicolor antibiótico-produzindo dos streptomyces da bactéria, ” professor dito Gregory Challis da universidade de Warwick. “In os últimos 15 anos tornou-se aceitado que nenhum produto natural novo remanesceu ser descoberto destas bactérias. Nosso trabalho mostra esta vista widely-held para ser incorrect.”

Em Alexander 1928 Fleming descobriu o penicillin, que foi desenvolvido subseqüentemente em uma medicina por Florey e na corrente nos 1940s. O antibiótico foi granizado como um ‘miracle cure’ e uma idade dourada da descoberta da droga seguiu. Entretanto, o rediscovery freqüente de produtos naturais sabidos e de desafios técnicos forçou companhias pharmaceutical a recuar e parar de procurar moléculas novas.

As seqüências genetic completas de mais de 580 micróbios são sabidas atualmente. É possível identificar os pathways que produzem compostos novos olhando as seqüências do DNA e muitos conjuntos do gene provavelmente para codificar produtos naturais foram analisados. ‘Genome mining’ transformou-se um campo dinâmico e ràpidamente avançar.

O professor Challis e seus colegas descobriu os produtos de dois conjuntos cryptic do gene. Um dos conjuntos foi encontrado para produzir diversos compostos que inibem o proliferation de determinadas bactérias. Três destes compostos eram novos, nomeados o isogermicidin A, B e a descoberta do C. “This era completamente inesperada, ” professor dito Challis. a pesquisa de “Our fornece a metodologia nova importante para a descoberta de produtos naturais novos com as aplicações na medicina, tal como combater MRSA infections.”

O outro produto que descobriram é chamado coelichelin. O ferro é essencial para o crescimento de quase todos os micro-organisms. Embora seja o fourth a maioria de elemento abundante na crosta de Earth’s existe frequentemente em um formulário férrico, que os micróbios sejam incapazes de usar o conjunto do gene de “The que dirige a produção do coelicehlin não foi sabido para ser envolvido na produção de todos os produtos sabidos, ” professor dito Challis. a pesquisa de “Our sugere que o coelichelin ajuda ao coelicolor do S. fazer exame acima de iron.”

Muitos investigadores seguiram o professor Challis e seus colegas no campo emocionante da mineração do genome. “In o futuro próximo, compostos com atividades biológicas úteis será patenteado e progredido em experimentações clínicas ou agriculturais, dependendo de seu applications” professor dito Challis.

Os investigadores dos E. U. criaram computadores vivos do ` genetically alterando as bactérias. Os findings da pesquisa, publicados no jornal aberto do acesso da central de BioMed da engenharia biológica, demonstram que computar em pilhas vivas é praticável, abertura a porta a um número de aplicações including o armazenamento de dados de e como uma ferramenta para manipular genes para a engenharia genetic.

Uma equipe de pesquisa da biologia e dos departamentos da matemática da universidade de estado ocidental da faculdade, do North.carolina e do Missouri de Davidson, Missouri, EUA adicionou genes às bactérias de coli de escherichia, criando os computadores bacterianos capazes de resolver um enigma matemático clássico, sabido como o problema queimado do pancake.

O problema queimado do pancake envolve uma pilha dos pancakes dos tamanhos diferentes, cada um de que tem um lado dourado e queimado. O alvo é classificar a pilha assim que o pancake o maior está no fundo e todos os pancakes são lado dourado acima. Cada aleta inverte a ordem e a orientação (isto é que o lado do pancake está enfrentando acima) de um ou diverso pancakes consecutivo. O alvo é empilhá-lo corretamente em pouco número das aletas.

Nesta experiência, os investigadores usaram fragmentos do DNA como os pancakes. Adicionaram genes de um tipo diferente de bactéria para permitir o E. coli de lançar os pancakes' do ` do DNA. Incluíram também um gene que fizesse as bactérias resistentes a um antibiótico, mas somente quando o DNA fragmenta tinha sido lançado na ordem correta. O tempo requerido para alcançar a solução matemática nos erros reflete o número mínimo das aletas necessitadas resolver o problema queimado do pancake.

"o sistema oferece o excesso que potencial os computadores convencionais" dizem o investigador da ligação, Karmella Haynes de diversas vantagens. "um único flask pode prender billions das bactérias, cada uma de que poderia potencial conter diversas cópias do DNA usado computando. Estes computadores bacterianos do ` poderiam agir na paralela com se, significando que as soluções poderiam potencial ser alcançadas mais rapidamente do que com computadores convencionais, usando menos espaço e em um custo mais baixo." Além ao paralelismo, computar bacteriano também tem o potencial utilizar mecanismos do reparo e, naturalmente, pode evoluir depois que uso repetido.

Uma molécula natural feita pelas bactérias symbiotic do gut pode oferecer um tipo de tratamento novo para a doença inflammatory do bowel, de acordo com cientistas no instituto de Califórnia de povos de Technology.”Most tende a pensar das bactérias como os organismos insidious que nos fazem somente o doente, ” diz Sarkis K. Mazmanian, um professor assistente da biologia em Caltech, cujo o laboratório examina o relacionamento symbiotic entre “good” bactérias e seus anfitriões mammalian. Instead, diz, “bacteria pode ser benéfico e ativamente promover health.”

Para o exemplo, as 100 bactérias trillion que ocupam o gut humano evoluíram junto com os sistemas digestivos e imunes humanos para milhões dos anos. Alguns micróbios prejudiciais são responsáveis para a infecção e a doença aguda, quando as bactérias de “other, mais inteligentes, fizerem exame da rota evolucionária de dar forma a seu ambiente positivamente interagindo com o sistema imune do anfitrião para promover a saúde, que lhes dá um lugar melhorado para viver; it’s gostam de criar o nirvana bacteriano, ” diz Mazmanian.

Se as bactérias modificassem ativamente o gut, seu trabalho teria que ser mediado por moléculas. Em seu trabalho recente, Mazmanian e seus colegas identificaram uma tal molécula, um açúcar chamado o polysaccharide A, ou PSA, que é produzido pela bactéria symbiotic Bacteroides do gut fragilis. Denominaram esta molécula um fator de “symbiosis, ” e prediga que muitos outros compostos bacterianos com atividades benéficas diversas esperam a descoberta.

Para identificar a molécula e sua ação, os cientistas usaram ratos experimentais e induzem mudanças a suas bactérias intestinal expondo as a uma bactéria pathogenic chamada hepaticus de Helicobacter. Este micróbio causa uma doença nos ratos que seja similar à doença de Crohn’s e ao colitis ulcerative. Entretanto, quando os animais co-co-colonized com o B. fragilis, foram protegidos do disease–as eram os animais que foram dados doses orais apenas da molécula de PSA.

No detalhe, Mazmanian e seus colegas encontraram que PSA induz as pilhas particulares do imune-sistema chamadas pilhas de T de CD4+ para produzir interleukin-10 (IL-10), uma molécula que fosse mostrada previamente para suprimir a proteção da oferta de inflammation–and da doença inflammatory do bowel. “Thus, bactérias ajudam reprogram nosso próprio sistema imune para promover a saúde, ” diz.

“The a implicação a mais imediata e a mais óbvia é que PSA pode potencial ser desenvolvido como um therapeutic natural para a doença inflammatory do bowel, ” diz Mazmanian.

A doença inflammatory do bowel, uma constelação das doenças que causam o inflammation nos intestines, including o colitis ulcerative e a doença de Crohn’s, é estimada para afetar um milhão americanos. As taxas de doenças inflammatory do bowel skyrocketed em anos recentes; para o exemplo, a incidência da doença de Crohn’s, uma circunstância que causasse a dor debilitating, o diarrhea, e outros sintomas gastrointestinal, aumentou por 400 por cento sobre os 20 anos passados.

A pesquisa atual, junto com o outro trabalho por Mazmanian e por junho L. Redondo, um investigador postdoctoral de Caltech, sugere que o interplay entre vários grupos das bactérias que vivem nos intestines tem efeitos profundos na saúde humana.

Esta noção gels com o “hygiene so-called hypothesis.” A hipótese, proposta primeiramente duas décadas há, liga as práticas modernas como o sanitation, o vaccination, uma dieta ocidental, e o uso antibiótico, que reduzem infecções bacterianas, ao prevalence aumentado de uma variedade das doenças no mundo desenvolvido, including a doença inflammatory do bowel, o asthma, o sclerosis múltiplo, e o tipo 1 diabetes. Entretanto, é agora desobstruída que os padrões vivos aumentados e as drogas anti-bacterianas afetam não somente micróbios infectious, mas todos os benéficos que nós podemos depender sobre para nosso bem estar.

medidas societal de “Through nós mudamos nossa associação com o mundo microbial em uma extensão de tempo muito curta. Nós don’t temos o mesmo contato com micróbios como nós temos para milhões de years–we apenas vivo limpamos demasiado agora, ” Mazmanian diz. Assim quando for útil eliminar doença-causar organismos, resultados da doença de “perhaps da ausência das bactérias benéficas e seus efeitos bons, ” sugere. o estudo de “This é a primeira demonstração daquele. O que esperançosamente fará deve permitir que os povos reavalíem nossas opiniões das bactérias. Não todos são maus e alguns, talvez muitos, são beneficial.”

A vida no espaço exterior é uma certeza absoluta, e é provável ser mais familiar do que nós pudemos pensar, de acordo com um artigo na introdução de maio do microbiology hoje. Sempre desde que o começo da raça do espaço nós emitiu mais do que apenas satélites e astronautas no espaço: a nave espacial não é rotineiramente decontaminated e teeming com vida microbial.

"onde quer que o homem vai corajosamente seu fauna microbial é certo seguir," disse Lewis Dartnell, um astrobiologist na faculdade Londres da universidade. A estação de espaço russian RIM foi lançada em 1986 e os estudos microbial investigaram a diversidade das bactérias que vivem ao lado dos astronautas. Em 1998, os blobs livre-flutuando da água encontrados durante uma missão da NASA à estação foram analisados e descobertos para conter micróbios including as bactérias faecal como E. coli, espécie do praga de Yersinia, e uniforme bactéria-relacionados o que foi suspeitado para ser Legionella, as.well.as fungos, amibas e protozoa.

"impedir a propagação da vida microbial entre mundos do sistema solar foi uma prioridade superior por décadas agora," disse Lewis. "este esforço é sabido como a proteção planetária." A estação de espaço internacional de hoje (ISS) está muito mais limpa do que o RIM era 20 anos há, agradecimentos aos filtros de HEPA, limpeza semanal e regimes biweekly disinfecting. Mas inevitàvel, o ISS é ainda longe de ser bug-free; a amostragem recente revelou o epidermidis do staphylococcus da bactéria que sobrevive em áreas diferentes.

Mas não é planetas que justos nós necessitamos proteger - os astronautas estão no risco aumentado da infecção no espaço. As infecções respiratory são comuns entre astronautas e as doenças ocorrem em um quarto de vôos do shuttle de espaço. "a exposição prolongada à radiação e ao microgravity cosmic é acreditada para ter um efeito negativo no sistema imune, e a transmissão da doença é realçada dentro do ambiente closed do ar recycled e a água," disse Lewis Dartnell. Os micróbios pose também um risco aumentado dos allergies, fonte tóxica do ar e de água e mesmo biodegradation de componentes críticos da nave espacial.

Esta semana, o lander de Phoenix tocado para baixo em Marte, esperando fazer exame das primeiras medidas sempre diretas da água de Martian e de moléculas orgânicas. "para garantir o cleanliness do braço robotic, foi incluído em um saco mais biobarrier - eficazmente um condom interplanetário," disse Lewis. Mas esta não será uma medida de controle praticável para seres humanos. os "seres humanos e as naves espaciais estão inerente sujos e uma vez que nós chegamos para plantar bandeiras no solo oxidado nosso entourage microbial começará a escapar para fora em Marte." O que é mais, os micróbios têm uma abilidade uncanny de sobreviver como os spores, resistentes ao calor, ao frio e à radiação. "uma vez que os seres humanos visitaram Marte, nós podemos nunca estar certos que nenhumas descobertas biológicas não eram assinam simplesmente de nossas próprias luvas sujas," disse Lewis Dartnell.

No fato, nós pudemos realmente necessitar fazer exame de micróbios em uma missão equipada a Marte. "para umas missões mais longas, não será possível fazer exame de fontes suficientes da terra," disse Lewis. os "cientistas estão desenvolvendo os sistemas de sustentação de vida ingenious que confiam em plantas e em micro-organisms para fornecer o alimento, recycling waste e purification de água." Naturalmente, neste caso, um outbreak de micróbios prejudiciais podia deixar de funcionar sistemas de sustentação de vida as.well.as afetar a saúde do grupo, pondo em perigo a missão inteira. "para melhor ou mais mau, os erros do espaço são aqui permanecer."

Os navios estão carregando inadvertidamente trillions dos stowaways na água prendida em seus tanques de reator. Quando a água é bombeada para fora, a espécie invasive poderia ser liberada em ambientes novos. Doença-causar micróbios podia também ser liberado, posing um risco à saúde pública, de acordo com um artigo na introdução de maio do microbiology hoje.

"não há nenhuma aventura romântica ou skullduggery no trabalho aqui," disse o professor Fred Dobbs da universidade velha do dominion, Virgínia, EUA. Água de bomba dos navios dentro e fora dos tanques de reator para ajustar o waterline e a compensá-los para o carregamento da carga, fazendo o navio funcionado tão eficientemente como possível. Estes tanques podem prender milhares das toneladas da água. "todos os organismos na água são prováveis ser liberados quando é bombeada em seguida para fora."

Muitos animais e plantas non-native foram feitos exame aos ambientes novos e tornam-se invasive, ameaçando a sobrevivência da espécie local; alguns alteram fundamental o ecosystem. Os mexilhões da zebra foram introduzidos em America do Norte e a geléia do comb no Mar Negro e ambos tiveram impactos ecological e econômicos enormes

Por mais de 20 anos nós soubemos que uma variedade do phytoplankton grande e os protozoa estão transportados nesta maneira, mas nós sabemos muito pouco sobre micróbios menores como as bactérias e os vírus. "é inevitável que as centenas dos trillions dos micro-organisms entram no tanque de reator de um único navio durante operações normais," disse o professor Dobbs. A maioria destes micróbios é harmless, mas alguns são um risco potencial à saúde pública.

o "vibrio que os cholerae, que causa o cholera nos seres humanos, podem ser tanques de reator dentro carregados," disse o professor Dobbs. "não houve nenhum outbreaks sabido da doença associado com as atividades do ballasting, mas a água é provada somente muito raramente." Outros micróbios doença-causando nos tanques incluem o parvum de Cryptosporidium e os duodenalis de Giardia, que causam viradas do estômago.

Alguns povos dizem que os micróbios estão atuais em toda parte; podem fàcilmente ser dispersados porque são assim pequenos. Entretanto, muitos peritos acreditam que os micro-organisms têm um "biogeography", uma HOME natural, que os meios eles poderiam se tornar invasive se movido e tenham um efeito negativo em ambientes diferentes. Há alguma evidência para este argumento: dois diatoms chamados espécie do phytoplankton foram introduzidos à canaleta inglesa do oceano pacífico norte

A organização marítima internacional, que ajusta réguas e padrões para a indústria de transporte global, propôs um limite superior aos números de cholerae do vibrio, de E. coli, e dos enterococci intestinal contidos na água descarregada do reator. Alguns navios estão usando também tratamentos diferentes reduzir-se e para eliminar mesmo os micróbios em seu reator molhe. "um número de técnicas estão sendo olhadas para esta finalidade, do filtration aos biocidas, o ultrasound ao irradiation ultravioleta," disse o professor Dobbs. "nossa compreensão das edições envolvidas aumentará como mais estudos são realizados, particularmente aqueles que empregam as ferramentas da biologia molecular moderna."

Os investigadores do centro de John Innes e da universidade de Anglia do leste elucidated recentemente a estrutura e a função de um enzyme que fosse envolvido em decorar antibióticos com as moléculas do açúcar. Muitos antibióticos têm uma variedade das moléculas diferentes do hidrato de carbono unidas a elas qual pode ajudar ao antibiótico ser feito exame acima pelo organismo do alvo ou superar a resistência. Manipulando o açúcar, pode ser possível restaurar a utilidade nos antibióticos a que a resistência se tornou.

O alvo desta pesquisa era encontrar para fora como estes açúcares são feitos, e como suas estruturas afetam sua atividade biológica. Os investigadores estudaram um enzyme de uma espécie estudada pequena das bactérias dos streptomyces, que produzisse o tylosin antibiótico. O enzyme que olharam é envolvido em fazer uma molécula do açúcar que decore o tylosin. Trabalhando para fora de como os hidratos de carbono são feitos, pode ser possível fazer açúcares unnatural, com propriedades diferentes.

"este é um pouco de biochemistry que nós não podemos fazer com chemistry. Nós necessitamos ir para trás aos fundamentos de como estes açúcares são unidos na natureza ", dissemos o professor Roubar Campo. "nós queremos ver o que acontecem quando nós decoramos um antibiótico com açúcar e os que açúcares fazem a mais melhor decoração."

Não estão ainda próximo a um produto do mercado, mas a tentar compreender em um nível fundamental como estes açúcares são feitos. "nós estamos pondo ainda o toolkit junto" dissemos o professor Campo. Modelando o enzyme, e comparando o com os enzymes relacionados, puderam identificar as peças chaves necessitadas para sua função, e propõem a base biochemical para como cría o st preciso do hidrato de carbono

Considerou uma vez uma planície estéril com o respiradouro hydrothermal impar, o seafloor parece teeming com vida microbial, de acordo com um papel que está sendo publicado maio 29 na natureza.

"uma emenda de 60.000 quilômetros do basalt é exposta ao longo do sistema espalhando do cume do mid-oceano, representando potencial a área de superfície a maior para que os micróbios colonize na terra," disse o geomicrobiologist Katrina Edwards de USC, autor correspondente do estudo.

Quando os micróbios do seafloor forem detectados antes, este é a primeira vez que quantified. Usando a análise genetic, Edwards e os colegas encontraram milhares das épocas mais bactérias no seafloor do que na água acima.

Surpreendido pela abundância, os cientistas testaram um outro local pacífico e chegaram em resultados consistentes. Isto fá-lo provavelmente que a vida microbial rica estende através do assoalho de oceano, Edwards dito.

Os cientistas encontraram também uma diversidade microbial mais elevada nas rochas comparadas com outros sistemas vibrant, tais como aquelas encontradas em respiradouros hydrothermal.

É comparado mesmo com a diversidade microbial da fazenda solo-vista por muitos como a rico-diversidade no basalt estatìstica o equivalente.

"estes cientistas usaram métodos molecular modernos quantify a diversidade dos micróbios em ambientes deep-sea remotos," disse David L. Garrison, diretor do programa biológico do oceanography do National Science Foundation.

"em conseqüência, nós conhecemo-lo agora que há muitos mais micróbios do que qualquer um tinha suposto," adicionamos.

Estes findings levantam a pergunta de onde estas bactérias encontram sua energia.

"nós riscamos nossas cabeças sobre o que suportava este nível elevado do crescimento quando o índice orgânico do carbono está a um ponto baixo darn bonito," Edwards recordado.

Com a evidência que a crosta oceanic suporta mais bactérias compararam com água sobrejacente, cientistas hypothesized que as reações com as rochas elas mesmas puderam oferecer o combustível para a vida.

Para trás no laboratório, calcularam quanto biomass poderia teòrica ser suportado por reações químicas com o basalt. Compararam então esta figura ao biomass real medido. "era completamente consistente," Edwards dito.

Isto empresta a sustentação à idéia que as bactérias sobrevivem na energia da crosta, um processo que poderia afetar nosso conhecimento sobre o ciclo e mesmo a evolução deep-sea de carbono.

Para o exemplo, muitos cientistas acreditam essa água rasa, água nao profunda, embalaram a primeira vida do planeta. Raciocinam que as profundidades carbono-deficientes escuras parecem oferecer pouca energia, e ambientes ricos como os respiradouros hydrothermal são relativamente escassos.

Mas a abundância newfound de micróbios do seafloor faz teòrica possível que vida adiantada prosper-e nivela-o talvez começ- no seafloor.

"alguns puderam mesmo favorecer o oceano profundo para o emergence da vida desde que era um bastion da estabilidade comparado com a superfície, que era explodida constantemente por cometas e por outros objetos," Edwards sugeriram.

Ainda, o conhecimento atual do biosphere profundo pode caber na cabeça de um pino, Edwards dito. A maioria de bactérias do seafloor descobriram nesta mostra que do estudo pouca relação àquelas cultivou nos laboratórios, que faz a experimentação difícil.

Melhor que trazendo as bactérias ao laboratório, entretanto, Edwards planeia trazer ao laboratório bactéria-com a um obervatório microbial 15.000 pés abaixo do nível de mar.

Os agradecimentos a um $3.9-million concedem concedido em março pelo Gordon e a fundação de Betty Moore, Edwards e sobre 30 colegas continuará estudando as bactérias do seafloor, mas estudará também seus primos do subseafloor que dão um ciclo através da rocha porosa.

A primeira expedição de seu tipo, a operação perfurando penetrará 100 medidores dos sedimentos e 500 medidores do bedrock.

Além das experiências visadas aprendendo como precisamente estas bactérias alteram a rocha, os cientistas medirão a diversidade, a abundância e o relatedness dos micróbios em profundidades diferentes.

Isto verterá a luz sobre se as bactérias evoluíram dos antepassados que flutuaram para baixo de acima ou de algum ainda de fonte desconhecida profundamente na crosta.

O estudo da natureza fornece uma base crucial da comparação entre o seafloor e os micróbios do subseafloor, ambos os completamente desconhecidos até apenas recentemente.

O empreendimento década-longo construirá uma ponte sobre mais mais as ciências da terra e de vida, um objetivo chave no campo emergente do geobiology, descrito por Edwards como a co-evolução da terra e da vida.

O biosphere profundo é servido excepcionalmente para uma aproximação geobiological, Edwards dito, desde que uma compreensão apropriada requer o genomics, a análise de interações químicas da micróbio-rocha e um timescale nos milhões dos anos.

Edwards juntou USC dois anos há como a parte de seu hire do conjunto dos cientistas com os interesses multidisciplinary relacionados ao geobiology. Com sua concentração da faculdade no campo, Califórnia do sul e USC no detalhe são considerados como cubos para a comunidade de pesquisa do geobiology.

USC hospedou recentemente o ö symposium anual de Geobiology, co-organizado pelo estudante post-doctoral Beth Orcutt de USC, segundo autor do papel da natureza.

Além, o instituto de USC Wrigley para estudos ambientais funciona um curso do geobiology do verão no console de Catalina que traz junto estudantes e a faculdade superiores.

Edwards acredita que a maioria de povos apenas não realizam quanto vida prospera nas profundidades aquosas.

"se nós podemos realmente pregar abaixo o que está indo sobre, então há umas implicações significativas," disse. "é minha esperança que os povos giram suas cabeças e observam que há uma vida para baixo lá."

Os cientistas procuraram por candidatos da droga em alguns lugares muito improváveis. Não somente churn para fora dos compostos sintéticos em laboratórios industrial-scale, mas também scour os recifes corais e raspam o bark da árvore na esperança de tropeçar em cima de uma molécula unsuspecting que apenas possa girar no buster grande do bloco do ano seguinte. Mas uma região que os cientistas não têm procurarado é seus guts. Literally.Now, uma equipe dos investigadores na escola médica de Harvard, o hospital de Brigham e de mulheres, e a California Institute of Technology Demonstraram que uma molécula produzida pelas bactérias no microflora intestinal do gut pode eliminar sintomas da doença inflammatory do bowel (IBD), uma circunstância que incluísse a doença de Crohn e o colitis ulcerative, nos modelos animais.

"dado o número sheer das bactérias no gut, o potencial para descobrir as moléculas novas que podem tratar uma escala inteira destas doenças é prometedor," diz Dennis Kasper, co-conduzem ao autor no estudo, o professor da medicina e o microbiology e genetics molecular na escola médica de Harvard, e o diretor do laboratório de Channing em Brigham e em hospital das mulheres.

O estudo aparecerá como a história da tampa na introdução maio de 29 da natureza.

Os cientistas souberam por muitas décadas que o gut mammalian é um ecosystem que teeming com aproximadamente 1.000 espécies diferentes das bactérias, espécie à differência do anfitrião como uma amiba single-cell no scum da lagoa. Melhor que causando a doença, estas bactérias são responsáveis para proteger de encontro à infecção e ajudar à digestão. Um número crescente dos cientistas suspeita também que os aumentos recentes no asthma e mesmo determinados allergies do alimento estão causados por rompimentos no contrapeso delicado deste ecosystem intestinal.

Em 2005, Kasper e Sarkis Mazmanian, então um postdoc no laboratório de Kasper e agora um professor assistente da biologia na California Institute of Technology, descoberta que uma espécie das bactérias intestinal chamadas Bacteroides fragilis poderia restaurar o contrapeso do sistema imune nos ratos que foram produzidos para faltar as bactérias intestinal. Um produto particular do B. fragilis, uma molécula do açúcar chamada o polysaccharide A (PSA), recuperou o equilíbrio de um determinado subclass das pilhas do sistema imune (chamadas Th1 e Th2) cujos os níveis se tornaram enviesados quando as bactérias no gut eram ausentes. Os investigadores consultaram a PSA como do "um fator symbiosis," um que estabeleceu uma ligação benéfica entre as bactérias e os mamíferos. Este era o primeiro estudo em que tal ligação foi demonstrada.

Interessante, quando o estudo foram terminados, Kasper e Mazmanian encontrou nestes ratos um a abundância de pilhas do sistema imune que foram sabidas para proteger de encontro ao colitis e à doença de Crohn. No relatório atual, nos grupos decididos expandir estes findings e explorar as ligações potenciais entre PSA e a doença inflammatory do bowel.

Quando immunocompromised os ratos com um microbiota pathogen-livre específico foram dados uma bactéria intestinal chamada hepaticus de Helicobacter, eles desenvolveram logo do "rujir" IBD rasgo, de acordo com Kasper. Entretanto, quando Helicobacter foi combinado com o B. fragilis, os ratos eram muito bem. Umas experiências mais adicionais revelaram que o açúcar especial de PSA-the molécula-estava o fator chave em impedir IBD. No fato, quando os ratos foram dados Helicobacter combinado com o PSA purified das bactérias fragilis do B., não mostraram nenhum sintoma de IBD.

"mas então a pergunta chave era, se PSA fosse essencial para impedir que estes animais venham para baixo com o colitis ou o Crohn, como fêz it”" diz Kasper. "o que era o mechanism”"

A resposta veio estudando um subconjunto dos interleukins, isto é, moléculas secreted por pilhas imunes.

Os estudos precedentes tinham mostrado que dois interleukins particulares, chamados IL-17 e IL-23, promovem o inflammation intestinal e estão atuais em níveis elevados em pacientes de IBD. Aqui, quando os investigadores encontraram IL-17 e IL-23 nos guts dos animais que tinham recebido Heliobacter sozinho, estes interleukins eram ausentes dos animais que tinham recebido também PSA-produzir PSA fragilis e purified do B..

"nós realizamos que algo em PSA deve impedir o inflammation que causa o colitis e Crohn, que explicaria a redução em IL-17 e em IL-23," diz Kasper.

Este hunch trouxe os investigadores considerar um terceiro interleukin, IL-10. O oposto de IL-17 e de IL-23, IL-10 é anti-inflammatory e tinha sido mostrado previamente para proteger de encontro ao colitis experimental.

Os investigadores administraram uma vez outra vez Helicobacter e o B. PSA-ativo fragilis (a combinação que tinha conduzido previamente aos ratos saudáveis), only esta vez incluíram um antibody que obstruísse IL-10. Em conseqüência, todos os ratos vieram para baixo com IBD.

"isto demonstrado para nós o mecanismo por que PSA protege de encontro a IBD," diz Kasper.

Certamente, os investigadores deduziram que PSA alerta pilhas do sistema imune secrete IL-10, que suprime por sua vez o inflammation causado por IBD. Ou seja PSA é um anti-inflammatory.

Esta pesquisa deve incentivar povos (muitos cientistas including) considerar o potencial vasto para contribuições benéficas à saúde humana pelas bactérias "boas". E o que é mais, "este é a primeira vez que uma molécula benéfica produzida pelas bactérias intestinal estêve mostrada para trabalhar therapeutically em um modelo animal," diz Mazmanian.

Os investigadores advertem que estes findings não prometem nenhuns tratamentos near-term para IBD. de "o poder PSA faz a mesma coisa nos seres humanos, e não pôde," diz Kasper.

Entretanto, o mecanismo que descobriram deve persuadir cientistas e fabricantes da droga considerar fontes novas para expandir o encanamento da droga.

"não há atualmente nenhum esforço desenvolver as moléculas que são feitas naturalmente pelas bactérias para se usar therapeutically," continua Mazmanian. "este estudo abre acima dessa possibilidade."

Citação cheia:
Natureza, Maio 29, 2008, 453 (7195), 620-624
"um fator microbial do symbiosis impede a doença inflammatory intestinal"
Sarkis K. Mazmanian(1), Junho L. Round(1) & Dennis L. Kasper(2,3)

Um grupo de investigadores do duque Universidade fêz um avanço principal em compreender como as bactérias se dividem. Estes resultados poderiam conduzir aos tratamentos antibióticos novos que impedem que as bactérias perigosas multipliquem.

Normalmente, as bactérias dividem-se dando forma a um anel que comprima a pilha em dois. O anel é chamado de "um anel Z" após a proteína FtsZ, que dá forma a um scaffold ring-shaped e o espreme então menor. Nas bactérias, o anel de Z contem também uma dúzia outras proteínas, acreditadas toda para ser essencial para a divisão.

O anel de Z puxa normalmente dentro na membrana da pilha ligando para uma outra proteína, FtsA, que tem uma extremidade unida à membrana interna da pilha e a outra extremidade conectada a FtsZ. Quando o anel de Z constricts, puxa completamente dentro a membrana e belisca a bactéria em dois.

Mas o cientista de pesquisa Masaki da biologia da pilha Osawa, Ph.D., FtsA cortado fora do sistema fazendo um FtsZ que poderia ligar diretamente à membrana, e chamado a “membrane alvejou FtsZ” ou FtsZ-mts.

Primeiramente, Osawa demonstrou que a proteína nova, FtsZ-mts, Z montado soa nas bactérias.

Então construiu uma máquina extremamente simplificada da pilha-divisão nas gotas microscópicas do óleo, chamadas os liposomes, que demonstraram o papel importante de FtsZ no processo da divisão. Podia montar anéis de Z neste sistema completamente artificial, o liposome, uma esfera oca minúscula da gordura que imita as membranas naturais da pilha.

Para fazer este, Osawa misturou os liposomes com o FtsZ e o GTP, uma molécula que fornecesse a energia. Em uma corrediça do microscópio os liposomes fundiram e esticaram nos tubos que imitaram a forma de E. coli e outros haste-deram forma às bactérias.

"era uma coincidência feliz que o tamanho e a forma dos liposomes fossem similares àquele das bactérias haste-dadas forma," diz o co-autor Harold Erickson, professor da biologia da pilha. "estes liposomes tubulares são um micro-structure novo, e sua formação é ainda um mistério."

Durante a experiência, etiquetada fluorescently FtsZ-mts estava inicialmente na parte externa dos liposomes, mas em algumas dos liposomes tubulares terminados acima com o FtsZ no interior. "nós não sabemos este acontece, mas é uma chave à descoberta," Osawa dito.

Dentro do liposome o FtsZ deu forma aos anéis closed múltiplos que alinharam a perpendicular ao comprimento do tubo, apenas como Z soa o formulário nas bactérias. Deslizaram também para a frente e para trás, e onde colidiram, permaneceram junto e deram forma a uns anéis mais brilhantes de Z. E enquanto os anéis de Z cresceram no brilho, puxaram visivelmente a parede do inward do liposome.

"os anéis de Z estão gerando claramente a força e estão causando o constriction," Osawa dito. Um filme a equipe feita mostra diversos constrictions na parede que ocorre nos locais dos anéis brilhantes de Z. Quando o GTP no liposome é usado acima, o tubo facilita fora de seus constrictions em sua forma original.

"nós acreditamos que nosso sistema simples pode recrear o mecanismo que as bactérias as mais adiantadas se usaram dividir. Tiveram provavelmente FtsZ sozinho, "Erickson dito. de "as experiências Osawa mostram que FtsZ, uma membrana tether, e a superfície interior de uma membrana tubular é tudo que é needed montar o anel de Z e gerar uma força do constriction."

Os anéis artificiais de Z não eram suficientes comprimir provavelmente os liposomes ao meio, "porque suas paredes são muito mais grossas do que a membrana de uma bactéria," Osawa notável. "nós estamos trabalhando agora para fazer uns liposomes mais finos, de modo que nós possamos conseguir a divisão completa."

Erickson disse que FtsZ é o antepassado bacteriano do tubulin, a proteína que faz os microtubules nas pilhas animais e é o alvo de um número de drogas anti-cancer como o taxol. Embora FtsZ não seja sensível ao taxol, qualquer coisa aprendido sobre o antepassado bacteriano ajudar-nos-á compreender os microtubules, que ajudam às pilhas animais manter sua forma e controlar seus movimentos, ele explicou.

Alex Dajkovic, autor da ligação no companheiro postdoctoral de papel e anterior em Johns Hopkins. É agora um investigador no curie de Institut em Paris.

Uma equipe de pesquisa de Johns Hopkins resolveu os enigmas importantes a respeito de como determinadas proteínas guiam a reprodução das bactérias, as descobertas que poderiam conduzir a um tipo novo de antibióticos.

Em um estudo recente publicado na biologia atual do jornal, os cientistas relataram como a correia-como a estrutura chamou um anel de Z, que comprimisse uma bactéria haste-dada forma para produzir a prole dois, podem ser incapacitados por uma proteína chamada MinC. Explorando este vulnerability, os investigadores ditos, companhias pharmaceutical podem encontrar uma maneira lutar as infecções que respondem não mais por muito tempo a uns medications mais velhos.

"as aplicações médicas potenciais de nossa descoberta são significativas," disse Alex Dajkovic, autor da ligação do papel. "porque as moléculas envolvidas na divisão de pilha são muito similares em quase todas as bactérias, o processo que nós descobrimos fornece um alvo novo para os povos que fazem antibióticos. Isto é extremamente importante porque a resistência antibiótica está na ascensão, e muitas mortes preventable, especial no mundo tornando-se, são causadas por infecções bacterianas."

Denis Wirtz, professor da engenharia química e biomolecular em Johns Hopkins.

Dajkovic ajudado fazer as descobertas como um companheiro postdoctoral no laboratório de Denis Wirtz, um professor da engenharia química e biomolecular na escola das pescadas de Johns Hopkins' da engenharia. Dajkovic é agora um investigador no curie de Institut em Paris.

Wirtz, que é também diretor do associado do instituto de Johns Hopkins para NanoBioTechnology, anotou que "a maioria de antibióticos alvejam a abilidade das bactérias de construir suas paredes de pilha ou sua abilidade de fazer proteínas ou DNA. Com este papel, Alex e o descanso da equipe identificaram os alvos molecular novos que poderiam disrupt a divisão de pilha bacteriana. Se as bactérias não puderem reproduzir, a infecção morrerá."

Os investigadores focalizaram no E. haste-dado forma coli da bactéria, encontrado geralmente no intervalo digestivo humano, que serve como um organismo modelo para o estudo de processos bacterianos básicos. Quando estes únicos-celled micróbios querem multiplicar, uma estrutura chamada os formulários do anel de Z, começa então a apertar como uma faixa de borracha em torno do midsection de cada bactéria. O anel de Z ajuda comprimir o corpo haste-dado forma em dois sausages microbial que racham finalmente distante para dar forma a duas pilhas.

Por aproximadamente 20 anos, os investigadores souberam sobre o anel de Z mas não compreenderam precisamente como se operou e porque deu forma sempre no meio de pilhas haste-dadas forma. Os componentes principais de anéis de Z são filamentos de uma molécula da proteína chamada FtsZ

No artigo de jornal novo, o Johns Hopkins-conduzido investigadores podia relatar a primeira vez para aquele que a mudança de linhas de FtsZ de a líquido-como o formulário a uma estrutura mais contínua dentro da pilha é importante para a formação do anel de Z. A equipe encontrou que as linhas de FtsZ se tecem em uma estrutura ou o scaffold que pode prender todo o outras moléculas envolveu no processo da divisão de pilha. Os filments de FtsZ podem tecer este tapestry, investigadores aprendidos, porque tendem a atrair um outro e a interagir ao longo do comprimento de cada linha.

A equipe descobriu também esse MinC, uma outra proteína dentro da pilha bacteriana, disrupts este processo pelo liquefying the structure that is used to form a Z ring. “MinC blocks the attraction between FtsZ filaments along their lengths, and it also makes the filaments more fragile,” said Dajkovic. “This has the effect of shearing the weavings in the tapestry of the Z ring, which causes the whole structure to fall apart.”

MinC is most prevalent on the outer ends of the rod-shaped bacterial cell, the researchers said, and this explains why the Z ring always forms and splits the cell in the middle, where it is less likely to encounter its protein foe. The team members said this discovery also presents a promising opportunity: a new drug that mimics the effects of MinC could play havoc with the bacterial reproductive process and thereby put an end to an infection.

The findings resulted from a collaboration involving Dajkovic, whose background is in cell biology and biochemistry; Wirtz, whose expertise is in biophysics and engineering; and Sean X. Sun, a Johns Hopkins assistant professor of mechanical engineering who provided computational modeling of the cell division process. Wirtz and Sun were co-authors of the Current Biology paper, along with Ganhui Lan, a doctoral student in Sun’s lab, and Joe Lutkenhaus, a University Distinguished Professor in the Department of Microbiology, Molecular Genetics and Immunology at the University of Kansas Medical Center. Lutkenhaus was Dajkovic’s faculty advisor as a doctoral student.

Today, scientists know more now than ever before about the microbes that inhabit our mouths. They know so much, in fact, that gathering all of the relevant bits of information into one place when designing experiments can be a job in itself. Now, grantees of the National Institute of Dental and Craniofacial Research (NIDCR), part of the National Institutes of Health, and their international colleagues intend to solve this problem with the launch of the first comprehensive database of the oral microbiome, or the approximately 600 distinct microorganisms currently known to live in the mouth.The free online compendium is called the Human Oral Microbiome Database (HOMD). The database goes live today as the digital equivalent of an Oxford dictionary of oral microorganisms, providing detailed biological entries for each species and an extensive catalogue of the thousands of genes that these microbes express. The site is located at http://www.homd.org and is overseen by scientists at The Forsyth Institute in Boston and King’s College London in England.

“The HOMD fills a critical research need,” said NIDCR director Lawrence Tabak, D.D.S., Ph.D. “The oral microbiome is extremely rich in data, and HOMD becomes the essential search engine for scientists to view and retrieve this information, generate novel hypotheses, make computational discoveries, and ultimately develop more biologically sound therapies to control oral diseases.”

According to Floyd Dewhirst, D.D.S., Ph.D., a leader of the project and a scientist at The Forsyth Institute, HOMD also introduces the first comprehensive nomenclature system to bring order to the naming of uncultured or previously unnamed oral microbes. The standardized numbering system helps to eliminate the Babel of confusing names and uninformative database designations that have frustrated scientists and sometimes hindered their research.

The database also categorizes each microbe by its 16S rRNA sequence, a distinctive fingerprint of genetic information that scientists have used for the past two decades to identify microorganisms. This sequence information allows the microbes to be placed in a family tree that shows how they are related to one another. For those organisms whose DNA has been sequenced, HOMD provides online tools to view and analyze all of their genes and proteins. Each category of information in the database is interlinked, readily searchable, appropriately annotated, and will be frequently updated to remain current.

Dewhirst noted that although HOMD has officially opened to scientists, the database remains an ongoing project. “We’ve already assembled a great deal of useful information for the research community, but we will continue to expand and refine the database for the next several years,” said Dewhirst. “I can see the Human Oral Microbiome Database serving as a valuable model for other microbiome databases now and in the years to come.”

Informally called “biology’s next revolution,” microbiome studies have opened a needed window into the complex microbial communities that occupy most parts of the human body. These studies will define how microbes contribute to sustaining health and, when their community dynamics are perturbed, play a role in common chronic disease, such as tooth decay and periodontal disease in the mouth. In December 2007, NIH launched the Human Microbiome Project that initially will sequence all of the genes, or genomes, of 600 representative microorganisms sampled from microbial communities in the mouth, skin, digestive tract, nose, and female urogenital tract. Additional studies are either under way or under development.

Among those already well under way is a NIDCR-supported project to compile a full catalogue of the complete genomes of all oral microbes. It has generated a tremendous amount of data and, coupled with the decades of more traditional studies of oral bacteria, the need for a comprehensive, user-friendly database has become a priority.

“The oral microbiome is currently better understood than those of other sites in the body, such as the intestine,” said Dr. Bruce Paster, Ph.D., also at The Forsyth Institute and another project scientist. “Since oral microorganisms appear in infections throughout the human body, the HOMD database certainly will be useful to physicians. Likewise, microbiologists in industry will find HOMD helpful because oral microbes sometimes contaminate food or the drug manufacturing process.”

The National Institute of Dental and Craniofacial Research (NIDCR) is the Nation’s leading funder of research on oral, dental, and craniofacial health.

Bacteria can be used to engineer genetic modifications, thereby providing scientists with a tool to combat many challenges in areas from food production to drug discovery. However, this sophisticated technology can also be used maliciously, raising the threat of engineered pathogens. New research published in the online open access journal Genome Biology shows that computational tools could become a vital resource for detecting rogue genetically engineered bacteria in environmental samples.Jonathan Allen, Shea Gardner and Tom Slezak of the Lawrence Livermore National Laboratory in California, US, designed new computational tools that identify a set of DNA markers that can distinguish between artificial vector sequences and natural DNA sequences. Natural plasmids and artificial vector sequences have much in common, but these new tools show the potential to achieve high sensitivity and specificity, even when detecting previously unsequenced vectors in microarray-based bioassays.

A new computational genomics tool was developed to compare all available sequenced artificial vectors with available natural sequences, including plasmids and chromosomes, from bacteria and viruses. The tool clusters the artificial vector sequences into different subgroups based on shared sequence; these shared sequences were then compared with the natural plasmid and chromosomal sequence information so as to find regions that are unique to the artificial vectors. Nearly all the artificial vector sequences had one or more unique regions. Short stretches of these unique regions are termed ‘candidate DNA signatures’ and can be used as probes for detecting an artificial vector sequence in the presence of natural sequences using a microarray. Further tests showed that subgroups of candidate DNA signatures are far more likely to match unseen artificial than natural sequences.

The authors say that the next step is to see whether a bioassay design using DNA signatures on microarrays can spot genetically modified DNA in a sample containing a mixture of natural and modified bacteria. The scientific community will need to cooperate with computational experts to sequence and track available vector sequences if DNA signatures are to be used successfully to support detection and deterrence against malicious genetic engineering applications. Scientists would be able to maintain an expanding database of DNA signatures to track all sequenced vectors.

“As with any attempt to counter malicious use of technology, detecting genetic engineering in microbes will be an immense challenge that requires many different tools and continual effort,” says Allen.

References

1. DNA signatures for detecting genetic engineering in bacteria
Jonathan E Allen, Shea N Gardner and Tom R Slezak
Genome Biology (in press)

Article available here:
http://genomebiology.com/imedia/1534720787156665_article.pdf?random=277103