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Schottlender G, Prieto JM, Clemente C, Schuster CD, Dumas V, Fernández Do Porto D, Martí MA. Bacterial cytochrome P450s: a bioinformatics odyssey of substrate discovery. Front Microbiol 2024; 15:1343029. [PMID: 38384262 PMCID: PMC10879549 DOI: 10.3389/fmicb.2024.1343029] [Citation(s) in RCA: 0] [Impact Index Per Article: 0] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Key Words] [Grants] [Track Full Text] [Figures] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 11/22/2023] [Accepted: 01/23/2024] [Indexed: 02/23/2024] Open
Abstract
Bacterial P450 cytochromes (BacCYPs) are versatile heme-containing proteins responsible for oxidation reactions on a wide range of substrates, contributing to the production of valuable natural products with limitless biotechnological potential. While the sequencing of microbial genomes has provided a wealth of BacCYP sequences, functional characterization lags behind, hindering our understanding of their roles. This study employs a comprehensive approach to predict BacCYP substrate specificity, bridging the gap between sequence and function. We employed an integrated approach combining sequence and functional data analysis, genomic context exploration, 3D structural modeling with molecular docking, and phylogenetic clustering. The research begins with an in-depth analysis of BacCYP sequence diversity and structural characteristics, revealing conserved motifs and recurrent residues in the active site. Phylogenetic analysis identifies distinct groups within the BacCYP family based on sequence similarity. However, our study reveals that sequence alone does not consistently predict substrate specificity, necessitating additional perspectives. The study delves into the genetic context of BacCYPs, utilizing neighboring gene information to infer potential substrates, a method proven very effective in many cases. Molecular docking is employed to assess BacCYP-substrate interactions, confirming potential substrates and providing insights into selectivity. Finally, a comprehensive strategy is proposed for predicting BacCYP substrates, involving all the evaluated approaches. The effectiveness of this strategy is demonstrated with two case studies, highlighting its potential for substrate discovery.
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Affiliation(s)
- Gustavo Schottlender
- Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Instituto de Cálculo, Universidad de Buenos Aires, CONICET, Universidad de Buenos Aires, Buenos Aires, Argentina
| | - Juan Manuel Prieto
- Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales (IQUIBICEN) CONICET, Buenos Aires, Argentina
| | - Camila Clemente
- Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales (IQUIBICEN) CONICET, Buenos Aires, Argentina
| | - Claudio David Schuster
- Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales (IQUIBICEN) CONICET, Buenos Aires, Argentina
| | - Victoria Dumas
- Departamento de Química Biológica, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Buenos Aires (FCEyN-UBA), Buenos Aires, Argentina
| | - Darío Fernández Do Porto
- Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Instituto de Cálculo, Universidad de Buenos Aires, CONICET, Universidad de Buenos Aires, Buenos Aires, Argentina
- Departamento de Química Biológica, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Buenos Aires (FCEyN-UBA), Buenos Aires, Argentina
| | - Marcelo Adrian Martí
- Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales (IQUIBICEN) CONICET, Buenos Aires, Argentina
- Departamento de Química Biológica, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Buenos Aires (FCEyN-UBA), Buenos Aires, Argentina
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Vignale FA, Bernal Rey D, Pardo AM, Almasqué FJ, Ibarra JG, Fernández Do Porto D, Turjanski AG, López NI, Helman RJM, Raiger Iustman LJ. Spatial and Seasonal Variations in the Bacterial Community of an Anthropogenic Impacted Urban Stream. Microb Ecol 2023; 85:862-874. [PMID: 35701635 DOI: 10.1007/s00248-022-02055-z] [Citation(s) in RCA: 3] [Impact Index Per Article: 3.0] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Key Words] [Grants] [Track Full Text] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 11/08/2021] [Accepted: 06/02/2022] [Indexed: 05/04/2023]
Abstract
Environmental changes and human activities can alter the structure and diversity of aquatic microbial communities. In this work, we analyzed the bacterial community dynamics of an urban stream to understand how these factors affect the composition of river microbial communities. Samples were taken from a stream situated in Buenos Aires, Argentina, which flows through residential, peri-urban horticultural, and industrial areas. For sampling, two stations were selected: one influenced by a series of industrial waste treatment plants and horticultural farms (PL), and the other influenced by residential areas (R). Microbial communities were analyzed by sequence analysis of 16S rRNA gene amplicons along an annual cycle. PL samples showed high nutrient content compared with R samples. The diversity and richness of the R site were more affected by seasonality than those of the PL site. At the amplicon sequence variants level, beta diversity analysis showed a differentiation between cool-season (fall and winter) and warm-season (spring and summer) samples, as well as between PL and R sites. This demonstrated that there is spatial and temporal heterogeneity in the composition of the bacterial community, which should be considered if a bioremediation strategy is applied. The taxonomic composition analysis also revealed a differential seasonal cycle of phototrophs and chemoheterotrophs between the sampling sites, as well as different taxa associated with each sampling site. This analysis, combined with a comparative analysis of global rivers, allowed us to determine the genera Arcobacter, Simplicispira, Vogesella, and Sphingomonas as potential bioindicators of anthropogenic disturbance.
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Affiliation(s)
- Federico A Vignale
- Instituto de Química Biológica de La Facultad de Ciencias Exactas Y Naturales (IQUIBICEN)-CONICET, Universidad de Buenos Aires, Ciudad de Buenos Aires, Argentina
| | - Daissy Bernal Rey
- Instituto de Química Biológica de La Facultad de Ciencias Exactas Y Naturales (IQUIBICEN)-CONICET, Universidad de Buenos Aires, Ciudad de Buenos Aires, Argentina
- Instituto de Química Física de los Materiales, Medio Ambiente Y Energía (INQUIMAE)-CONICET, Universidad de Buenos Aires, Ciudad de Buenos Aires, Argentina
| | - Agustín M Pardo
- Instituto de Química Biológica de La Facultad de Ciencias Exactas Y Naturales (IQUIBICEN)-CONICET, Universidad de Buenos Aires, Ciudad de Buenos Aires, Argentina
- Facultad de Ciencias Exactas Y Naturales, Instituto de Cálculo, Universidad de Buenos Aires, Ciudad de Buenos Aires, Argentina
| | - Facundo J Almasqué
- Instituto de Química Biológica de La Facultad de Ciencias Exactas Y Naturales (IQUIBICEN)-CONICET, Universidad de Buenos Aires, Ciudad de Buenos Aires, Argentina
| | - José G Ibarra
- Instituto de Química Biológica de La Facultad de Ciencias Exactas Y Naturales (IQUIBICEN)-CONICET, Universidad de Buenos Aires, Ciudad de Buenos Aires, Argentina
| | - Darío Fernández Do Porto
- Facultad de Ciencias Exactas Y Naturales, Instituto de Cálculo, Universidad de Buenos Aires, Ciudad de Buenos Aires, Argentina
- Departamento de Química Biológica, Facultad de Ciencias Exactas Y Naturales, Universidad de Buenos Aires, Ciudad de Buenos Aires, Argentina
| | - Adrián G Turjanski
- Instituto de Química Biológica de La Facultad de Ciencias Exactas Y Naturales (IQUIBICEN)-CONICET, Universidad de Buenos Aires, Ciudad de Buenos Aires, Argentina
- Departamento de Química Biológica, Facultad de Ciencias Exactas Y Naturales, Universidad de Buenos Aires, Ciudad de Buenos Aires, Argentina
| | - Nancy I López
- Instituto de Química Biológica de La Facultad de Ciencias Exactas Y Naturales (IQUIBICEN)-CONICET, Universidad de Buenos Aires, Ciudad de Buenos Aires, Argentina
- Departamento de Química Biológica, Facultad de Ciencias Exactas Y Naturales, Universidad de Buenos Aires, Ciudad de Buenos Aires, Argentina
| | - Renata J Menéndez Helman
- Instituto de Química Biológica de La Facultad de Ciencias Exactas Y Naturales (IQUIBICEN)-CONICET, Universidad de Buenos Aires, Ciudad de Buenos Aires, Argentina
| | - Laura J Raiger Iustman
- Instituto de Química Biológica de La Facultad de Ciencias Exactas Y Naturales (IQUIBICEN)-CONICET, Universidad de Buenos Aires, Ciudad de Buenos Aires, Argentina.
- Departamento de Química Biológica, Facultad de Ciencias Exactas Y Naturales, Universidad de Buenos Aires, Ciudad de Buenos Aires, Argentina.
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Goya S, Sosa E, Nabaes Jodar M, Torres C, König G, Acuña D, Ceballos S, Distéfano AJ, Dopazo H, Dus Santos M, Fass M, Fernández Do Porto D, Fernández A, Gallego F, Gismondi MI, Gramundi I, Lusso S, Martí M, Mazzeo M, Mistchenko AS, Muñoz Hidalgo M, Natale M, Nardi C, Ousset J, Peralta AV, Pintos C, Puebla AF, Pianciola L, Rivarola M, Turjanski A, Valinotto L, Vera PA, Zaiat J, Zubrycki J, Aulicino P, Viegas M. Assessing the hidden diversity underlying consensus sequences of SARS-CoV-2 using VICOS, a novel bioinformatic pipeline for identification of mixed viral populations. Virus Res 2023; 325:199035. [PMID: 36586487 PMCID: PMC9795804 DOI: 10.1016/j.virusres.2022.199035] [Citation(s) in RCA: 0] [Impact Index Per Article: 0] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Key Words] [Track Full Text] [Figures] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 11/07/2022] [Revised: 12/26/2022] [Accepted: 12/27/2022] [Indexed: 12/29/2022]
Abstract
INTRODUCTION Coinfection with two SARS-CoV-2 viruses is still a very understudied phenomenon. Although next generation sequencing methods are very sensitive to detect heterogeneous viral populations in a sample, there is no standardized method for their characterization, so their clinical and epidemiological importance is unknown. MATERIAL AND METHODS We developed VICOS (Viral COinfection Surveillance), a new bioinformatic algorithm for variant calling, filtering and statistical analysis to identify samples suspected of being mixed SARS-CoV-2 populations from a large dataset in the framework of a community genomic surveillance. VICOS was used to detect SARS-CoV-2 coinfections in a dataset of 1,097 complete genomes collected between March 2020 and August 2021 in Argentina. RESULTS We detected 23 cases (2%) of SARS-CoV-2 coinfections. Detailed study of VICOS's results together with additional phylogenetic analysis revealed 3 cases of coinfections by two viruses of the same lineage, 2 cases by viruses of different genetic lineages, 13 were compatible with both coinfection and intra-host evolution, and 5 cases were likely a product of laboratory contamination. DISCUSSION Intra-sample viral diversity provides important information to understand the transmission dynamics of SARS-CoV-2. Advanced bioinformatics tools, such as VICOS, are a necessary resource to help unveil the hidden diversity of SARS-CoV-2.
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Affiliation(s)
- Stephanie Goya
- Laboratorio de Virología, Hospital de Niños Dr. Ricardo Gutiérrez, CABA, Argentina
| | - Ezequiel Sosa
- Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales (IQUIBICEN), CONICET, Ciudad de Buenos Aires, Argentina,Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), Buenos Aires, Argentina
| | - Mercedes Nabaes Jodar
- Laboratorio de Virología, Hospital de Niños Dr. Ricardo Gutiérrez, CABA, Argentina.,Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), Buenos Aires, Argentina
| | - Carolina Torres
- Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), Buenos Aires, Argentina.,Universidad de Buenos Aires, Facultad de Farmacia y Bioquímica, Instituto de Investigaciones en Bacteriología y Virología Molecular (IBaViM), Buenos Aires, Argentina
| | - Guido König
- Instituto de Biotecnología/Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular (INTA-CONICET), Hurlingham, Buenos Aires, Argentina
| | - Dolores Acuña
- Laboratorio de Virología, Hospital de Niños Dr. Ricardo Gutiérrez, CABA, Argentina.,Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), Buenos Aires, Argentina
| | - Santiago Ceballos
- Instituto de Ciencias Polares, Ambiente y Recursos Naturales (ICPA), Universidad Nacional de Tierra del Fuego (UNTDF), Ushuaia, Argentina.,Centro Austral de Investigaciones Científicas (CADIC-CONICET), Ushuaia, Argentina
| | - Ana J Distéfano
- Instituto de Biotecnología/Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular (INTA-CONICET), Hurlingham, Buenos Aires, Argentina
| | - Hernán Dopazo
- Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), Buenos Aires, Argentina.,Laboratorio de Genómica. Biocódices S.A., Buenos Aires, Argentina
| | - María Dus Santos
- Instituto de Biotecnología/Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular (INTA-CONICET), Hurlingham, Buenos Aires, Argentina.,Instituto de Virología/Instituto de Virologia e Innovaciones Tecnologicas (INTA-CONICET), Hurlingham, Buenos Aires, Argentina
| | - Mónica Fass
- Instituto de Biotecnología/Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular (INTA-CONICET), Hurlingham, Buenos Aires, Argentina
| | - Darío Fernández Do Porto
- Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales (IQUIBICEN), CONICET, Ciudad de Buenos Aires, Argentina,Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), Buenos Aires, Argentina
| | - Ailen Fernández
- Laboratorio Central ciudad de Neuquén, Ministerio de Salud, Neuquén, Argentina
| | - Fernando Gallego
- Laboratorio de Hospital Regional de Ushuaia. Provincia de Tierra del Fuego
| | - María I Gismondi
- Instituto de Biotecnología/Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular (INTA-CONICET), Hurlingham, Buenos Aires, Argentina
| | - Ivan Gramundi
- Laboratorio de Hospital Regional de Ushuaia. Provincia de Tierra del Fuego
| | - Silvina Lusso
- Laboratorio de Virología, Hospital de Niños Dr. Ricardo Gutiérrez, CABA, Argentina
| | - Marcelo Martí
- Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales (IQUIBICEN), CONICET, Ciudad de Buenos Aires, Argentina,Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), Buenos Aires, Argentina
| | - Melina Mazzeo
- Laboratorio Central ciudad de Neuquén, Ministerio de Salud, Neuquén, Argentina
| | - Alicia S. Mistchenko
- Laboratorio de Virología, Hospital de Niños Dr. Ricardo Gutiérrez, CABA, Argentina.,Comisión de Investigaciones Científicas de la provincia de Buenos Aires, Argentina
| | - Marianne Muñoz Hidalgo
- Instituto de Biotecnología/Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular (INTA-CONICET), Hurlingham, Buenos Aires, Argentina
| | - Mónica Natale
- Laboratorio de Virología, Hospital de Niños Dr. Ricardo Gutiérrez, CABA, Argentina
| | - Cristina Nardi
- Instituto de Ciencias Polares, Ambiente y Recursos Naturales (ICPA), Universidad Nacional de Tierra del Fuego (UNTDF), Ushuaia, Argentina
| | - Julia Ousset
- Laboratorio Central ciudad de Neuquén, Ministerio de Salud, Neuquén, Argentina
| | - Andrea V Peralta
- Instituto de Biotecnología/Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular (INTA-CONICET), Hurlingham, Buenos Aires, Argentina
| | - Carolina Pintos
- Laboratorio Central ciudad de Neuquén, Ministerio de Salud, Neuquén, Argentina
| | - Andrea F Puebla
- Instituto de Biotecnología/Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular (INTA-CONICET), Hurlingham, Buenos Aires, Argentina
| | - Luis Pianciola
- Laboratorio Central ciudad de Neuquén, Ministerio de Salud, Neuquén, Argentina
| | - Máximo Rivarola
- Instituto de Biotecnología/Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular (INTA-CONICET), Hurlingham, Buenos Aires, Argentina
| | - Adrian Turjanski
- Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales (IQUIBICEN), CONICET, Ciudad de Buenos Aires, Argentina,Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), Buenos Aires, Argentina
| | - Laura Valinotto
- Laboratorio de Virología, Hospital de Niños Dr. Ricardo Gutiérrez, CABA, Argentina.,Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), Buenos Aires, Argentina
| | - Pablo A Vera
- Instituto de Biotecnología/Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular (INTA-CONICET), Hurlingham, Buenos Aires, Argentina
| | - Jonathan Zaiat
- Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales (IQUIBICEN), CONICET, Ciudad de Buenos Aires, Argentina,Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), Buenos Aires, Argentina
| | - Jeremías Zubrycki
- Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), Buenos Aires, Argentina.,Laboratorio de Genómica. Biocódices S.A., Buenos Aires, Argentina
| | | | - Paula Aulicino
- Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), Buenos Aires, Argentina.,Laboratorio de Biología Celular y Retrovirus. Unidad de Virología y Epidemiología Molecular.Hospital de Pediatría "Prof. Juan P. Garrahan", CABA, Argentina.,Corresponding authors: Dr. Paula Aulicino, telephone number: +(5411) 4122-6000 ext. 7177
| | - Mariana Viegas
- Laboratorio de Virología, Hospital de Niños Dr. Ricardo Gutiérrez, CABA, Argentina.,Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), Buenos Aires, Argentina.,Dr. Mariana Viegas, telephone number: +(5411) 49629247 ext. 314
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Toum L, Perez-Borroto LS, Peña-Malavera AN, Luque C, Welin B, Berenstein A, Fernández Do Porto D, Vojnov A, Castagnaro AP, Pardo EM. Selecting putative drought-tolerance markers in two contrasting soybeans. Sci Rep 2022; 12:10872. [PMID: 35761017 PMCID: PMC9237119 DOI: 10.1038/s41598-022-14334-3] [Citation(s) in RCA: 0] [Impact Index Per Article: 0] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Key Words] [MESH Headings] [Grants] [Track Full Text] [Download PDF] [Figures] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 11/24/2021] [Accepted: 06/06/2022] [Indexed: 12/04/2022] Open
Abstract
Identifying high-yield genotypes under low water availability is essential for soybean climate-smart breeding. However, a major bottleneck lies in phenotyping, particularly in selecting cost-efficient markers associated with stress tolerance and yield stabilization. Here, we conducted in-depth phenotyping experiments in two soybean genotypes with contrasting drought tolerance, MUNASQA (tolerant) and TJ2049 (susceptible), to better understand soybean stress physiology and identify/statistically validate drought-tolerance and yield-stabilization traits as potential breeding markers. Firstly, at the critical reproductive stage (R5), the molecular differences between the genotype's responses to mild water deficit were explored through massive analysis of cDNA ends (MACE)-transcriptomic and gene ontology. MUNASQA transcriptional profile, compared to TJ2049, revealed significant differences when responding to drought. Next, both genotypes were phenotyped under mild water deficit, imposed in vegetative (V3) and R5 stages, by evaluating 22 stress-response, growth, and water-use markers, which were subsequently correlated between phenological stages and with yield. Several markers showed high consistency, independent of the phenological stage, demonstrating the effectiveness of the phenotyping methodology and its possible use for early selection. Finally, these markers were classified and selected according to their cost-feasibility, statistical weight, and correlation with yield. Here, pubescence, stomatal density, and canopy temperature depression emerged as promising breeding markers for the early selection of drought-tolerant soybeans.
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Affiliation(s)
- Laila Toum
- Instituto de Tecnología Agroindustrial del Noroeste Argentino, Estación Experimental Agroindustrial Obispo Colombres- Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), William Cross 3150, Las Talitas, Tucumán, Argentina
| | - Lucia Sandra Perez-Borroto
- Plant Breeding, Wageningen University & Research, 6708 PB, Wageningen, The Netherlands
- Centro de Bioplantas, Universidad de Ciego de Ávila "Máximo Gómez Báez", Road to Morón 9 ½ Km, Ciego de Ávila, Cuba
| | - Andrea Natalia Peña-Malavera
- Instituto de Tecnología Agroindustrial del Noroeste Argentino, Estación Experimental Agroindustrial Obispo Colombres- Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), William Cross 3150, Las Talitas, Tucumán, Argentina
| | - Catalina Luque
- Cátedra de Anatomía Vegetal. Facultad de Ciencias Naturales E IML, Universidad Nacional de Tucumán, Miguel Lillo 205, San Miguel de Tucumán, Tucumán, Argentina
| | - Bjorn Welin
- Instituto de Tecnología Agroindustrial del Noroeste Argentino, Estación Experimental Agroindustrial Obispo Colombres- Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), William Cross 3150, Las Talitas, Tucumán, Argentina
| | - Ariel Berenstein
- Laboratorio de Biología Molecular, División Patología, Instituto Multidisciplinario de Investigaciones en Patologías Pediátricas (IMIPP), CONICET-GCBA, C1425EFD, Buenos Aires, Argentina
| | - Darío Fernández Do Porto
- Instituto de Química Biológica (IQUIBICEN), Facultad de Ciencias Exactas y Naturales (FCEyN), Universidad de Buenos Aires, Intendente Guiraldes 2160, Buenos Aires, Argentina
| | - Adrian Vojnov
- Instituto de Ciencia y Tecnología "Dr. César Milstein", Fundación Pablo Cassará-Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), Saladillo 2468, C1440FFX, Buenos Aires, Argentina
| | - Atilio Pedro Castagnaro
- Instituto de Tecnología Agroindustrial del Noroeste Argentino, Estación Experimental Agroindustrial Obispo Colombres- Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), William Cross 3150, Las Talitas, Tucumán, Argentina
| | - Esteban Mariano Pardo
- Instituto de Tecnología Agroindustrial del Noroeste Argentino, Estación Experimental Agroindustrial Obispo Colombres- Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), William Cross 3150, Las Talitas, Tucumán, Argentina.
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Serral F, Pardo AM, Sosa E, Palomino MM, Nicolás MF, Turjanski AG, Ramos PIP, Fernández Do Porto D. Pathway Driven Target Selection in Klebsiella pneumoniae: Insights Into Carbapenem Exposure. Front Cell Infect Microbiol 2022; 12:773405. [PMID: 35174104 PMCID: PMC8841789 DOI: 10.3389/fcimb.2022.773405] [Citation(s) in RCA: 2] [Impact Index Per Article: 1.0] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [MESH Headings] [Track Full Text] [Download PDF] [Figures] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 09/09/2021] [Accepted: 01/07/2022] [Indexed: 12/13/2022] Open
Abstract
Carbapenem-resistant Klebsiella pneumoniae (CR-KP) represents an emerging threat to public health. CR-KP infections result in elevated morbidity and mortality. This fact, coupled with their global dissemination and increasingly limited number of therapeutic options, highlights the urgency of novel antimicrobials. Innovative strategies linking genome-wide interrogation with multi-layered metabolic data integration can accelerate the early steps of drug development, particularly target selection. Using the BioCyc ontology, we generated and manually refined a metabolic network for a CR-KP, K. pneumoniae Kp13. Converted into a reaction graph, we conducted topological-based analyses in this network to prioritize pathways exhibiting druggable features and fragile metabolic points likely exploitable to develop novel antimicrobials. Our results point to the aptness of previously recognized pathways, such as lipopolysaccharide and peptidoglycan synthesis, and casts light on the possibility of targeting less explored cellular functions. These functions include the production of lipoate, trehalose, glycine betaine, and flavin, as well as the salvaging of methionine. Energy metabolism pathways emerged as attractive targets in the context of carbapenem exposure, targeted either alone or in conjunction with current therapeutic options. These results prompt further experimental investigation aimed at controlling this highly relevant pathogen.
Collapse
Affiliation(s)
- Federico Serral
- Instituto de Cálculo, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Buenos Aires (UBA), Buenos Aires, Argentina
| | - Agustin M. Pardo
- Instituto de Cálculo, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Buenos Aires (UBA), Buenos Aires, Argentina
| | - Ezequiel Sosa
- Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales (IQUIBICEN), CONICET-Universidad de Buenos Aires, Buenos Aires, Argentina
| | - María Mercedes Palomino
- Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales (IQUIBICEN), CONICET-Universidad de Buenos Aires, Buenos Aires, Argentina
- Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Departamento de Química Biológica, Universidad de Buenos Aires, Cdad. Universitaria, Buenos Aires, Argentina
| | - Marisa F. Nicolás
- Laboratório de Bioinformática (LABINFO), Laboratório Nacional de Computação Científica (LNCC), Petrópolis, Brazil
| | - Adrian G. Turjanski
- Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales (IQUIBICEN), CONICET-Universidad de Buenos Aires, Buenos Aires, Argentina
- Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Departamento de Química Biológica, Universidad de Buenos Aires, Cdad. Universitaria, Buenos Aires, Argentina
| | - Pablo Ivan P. Ramos
- Centro de Integração de Dados e Conhecimentos para a Saúde (CIDACS), Instituto Gonçalo Moniz, Fundação Oswaldo Cruz (Fiocruz - Bahia), Salvador, Brazil
- *Correspondence: Darío Fernández Do Porto, ; Pablo Ivan P. Ramos,
| | - Darío Fernández Do Porto
- Instituto de Cálculo, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Buenos Aires (UBA), Buenos Aires, Argentina
- Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Departamento de Química Biológica, Universidad de Buenos Aires, Cdad. Universitaria, Buenos Aires, Argentina
- *Correspondence: Darío Fernández Do Porto, ; Pablo Ivan P. Ramos,
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Torres C, Mojsiejczuk L, Acuña D, Alexay S, Amadio A, Aulicino P, Debat H, Fay F, Fernández F, Giri AA, Goya S, König G, Lucero H, Nabaes Jodar M, Pianciola L, Sfalcin JA, Acevedo RM, Bengoa Luoni S, Bolatti EM, Brusés B, Cacciabue M, Casal PE, Cerri A, Chouhy D, Dus Santos MJ, Eberhardt MF, Fernandez A, Fernández PDC, Fernández Do Porto D, Formichelli L, Gismondi MI, Irazoqui M, Campos ML, Lusso S, Marquez N, Muñoz M, Mussin J, Natale M, Oria G, Pisano MB, Posner V, Puebla A, Re V, Sosa E, Villanova GV, Zaiat J, Zunino S, Acevedo ME, Acosta J, Alvarez Lopez C, Álvarez ML, Angeleri P, Angelletti A, Arca M, Ayala NA, Barbas G, Bertone A, Bonnet A, Bourlot I, Cabassi V, Castello A, Castro G, Cavatorta AL, Ceriani C, Cimmino C, Cipelli J, Colmeiro M, Cordero A, Cristina C, Di Bella S, Dolcini G, Ercole R, Espasandin Y, Espul C, Falaschi A, Fernandez Moll F, Foussal MD, Gatelli A, Goñi S, Jofré ME, Jaramillo J, Labarta N, Lacaze MA, Larreche R, Leiva V, Levin G, Luczak E, Mandile M, Marino G, Massone C, Mazzeo M, Medina C, Monaco B, Montoto L, Mugna V, Musto A, Nadalich V, Nieto MV, Ojeda G, Piedrabuena AC, Pintos C, Pozzati M, Rahhal M, Rechimont C, Remes Lenicov F, Rompato G, Seery V, Siri L, Spina J, Streitenberger C, Suárez A, Suárez J, Sujansky P, Talia JM, Theaux C, Thomas G, Ticeira M, Tittarelli E, Toro R, Uez O, Zaffanella MB, Ziehm C, Zubieta M. Cost-Effective Method to Perform SARS-CoV-2 Variant Surveillance: Detection of Alpha, Gamma, Lambda, Delta, Epsilon, and Zeta in Argentina. Front Med (Lausanne) 2021; 8:755463. [PMID: 34957143 PMCID: PMC8703000 DOI: 10.3389/fmed.2021.755463] [Citation(s) in RCA: 5] [Impact Index Per Article: 1.7] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Key Words] [Track Full Text] [Download PDF] [Figures] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 08/08/2021] [Accepted: 11/02/2021] [Indexed: 11/23/2022] Open
Abstract
SARS-CoV-2 variants with concerning characteristics have emerged since the end of 2020. Surveillance of SARS-CoV-2 variants was performed on a total of 4,851 samples from the capital city and 10 provinces of Argentina, during 51 epidemiological weeks (EWs) that covered the end of the first wave and the ongoing second wave of the COVID-19 pandemic in the country (EW 44/2020 to EW 41/2021). The surveillance strategy was mainly based on Sanger sequencing of a Spike coding region that allows the identification of signature mutations associated with variants. In addition, whole-genome sequences were obtained from 637 samples. The main variants found were Gamma and Lambda, and to a lesser extent, Alpha, Zeta, and Epsilon, and more recently, Delta. Whereas, Gamma dominated in different regions of the country, both Gamma and Lambda prevailed in the most populated area, the metropolitan region of Buenos Aires. The lineages that circulated on the first wave were replaced by emergent variants in a term of a few weeks. At the end of the ongoing second wave, Delta began to be detected, replacing Gamma and Lambda. This scenario is consistent with the Latin American variant landscape, so far characterized by a concurrent increase in Delta circulation and a stabilization in the number of cases. The cost-effective surveillance protocol presented here allowed for a rapid response in a resource-limited setting, added information on the expansion of Lambda in South America, and contributed to the implementation of public health measures to control the disease spread in Argentina.
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Affiliation(s)
- Carolina Torres
- Facultad de Farmacia y Bioquímica, Instituto de Investigaciones en Bacteriología y Virología Molecular (IBaViM), Universidad de Buenos Aires, Buenos Aires, Argentina
- Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), Buenos Aires, Argentina
| | - Laura Mojsiejczuk
- Facultad de Farmacia y Bioquímica, Instituto de Investigaciones en Bacteriología y Virología Molecular (IBaViM), Universidad de Buenos Aires, Buenos Aires, Argentina
- Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), Buenos Aires, Argentina
| | - Dolores Acuña
- Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), Buenos Aires, Argentina
- Laboratorio de Virología, Hospital de Niños Dr. Ricardo Gutiérrez, Buenos Aires, Argentina
| | - Sofía Alexay
- Laboratorio de Virología, Hospital de Niños Dr. Ricardo Gutiérrez, Buenos Aires, Argentina
| | - Ariel Amadio
- Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), Buenos Aires, Argentina
- Instituto de Investigación de la Cadena Láctea (IDICAL) INTA-CONICET, Rafaela, Argentina
| | - Paula Aulicino
- Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), Buenos Aires, Argentina
- Laboratorio de Biología Celular y Retrovirus, Hospital de Pediatría “Prof. Juan P. Garrahan”, Buenos Aires, Argentina
| | - Humberto Debat
- Instituto de Patología Vegetal – Centro de Investigaciones Agropecuarias – Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (IPAVE-CIAP-INTA), Córdoba, Argentina
| | | | - Franco Fernández
- Instituto de Patología Vegetal – Centro de Investigaciones Agropecuarias – Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (IPAVE-CIAP-INTA), Córdoba, Argentina
| | - Adriana A. Giri
- Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), Buenos Aires, Argentina
- Grupo Virología Humana, Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario CONICET, Rosario, Argentina
| | - Stephanie Goya
- Laboratorio de Virología, Hospital de Niños Dr. Ricardo Gutiérrez, Buenos Aires, Argentina
| | - Guido König
- Instituto de Biotecnología/Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular INTA-CONICET, Hurlingham, Argentina
| | - Horacio Lucero
- Instituto de Medicina Regional, Universidad Nacional del Nordeste, Resistencia, Argentina
| | - Mercedes Nabaes Jodar
- Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), Buenos Aires, Argentina
- Laboratorio de Virología, Hospital de Niños Dr. Ricardo Gutiérrez, Buenos Aires, Argentina
| | - Luis Pianciola
- Laboratorio Central Ciudad de Neuquén, Ministerio de Salud, Neuquén, Argentina
| | | | - Raúl M. Acevedo
- Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), Buenos Aires, Argentina
- Instituto de Botánica del Nordeste, Universidad Nacional del Nordeste-CONICET, Resistencia, Argentina
| | - Sofía Bengoa Luoni
- Instituto de Biotecnología/Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular INTA-CONICET, Hurlingham, Argentina
| | - Elisa M. Bolatti
- Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), Buenos Aires, Argentina
- Grupo Virología Humana, Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario CONICET, Rosario, Argentina
| | - Bettina Brusés
- Instituto de Medicina Regional, Universidad Nacional del Nordeste, Resistencia, Argentina
| | - Marco Cacciabue
- Instituto de Biotecnología/Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular INTA-CONICET, Hurlingham, Argentina
| | - Pablo E. Casal
- Grupo Virología Humana, Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario CONICET, Rosario, Argentina
| | - Agustina Cerri
- Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), Buenos Aires, Argentina
- Grupo Virología Humana, Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario CONICET, Rosario, Argentina
| | - Diego Chouhy
- Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), Buenos Aires, Argentina
- Grupo Virología Humana, Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario CONICET, Rosario, Argentina
| | - María José Dus Santos
- Instituto de Virología e Innovaciones Tecnológicas INTA-CONICET, Hurlingham, Argentina
- Laboratorio de Diagnóstico-UNIDAD COVID- Universidad Nacional de Hurlingham, Hurlingham, Argentina
| | - María Florencia Eberhardt
- Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), Buenos Aires, Argentina
- Instituto de Investigación de la Cadena Láctea (IDICAL) INTA-CONICET, Rafaela, Argentina
| | - Ailen Fernandez
- Laboratorio Central Ciudad de Neuquén, Ministerio de Salud, Neuquén, Argentina
| | - Paula del Carmen Fernández
- Instituto de Biotecnología/Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular INTA-CONICET, Hurlingham, Argentina
| | - Darío Fernández Do Porto
- Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), Buenos Aires, Argentina
- Instituto de Cálculo, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Buenos Aires, Buenos Aires, Argentina
| | - Laura Formichelli
- Instituto de Medicina Regional, Universidad Nacional del Nordeste, Resistencia, Argentina
| | - María Inés Gismondi
- CIBIC Laboratorio, Rosario, Argentina
- Departamento de Ciencias Básicas, Universidad Nacional de Luján, Luján, Argentina
| | - Matías Irazoqui
- Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), Buenos Aires, Argentina
- Instituto de Investigación de la Cadena Láctea (IDICAL) INTA-CONICET, Rafaela, Argentina
| | - Melina Lorenzini Campos
- Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), Buenos Aires, Argentina
- Instituto de Medicina Regional, Universidad Nacional del Nordeste, Resistencia, Argentina
| | - Silvina Lusso
- Laboratorio de Virología, Hospital de Niños Dr. Ricardo Gutiérrez, Buenos Aires, Argentina
| | - Nathalie Marquez
- Instituto de Patología Vegetal – Centro de Investigaciones Agropecuarias – Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (IPAVE-CIAP-INTA), Córdoba, Argentina
| | - Marianne Muñoz
- Unidad de Genómica del Instituto de Biotecnología/Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular, INTA-CONICET, Hurlingham, Argentina
| | - Javier Mussin
- Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), Buenos Aires, Argentina
- Instituto de Medicina Regional, Universidad Nacional del Nordeste, Resistencia, Argentina
| | - Mónica Natale
- Laboratorio de Virología, Hospital de Niños Dr. Ricardo Gutiérrez, Buenos Aires, Argentina
| | - Griselda Oria
- Instituto de Medicina Regional, Universidad Nacional del Nordeste, Resistencia, Argentina
| | - María Belén Pisano
- Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), Buenos Aires, Argentina
- Instituto de Virología “Dr. J. M. Vanella”, Facultad de Ciencias Médicas, Universidad Nacional de Córdoba, Córdoba, Argentina
| | - Victoria Posner
- Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), Buenos Aires, Argentina
- Laboratorio Mixto de Biotecnología Acuática, Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas, Universidad Nacional de Rosario, Rosario, Argentina
| | - Andrea Puebla
- Unidad de Genómica del Instituto de Biotecnología/Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular, INTA-CONICET, Hurlingham, Argentina
| | - Viviana Re
- Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), Buenos Aires, Argentina
- Instituto de Virología “Dr. J. M. Vanella”, Facultad de Ciencias Médicas, Universidad Nacional de Córdoba, Córdoba, Argentina
| | - Ezequiel Sosa
- Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales (IQUIBICEN), CONICET, Ciudad Universitaria, Buenos Aires, Argentina
| | - Gabriela V. Villanova
- Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), Buenos Aires, Argentina
- Laboratorio Mixto de Biotecnología Acuática, Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas, Universidad Nacional de Rosario, Rosario, Argentina
| | - Jonathan Zaiat
- Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales (IQUIBICEN), CONICET, Ciudad Universitaria, Buenos Aires, Argentina
| | - Sebastián Zunino
- Laboratorio Central Ciudad de Neuquén, Ministerio de Salud, Neuquén, Argentina
- Laboratorio de Virología Molecular, Hospital Blas L. Dubarry, Mercedes, Argentina
| | - María Elina Acevedo
- Laboratorio de Virología, Hospital de Niños Dr. Ricardo Gutiérrez, Buenos Aires, Argentina
| | - Julián Acosta
- Centro de Tecnología en Salud Pública, Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas, Universidad Nacional de Rosario, Rosario, Argentina
| | - Cristina Alvarez Lopez
- Laboratorio de Virología, Hospital de Niños Dr. Ricardo Gutiérrez, Buenos Aires, Argentina
| | - María Laura Álvarez
- Laboratorio del Hospital Zonal Dr. Ramón Carrillo, San Carlos de Bariloche, Argentina
| | - Patricia Angeleri
- Comité Operativo de Emergencia COVID, Ministerio de Salud de la Ciudad Autónoma de Buenos Aires, Buenos Aires, Argentina
| | - Andrés Angelletti
- Laboratorio de Salud Pública, Facultad de Ciencias Exactas, Universidad Nacional de La Plata, La Plata, Argentina
- Laboratorio de Virología, HIEAyC “San Juan de Dios”, La Plata, Argentina
| | - Manuel Arca
- Laboratorio de Virología del Hospital JJ Urquiza, Concepción del Uruguay, Argentina
| | - Natalia A. Ayala
- Laboratorio Central de Salud Pública del Chaco, Resistencia, Argentina
| | - Gabriela Barbas
- Secretaria de Prevención y Promoción, Ministerio de Salud de la Provincia de Córdoba, Córdoba, Argentina
| | - Ana Bertone
- Laboratorio de la Dirección de Epidemiología, Santa Rosa, Argentina
| | - Agustina Bonnet
- Laboratorio de Virología del Hospital JJ Urquiza, Concepción del Uruguay, Argentina
| | - Ignacio Bourlot
- Laboratorio de Biología Molecular del Hospital Centenario, Gualeguaychú, Argentina
| | - Victoria Cabassi
- Laboratorio de Salud Pública, Facultad de Ciencias Exactas, Universidad Nacional de La Plata, La Plata, Argentina
| | - Alejandro Castello
- Unidad de Emergencia COVID-19, Plataforma de Servicios Biotecnológicos, Universidad Nacional de Quilmes, Bernal, Argentina
| | - Gonzalo Castro
- Laboratorio Central de la Provincia de Córdoba, Ministerio de Salud la Provincia de Córdoba, Córdoba, Argentina
| | - Ana Laura Cavatorta
- Centro de Tecnología en Salud Pública, Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas, Universidad Nacional de Rosario, Rosario, Argentina
| | - Carolina Ceriani
- Laboratorio de Virología, Facultad de Veterinaria, Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires, Buenos Aires, Argentina
| | - Carlos Cimmino
- Instituto Nacional de Epidemiología “Dr. Jara”, Mar del Plata, Argentina
| | - Julián Cipelli
- Laboratorio de Virología, Hospital de Niños Dr. Ricardo Gutiérrez, Buenos Aires, Argentina
| | - María Colmeiro
- Laboratorio de Virología, HIEAyC “San Juan de Dios”, La Plata, Argentina
| | - Andrés Cordero
- Laboratorio de Salud Pública, Facultad de Ciencias Exactas, Universidad Nacional de La Plata, La Plata, Argentina
| | - Carolina Cristina
- Centro de Investigaciones Básicas y Aplicadas, Universidad Nacional del Noroeste de la Provincia de Buenos Aires, Junín, Argentina
| | - Sofia Di Bella
- Laboratorio de Virología, HIEAyC “San Juan de Dios”, La Plata, Argentina
| | - Guillermina Dolcini
- Laboratorio de Virología, Facultad de Veterinaria, Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires, Buenos Aires, Argentina
| | - Regina Ercole
- Laboratorio de Virología, HIEAyC “San Juan de Dios”, La Plata, Argentina
| | - Yesica Espasandin
- Laboratorio del Hospital Zonal Dr. Ramón Carrillo, San Carlos de Bariloche, Argentina
| | - Carlos Espul
- Dirección de Epidemiología y Red de Laboratorios del Ministerio de Salud de la Provincia de Mendoza, Mendoza, Argentina
| | - Andrea Falaschi
- Dirección de Epidemiología y Red de Laboratorios del Ministerio de Salud de la Provincia de Mendoza, Mendoza, Argentina
| | - Facundo Fernandez Moll
- Centro de Investigaciones Básicas y Aplicadas, Universidad Nacional del Noroeste de la Provincia de Buenos Aires, Junín, Argentina
| | - María Delia Foussal
- Servicio de Inmunología, Hospital Dr. Julio C Perrando, Resistencia, Argentina
| | - Andrea Gatelli
- Laboratorio de Virología, HIEAyC “San Juan de Dios”, La Plata, Argentina
| | - Sandra Goñi
- Unidad de Emergencia COVID-19, Plataforma de Servicios Biotecnológicos, Universidad Nacional de Quilmes, Bernal, Argentina
| | | | - José Jaramillo
- Laboratorio de Virología Molecular, Hospital Blas L. Dubarry, Mercedes, Argentina
| | - Natalia Labarta
- Laboratorio de Virología, Hospital de Niños Dr. Ricardo Gutiérrez, Buenos Aires, Argentina
| | - María Agustina Lacaze
- Programa Laboratorio de Salud Pública “Dr Dalmiro Pérez Laborda”, Ministerio de Salud de la Provincia de San Luis, San Luis, Argentina
| | - Rocio Larreche
- Laboratorio de Biología Molecular Bolívar, LABBO, Bolívar, Argentina
| | | | - Gustavo Levin
- Laboratorio de Biología Molecular del Hospital Centenario, Gualeguaychú, Argentina
| | - Erica Luczak
- Laboratorio del Hospital Interzonal General de Agudos “Evita”, Lanús, Argentina
| | - Marcelo Mandile
- Unidad de Emergencia COVID-19, Plataforma de Servicios Biotecnológicos, Universidad Nacional de Quilmes, Bernal, Argentina
| | - Gioia Marino
- Laboratorio Pediátrico Avelino Castelán, Resistencia, Argentina
| | - Carla Massone
- Laboratorio de Virología Molecular, Hospital Blas L. Dubarry, Mercedes, Argentina
| | - Melina Mazzeo
- Laboratorio Central Ciudad de Neuquén, Ministerio de Salud, Neuquén, Argentina
| | - Carla Medina
- Laboratorio de Virología, Hospital de Niños Dr. Ricardo Gutiérrez, Buenos Aires, Argentina
| | - Belén Monaco
- Laboratorio de Virología Molecular, Hospital Blas L. Dubarry, Mercedes, Argentina
| | - Luciana Montoto
- Laboratorio de Biología Molecular Hospital Pedro de Elizalde, Buenos Aires, Argentina
| | | | | | - Victoria Nadalich
- Laboratorio de Salud Pública, Facultad de Ciencias Exactas, Universidad Nacional de La Plata, La Plata, Argentina
| | - María Victoria Nieto
- Laboratorio de Virología, Facultad de Veterinaria, Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires, Buenos Aires, Argentina
| | | | - Andrea C. Piedrabuena
- Servicio de Microbiología, Hospital 4 de Junio, Presidencia Roque Saenz Peña, Argentina
| | - Carolina Pintos
- Laboratorio Central Ciudad de Neuquén, Ministerio de Salud, Neuquén, Argentina
| | - Marcia Pozzati
- Laboratorio de Biología Molecular, Hospital Cosme Argerich, Buenos Aires, Argentina
| | - Marilina Rahhal
- Laboratorio de Hospital El Cruce Dr. Néstor C. Kirchner, Florencio Varela, Argentina
| | | | - Federico Remes Lenicov
- Instituto de Investigaciones Biomédicas en Retrovirus y Sida, CONICET-UBA, Buenos Aires, Argentina
| | | | - Vanesa Seery
- Instituto de Investigaciones Biomédicas en Retrovirus y Sida, CONICET-UBA, Buenos Aires, Argentina
| | - Leticia Siri
- Laboratorio de Biología Molecular del Hospital Centenario, Gualeguaychú, Argentina
| | - Julieta Spina
- Laboratorio de Biología Molecular, Hospital Dr. Héctor Cura, Olavarría, Argentina
| | - Cintia Streitenberger
- Laboratorio de Virología, Hospital de Niños Dr. Ricardo Gutiérrez, Buenos Aires, Argentina
| | - Ariel Suárez
- Departamento de Biología y Genética Molecular; IACA Laboratorios, Bahía Blanca, Argentina
| | - Jorgelina Suárez
- Centro de Investigaciones Básicas y Aplicadas, Universidad Nacional del Noroeste de la Provincia de Buenos Aires, Junín, Argentina
| | - Paula Sujansky
- Comité Operativo de Emergencia COVID, Ministerio de Salud de la Ciudad Autónoma de Buenos Aires, Buenos Aires, Argentina
| | - Juan Manuel Talia
- Programa Laboratorio de Salud Pública “Dr Dalmiro Pérez Laborda”, Ministerio de Salud de la Provincia de San Luis, San Luis, Argentina
| | - Clara Theaux
- Laboratorio de Biología Molecular del Hospital General de Agudos Dr. Carlos G. Durand, Buenos Aires, Argentina
| | - Guillermo Thomas
- Laboratorio de Virología, Hospital de Niños Dr. Ricardo Gutiérrez, Buenos Aires, Argentina
| | - Marina Ticeira
- Laboratorio de Biología Molecular Bolívar, LABBO, Bolívar, Argentina
| | - Estefanía Tittarelli
- Departamento de Biología y Genética Molecular; IACA Laboratorios, Bahía Blanca, Argentina
| | - Rosana Toro
- Laboratorio de Salud Pública, Facultad de Ciencias Exactas, Universidad Nacional de La Plata, La Plata, Argentina
| | - Osvaldo Uez
- Instituto Nacional de Epidemiología “Dr. Jara”, Mar del Plata, Argentina
| | | | - Cecilia Ziehm
- Laboratorio Central Ciudad de Neuquén, Ministerio de Salud, Neuquén, Argentina
| | - Martin Zubieta
- Laboratorio de Hospital El Cruce Dr. Néstor C. Kirchner, Florencio Varela, Argentina
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Ochoa R, Ortega-Pajares A, Castello FA, Serral F, Fernández Do Porto D, Villa-Pulgarin JA, Varela-M RE, Muskus C. Identification of Potential Kinase Inhibitors within the PI3K/AKT Pathway of Leishmania Species. Biomolecules 2021; 11:biom11071037. [PMID: 34356660 PMCID: PMC8301987 DOI: 10.3390/biom11071037] [Citation(s) in RCA: 1] [Impact Index Per Article: 0.3] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Key Words] [MESH Headings] [Download PDF] [Figures] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 05/12/2021] [Revised: 06/09/2021] [Accepted: 07/06/2021] [Indexed: 11/25/2022] Open
Abstract
Leishmaniasis is a public health disease that requires the development of more effective treatments and the identification of novel molecular targets. Since blocking the PI3K/AKT pathway has been successfully studied as an effective anticancer strategy for decades, we examined whether the same approach would also be feasible in Leishmania due to their high amount and diverse set of annotated proteins. Here, we used a best reciprocal hits protocol to identify potential protein kinase homologues in an annotated human PI3K/AKT pathway. We calculated their ligandibility based on available bioactivity data of the reported homologues and modelled their 3D structures to estimate the druggability of their binding pockets. The models were used to run a virtual screening method with molecular docking. We found and studied five protein kinases in five different Leishmania species, which are AKT, CDK, AMPK, mTOR and GSK3 homologues from the studied pathways. The compounds found for different enzymes and species were analysed and suggested as starting point scaffolds for the design of inhibitors. We studied the kinases’ participation in protein–protein interaction networks, and the potential deleterious effects, if inhibited, were supported with the literature. In the case of Leishmania GSK3, an inhibitor of its human counterpart, prioritized by our method, was validated in vitro to test its anti-Leishmania activity and indirectly infer the presence of the enzyme in the parasite. The analysis contributes to improving the knowledge about the presence of similar signalling pathways in Leishmania, as well as the discovery of compounds acting against any of these kinases as potential molecular targets in the parasite.
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Affiliation(s)
- Rodrigo Ochoa
- Programa de Estudio y Control de Enfermedades Tropicales PECET, Faculty of Medicine, University of Antioquia, Medellín 050010, Colombia;
- Biophysics of Tropical Diseases Max Planck Tandem Group, University of Antioquia, Medellín 050010, Colombia
- Correspondence: (R.O.); (R.E.V.-M.)
| | - Amaya Ortega-Pajares
- Department of Medicine, The Peter Doherty Institute, University of Melbourne, Melbourne, VIC 3000, Australia;
| | - Florencia A. Castello
- Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales (IQUIBICEN), IC-CONICET Ciudad Universitaria, Pabellon 2, Ciudad de Buenos Aires C1428EHA, Argentina; (F.A.C.); (F.S.); (D.F.D.P.)
| | - Federico Serral
- Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales (IQUIBICEN), IC-CONICET Ciudad Universitaria, Pabellon 2, Ciudad de Buenos Aires C1428EHA, Argentina; (F.A.C.); (F.S.); (D.F.D.P.)
| | - Darío Fernández Do Porto
- Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales (IQUIBICEN), IC-CONICET Ciudad Universitaria, Pabellon 2, Ciudad de Buenos Aires C1428EHA, Argentina; (F.A.C.); (F.S.); (D.F.D.P.)
- Departamento de Química Biológica, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Buenos Aires Ciudad Universitaria, Pabellon 2, Ciudad de Buenos Aires C1428EHA, Argentina
| | - Janny A. Villa-Pulgarin
- Grupo de Investigaciones Biomédicas, Facultad de Ciencias de la Salud, Corporación Universitaria Remington, Medellín 050034, Colombia;
| | - Rubén E. Varela-M
- Grupo de Investigación en Química y Biotecnología (QUIBIO), Facultad de Ciencias Básicas, Universidad Santiago de Cali, Cali 760035, Colombia
- Correspondence: (R.O.); (R.E.V.-M.)
| | - Carlos Muskus
- Programa de Estudio y Control de Enfermedades Tropicales PECET, Faculty of Medicine, University of Antioquia, Medellín 050010, Colombia;
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Serral F, Castello FA, Sosa EJ, Pardo AM, Palumbo MC, Modenutti C, Palomino MM, Lazarowski A, Auzmendi J, Ramos PIP, Nicolás MF, Turjanski AG, Martí MA, Fernández Do Porto D. From Genome to Drugs: New Approaches in Antimicrobial Discovery. Front Pharmacol 2021; 12:647060. [PMID: 34177572 PMCID: PMC8219968 DOI: 10.3389/fphar.2021.647060] [Citation(s) in RCA: 10] [Impact Index Per Article: 3.3] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Key Words] [Track Full Text] [Download PDF] [Figures] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 12/28/2020] [Accepted: 05/17/2021] [Indexed: 01/31/2023] Open
Abstract
Decades of successful use of antibiotics is currently challenged by the emergence of increasingly resistant bacterial strains. Novel drugs are urgently required but, in a scenario where private investment in the development of new antimicrobials is declining, efforts to combat drug-resistant infections become a worldwide public health problem. Reasons behind unsuccessful new antimicrobial development projects range from inadequate selection of the molecular targets to a lack of innovation. In this context, increasingly available omics data for multiple pathogens has created new drug discovery and development opportunities to fight infectious diseases. Identification of an appropriate molecular target is currently accepted as a critical step of the drug discovery process. Here, we review how diverse layers of multi-omics data in conjunction with structural/functional analysis and systems biology can be used to prioritize the best candidate proteins. Once the target is selected, virtual screening can be used as a robust methodology to explore molecular scaffolds that could act as inhibitors, guiding the development of new drug lead compounds. This review focuses on how the advent of omics and the development and application of bioinformatics strategies conduct a "big-data era" that improves target selection and lead compound identification in a cost-effective and shortened timeline.
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Affiliation(s)
- Federico Serral
- Instituto de Cálculo, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Buenos Aires, Buenos Aires, Argentina
| | - Florencia A Castello
- Instituto de Cálculo, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Buenos Aires, Buenos Aires, Argentina
| | - Ezequiel J Sosa
- Departamento de Química Biológica, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Buenos Aires, Buenos Aires, Argentina.,Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales (IQUIBICEN) CONICET, Ciudad Universitaria, Buenos Aires, Argentina
| | - Agustín M Pardo
- Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales (IQUIBICEN) CONICET, Ciudad Universitaria, Buenos Aires, Argentina
| | - Miranda Clara Palumbo
- Departamento de Química Biológica, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Buenos Aires, Buenos Aires, Argentina
| | - Carlos Modenutti
- Departamento de Química Biológica, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Buenos Aires, Buenos Aires, Argentina.,Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales (IQUIBICEN) CONICET, Ciudad Universitaria, Buenos Aires, Argentina
| | - María Mercedes Palomino
- Departamento de Química Biológica, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Buenos Aires, Buenos Aires, Argentina.,Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales (IQUIBICEN) CONICET, Ciudad Universitaria, Buenos Aires, Argentina
| | - Alberto Lazarowski
- Departamento de Bioquímica Clínica, Instituto de Investigaciones en Fisiopatología y Bioquímica Clínica (INFIBIOC), Facultad de Farmacia y Bioquímica, Universidad de Buenos Aires, Buenos Aires, Argentina
| | - Jerónimo Auzmendi
- Departamento de Bioquímica Clínica, Instituto de Investigaciones en Fisiopatología y Bioquímica Clínica (INFIBIOC), Facultad de Farmacia y Bioquímica, Universidad de Buenos Aires, Buenos Aires, Argentina.,Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), Buenos Aires, Argentina
| | - Pablo Ivan P Ramos
- Centro de Integração de Dados e Conhecimentos para Saúde (CIDACS), Instituto Gonçalo Moniz, Fundação Oswaldo Cruz (FIOCRUZ), Salvador, Brazil
| | - Marisa F Nicolás
- Laboratório Nacional de Computação Científica (LNCC), Petrópolis, Brazil
| | - Adrián G Turjanski
- Departamento de Química Biológica, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Buenos Aires, Buenos Aires, Argentina.,Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales (IQUIBICEN) CONICET, Ciudad Universitaria, Buenos Aires, Argentina
| | - Marcelo A Martí
- Departamento de Química Biológica, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Buenos Aires, Buenos Aires, Argentina.,Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales (IQUIBICEN) CONICET, Ciudad Universitaria, Buenos Aires, Argentina
| | - Darío Fernández Do Porto
- Instituto de Cálculo, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Buenos Aires, Buenos Aires, Argentina.,Departamento de Química Biológica, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Buenos Aires, Buenos Aires, Argentina
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Sosa EJ, Burguener G, Lanzarotti E, Defelipe L, Radusky L, Pardo AM, Marti M, Turjanski AG, Fernández Do Porto D. Target-Pathogen: a structural bioinformatic approach to prioritize drug targets in pathogens. Nucleic Acids Res 2019; 46:D413-D418. [PMID: 29106651 PMCID: PMC5753371 DOI: 10.1093/nar/gkx1015] [Citation(s) in RCA: 32] [Impact Index Per Article: 6.4] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Track Full Text] [Download PDF] [Figures] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 08/14/2017] [Accepted: 10/16/2017] [Indexed: 12/20/2022] Open
Abstract
Available genomic data for pathogens has created new opportunities for drug discovery and development to fight them, including new resistant and multiresistant strains. In particular structural data must be integrated with both, gene information and experimental results. In this sense, there is a lack of an online resource that allows genome wide-based data consolidation from diverse sources together with thorough bioinformatic analysis that allows easy filtering and scoring for fast target selection for drug discovery. Here, we present Target-Pathogen database (http://target.sbg.qb.fcen.uba.ar/patho), designed and developed as an online resource that allows the integration and weighting of protein information such as: function, metabolic role, off-targeting, structural properties including druggability, essentiality and omic experiments, to facilitate the identification and prioritization of candidate drug targets in pathogens. We include in the database 10 genomes of some of the most relevant microorganisms for human health (Mycobacterium tuberculosis, Mycobacterium leprae, Klebsiella pneumoniae, Plasmodium vivax, Toxoplasma gondii, Leishmania major, Wolbachia bancrofti, Trypanosoma brucei, Shigella dysenteriae and Schistosoma Smanosoni) and show its applicability. New genomes can be uploaded upon request.
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Affiliation(s)
- Ezequiel J Sosa
- IQUIBICEN-CONICET, Ciudad Universitaria, Pabellón 2, C1428EHA Ciudad de Buenos Aires, Argentina.,Departamento de Química Biológica, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Buenos Aires, Ciudad Universitaria, Pabellón 2, C1428EHA Ciudad de Buenos Aires, Argentina
| | - Germán Burguener
- IQUIBICEN-CONICET, Ciudad Universitaria, Pabellón 2, C1428EHA Ciudad de Buenos Aires, Argentina.,Departamento de Química Biológica, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Buenos Aires, Ciudad Universitaria, Pabellón 2, C1428EHA Ciudad de Buenos Aires, Argentina
| | - Esteban Lanzarotti
- IQUIBICEN-CONICET, Ciudad Universitaria, Pabellón 2, C1428EHA Ciudad de Buenos Aires, Argentina.,Departamento de Química Biológica, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Buenos Aires, Ciudad Universitaria, Pabellón 2, C1428EHA Ciudad de Buenos Aires, Argentina
| | - Lucas Defelipe
- IQUIBICEN-CONICET, Ciudad Universitaria, Pabellón 2, C1428EHA Ciudad de Buenos Aires, Argentina.,Departamento de Química Biológica, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Buenos Aires, Ciudad Universitaria, Pabellón 2, C1428EHA Ciudad de Buenos Aires, Argentina
| | - Leandro Radusky
- IQUIBICEN-CONICET, Ciudad Universitaria, Pabellón 2, C1428EHA Ciudad de Buenos Aires, Argentina.,Departamento de Química Biológica, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Buenos Aires, Ciudad Universitaria, Pabellón 2, C1428EHA Ciudad de Buenos Aires, Argentina
| | - Agustín M Pardo
- Plataforma de Bioinformática Argentina (BIA), Instituto de Cálculo, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Buenos Aires, Ciudad Universitaria, Pabellón 2, C1428EHA Ciudad de Buenos Aires, Argentina
| | - Marcelo Marti
- IQUIBICEN-CONICET, Ciudad Universitaria, Pabellón 2, C1428EHA Ciudad de Buenos Aires, Argentina.,Departamento de Química Biológica, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Buenos Aires, Ciudad Universitaria, Pabellón 2, C1428EHA Ciudad de Buenos Aires, Argentina.,Plataforma de Bioinformática Argentina (BIA), Instituto de Cálculo, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Buenos Aires, Ciudad Universitaria, Pabellón 2, C1428EHA Ciudad de Buenos Aires, Argentina
| | - Adrián G Turjanski
- IQUIBICEN-CONICET, Ciudad Universitaria, Pabellón 2, C1428EHA Ciudad de Buenos Aires, Argentina.,Departamento de Química Biológica, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Buenos Aires, Ciudad Universitaria, Pabellón 2, C1428EHA Ciudad de Buenos Aires, Argentina.,Plataforma de Bioinformática Argentina (BIA), Instituto de Cálculo, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Buenos Aires, Ciudad Universitaria, Pabellón 2, C1428EHA Ciudad de Buenos Aires, Argentina
| | - Darío Fernández Do Porto
- IQUIBICEN-CONICET, Ciudad Universitaria, Pabellón 2, C1428EHA Ciudad de Buenos Aires, Argentina.,Departamento de Química Biológica, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Buenos Aires, Ciudad Universitaria, Pabellón 2, C1428EHA Ciudad de Buenos Aires, Argentina
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Tribelli PM, Lujan AM, Pardo A, Ibarra JG, Fernández Do Porto D, Smania A, López NI. Core regulon of the global anaerobic regulator Anr targets central metabolism functions in Pseudomonas species. Sci Rep 2019; 9:9065. [PMID: 31227753 PMCID: PMC6588701 DOI: 10.1038/s41598-019-45541-0] [Citation(s) in RCA: 18] [Impact Index Per Article: 3.6] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Track Full Text] [Download PDF] [Figures] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 02/15/2019] [Accepted: 06/07/2019] [Indexed: 12/19/2022] Open
Abstract
A comparative genome analysis of the global anaerobic regulator Anr regulon in five species of Pseudomonas with different life style was performed. Expression of this regulator was detected in all analyzed Pseudomonas. The predicted Anr regulon (pan-regulon) consisted of 253 genes. However, only 11 Anr-boxes located upstream of qor/hemF, hemN, cioA/PA3931, azu, rpsL, gltP, orthologous to PA2867, cspD, tyrZ, slyD and oprG, were common to all species. Whole genome in silico prediction of metabolic pathways identified genes belonging to heme biosynthesis, cytochromes and Entner-Doudoroff pathway as members of Anr regulon in all strains. Extending genome analysis to 28 Pseudomonas spp. spanning all phylogenetic groups showed Anr-boxes conservation in genes related to these functions. When present, genes related to anaerobic metabolism were predicted to hold Anr-boxes. Focused on the genomes of eight P. aeruginosa isolates of diverse origins, we observed a conserved regulon, sharing nearly 80% of the genes, indicating its key role in this opportunistic pathogen. The results suggest that the core Anr regulon comprises genes involved in central metabolism and aerobic electron transport chain, whereas those genes related to anaerobic metabolism and other functions constitute the accessory Anr-regulon, thereby differentially contributing to the ecological fitness of each Pseudomonas species.
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Affiliation(s)
- Paula M Tribelli
- IQUIBICEN, CONICET, Universidad de Buenos Aires, Buenos Aires, Argentina.,Departamento de Química Biológica, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Buenos Aires, Buenos Aires, Argentina
| | - Adela M Lujan
- Universidad Nacional de Córdoba, Facultad de Ciencias Químicas, Departamento de Química Biológica Ranwel Caputto, Córdoba, Argentina.,CONICET, Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba (CIQUIBIC), Córdoba, Argentina
| | - Agustín Pardo
- IQUIBICEN, CONICET, Universidad de Buenos Aires, Buenos Aires, Argentina
| | - José G Ibarra
- IQUIBICEN, CONICET, Universidad de Buenos Aires, Buenos Aires, Argentina
| | | | - Andrea Smania
- Universidad Nacional de Córdoba, Facultad de Ciencias Químicas, Departamento de Química Biológica Ranwel Caputto, Córdoba, Argentina.,CONICET, Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba (CIQUIBIC), Córdoba, Argentina
| | - Nancy I López
- IQUIBICEN, CONICET, Universidad de Buenos Aires, Buenos Aires, Argentina. .,Departamento de Química Biológica, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Buenos Aires, Buenos Aires, Argentina.
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Ramos PIP, Fernández Do Porto D, Lanzarotti E, Sosa EJ, Burguener G, Pardo AM, Klein CC, Sagot MF, de Vasconcelos ATR, Gales AC, Marti M, Turjanski AG, Nicolás MF. An integrative, multi-omics approach towards the prioritization of Klebsiella pneumoniae drug targets. Sci Rep 2018; 8:10755. [PMID: 30018343 PMCID: PMC6050338 DOI: 10.1038/s41598-018-28916-7] [Citation(s) in RCA: 33] [Impact Index Per Article: 5.5] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [MESH Headings] [Track Full Text] [Download PDF] [Figures] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 09/12/2017] [Accepted: 06/27/2018] [Indexed: 02/07/2023] Open
Abstract
Klebsiella pneumoniae (Kp) is a globally disseminated opportunistic pathogen that can cause life-threatening infections. It has been found as the culprit of many infection outbreaks in hospital environments, being particularly aggressive towards newborns and adults under intensive care. Many Kp strains produce extended-spectrum β-lactamases, enzymes that promote resistance against antibiotics used to fight these infections. The presence of other resistance determinants leading to multidrug-resistance also limit therapeutic options, and the use of 'last-resort' drugs, such as polymyxins, is not uncommon. The global emergence and spread of resistant strains underline the need for novel antimicrobials against Kp and related bacterial pathogens. To tackle this great challenge, we generated multiple layers of 'omics' data related to Kp and prioritized proteins that could serve as attractive targets for antimicrobial development. Genomics, transcriptomics, structuromic and metabolic information were integrated in order to prioritize candidate targets, and this data compendium is freely available as a web server. Twenty-nine proteins with desirable characteristics from a drug development perspective were shortlisted, which participate in important processes such as lipid synthesis, cofactor production, and core metabolism. Collectively, our results point towards novel targets for the control of Kp and related bacterial pathogens.
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Affiliation(s)
- Pablo Ivan Pereira Ramos
- Instituto Gonçalo Moniz, Fundação Oswaldo Cruz (FIOCRUZ), Salvador, Bahia, Brazil
- Laboratório Nacional de Computação Científica, Petrópolis, Rio de Janeiro, Brazil
| | - Darío Fernández Do Porto
- Plataforma de Bioinformática Argentina (BIA), Instituto de Cálculo, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Buenos Aires, Buenos Aires, Argentina
- Departamento de Química Biológica, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Buenos Aires, Ciudad Universitaria, Pabellón 2, C1428EHA, Ciudad de Buenos Aires, Argentina
| | - Esteban Lanzarotti
- Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales (IQUIBICEN) CONICET, Ciudad Universitaria, Pabellón 2, C1428EHA, Ciudad de Buenos Aires, Argentina
| | - Ezequiel J Sosa
- Plataforma de Bioinformática Argentina (BIA), Instituto de Cálculo, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Buenos Aires, Buenos Aires, Argentina
| | - Germán Burguener
- Plataforma de Bioinformática Argentina (BIA), Instituto de Cálculo, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Buenos Aires, Buenos Aires, Argentina
| | - Agustín M Pardo
- Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales (IQUIBICEN) CONICET, Ciudad Universitaria, Pabellón 2, C1428EHA, Ciudad de Buenos Aires, Argentina
| | - Cecilia C Klein
- Inria Grenoble Rhône-Alpes, Grenoble, France
- Université Claude Bernard Lyon 1, Lyon, France
- Centre for Genomic Regulation (CRG), Departament de Genètica, Microbiologia i Estadística, Facultat de Biologia and Institut de Biomedicina (IBUB), Universitat de Barcelona, Barcelona, Catalonia, Spain
| | - Marie-France Sagot
- Inria Grenoble Rhône-Alpes, Grenoble, France
- Université Claude Bernard Lyon 1, Lyon, France
| | | | - Ana Cristina Gales
- Laboratório Alerta. Division of Infectious Diseases, Department of Internal Medicine. Escola Paulista de Medicina, Universidade Federal de São Paulo, São Paulo, Brazil
| | - Marcelo Marti
- Plataforma de Bioinformática Argentina (BIA), Instituto de Cálculo, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Buenos Aires, Buenos Aires, Argentina
- Departamento de Química Biológica, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Buenos Aires, Ciudad Universitaria, Pabellón 2, C1428EHA, Ciudad de Buenos Aires, Argentina
- Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales (IQUIBICEN) CONICET, Ciudad Universitaria, Pabellón 2, C1428EHA, Ciudad de Buenos Aires, Argentina
| | - Adrián G Turjanski
- Plataforma de Bioinformática Argentina (BIA), Instituto de Cálculo, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Buenos Aires, Buenos Aires, Argentina.
- Departamento de Química Biológica, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Buenos Aires, Ciudad Universitaria, Pabellón 2, C1428EHA, Ciudad de Buenos Aires, Argentina.
- Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales (IQUIBICEN) CONICET, Ciudad Universitaria, Pabellón 2, C1428EHA, Ciudad de Buenos Aires, Argentina.
| | - Marisa F Nicolás
- Laboratório Nacional de Computação Científica, Petrópolis, Rio de Janeiro, Brazil.
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Auzmendi J, Fernández Do Porto D, Pallavicini C, Moffatt L. Achieving maximal speed of solution exchange for patch clamp experiments. PLoS One 2012; 7:e42275. [PMID: 22879927 PMCID: PMC3411769 DOI: 10.1371/journal.pone.0042275] [Citation(s) in RCA: 7] [Impact Index Per Article: 0.6] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [MESH Headings] [Track Full Text] [Download PDF] [Figures] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 04/05/2012] [Accepted: 07/02/2012] [Indexed: 02/04/2023] Open
Abstract
Background Resolving the kinetics of agonist binding events separately from the subsequent channel gating processes requires the ability of applying and removing the agonist before channel gating occurs. No reported system has yet achieved pulses shorter than 100 µs, necessary to study nicotinic ACh receptor or AMPA receptor activation. Methodology/Principal Findings Solution exchange systems deliver short agonist pulses by moving a sharp interface between a control and an experimental solution across a channel preparation. We achieved shorter pulses by means of an exchange system that combines a faster flow velocity, narrower partition between the two streams, and increased velocity and bandwidth of the movement of the interface. The measured response of the entire system was fed back to optimize the voltage signal applied to the piezoelectric actuator overcoming the spurious oscillations arising from the mechanical resonances when a high bandwidth driving function was applied. Optimization was accomplished by analyzing the transfer function of the solution exchange system. When driven by optimized command pulses the enhanced system provided pulses lasting 26 ± 1 µs and exchanging 93 ± 1% of the solution, as measured in the open tip of a patch pipette. Conclusions/Significance Pulses of this duration open the experimental study of the molecular events that occur between the agonist binding and the opening of the channel.
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Affiliation(s)
- Jerónimo Auzmendi
- Instituto de Química Física de los Materiales Medio Ambiente y Energía, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Buenos Aires, Buenos Aires, Argentina
| | - Darío Fernández Do Porto
- Instituto de Química Física de los Materiales Medio Ambiente y Energía, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Buenos Aires, Buenos Aires, Argentina
| | - Carla Pallavicini
- Instituto de Química Física de los Materiales Medio Ambiente y Energía, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Buenos Aires, Buenos Aires, Argentina
| | - Luciano Moffatt
- Instituto de Química Física de los Materiales Medio Ambiente y Energía, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Buenos Aires, Buenos Aires, Argentina
- * E-mail:
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White V, González E, Pustovrh C, Capobianco E, Martínez N, Do Porto DF, Higa R, Jawerbaum A. Leptin in embryos from control and diabetic rats during organogenesis: a modulator of nitric oxide production and lipid homeostasis. Diabetes Metab Res Rev 2007; 23:580-8. [PMID: 17506117 DOI: 10.1002/dmrr.750] [Citation(s) in RCA: 9] [Impact Index Per Article: 0.5] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [MESH Headings] [Track Full Text] [Journal Information] [Submit a Manuscript] [Subscribe] [Scholar Register] [Indexed: 11/06/2022]
Abstract
BACKGROUND Leptin is involved in many metabolic and reproductive events and its levels are altered by the diabetic pathology. In this study, leptin concentrations and leptin effects on both nitric oxide (NO) and lipid concentrations were investigated in embryos from control and diabetic rats. METHODS Diabetes was induced by neonatal streptozotocin administration (90 mg/kg). Embryos from control and diabetic rats were obtained on days 10.5 and 13.5 of gestation, corresponding to early organogenesis and post-placentation periods respectively. Leptin was analysed by enzyme immunoanalysis and immunohistochemistry. Nitrates and nitrites were assessed as an index of NO production. Lipid concentrations were analysed by thin layer chromatography. RESULTS Leptin concentrations were decreased in embryos obtained from diabetic rats on days 10.5 and 13.5 of gestation when compared to controls. NO concentrations, elevated in diabetic embryopathy, were diminished in the presence of leptin in the embryos obtained from control and diabetic animals both during early organogenesis and after placentation. Leptin additions reduced phospholipid, cholesterol and cholesteryl ester concentrations in embryos obtained from diabetic rats during early organogenesis, although no leptin effects on lipid concentrations were observed in control embryos at this developmental stage. In embryos obtained on day 13.5 of gestation leptin additions reduced cholesteryl ester concentrations in controls, and diminished cholesteryl ester, triglycerides and phospholipids in embryos from diabetic rats. CONCLUSIONS We demonstrated that leptin plays a role in the regulation of NO concentrations and lipid homeostasis during embryo organogenesis and that the diabetic environment causes a reduction of leptin concentrations in rat embryos.
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Affiliation(s)
- Verónica White
- Laboratory of Reproduction and Metabolism, CEFYBO-CONICET, School of Medicine, University of Buenos Aires, Paraguay 2155 (1121ABG) Buenos Aires, Argentina
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