Pathogenicity of Aspergillus westerdijkiae to females and oothecae of Periplaneta Americana

ABSTRACT: Cockroach control is performed by the application of chemical insecticides which exert high selective pressure on populations and introduces synthetic substances in the environment, motivating the search for other methods of control such as entomopathogenic fungi. The objectives of this study were to investigate the pathogenicity of the JAB 42 Aspergillus westerdijkiae to females and oothecae of Periplaneta americana and to demonstrate its mechanism of action on oothecae. Suspensions containing 106 to 108 conidia/ml were used to infect females and oothecae. Mortality and other variables such as scanning electron microscopy were used to demonstrate the mechanism of action of the fungus. The isolated JAB 42 A. westerdijkiae is pathogenic to oothecae of P. americana, with low capacity to kill females. Adhesion, germination, penetration and extrusion of the fungus on the cockroach oothecae were observed.

RESUMO: O controle de baratas realizado através da aplicação de inseticidas químicos exerce alta pressão seletiva sobre as populações e introduz substâncias sintéticas no ambiente, motivando a procura por outros métodos de controle, como os fungos entomopatogênicos. Os objetivos deste trabalho foram investigar a patogenicidade do isolado JAB 42 de Aspergillus westerdijkiae a fêmeas e ootecas de Periplaneta americana e demonstrar o mecanismo de ação sobre ootecas. Suspensões contendo 106 a 108 conídios/mL do isolado foram usadas para infectar fêmeas e ootecas. A ação do fungo foi analisada pela mortalidade e outras variáveis, e por microscopia eletrônica de varredura. O isolado JAB 42 de A. westerdijkiae é patogênico a ootecas de P. americana, tendo baixa capacidade de matar fêmeas. Foi observada a adesão, germinação, penetração e extrusão do fungo sobre ootecas da barata.

Pathogenicity of Aspergillus westerdijkiae to females and oothecae of Periplaneta Americana

ABSTRACT: Cockroach control is performed by the application of chemical insecticides which exert high selective pressure on populations and introduces synthetic substances in the environment, motivating the search for other methods of control such as entomopathogenic fungi. The objectives of this study were to investigate the pathogenicity of the JAB 42 Aspergillus westerdijkiae to females and oothecae of Periplaneta americana and to demonstrate its mechanism of action on oothecae. Suspensions containing 106 to 108 conidia/ml were used to infect females and oothecae. Mortality and other variables such as scanning electron microscopy were used to demonstrate the mechanism of action of the fungus. The isolated JAB 42 A. westerdijkiae is pathogenic to oothecae of P. americana, with low capacity to kill females. Adhesion, germination, penetration and extrusion of the fungus on the cockroach oothecae were observed.

RESUMO: O controle de baratas realizado através da aplicação de inseticidas químicos exerce alta pressão seletiva sobre as populações e introduz substâncias sintéticas no ambiente, motivando a procura por outros métodos de controle, como os fungos entomopatogênicos. Os objetivos deste trabalho foram investigar a patogenicidade do isolado JAB 42 de Aspergillus westerdijkiae a fêmeas e ootecas de Periplaneta americana e demonstrar o mecanismo de ação sobre ootecas. Suspensões contendo 106 a 108 conídios/mL do isolado foram usadas para infectar fêmeas e ootecas. A ação do fungo foi analisada pela mortalidade e outras variáveis, e por microscopia eletrônica de varredura. O isolado JAB 42 de A. westerdijkiae é patogênico a ootecas de P. americana, tendo baixa capacidade de matar fêmeas. Foi observada a adesão, germinação, penetração e extrusão do fungo sobre ootecas da barata.

Requirement for cobalamin by Salmonella enterica serovars Typhimurium, Pullorum, Gallinarum and Enteritidis during infection in chickens

Salmonella enterica serovar Typhimurium synthesizes cobalamin (vitamin B12) only during anaerobiosis. Two percent of the S. Typhimurium genome is devoted to the synthesis and uptake of vitamin B12 and to B12-dependent reactions. To understand the requirement for cobalamin synthesis better, we constructed mutants of Salmonella serovars Enteritidis and Pullorum that are double-defective in cobalamin biosynthesis (cobScbiA). We compared the virulence of these mutants to that of their respective wild type strains and found no impairment in their ability to cause disease in chickens. We then assessed B12 production in these mutants and their respective wild type strains, as well as in S. Typhimurium cobScbiA, Salmonella Gallinarum cobScbiA, and their respective wild type strains. None of the mutants was able to produce detectable B12. B12 was detectable in S. Enteritidis, S. Pullorum and S. Typhimurium wild type strains but not in S. Gallinarum. In conclusion, the production of vitamin B12 in vitro differed across the tested Salmonella serotypes and the deletion of the cbiA and cobS genes resulted in different levels of alteration in the host parasite interaction according to Salmonella serotype tested.

Characterization and selection of Bacillus thuringiensis isolates effective against Sitophilus oryzae

The entomopathogenic bacterium Bacillus thuringiensis is a control agent with toxic and environmental characteristics that allows the control of pest insects according to the Integrate Pest Management (IPM) precepts. In order to find new strains, potentially toxic to Sitophilus oryzae L. 1763 (Coleoptera: Curculinidae), 1.073 strains of B. thuringiensis from parts of Brazil were used. Genetic material was extracted with InstaGene Matrix kit, used for the amplification of sequences in Polymerase chain reaction (PCR), and viewed in 1.5% agarose gel. The gene cry35Ba class was represented by 60 B. thuringiensis isolates (5.6%), which were then subjected to bioassays with S. oryzae larvae. Among the isolates studied, four caused more than 50% mortality in pathogenicity tests, and the isolates 544 and 622 were the most virulent, as determined by CL50 estimates. The four toxic isolates had spherical, bi-pyramidal and cuboid crystals, and a 44-kDa protein was found in sodium dodecyl sulphate - polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE), which coded for the product of cry35Ba genes. These data demonstrate the potential of B. thuringiensis for the management of S. oryzae larvae.

A bactéria entomopatogênica Bacillus thuringiensis (Bt) é um agente de controle com características tóxicas e ambientais que permitem o controle de insetos-praga de acordo com as premissas do Manejo integrado de pragas (MIP). Com o objetivo de buscar novas linhagens potencialmente tóxicas para Sitophilus oryzae L. 1763 (Coleoptera: Curculinidae), caracterizaram-se molecularmente 1,073 isolados de B. thuringiensis de regiões do Brasil. O material genético foi extraído através do kit InstaGene Matrix, utilizado para a amplificação das seqüências através da técnica de Polymerase chain reaction PCR, sendo os resultados visualizados em gel de agarose 1,5%. A classe do gene cry35Ba foi representada por 60 isolados (5,6%) de Bt, os quais foram submetidos a bioensaio com larvas de S. oryzae. Quatro causaram mortalidade acima de 50% nos testes de patogenicidade e os isolados 544 e 622 foram os mais virulentos, conforme determinado pela estimativa da CL50. Nos quatro isolados que demonstraram toxicidade, foram detectados cristais esféricos, bipiramidais e cubóides, além de proteínas com 44 kDa, referentes aos genes cry35Ba por Sodium dodecil sulphate - polyacrilamide gel electrophoresis (SDS-PAGE). Estes dados demonstram o potencial de Bt no manejo de S. oryzae.

Characterization and selection of Bacillus thuringiensis isolates effective against Sitophilus oryzae

The entomopathogenic bacterium Bacillus thuringiensis is a control agent with toxic and environmental characteristics that allows the control of pest insects according to the Integrate Pest Management (IPM) precepts. In order to find new strains, potentially toxic to Sitophilus oryzae L. 1763 (Coleoptera: Curculinidae), 1.073 strains of B. thuringiensis from parts of Brazil were used. Genetic material was extracted with InstaGene Matrix kit, used for the amplification of sequences in Polymerase chain reaction (PCR), and viewed in 1.5% agarose gel. The gene cry35Ba class was represented by 60 B. thuringiensis isolates (5.6%), which were then subjected to bioassays with S. oryzae larvae. Among the isolates studied, four caused more than 50% mortality in pathogenicity tests, and the isolates 544 and 622 were the most virulent, as determined by CL50 estimates. The four toxic isolates had spherical, bi-pyramidal and cuboid crystals, and a 44-kDa protein was found in sodium dodecyl sulphate - polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE), which coded for the product of cry35Ba genes. These data demonstrate the potential of B. thuringiensis for the management of S. oryzae larvae.

A bactéria entomopatogênica Bacillus thuringiensis (Bt) é um agente de controle com características tóxicas e ambientais que permitem o controle de insetos-praga de acordo com as premissas do Manejo integrado de pragas (MIP). Com o objetivo de buscar novas linhagens potencialmente tóxicas para Sitophilus oryzae L. 1763 (Coleoptera: Curculinidae), caracterizaram-se molecularmente 1,073 isolados de B. thuringiensis de regiões do Brasil. O material genético foi extraído através do kit InstaGene Matrix, utilizado para a amplificação das seqüências através da técnica de Polymerase chain reaction PCR, sendo os resultados visualizados em gel de agarose 1,5%. A classe do gene cry35Ba foi representada por 60 isolados (5,6%) de Bt, os quais foram submetidos a bioensaio com larvas de S. oryzae. Quatro causaram mortalidade acima de 50% nos testes de patogenicidade e os isolados 544 e 622 foram os mais virulentos, conforme determinado pela estimativa da CL50. Nos quatro isolados que demonstraram toxicidade, foram detectados cristais esféricos, bipiramidais e cubóides, além de proteínas com 44 kDa, referentes aos genes cry35Ba por Sodium dodecil sulphate - polyacrilamide gel electrophoresis (SDS-PAGE). Estes dados demonstram o potencial de Bt no manejo de S. oryzae.

Expression of the sigma35 and cry2AB genes involved in Bacillus thuringiensis virulence

There are several genes involved in Bacillus thuringiensis sporulation. The regulation and expression of these genes results in an upregulation in Cry protein production, and this is responsible for the death of insect larvae infected by Bacillus thuringiensis. Gene expression was monitored in Bacillus thuringiensis during three developmental phases. DNA macroarrays were constructed for selected genes whose sequences are available in the GenBank database. These genes were hybridized to cDNA sequences from B. thuringiensis var. kurstaki HD-1. cDNA probes were synthesized by reverse transcription from B. thuringiensis RNA templates extracted during the exponential (log) growth, stationary and sporulation phases, and labeled with 33PadCTP. Two genes were differentially expressed levels during the different developmental phases. One of these genes is related to sigma factor (sigma35), and the other is a cry gene (cry2Ab). There were differences between the differential levels of expression of various genes and among the expression detected for different combinations of the sigma factor and cry2Ab genes. The maximum difference in expression was observed for the gene encoding sigma35 factor in the log phase, which was also expressed at a high level during the sporulation phase. The cry2Ab gene was only expressed at a high level in the log phase, but at very low levels in the other phases when compared to the sigma35.

Muitos genes estão envolvidos nos mecanismos de esporulação da bactéria Bacillus thuringiensis. A regulação e expressão desses genes resultam em uma produção massiva da proteína Cry, responsável pela morte das larvas de muitos insetos. Neste trabalho monitorou-se a expressão de genes de Bacillus thuringiensis, ao longo de três fases de seu desenvolvimento. Foram construídos macroarrays de DNA dos genes selecionados, cujas seqüências estão disponibilizadas no GenBank. Estes genes foram hibridizados com cDNAs obtidos de B. thuringiensis kurstaki HD-1. As sondas de cDNA foram sintetizadas a partir da transcrição reversa do RNA da bactéria, extraído durante as fases de crescimento logarítmico, estacionária e esporulativa, marcadas com 33PadCTP. A expressão diferencial encontrada foi significativa para dois genes de B.thuringiensis, um relacionado aos fatores sigma (sigma35) e outro ao gene cry (cry2Ab). Detectaram-se diferenças entre as médias de expressão do fator sigma e do gene cry2Ab. Os valores máximos de expressão diferencial foram obtidos para o gene codificador do fator sigma35 na fase log e na fase esporulativa. Na análise de médias observou-se expressão do gene cry2Ab apenas na fase log; no entanto, de forma bem mais baixa quando comparado com a expressão de sigma35, nas três fases.

Expression of the sigma35 and cry2AB genes involved in Bacillus thuringiensis virulence

There are several genes involved in Bacillus thuringiensis sporulation. The regulation and expression of these genes results in an upregulation in Cry protein production, and this is responsible for the death of insect larvae infected by Bacillus thuringiensis. Gene expression was monitored in Bacillus thuringiensis during three developmental phases. DNA macroarrays were constructed for selected genes whose sequences are available in the GenBank database. These genes were hybridized to cDNA sequences from B. thuringiensis var. kurstaki HD-1. cDNA probes were synthesized by reverse transcription from B. thuringiensis RNA templates extracted during the exponential (log) growth, stationary and sporulation phases, and labeled with 33PadCTP. Two genes were differentially expressed levels during the different developmental phases. One of these genes is related to sigma factor (sigma35), and the other is a cry gene (cry2Ab). There were differences between the differential levels of expression of various genes and among the expression detected for different combinations of the sigma factor and cry2Ab genes. The maximum difference in expression was observed for the gene encoding sigma35 factor in the log phase, which was also expressed at a high level during the sporulation phase. The cry2Ab gene was only expressed at a high level in the log phase, but at very low levels in the other phases when compared to the sigma35.

Muitos genes estão envolvidos nos mecanismos de esporulação da bactéria Bacillus thuringiensis. A regulação e expressão desses genes resultam em uma produção massiva da proteína Cry, responsável pela morte das larvas de muitos insetos. Neste trabalho monitorou-se a expressão de genes de Bacillus thuringiensis, ao longo de três fases de seu desenvolvimento. Foram construídos macroarrays de DNA dos genes selecionados, cujas seqüências estão disponibilizadas no GenBank. Estes genes foram hibridizados com cDNAs obtidos de B. thuringiensis kurstaki HD-1. As sondas de cDNA foram sintetizadas a partir da transcrição reversa do RNA da bactéria, extraído durante as fases de crescimento logarítmico, estacionária e esporulativa, marcadas com 33PadCTP. A expressão diferencial encontrada foi significativa para dois genes de B.thuringiensis, um relacionado aos fatores sigma (sigma35) e outro ao gene cry (cry2Ab). Detectaram-se diferenças entre as médias de expressão do fator sigma e do gene cry2Ab. Os valores máximos de expressão diferencial foram obtidos para o gene codificador do fator sigma35 na fase log e na fase esporulativa. Na análise de médias observou-se expressão do gene cry2Ab apenas na fase log; no entanto, de forma bem mais baixa quando comparado com a expressão de sigma35, nas três fases.

Molecular differentiation between Salmonella enterica subsp enterica serovar Pullorum and Salmonella enterica subsp enterica serovar Gallinarum

S. Pullorum (SP) and S. Gallinarum (SG) are very similar. They are the agents of pullorum disease and fowl typhoid, respectively, and the two diseases are responsible for economic losses in poultry production. Although SP and SG are difficult to be differentiated in routine laboratory procedures, the ability to metabolize ornithine is a biochemical test that may be used to achieve this aim. While SP is able to decarboxylate this amino acid, SG is not. However, the isolation of strains showing atypical biochemical behavior has made this differentiation difficult. One of the genes associated with the metabolization of the amino acid ornithine is called speC, and is found in both serovars. The analysis of 21 SP and 15 SG strains by means of PCR did not enable the differentiation of the two serovars, because fragments produced were identical. However, after enzymatic treatment with restriction enzyme Eco RI, the band pattern of each serovar showed to be different, even in samples of atypical biochemical behavior. This fact enabled the standardization of the technique for a quick and safe differentiation of serovars Pullorum and Gallinarum.

A S. Pullorum (SP) é muito semelhante à S. Gallinarum (SG), agentes da Pulorose e Tifo aviário, respectivamente, sendo que as duas enfermidades são responsáveis por perdas econômicas no setor avícola. SP e SG são de difícil diferenciação em procedimento laboratorial rotineiro, mas uma prova bioquímica muito utilizada na distinção das duas refere-se à capacidade de assimilar o aminoácido ornitina: SP descarboxila este aminoácido enquanto SG não. No entanto, o isolamento de cepas com comportamento bioquímico atípico, tem dificultado tal diferenciação. Um dos genes relacionados à assimilação do aminoácido ornitina, denomina-se gene speC, o qual está presente nos dois sorovares. Analisando 21 amostras de SP e 15 de SG com a utilização da PCR não foi possível realizar a diferenciação dos dois sorovares pois os fragmentos gerados eram idênticos. Posteriormente, com o uso da técnica de tratamento enzimático com a enzima de restrição Eco RI, foi possível observar que o padrão de bandas gerado em cada sorovar era diferente, mesmo quando amostras que apresentavam comportamento bioquímico atípico eram analisadas. Tal fato permitiu a padronização da técnica para ser utilizada na diferenciação entre os sorovares Pullorum e Gallinarum de maneira rápida e segura.