04 Microbiologia Molecular y Biologia de... 15448KB

Transcripción

Overview
Microbiología Molecular y Biología de las Infecciones | Molecular Microbiology & Infection Biology
The microorganisms can behave as pathogens
or commensals against which higher organisms
develop defense mechanisms, or as symbionts
that benefit their hosts. The complete
characterization of the molecular processes
that control the life cycle and functions of
microorganisms, as well as the molecular
mechanisms involved in the regulation of
microorganism-host interactions (harmful for the
host or beneficial for both), represent a great
challenge in Biology and Biomedicine.
The Molecular Microbiology and Infection Biology
(MMIB) Department includes research groups
that study the microorganisms (pathogens,
commensal or symbionts) and also the leukocytes
that either defend or regulate the coexistence with
these microorganisms. The Department includes
research groups studying the molecular biology of
Gram-positive bacteria, including DNA replication
and expression in bacteria, gene transfer in
bacteria, bacterial toxin-antitoxin systems,
the biology of parasites such as Leishmania,
virology in aquaculture as well as different
aspects of the biology of dendritic cells and
macrophages. The 9 groups of the Department
include experts in biochemistry, biophysics,
immunology, microbiology, molecular and cell
biology, physiology, virology, bioinformatics and
structural biology. The complementarity among
groups in the department creates an environment
that facilitates the transfer of knowledge and
technology and enables studies that require a
multidisciplinary approach.
José Luis Rodríguez-Fernández
Department Head
82
04 _ DPTO MICORBILOGIA MOLECULAR Y BIOLOGIA INFECCIONES _ 15-06-24.indd 82
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084
Funciones de los Receptores Quimiotácticos y de la Sinapsis
Functions of Chemotactic Receptors and the Immunological Synapse in Dendritic Cells
086
Angel Luis Corbí López · Miguel Ángel Vega Palacios
Laboratorio de “Biología de las Células Mieloides” | Myeloid Cell Biology Laboratory
088
Ernesto García López · Pedro García González
Interacciones Huésped-Parásito en Infecciones Neumocócicas | Host-Parasite Interplay in Pneumococcal Infection
090
Vicente Larraga Rodríguez de Vera · Sara Isabel Pérez Prieto y Sylvia Rodríguez Saint-Jean
Grupo de Vacunas y Expresión Génica | Vaccine and Gene Expression Group
092
Paloma López García · Pilar Fernández de Palencia
Biología Molecular de Bacterias Gram-Positivas | Molecular Biology of Gram-Positive Bacteria
094
Alicia Bravo García · Manuel Espinosa Padrón
Expresión Génica y Transferencia Genética en Bacterias | Bacterial Gene Expression and Gene Transfer
096
Gloria del Solar Dongil
Replicación y Expresión del DNA en Bacterias Gram-Positivas
Replication and Expression of DNA in Gram-Positive Bacteria
098
Ramón Díaz Orejas
Sistemas Toxina-antitoxina Bacterianos | BacterialToxin-Antitoxin Systems
04
Microbiología Molecular
y Biología de las
Infecciones
Molecular Microbiology
& Infection Biology
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Investigador Científico
[email protected]
MSc (Life Sciences), 1989
PhD (Life Sciences), 1993
The Weizmann Institute of Science,
(Rehovot, Israel)
Postdoctoral , 1994-1997
Imperial Cancer Research Fund (Londres, UK)
Contrato de Reincorporación, 1997-2001
Universidad Complutense de Madrid
Contratado FIS, 2001-2003
Hospital Gregorio Marañón, Madrid
Ramón y Cajal program, CIB, 2003-2006
Científico Titular, 2006
Investigador Científico, 2010
CIB, CSIC
Otros miembros | Other lab members:
Pilar López Cotarelo
Carolina Gómez Moreira
Olga Criado García
http://www.cib.csic.es/en/grupo.php?idgrupo=60
Funciones de los Receptores
Quimiotácticos y de la Sinapsis
Inmunológica en las Células Dendríticas
Las células dendríticas (CDs) son leucocitos que desempeñan un papel clave en la iniciación de la respuesta
inmune. Las CDs son importantes tanto para proteger al organismo frente a diferentes patógenos externos como
en el mantenimiento de la tolerancia frente a los antígenos propios y, consecuentemente, la prevención de
procesos autoinmunes.
D
urante su ciclo vital, las células dendríticas (CDs) están expuestas
a las quimioquinas CCL19 y CCL21 (receptor para ambas CCR7)
y CXCL12 (receptores CXCR4 y CXCR7). Estas quimioquinas
se expresan en los vasos linfáticos (CCL21, CXCL12), esto es, los
conductos a través de los cuales estas células llegan hasta los ganglios
linfáticos, y en los propios ganglios (CCL21, CCL19, CXCL12). Las CDs
migran hacia los ganglios, las regiones anatómicas donde activarán a los
linfocitos T, dirigidas por los receptores CCR7 y CXCR4. Para activar a
los linfocitos T, las CDs deben formar unas complejas estructuras denominadas sinapsis inmunológicas en la zona de contacto entre estas dos
células, tanto en la célula T como en la CD. A pesar de su importancia
para la respuesta inmune, se conoce relativamente poco sobre los
mecanismos moleculares mediante los cuales los receptores de quimioquinas CCR7 y CXCR4 y la SI regulan las funciones de las CDs. El conocimiento de estos mecanismos es importante para un mejor conocimiento del papel de la CD en la respuesta inmune y para permitir el desarrollo
de estrategias que permitan modular la respuesta de estas células en los
múltiples procesos (en condiciones normales y patológicas) en los que
participan. En nuestro grupo estudiamos los mecanismos moleculares
mediante los cuales los receptores de quimioquinas CCR7 y CXCR4 y la
sinapsis inmunológica modulan las funciones de las CDs.
Figura 1 | Figure 1
Funciones y moleculas señalizadoras que regulan las funciones del receptor de
quimioquinas CCR7 en las células dendríticas.
Functions and signalling molecules regulating the functions of chemokine receptor CCR7
in dendritic cells.
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From the immunological synapse of dendritic cells are relayed signals that protect them from apoptosis.
Functions of Chemotactic Receptors and the
Immunological Synapse in Dendritic Cells
Dendritic cells (DCs) are leukocytes that play a key role in the initiation of the immune response.
DCs are important both for the protection of the organism in the face of different pathogens and to keep
the tolerance to self antigens and, consequently, the prevention of autoimmune responses.
D
uring their life cycle in the immune system, dendritic cells
(DCs) are exposed to chemokines CCL19 and CCL21 (receptor for both of them CCR7) and CXCL12 (receptors CXCR4
y CXCR7). These chemokines are expressed in lymphatic vessels
(CCL21, CXCL12), which are the conduits through which DCs migrate
to the lymph nodes (LNs), and in the LNs proper (CCL19, CCL21,
CXCL12). DCs migrate to the LNs, the regions where they will activate T
cells, guided by CCR7 and CXCR4. To activate T cells, DCs should form
at the zone of contact between these two cells, in both T cells and DCs,
complex structures called immunological synapses (IS). Despite their
importance for a proper immune response, there is sparse information
on the mechanisms whereby chemokine receptors CCR7 and CXCR4
and the IS control DCs functions. The knowledge of the mechanisms
involved is important to better understand the role of DCs during the
immune response and for the development of strategies to modulate
their response in the multiple processes (under normal and pathological conditions) in which they are involved. In our group we study the
molecular mechanism whereby chemokine receptors CCR7 and CXCR4
and the immunological synapse control the functions of DCs.
Financiación | Funding
• RD12/0009/0006 (ISCIII)
• S2010/BMD-2350 (Consejería de Educación, CAM)
• SAF2011-23890 (MINECO)
• SAF2014-53151-R (MINECO)
Publicaciones Seleccionadas
Selected Publications
• López-Cotarelo P, Escribano-Díaz C, González-Bethencourt IL, Gómez-Moreira C,
Deguiz ML, Torres-Bacete J, Gómez-Cabañas L, Fernández-Barrera J, DelgadoMartín C, Mellado M, Regueiro JR, Miranda-Carús ME, Rodríguez-Fernández JL.
(2015) A Novel MEK-ERK-AMPK Signaling Axis Controls Chemokine Receptor
CCR7-dependent Survival in Human Mature Dendritic Cells. J. Biol. Chem. 290:
827-840.
• Gómez-Cabañas L, Delgado-Martín C, López-Cotarelo P, Escribano-Diaz C,
Alonso-C LM, Riol-Blanco L, Rodríguez-Fernández JL (2014) Detecting apoptosis of
leukocytes in mouse lymph nodes. Nat. Protoc. 9:1102-12.
• Sierra-Filardi E, Nieto C, Domínguez-Soto A, Barroso R, Sánchez-Mateos P, PuigKroger A, López-Bravo M, Joven J, Ardavín C, Rodríguez-Fernández JL, SánchezTorres C, Mellado M, Corbí AL (2014) CCL2 shapes macrophage polarization by
GM-CSF and M-CSF: identification of CCL2/CCR2-dependent gene expression
profile. J. Immunol. 192: 3858-3867.
• Del Rey MJ, Faré R, Izquierdo E, Usategui A, Rodríguez-Fernández JL, Suárez-Fueyo
A, Cañete JD, Pablos JL (2014) Clinicopathological correlations of podoplanin
(gp38) expression in rheumatoid synovium and its potential contribution to
fibroblast platelet crosstalk. PLoS One. 9: e99607.
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rheumatoid arthritis. Curr. Top. Med. Chem. 13: 712-719.
Figura 2 | Figure 2
A partir de la sinapsis inmunologica de las células dendríticas se trasmiten señales intracelulares que las protegen de la apoptosis.
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concepts and role in the Immune In Encyclopedy of Life Sciences. John
Wiley&Sons, Inc. Chichester, Gran Bretaña.
• Aguilera-Montilla N, Chamorro S, Nieto C, Sánchez-Cabo F, Dopazo A, FernándezSalguero PM, Rodríguez-Fernández JL, Pello OM, Andrés V, Cuenda A, Alonso B,
Domínguez-Soto A, Sánchez-Ramón S, Corbí AL (2013) Aryl hydrocarbon receptor
contributes to the MEK/ERK-dependent maintenance of the immature state of
human dendritic cells. Blood. 121: e108- e117.
• Relloso M, Aragoneses-Fenoll L, Lasarte S, Bourgeois C, Romera G, Kuchler K,
Corbí AL, Muñoz-Fernández MA, Nombela C, Rodríguez-Fernández JL, Diez-Orejas
R (2012) Estradiol impairs the trigger of Th17 immune response against Candida
albicans. J. Leukoc. Biol. 91: 159-165.
• Delgado-Martín C, Escribano C, Pablos JL, Riol-Blanco L, Rodríguez-Fernández
JL. (2011) Chemokine CXCL12 uses CXCR4 and a signaling core formed by
bifunctional Akt, extracellular signal-regulated kinase (ERK)1/2, and mammalian
target of rapamycin complex 1 (mTORC1) proteins to control chemotaxis and
survival simultaneously in mature dendritic cells. J. Biol. Chem. 286: 3722237236.
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Angel Luis Corbí López
Miguel Angel Vega Palacios
Profesor de Investigación
[email protected]
[email protected]
PhD,1985
Postdoctoral Dana Farber Cancer Institute,
1985-1987 Center for Blood Research,
1987-1989 Harvard Medical School
(Boston, USA)
Postdoctoral, Servicio de Inmunologia,
1989-1990 Adjunto, Unidad de Biología
Molecular, 1991-1994
Hospital de la Princesa (Madrid, España)
IPBLN
Investigador Científico, 2001 Profesor
de Investigación, 2003
CIB, CSIC
PhD, 1987
Postdoctoral Dana Farber Cancer
Institute, 1988-1990
Harvard Medical School (Boston, USA)
Postdoctoral, 1991
Centro de Biología Molecular UAMCSIC (Madrid, España)
Adjunto, Unidad de Biología
Molecular, 1992-1994
Hospital de la Princesa (Madrid, España)
IPBLN
CIB, CSIC
Concepción Nieto Mazarrón
Angeles Domínguez Soto
Elena Izquierdo Alvarez
Victor Delgado Cuevas
Mateo de las Casas Engel
Elena Sierra Filardi
María escribese Alonso
Emmanuel Orta Zavalza
Marta Riera Borrull
Barbara Alonso Arenilla
http://www.cib.csic.es/es/grupo.php?idgrupo=23
Laboratorio de “Biología de
las Células Mieloides”
Los macrófagos son células presentadoras de antígeno “profesionales” cuya actividad es fundamental para la
iniciación y resolución de respuestas inflamatorias e inmunitarias, y contribuyen a la eliminación de agentes
infecciosos y el mantenimiento de la integridad y la homeostasis tisular. Nuestro grupo centra sus actividades en la
determinación de los mecanismos moleculares que subyacen a todas estas funciones efectoras de los macrófagos.
L
as líneas de investigación actuales del
grupo pretenden contribuir a la determinación de la base molecular de 1) la
participación de células dendríticas y macrófagos en la resolución de procesos inflamatorios
y el mantenimiento de la homeostasis celular; y
2) los procesos de migración de ambos tipos
celulares en respuesta a estímulos inflamatorios
y patogénicos.
Para ello, nuestro grupo 1) analiza la expresión
tejido-específica, la especificidad de ligandos
y la capacidad señalizadora de receptores de
patógenos de relevancia clínica; 2) disecciona
los mecanismos transcripcionales que gobiernan los procesos de maduración de células dendríticas y la activación/polarización de
macrófagos, con objeto de diseñar herramientas diagnósticas que permitan definir el poder
pro- y anti-inflamatorio de las células mieloides
tisulares en condiciones homeostáticas y patológicas; y 3) desarrolla una tecnología para la
generación de fármacos biosuperiores basada
en las propiedades farmacodinámicas y farmacocinéticas del biopolímero ácido polisiálico.
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Macrophages are professional antigen presenting
cells whose activity is essential for the initiation and
resolution of inflammatory and immune responses,
and contribute to the elimination of infectious
agents and the maintenance of tissue integrity and
homeostasis. Our group focuses its activities on
the determination of the molecular mechanisms
underlying these effector functions of macrophages.
O
ur current research lines aim at determining the molecular basis
that underlie 1) the ability of macrophages and dendritic cells
to contribute to the resolution of inflammatory processes and
to the maintenance of tissue homeostasis in the steady state; and 2)
the migratory activity of both cell types in response to pathogenic and
inflammatory stimuli. To address these issues, our group 1) analyzes the
regulated expression, ligand specificity and signaling capability of pathogen receptors, that capture clinically relevant pathogens; 2) dissects the
transcriptional mechanisms that govern the dendritic cell maturation and
macrophage activation/polarization processes, with the aim of designing
diagnostic genomic tools that will allow the definition of the inflammatory
state of tissue myeloid cells under homeostatic and pathological conditions; and 3) development of a technology for the generation of biobetter
drugs based on the pharmacodynamics and pharmacokinetics properties of the biopolymer polysialic acid.
• Domínguez-Soto A et al., Intravenous immunoglobulin promotes antitumor
responses by modulating macrophage polarization. J. Immunol. 2014;
193(10):5181-9.
• Soler Palacios et al., Macrophages from the synovium of active rheumatoid
arthritis exhibit an activin A-dependent pro-inflammatory profile. J. Pathol. 2015;
235(3):515-26.
• Sierra-Filardi et al., CL2 shapes macrophage polarization by GM-CSF and M-CSF:
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2014; 192(8):3858-67.
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• de las Casas-Engel et al., Serotonin skews human macrophage polarization
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• Cuartero et al., L-kynurenine/aryl hydrocarbon receptor pathway mediates brain
damage after experimental stroke. Circulation. 2014; 130(23):2040-51.
• Perisé-Barrios et al., Use of carbosilane dendrimer to switch macrophage
polarization for the acquisition of antitumor functions. Nanoscale. 2014 Sep 25.
[Epub ahead of print] PubMed PMID: 25254497.
• Reales-Calderón et al., Proteomic characterization of human proinflammatory M1
and anti-inflammatory M2 macrophages and their response to Candida albicans.
Proteomics. 2014; 14(12):1503-18.
• Cuartero et al., N2 neutrophils, novel players in brain inflammation after stroke:
modulation by the PPARγ agonist rosiglitazone. Stroke. 2013; 44(12):3498-508.
• A-Gonzalez et al., The nuclear receptor LXRα controls the functional specialization
of splenic macrophages. Nat. Immunol. 2013; 14(8):831-9.
Myeloid Cell
Biology Laboratory
• PI10/0034 (FIS, ISCIII)
• MEICA (Genoma España)
• GR09/0013 (FIS, ISCIII)
• SAF2011-23801 (MINECO)
• S2010/BMD-2350 (RAPHYME, Comunidad de Madrid)
• REIPI (ISCIII)
• RIER (ISCIII).
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Ernesto García López
Pedro García González
[email protected]
[email protected]
PhD, 1974
Postdoctoral, 1975-1976
Centre d’Étude de l’Energie Nucleaire
(Mol, Bélgica)
Profesor de Investigación, 1990
CIB, CSIC
PhD, 1982
Postdoctoral , 1985-1986
Centre National de la Recherche
Scientifique. Université Paul Sabatier
(Toulouse, Francia)
CIB, CSIC
Eloísa Cano Congosto
Miriam Moscoso Naya
Mirian Domenech Lucas
Lidia Araujo Bazán
Roberto Díez Martínez
Esther García Fernández
Héctor David de Paz Fernández
Susana Ruiz García
Elisa Ramos Sevillano
Diana Damián Aparicio
María Torres Martínez
Ana Peigneux Navarro
Interacciones Huésped-Parásito
en Infecciones Neumocócicas
Las enfermedades neumocócicas constituyen una de las causas principales de morbi-mortalidad en el mundo.
La enfermedad neumocócica invasiva viene precedida por la colonización nasofaríngea. En nuestro laboratorio
se ha estudiado la formación/desintegración de los biofilmes de Streptococcus pneumoniae así como la actividad
antibacteriana de compuestos como las aminas bicíclicas y las endolisinas fágicas empleando modelos animales
de infección.
S
treptococcus pneumoniae (neumococo)
es uno de los principales patógenos
bacterianos y causa principal de morbilidad y mortalidad en niños y adultos de todo el
mundo. La enfermedad neumocócica invasiva
(ENI) viene precedida por el establecimiento
del llamado “estado de portador”, es decir, la
colonización de la nasofaringe. Este proceso
tiene lugar a través de una relación compleja
huésped-parásito en la que también se dan
interacciones con otros microorganismos que
ocupan el mismo hábitat. La mayoría de estas
interacciones implican, por un lado, a proteínas
de la superficie bacteriana y, por otro, a los
mecanismos de defensa del huésped.
En nuestro laboratorio se estudia la implicación
de unas proteínas de superficie, denominadas “Choline-binding proteins” o CBPs, en la
colonización, el establecimiento de la ENI y la
respuesta inmune. Para ello, se han puesto
a punto diversas técnicas in vitro —como los
biofilmes o los cultivos celulares— y modelos
animales de infección. Se ha observado que los
biofilmes son complejos ya que en su formación están implicados múltiples genes. También
se ha demostrado que el DNA y determinadas
CBPs son importantes para la formación y
mantenimiento del biofilm. Se han identificado
uno o más exopolisacáridos que contienen
residuos de Glc β(1→4) y GlcNAc β(1→4).
Ante el incremento y difusión de ciertos patógenos multirresistentes, en el laboratorio se
estudian diferentes compuestos con actividad
antibacteriana, como los ésteres de aminas
bicíclicas (que se comportan como análogos de
colina) o las lisinas fágicas (endolisinas). Estas
enzimas son proteínas modulares e hidrolizan la
pared bacteriana por lo que muestran un potente efecto bactericida, tanto en cultivos planctónicos como en biofilmes. Además, suelen ser
muy específicas ya que, normalmente, sólo
destruyen a las bacterias de las que procede el
fago que codifica dicha enzima. La validación
de los resultados se lleva a cabo en diferentes
modelos de ratón o de embriones de pez cebra.
Figura 1 | Figure 1
Micrografía láser confocal mostrando
el DNA extracelular en un biofilm de
neumococo. Las bacterias se tiñeron con
Syto59 (A, color rojo) y un anticuerpo contra
DNA marcado con Alexa 488 (B, color
verde). El panel C muestra una visualización
conjunta de ambos canales. Barra, 25 µm.
Confocal laser micrographs showing
extracellular DNA in the matrix of a
pneumococcal biofilm. The biofim was treated
with Syto59, which stains bacteria in red (A),
and with an Alexa 488-labeled anti-ds DNA
antibody (B, green). Panel C is a merger of
panels A and B.
Patentes | Patents
• Pedro García, Margarita Menéndez, Ernesto García, Roberto Díez-Martínez, Héctor de Paz. 28 mayo 2013.
Enzibióticos bactericidas mejorados frente a neumococo y otras bacterias. PCT/ES2014/070429
• Gracia Retamosa, Beatriz Maestro, Roberto Díez-Martínez, Pedro García y Jesús Miguel Sanz. 8 julio 2013. Uso
de un compuesto de fórmula (I) como bactericida frente a Streptococcus. No. P201331031
• IPT-2011-1337-010000 (MICINN)
• SAF2012-39444-C02-01 (MINECO)
• CIBERES (MINECO)
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Pneumococcal diseases (acute otitis media, pneumonia, bacteremia, and meningitis) are frequent causes
of morbidity and mortality worldwide. The development of invasive pneumococcal disease is preceded by
the colonization of the human nasopharynx. Formation/disintegration of pneumococcal biofilms and the
antibacterial activity of bicyclic amines and phage-coded lytic enzymes using biofilms and animal models of
infection have been studied.
S
treptococcus pneumoniae, or pneumococcus, is one of the major bacterial pathogens and a leading cause of
morbidity and mortality in children and adults
throughout the world. Invasive pneumococcal
disease (IPD) is preceded by the establishment
of the “carrier state”, i. e, the colonization of the
human nasopharynx. This process takes place
through complex interactions between the host
immune system and the parasite as well as
between the latter and other microorganisms
sharing this habitat. Most of these interactions
involve one (or more) bacterial surface polymers.
In our laboratory, we have studied the role of
several surface-located proteins — the so-
called “Choline-binding proteins” or CBPs — in
colonization, IPD development and the recognition and triggering of the host immune
response. To this aim, in vitro biofilm systems
and animal models of infection have been
employed. Pneumococcal biofilms are structurally and functionally complex structures in
which multiple genes are involved, some of
them of unknown function. It has also been
demonstrated that DNA and certain CBPs are
essential components of the extracellular matrix
of these biofilms. Moreover, one (or more) polysaccharide containing Glc β(1→4) and GlcNAc
β(1→4) residues has been identified in the
pneumococcal biofilm matrix.
Given the increase and rapid spread of several multiresistant bacterial pathogens, various compounds showing antibacterial activity have been studied. Among others, these
include esters of bicyclic amines (that behave
as choline analogues) and phage lytic enzymes
(endolysins). Endolysins are modular proteins
that hydrolyze the bacterial cell wall peptidoglycan and, consequently, exhibit a strong bactericidal effect against both planktonic cultures
and biofilms. Phage endolysins also tend to be
very specific because, normally, they only kill
the corresponding host bacteria. The validation
of the results is made using animal models of
infections such as mice and zebrafish embryos.
• Díez-Martínez R, de Paz HD, García-Fernández E, Bustamante N, Euler CW,
Fischetti VA, Menéndez M, García P [2015] A novel chimeric phage lysin with high
in vitro and in vivo bactericidal activity against Streptococcus pneumoniae. J
Antimicrob Chemother doi:10.1093/jac/dkv038.
• Moscoso M, Esteban-Torres M, Menéndez M, García E [2014] In vitro bactericidal
and bacteriolytic activity of ceragenin CSA-13 against planktonic cultures and
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PLoS One 9:e101037.
• Ardanuy C, de la Campa AG, García E, Fenoll A, Calatayud L, Cercenado E,
Pérez-Trallero E, Bouza E, Liñares J [2014] Spread of Streptococcus pneumoniae
serotype 8-ST63 multidrug-resistant recombinant clone, Spain. Emerg Infect
Dis 20:1848-1856.
Host-Parasite Interplay in Pneumococcal
Infection
• López E, Domenech A, Ferrándiz M-J, Frias MJ, Ardanuy C, Ramirez M, García E,
Liñares J, de la Campa AG [2014] Induction of prophages by fluoroquinolones
in Streptococcus pneumoniae: implications for emergence of resistance in
genetically-related clones. PLoS One 9:e94358.
• Domenech M, Araujo L, García E, Moscoso M [2014] In vitro biofilm formation
by Streptococcus pneumoniae as a predictor of post-vaccination emerging
serotypes colonizing the human nasopharynx. Environ Microbiol 16:1193-1201.
Figura 2 | Figure 2
Ejemplo de endolisinas fágicas, parentales y quiméricas. Las proteínas purificadas se
emplean en diferentes ensayos in vitro (cultivos bacterianos planctónicos y biofilmes)
y los resultados se validan en modelos animales (ratones o embriones de pez cebra).
Example of phage endolysins, either parental or chimeric. The purified proteins are used in
different in vitro assays (bacterial planktonic cultures and biofilms) and results are validated in
animal models (mice or zebrafish embryos).
• Silva-Martín N, Retamosa MG, Maestro B, Bartual SG, Rodes MJ, García P, Sanz
JM, Hermoso JA [2014] Crystal structures of CbpF complexed with atropine
and ipratropium reveal clues for the design of novel antimicrobials against
Streptococcus pneumoniae. Biochim Biophys Acta 1840:129-135.
• Díez-Martínez R, de Paz HD, Bustamante N, García E, Menéndez M, García P [2013]
Improving the lethal effect of Cpl-7, a pneumococcal phage lysozyme with broad
bactericidal activity, by inverting the net charge of its cell wall-binding module.
Antimicrob Agents Chemother. 57:5355-5365.
• Domenech M, Ramos-Sevillano E, García E, Moscoso M, Yuste J [2013] Biofilm
formation avoids complement immunity and phagocytosis of Streptococcus
pneumoniae. Infect Immun 81:2606-2615.
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Vicente Larraga Rodríguez de Vera
[email protected]
MD y PhD, 1974
Faculty of Medicine, Hebrew University,
Weizman Institute of Science.
1977
Dept of Biology. The John´s Hopkins
University
1994-1995
Department of Pathology, School of
Medicine. New York University
CIB, CSIC
Investigadoras del equipo | Staff scientists:
Sara Isabel Pérez Prieto
Sylvia Rodríguez Saint-Jean
Ana María Alonso Ayala
Pedro José Alcolea Alcolea
Natalia Andrea Ballesteros
Benavides
María Angélica Degayón Cortés
Jaime Larraga Criado
Marta Ana Sagrera Polo
Stephanie Ibarra Moreno
Miguel Angel Moreno Izquierdo
Luis Manuel Guaita Beneit
Mercedes Sánchez Carmona
Silvia Ruiz García
Grupo de Vacunas y Expresión Génica
Nuestro Grupo de investigación, constituido por dos laboratorios, aborda la producción de vacunas en dos
modelos animales. El laboratorio de Parasitología Molecular está desarrollando una vacuna frente a la infección
por el protozoo Leishmania en perros y el laboratorio de Virus de Peces Teleósteos, que desarrolla vacunas orales
frente a dos de los virus (IPNV, IHNV) causantes de importantes pérdidas económicas en acuicultura.
L
aboratorio de Parasitología Molecular. La leishmaniasis es
una enfermedad parasitaria producida por protozoos del género
Leishmania que se clasifica en cutánea, mucocutánea y visceral.
La OMS estima una incidencia anual mundial de 2 millones de casos
en 88 países con una mortalidad anual de aproximadamente 60.000
personas. Línea I: basada en el estudio de los perfiles de expresión
génica diferencial, mediante transcriptómica y proteómica, de los estadíos del ciclo biológico de L. infantum. Se ha realizado la comparación
de los transcriptomas de los diferentes estadíos del parásito mediante
microarrays de ADN construidos en nuestro laboratorio a partir de una
genoteca obtenida por fragmentación al azar que representa el genoma
completo de L. infantum. Los resultados obtenidos han permitido detectar un conjunto de genes relacionados con la infectividad del mismo.
Linea II: estos genes se utilizan en el desarrollo de vacunas de ADN
frente a la enfermedad junto con nuevos vehículos de vacunación.
Laboratorio de Virus de Peces Teleósteos. El control de enfermedades virales es esencial para mantener los niveles de productividad en la
industria de la acuicultura. Existen algunas vacunas DNA efectivas frente
a virus pero son inyectables y no se pueden usar en peces de poca talla.
Hemos desarrollado una vacuna DNA frente al virus de la necrosis pancreática infecciosa (IPNV) que fue encapsulada en alginato e incorporada
al pienso. El gen VP2 se expresó en diversos órganos, indujo respuesta
inmune innata y específica y alta protección, con RPS del 86%. Puesto
que la regulación de la inmunidad intestinal es aún muy desconocida en
teleósteos, hemos investigado la distribución de células B en el tracto
digestivo de truchas vacunadas e identificado por primera vez en peces
IgM+ e IgT+ en linfocitos intraepiteliales. También se detectó a lo largo
del intestino regulación diferencial de varias quimioquinas de mucosa
cuando se compararon las respuestas al IPNV y a la vacuna DNA.
Patentes | Patents
• Nácher-Vázquez Montserrat, López García, Paloma, Prieto Orzano, Alicia,
Pérez Prieto, Sara I, Rodríguez Saint-Jean, Sylvia, Mohedano Bonilla, Mª de la
Luz, Aznar Novella, Rosa. 05 junio 2013, 13:33 y 05 junio 2014. Secuencia
de nucleótidos codificante de una enzima con actividad dextransacarasa,
células que la expresan y su uso para la obtención de exopolisacáridos con
actividad antiviral y composiciones que los contienen. P201330831 y PCT/
ES2014/070464
Figura 1 | Figure 1
Microarrays de Leishmania infantum para la comparación de los transcriptomas de los
promastigotes procíclicos y metacíclicos.
Leishmania infantum shotgun mycroarrays for comparison of procyclic and metacyclic
promastigote transcriptomes.
• AGL2010-21806-CO2-01 (MINECO)
• AGL2010-18454 (MINECO)
• 201020E084 (CSIC-MINECO)
• EUROLEISH-NET. Grant Agreement 642609
• RTC-2014-1767-1 (MINECO)
• RETIC ISCIII RD07/0021/2001
90
24/6/15 12:48
Our research group is working on the production
of animal vaccines in two different animal models
in two laboratories. The laboratory of Molecular
Parasitology where a vaccine is being developed
against Leishmania protozoan infection in dogs, and
the laboratory of Fish Virus which is working on the
development of oral vaccines against two of the
main viruses causing economic losses in salmonid
aquaculture.
T
he Molecular Parasitology Laboratory. Leishmaniasis is a
group of parasitic diseases elicited by protozoa of the Leishmania
genus and is classified in cutaneous, diffuse cutaneous, mucocutaneous and visceral. WHO estimates an incidence of two millions
people and a mortality of 60,000 per year for this emergent disease.
Line I: Is based in the differential gene expression profiles through
transcriptomics and proteomics L. infantum stages at culture and at
the intermediate host, the insect vector. We have studied in depth the
differentiation processes of the parasite comparing the transcriptomes
of the main stages by DNA microarrays generated in our laboratory
from a complete L. infantum shotgun genome library. These differences
are being assessed by RNAseq and iTRAQ techniques. Line II is based
on the study of the immune response against infection applied to the
development of vaccines in the dog model, improving the protection
obtained (70%) with new carriers.
The Fish Virus Laboratory. The control of viral diseases is essential
to maintain the levels of productivity in the aquaculture industry. Some
effective DNA vaccines exist but they are delivered by injection and there
are not practical to small fish. We have generated a DNA vaccine against
the infectious pancreatic necrosis virus (IPNV). The vaccine was encapsulated into alginate and incorporated into food pellets. The target VP2
gene was expressed in several organs and successfully induced innate
and specific immune-response and strong protection, with RPS of 86%.
Because the intestinal immunity regulation remain unsolved in teleost, we
have investigated the distribution of B cell through the digestive tract in
the vaccinated trout, identifying IgM+ and IgT+ in intraepithelial lymphocytes for the first time in fish. A differential regulation of several mucosal
chemokines, along the gut was also observed when comparing the
effects in response to IPNV to those elicited by the oral DNA vaccination.
Figura 2 | Figure 2
Mortalidad acumulativa de trucha arco iris vacunadas e infectadas por inmersión
con IPNV. Se alimentaron con (A) pienso comercial; (B) el plásmido vacío; (C, D) se
alimentaron 3 días con pienso y vacuna pcDNA-VP2 incorporada; (E,F) se vacunaron
individualmente con pipeta. A los 30 (A, C y E) y 15 días pv (D y F) se infectaron y
mantuvieron en observación durante 30 días.
Cumulative mortality of rainbow trout vaccinated and challenged by immersion with IPNV.
The fish were (A) mock vaccinated with food pellets (B) fed pellets with the empty plasmid;
(C, D) fed pellets incorporating the vaccine on 3 consecutive days; (E, F) pcDNA-VP2 vaccine
individually administered by pipette. The fish were challenged at 30 (A, C and E) and 15 days
pv (D and F), and monitored.
• Ballesteros NA, Castro R, Abos B, Rodriguez Saint-Jean, S, Pérez-Prieto, SI, Tafalla,
S [2013] The pyloric caeca area is a major site for IgM+ and IgT+ cell recruitment
in response to oral vaccination in rainbow trout. PLOsOne. vol 8. Issue 6.
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effective delivery method for a DNA vaccine against infectious pancreatic necrosis
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new cell line (SSP-9) derived from Atlantic salmon Salmo salar that express type
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necrosis virus, a rhabdovirus from salmonid fish. J Fish Dis 36: 467-481 (doi
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• Moreno MA, Alonso A, Alcolea PJ, Abramov A, de Lacoba MG, Abendroth J,
Zhang S, Edwards T, Lorimer D, Myler PJ et al: Tyrosine aminotransferase from
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Stage-specific differential gene expression in Leishmania infantum: from the
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doi: 10.1016/j.dnarep.2014.03.001.
Vaccine and Gene
Expression Group
91
24/6/15 12:48
Paloma López García
Investigadora Científica
[email protected]
PhD, 1978
Institute of Biochemistry and Biophysics,
Polish Academy of Science (Varsovia, Poland)
1981
Brookhaven National Laboratory (Upton, USA)
Research Associate, 1983
Brookhaven National Laboratory (Upton, USA)
Científica Titular, 1985
Jefa de Grupo, 1987
Investigadora Científica, 1992
CIB, CSIC
Investigadora del equipo |
Staff scientist:
Pilar Fernández de Palencia
Mª Luz Mohedano Bonillo
Sara Notararigo
Adrián Pérez Ramos
Mª Angeles Corrales González
Montserat Nacher Vázquez
https://www.cib.csic.es/es/grupo.php?idgrupo=41
Biología Molecular de Bacterias
Gram-Positivas
Nuestro grupo está interesado en el estudio de bacterias ácido lácticas (BAL) con potencial probiótico y de sus
rutas metabólicas, que conllevan a la síntesis de compuestos prebióticos, con capacidad de inmunomodulación o
con otras propiedades beneficiosas para la salud humana y animal. El objetivo final es encontrar microorganismos
y moléculas de interés para el desarrollo de alimentos funcionales probióticos, prebióticos y simbióticos.
E
n el bienio 2013-2014, en colaboración con la Dra. Alicia Prieto (CIB)
y los grupos de las Dras. Mª Teresa Dueñas de la Universidad del
País Vasco y Rosa Aznar de la Universidad de Valencia (UV), hemos
desarrollado métodos de purificación de exopolisacáridos bacterianos para
la posterior evaluación de su actividad biológica. Así, hemos comprobado
en colaboración con los grupos de la Dra. Isabel Pérez (CIB) y la UV, que
los dextranos producidos por BAL aisladas de productos cárnicos (Fig. 1)
poseen actividad antiviral frente a virus de salmónidos y provocan una estimulación de la inmununidad innata y adquirida de truchas arcoiris. El potencial del dextrano en el desarrollo de alimentos funcionales en el sector de
acuicultura ha sido protegido por solicitud de patente PCT. En colaboración
con el grupo del Dr. Angel Corbí (CIB) hemos comprobado que el (1, 3)(1,
2)-β-glucano producido por BAL aisladas de sidra y recombinantes posee
una actividad inmunomoduladora sobre macrófagos humanos y células
THP-1. Resultados que indican un potencial del glucano como coadyuvante
en enfermedades inflamatorias. Hemos desarrollado un método inmunológico, que permite la detección directa del glucano en matrices complejas.
También, utilizándolo, hemos caracterizado bioquímicamente el enzima que
sintetiza el polímero. Hemos determinado las propiedades probióticas de
BAL productoras de vitamina B2 aisladas de alimentos basados en cereales
y hemos propuesto un mecanismo de regulación de su producción, basado
en el plegamiento del mRNA codificado por el operón implicado en la producción de la vitamina. Finalmente, estamos desarrollando vectores plasmídicos, que codifican la proteína fluorescente mcherry. Entre otros, hemos
desarrollado un vector en colaboración con los grupos de los Dres. Miguel
Angel Pardo (AZTI-Tecnalia) y Giuseppe Spano de la Universidad de Foggia
(Italia), que permite la monitorización de la capacidad de BAL para interaccionar con enterocitos en un modelo de pez cebra gnotobiótico (Fig. 2).
Figura 1 | Figure 1
Detección de la producción de dextrano por bacterias aisladas de productos cárnicos. (A) Colonias bacterianas crecidas en medio MRS agar conteniendo glucosa o sacarosa como
fuente de carbono y (B) análisis a nivel celular mediante microscopía electrónica de transmisión.
Detection of dextran production by bacterial strains isolated from meat products. (A) Bacterial colonies growing on MRS agar containing glucose or sucrose as carbon source. ( B) Analysis at cellular
level by transmission electron microscopy.
Patentes | Patents
• Montserrat Nácher, Paloma López, Alicia Prieto, Sara Isabel Pérez, Sylvia
Rodríguez, Mª Luz Mohedano y Rosa Aznar. 5 Junio 2014. Secuencia de
nucleótidos codificante de una enzima con actividad dextransacarasa, células
que la expresan y su uso para la obtención de exopolisacáridos con actividad
antiviral y composiciones que los contienen. PCT/ES2014/070464
• FP7-PEOPLE-ITN-2008-238490 (Unión Europea)
• AGL2009-12998-C03 (MICINN)
• AGL2012-40084-C03 (MINECO)
92
24/6/15 12:49
Our group is engaged in the study of lactic acid
bacteria (LAB) with probiotic potential, and their
metabolic pathways, which lead to the synthesis
of prebiotic compounds with immunomodulating
activity or other properties that could be beneficial
to human or animal health. The final goal is to find
interesting microorganisms and compounds that
could be used to develop functional foods, probiotics,
prebiotics and symbiotics.
D
uring 2013-2014, in collaboration with Dr Alicia Prieto (CIB)
and the groups of Dr Mª Teresa Dueñas (Universidad de País
Vasco) and Dr Rosa Aznar (Universidad de Valencia) (UV) we
have developed methods for purifying bacterial exopolysaccharides for
subsequent evaluation of their biological activity. Thus we have shown,
in collaboration with the groups of Dr Isabel Pérez (CIB) and the UV,
that the dextrans produced by LAB strains (Fig. 1) isolated from meat
products possess antiviral activity against salmonid viruses and stimulate both the innate and acquired immune systems of rainbow trout.
A patent application has been filed to protect the potential use of the
dextrans in functional foods developed for the aquiculture industry. In
collaboration with the group of Dr Angel Corbi (CIB) we have shown
that a (1 → 3)(1 → 2)-β-D-glucan produced by LAB isolated from cider,
and recombinant strains, immunomodulates human macrophages
and THP-1 cells. The results indicated that the glucan could have utility as a co-adjuvant in inflammatory diseases. We have developed an
immunological method for the direct detection of the glucan in complex
media. Using this method we have also biochemically characterized the
enzyme that produces the polymer. We have also determined the probiotic properties of LAB strains that produce vitamin B2 (isolated from
cereal-based foods) and we have proposed a regulatory mechanism for
its production, based on the folding of the mRNA of the operon that is
responsible for the production of this vitamin. Finally, we are developing
plasmid vectors that encode the mcherry fluorescent protein. Amongst
others, we have developed a vector, in collaboration with the groups of
Dr Angel Pardo (AZTI-Technalia) and Dr Giuseppe Spano (Universidad
de Foggia, Italy) that has enabled us to observe the interaction of LAB
with enterocytes in a gnotobiotic zebrafish model (Fig. 2).
• Notararigo S, Nácher-Vázquez M, Ibarburu I, Werning ML, Fernández de Palencia P,
Dueñas MT, Aznar R, López P, Prieto A [2013] Comparative analysis of production
and purification of homo- and hetero-polysaccharides produced by lactic acid
bacteria. Carbohyd Polym 93:57–64.
• Russo P, Capozzi V, Arena MP, Spadaccino G., Dueñas MT, López P, Fiocco D,
Spano G [2014] Riboflavin-overproducing strains of Lactobacillus fermentum for
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• Mohedano ML, Russo P, de los Rios V, Capozzi V, Fernández de Palencia P,
Spano G, López P [2014] A partial proteome reference map of the wine lactic
acid bacterium Oenococcus oeni ATCC BAA-1163. Open Biol http://dx.doi.
org/10.1098/rsob.130154.
• Notararigo S, de las Casas-Engel M, Fernández de Palencia P, Corbí AL, López,P
[2014] Immunomodulation of human macrophages and myeloid cells by
2-substituted (1-3)-β-D-glucan from P. parvulus 2.6. Carbohyd Polym 112:
109–113.
• Campelo AB, Roces C, Mohedano ML, López P, Rodríguez A, Martínez B [2014] A
bacteriocin gene cluster able to enhance plasmid maintenance in Lactococcus
lactis. Microb Cell Fact 13:77.
• Werning ML, Pérez-Ramos A, Fernández de Palencia P, Mohedano ML., Dueñas MT,
Prieto A, López P [2014] A specific immunological method to detect and quantify
bacterial 2-substituted (1,3)-β-D-glucan. Carbohyd Polym 113:39-45.
• Arena MP, Russo P, Capozzi V., López P, Fiocco D, Spano G [2014] Probiotic
abilities of riboflavin-overproducing Lactobacillus strains: a novel promising
application of probiotics. Appl Microbiol Biotechnol 98:7569–7581.
• Mohedano ML, García-Cayuela T, Pérez-Ramos A, Gaiser AR, Requena T, López,
P [2015] Construction and validation of a mCherry protein vector for promoter
analysis in Lactobacillus acidophilus. J Ind Microbiol Biotechnol DOI: 10.1007/
s10295-014-1567-4.
• Russo P, Iturria I, Mohedano ML, Caggianiello G, Rainieri S, Fiocco D, Pardo MA,
López P, Spano G [2015] Zebrafish gut colonization by mCherry-labelled lactic
acid bacteria. Appl Microbiol Biotechnol DOI: 10.1007/s00253-014-6351-x.
Molecular Biology
of Gram-Positive
Bacteria
Figura 2 | Figure 2
Detección de la distribución intestinal de Lactobacillus plantarum B2 marcado fluorescentemente con el plásmido pRCR12. Larvas de pez zebra (A) infectadas con la bacteria (B)
fotografiadas a las 6 h (C) y a las 12 h (D) despues de la infección.Las flechas blancas marcan la localización de la estirpe en el intestino medio (a) o posterior (b).
Detection of intestinal distribution of Lactobacillus plantarum B2 fluorescently tagged with plasmid pRCR12. Zebrafish larvae (A) infected with the bacterium(B) photographyated at 6 h (C) and 12 h
(D) postinfection. White arrows mark the localization of the strain in the mid (a) or posterior (b) intestine.
93
24/6/15 12:49
Alicia Bravo García
Manuel Espinosa Padrón
Científica Titular
[email protected]
Profesor Ad Honorem
[email protected]
PhD, 1988
Profesor Ad Honorem, 2012
CIB, CSIC
Max-Planck Institut für molekulare Genetik
(Berlín)
Miembro de EMBO, 1996
Evaluador EMBO, 2007-2010
Young Investigator Programme
Investigadora contratada, 1993-2005
Centro de Biología Molecular ‘Severo
Ochoa’, Madrid
Evaluador, 2008-2012
Long-Term Fellowships
Coordinador, 2008-2015
Proyecto CONSOLIDER INTERMODS
Investigadora Programa Ramón y Cajal
2005-2007
Científica Titular, 2007
Jefa de Grupo, 2012
CIB, CSIC
Coordinador, 2009-2011
Red Española REDEEX
Presidente International, 2012-2014
Society of Plasmid Biology
Wai Ting Chan
Virtudes Solano Collado
Cristina Fernández López
Sofía Ruiz Cruz
Carolina Hierro Yap
Verónica Navarro Martínez
http://www.cib.csic.es/en/grupo.php?idgrupo=45
Expresión Génica y Transferencia
Genética en Bacterias
Trabajamos en la expresión global de genes de bacterias patógenas en condiciones de colonización de nuevos nichos o
cuando están sometidas a estrés. También estudiamos transferencia genética horizontal en estas bacterias.
1
Reguladores globales implicados en la virulencia de
Streptococcus pneumoniae y Enterococcus faecalis. Estamos trabajando en la caracterización molecular de reguladores de la familia Mga/AtxA. Hemos purificado la proteína MgaSpn de S. pneumoniae
y estudiado sus propiedades de unión a DNA. Utilizando DNA lineal
de cadena doble, hemos observado que MgaSpn reconoce determinadas conformaciones del DNA en lugar de una secuencia específica.
Tras unirse al sitio primario, MgaSpn genera complejos proteína-DNA
multiméricos. Actualmente, nuestro principal objetivo es identificar los
genes diana de los reguladores en estudio y analizar el papel de dichos
reguladores en virulencia.
2 Operones cromosómicos de Toxinas-Antitoxinas (TAS) de S. pneumoniae. Hemos clonado, secuenciado y caracterizado los genes
de tres TAS, y descrito la existencia de posibles nuevos sistemas.
Ensayos funcionales han demostrado que, además de los operones
relBE2Spn, yefMyoeBSpn y pezAT, en el cromosoma del pneumococo existe un cuarto operón que codifica la antitoxina PhD y la toxina
Doc. Se estudian los operones así como las características de unión
de las proteínas que codifican a sus DNAs diana.
3 Transferencia conjugativa del plásmido pMV158 mediada por la
relaxasa de DNA, MobM. Hemos purificado MobM y dos derivados
truncados: MobMN199 y MobMN243. Hemos analizado diversos
parámetros biofísicos y estructurales de las tres proteínas. Hemos
hallado un elemento genético integrativo y, quizás, movilizable en el
cromosoma de un aislado clínico de Streptococcus agalactiae. Este
elemento contiene un gen, mobSag, homólogo al gen mobM de
pMV158, y que estudiamos actualmente.
Figura 1 | Figure 1
Organización y regulación del operón phd (antitoxina)-doc (toxina) de pneumococos.
Se muestran: promotor, Shine-Dalgarno y repetición inversa (diana de PhD). La
regulación transcripcional del operón se probó mediante fusiones en un plásmido
que contiene el gen gfp sin promotor. Se observaron diversos niveles de GFP que
demuestran que Doc es un eficiente co-represor de la transcripción del operón.
Organization and regulation of the pneumococcal phd (antitoxin)-doc (toxin) operon.
Promoter, Shine-Dalgarno, and inverted repeat (target of PhD) are shown. Operon
transcriptional regulation was tested by gene fusions using a promoterless gfp-harboring
plasmid. Various levels of GFP were found, demonstrating that Doc is a co-repressor that
effectively represses transcription of the operon.
94
24/6/15 12:49
We work on global gene expression of pathogenic
bacteria when they are under conditions of
colonization of new niches or when they are
subjected to stress. We also study horizontal gene
transfer in our model bacteria.
1
Global
regulators
involved
in
the
virulence
of
Streptococcus pneumoniae and Enterococcus faecalis. We are
working on the molecular characterization of regulators that are
thought to be members of the Mga/AtxA family. We have purified the
pneumococcal MgaSpn protein and studied its DNA binding properties. Using linear double-stranded DNA, we have found that MgaSpn
recognizes particular DNA conformations rather than a specific nucleotide sequence. On binding to the primary site, MgaSpn generates multimeric protein-DNA complexes. At present, our main aim is to identify
the target genes of the regulators under study and to analyse the role
of such regulators in virulence.
2 Chromosomally-encoded Toxin-Antitoxin (TA) operons from
S. pneumoniae. We have cloned, sequenced and characterized the
genes corresponding to three TA systems (TAs). We have reported the
existence of new putative TAs. Functional assays have shown that, in
addition to the relBE2Spn, yefMyoeBSpn, and pezAT operons, in the
pneumococcal chromosome there is a fourth operon that encodes the
PhD antitoxin and the Doc toxin. We are also studying the DNA binding
features of the proteins and their interactions with their target DNAs.
• Chan WT, Yeo CC, Sadowy E, Espinosa M [2014] Functional validation of
putative toxin-antitoxin genes from the Gram-positive pathogen Streptococcus
pneumoniae: phd-doc is the fourth bona-fide operon. Front Microbiol 5:677
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Gram-positive bacteria: A low-cost conjugative transfer. Microbiol Spectrum. 2
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virulence transcriptional regulator generates multimeric complexes on linear
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(eBook) DOI 10.1007/978-3-642-33253-1
• 2008-2015: CSD2008-00013 (INTERMODS) (MICINN-MINECO)
• 2010-2013: BFU2009-11868 (MICINN-MINECO)
• 2013-2015: PIE-201320E028 (CSIC)
• 2014-2016: BIO2013-49148-C2-2-R (MINECO)
3 Conjugative transfer of plasmid pMV158. We have purified the relaxase
MobM and two truncated derivatives: MobMN199 and MobMN243.
We have studied several biophysical and structural parameters of the
three proteins. We have detected the presence of an Integrative and
Mobilizable Element (IME) in the chromosome of a clinical isolate of
Streptococcus agalactiae. This IME harbours a gene, mobSag, which is
a homolog of gene mobM from pMV158. At present we are studying the
function of the MobMSag protein on the mobilization of the IME island.
Bacterial Gene
Expression and
Gene Transfer
Figura 2 | Figure 2
El regulador MgaSpn de S. pneumoniae interacciona con una región del DNA (en rojo) que contiene el promotor de su propio gen (tratamiento de los complejos proteína-DNA con el
radical hidroxilo). F: DNA, C1: complejos proteína-DNA.
The MgaSpn regulator of S. pneumoniae interacts with a DNA region (in red) that contains the promoter of its own gene (hydroxyl radical treatment of the protein-DNA complexes). F: DNA, C1:
protein-DNA complexes.
95
24/6/15 12:49
Gloria del Solar Dongil
Investigadora Científica
[email protected]
PhD, 1991
Jefa de Grupo, 2003
Investigadora Científica, 2009
CIB, CSIC
José Ángel Ruiz-Masó
Tania Samir Rubio Lepe
Marta Sanz Pérez
Lorena Bordanaba Ruiseco
https://www.cib.csic.es/es/grupo.php?idgrupo=50
Replicación y Expresión del DNA
en Bacterias Gram-Positivas
PMV158 es el prototipo de una familia de plásmidos promiscuos que replican por “círculo rodante”.
Las singularidades del replicón básico de pMV158, así como la interacción de este plásmido con cepas de
neumococos adaptadas o no a las condiciones de crecimiento en el laboratorio, están siendo investigadas.
R
epB continúa siendo el único iniciador
de la replicación plasmídica por círculo
rodante con estructura atómica resuelta. Mediante la construcción y caracterización
de mutantes proteicos estamos estudiando
las bases moleculares que subyacen en: i) el
reconocimiento específico del DNA del origen
por RepB; ii) la actividad catalítica de RepB
en las etapas de iniciación y terminación de
la replicación; y iii) la posible participación
de RepB en el desenrollamiento del DNA.
El modelo derivado de estos análisis podría
ayudar a explicar la enorme promiscuidad del
plásmido pMV158.
CopG es el represor transcripcional más
pequeño que se ha caracterizado. La alta
afinidad y especificidad de CopG por su DNA
diana se basan en la unión secuencial y cooperativa de dímeros de CopG a los 4 sub-sitios
que constituyen su operador. En ausencia
de interacciones cooperativas, CopG sólo se
une al sitio primario del operador. Mediante
footprinting de alta resolución hemos determinado el orden secuencial de unión de CopG al
operador (Fig. 1). El modo de unión de CopG al
DNA, único entre las proteínas de la superfamilia RHH, arroja luz sobre el mecanismo usado
por este represor transcripcional para desalojar
a la RNAP establemente unida al promotor.
Cepas de neumococos libres de plásmidos
o conteniendo pMV158 se sometieron a un
proceso de adaptación al crecimiento en condiciones de laboratorio durante 500 generaciones. El incremento en “fitness” de las cepas
evolucionadas respecto a las parentales fue
algo mayor en el caso de los neumococos
que llevan el plásmido. Las cepas evolucionadas, independientemente de si llevan o no
plásmido, presentan una menor tendencia
que las parentales a formar las características
cadenas celulares de neumococos (Fig. 2).
Nuestro interés futuro es averiguar cómo han
evolucionado algunas características relacionadas con la patogenicidad de esta bacteria.
Publicaciones
Seleccionadas
• López-Aguilar, C., Ruiz-Masó, J. A., Rubio-Lepe, T. S.,
Sanz, M., del Solar, G. (2013). Translation initiation
of the replication initiator repB gene of promiscuous
plasmid pMV158 is led by an extended non-SD
sequence. Plasmid 70: 69-77.
• López-Aguilar, C. and del Solar, G. (2013). Probing
the sequence and structure of in vitro synthesized
antisense and target RNAs from the replication
control system of plasmid pMV158. Plasmid 70:
94-103.
• Ruiz-Masó, J. A., Machón, C., Bordanaba-Ruiseco,
L., Espinosa, M., del Solar, G. (2014). Plasmid
Rolling-Circle Replication. Microbiol Spectrum
3(1):PLAS-0035-2014. doi:10.1128/microbiolspec.
PLAS-0035-2014.
Figura 1 | Figure 1
Ocupación de los 4 sub-sitios (LA, LSE, RSE y RA) del operador de CopG en cada uno de los complejos formados por
la unión cooperativa de la proteína al DNA. El RSE es el sitio primario de unión de CopG.
Occupancy of the 4 sub-sites (LA, LSE, RSE and RA) of the CopG operator in each of the nucleoprotein complexes generated
by the cooperative binding of the protein to its target DNA. RSE is the primary binding site of CopG.
• CSD00C-08-41920 (MINECO)
• BFU2010-19597/BMC (MINECO)
• BFU2011-14145-E (MINECO)
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Optical microscope images of pneumococcal cells in parental and evolved strains either containing or not plasmid pMV158. The Table displays the differences in fitness between the studied strains.
Replication and Expression of DNA
in Gram-Positive Bacteria
PMV158 is the prototype of a family of promiscuous plasmids replicating by the “rolling-circle” mechanism. The
singularities of the pMV158 basic replicon, as well as the interaction of this plasmid with pneumococcal strains
either adapted or non-adapted to laboratory growth conditions, are being investigated.
R
epB remains the unique plasmidencoded initiator of rolling-circle replication with solved atomic structure.
By constructing and characterizing protein
mutants, we are currently studying the molecular bases underlying: i) the specific recognition of the plasmid origin DNA; ii) the RepB
catalytic activity involved in the initiation and
termination of replication; and iii) the potential
role of RepB in the unwinding of the DNA
double helix. The model arising from these
analyses might help explain the enormous
promiscuity of plasmid pMV158.
CopG is the smaller transcriptional repressor
characterized so far. The high affinity and specificity of CopG for its target DNA lie on the sequential
and cooperative binding of CopG dimers to the 4
sub-sites composing its operator. In the absence
of cooperative interactions, CopG can only bind
to the primary site of the operator. By highresolution footprinting, we have determined the
sequential order of CopG binding to its operator
(Fig. 1). The mode of CopG binding to the DNA,
which is singular among proteins of the RHH
superfamily, throws some light on the mechanism
used by this transcriptional repressor to dislodge
RNAP stably bound to the promoter.
Plasmid-free or pMV158-containing pneumococcal strains underwent a process of
adaptation to the laboratory culture conditions for 500 generations. The increase in
fitness of the evolved strains relative to the
parental strains was somewhat larger for the
plasmid-containing bacteria. Irrespective of
the presence or absence of the plasmid, the
evolved strains show a lower tendency to
form the characteristic pneumococcal cellular
chains (Fig. 2). We are interested in analyzing
the potential evolution of some traits related to
the pathogenicity of this bacterium.
Figura 2 | Figure 2
Aspecto al microscopio óptico de las células de estirpes parentales y evolucionadas de neumococos con o sin pMV158. La Tabla muestra las diferencias en fitness entre las distintas
cepas analizadas.
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Ramón Díaz Orejas
Profesor vinculado ad honorem
[email protected]
Dr. en CC. Químicas (Bioquímica),1977
Posdoctorales, 1975-1981
Universidad de Leicester (UK)
Universidad de Odense (DK)
Instituto Max-Planck de Genética
Molecular
(Berlin, Alemania)
Jefe de Grupo en el CIB, 1981
Profesor vinculado ad honorem, 2014
CIB, CSIC
Ana María Hernández Arriaga
Juan López Villarejo
Damian Lobato Márquez
Inmaculada Moreno Córdoba
Srdja Drakulic
Lidia de Tapia Hernández
Sistemas Toxina-antitoxina Bacterianos
Los sistemas toxina-antitoxina (TA) son pequeños módulos dispensables descubiertos en eubacterias capaces de
inhibir condicionalmente la proliferación celular en respuesta a diferentes estímulos. Nuestros estudios focalizan
en la regulación y función del sistema parD o kis-kid del plámido R1 y más recientemente en el papel de los
sistemas TA de Salmonella enterica en la biología de la infección.
L
os sistemas TA microbianos son pequeños módulos de mantenimiento, frecuentemente operones bicistrónicos autorregulados, que
incluyen los genes de una toxina estable que actúa intracelularmente
y de una antitoxina inestable. Estos sistemas se activan en respuesta a
distintos estímulos contribuyendo al mantenimiento del genoma microbiano variable, a la respuesta de las poblaciones bacterianas a distintas
condiciones de estrés y a la colonización de nuevos nichos ecológicos. En
contexto clínico los sistemas TA están vinculados a la persistencia de resistencias a antibióticos y factores de virulencia. Más recientemente distintos
laboratorios, entre ellos el nuestro, han probado que los sistemas TA participan en la supervivencia de bacterias patógenas en células infectadas.
Los sistemas TA se encuentran en plásmidos y cromosomas y son muy
abundantes en bacterias y arqueas. Debido a su abundancia y a su interés
básico, clínico y biotecnológcos su estudio atrae un interés creciente.
Nuestro laboratorio descubrió el segundo sistema TA descrito, el sistema
parD (kis, kid) del factor de resistencia a antibióticos R1; desde entonces
estudiamos la biología de este sistema analizando desde una perspectiva integrada la estructura, regulación y función de sus componentes, las
interrelaciones de este sistema con otros módulos de mantenimiento y
con procesos celulares básicos así como las proyecciones biotecnológicas del mismo. Más recientemente hemos iniciado el estudio integral
del papel de los sistemas TA de Salmonella enterica srv. Typhimurium en
la biología de la infección. Hemos identificado y analizado 27 sistemas
TA de tipo I y tipo II en y verificado que sólo un grupo reducido de los
sistemas functionales de este patógeno participa significativamente en
la supervivencia de la bacteria en las células infectadas.
Figura 1 | Figure 1
Tres vistas caracteristicas del volúmen 3DEM de
un complejo kiskid:5´-ADN streptavidina marcado
con tinción negativa. Los modelos atómicos de los
octámeros KisKid y del tetrámero de estreptavidina
estan coloreados como: dímero de Kid en rojo;
dímeros de Kis en azúl y estreptavidina en negro.
Three characteristic views of the 3DEM volume of the
negative stained KisKid:5´-template DNA:streptavidin
complex as indicated. The fitted atomic models of KisKid
octamers and streptavidin tetramer are coloured as: Kid
dimer red; Kis dimer blue; streptavidin-black.
• CSD2008-00013 (MICINN)
• BFU2011-25939 (MICINN)
• Ana María Hernández-Arriaga, Wai-tin Chan, Manuel Espinosa Padrón and Ramón
Díaz-Orejas [2014] Conditional activation of toxin-antitoxin systems: postsegregational killing and beyond. Microbiology Spectrum 2 (5): PLAS-00092013. doi: 10 1128/microbiolspec. PLAS-0009-2013.
• Juan López-Villarejo, Damián Lobato-Márquez and Ramón Díaz-Orejas. [2015]
Coupling between the basic replicon and the kis-kid maintenance system of
plasmid R1: Modulation by Kis antitoxin levels and involvement in ccontrol of
plasmid replication. Toxins 7 (2): 478-492.
• Damián Lobato-Marquez, Inmaculada Moreno-Córdoba, Virginia Figueroa, Ramón
Díaz-Orejas and Francisco-García del portillo. [2015] Distinct type I and type II toxinantitoxin modules control Salmonella lifestyle inside eukaryotic cells. Sci. Rep. 5,
9374; DOI:10.1038/srep09374.
• Diago-Navarro E, Hernandez-Arriaga AM, Diaz-Orejas R [2013] Type II Toxin-Antitoxin
Loci Encoded by Plasmids. In: K. Gerdes (ed.): Prokaryotic Toxin-Antitoxins.
Springer-Verlag Berlin Heidelberg, pp 267-294. ISBN 978-3-642-33252-4
ISBN 978-3-642-33253-1 (eBook) DOI 10.1007/978-3-642-33253-1.
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Toxin-antitoxin (TA) systems were discovered in eubacteria and characterized as dispensable small modules
able to inhibit proliferation and cell viability in response to different stress conditions. Our interest focus on
the regulation and function of the parD (kis, kid) TA system of plasmid R1 and more recently in the role of TA
systems of Salmonella enterica in the infection of eukaryotic cells.
B
acterial TA systems are small bifunctional modules containing the genes
of a growth inhibitor, a toxin, and a
second component, an antitoxin, that inhibits
toxin synthesis or neutralizes its activity. TA
systems are activated due to the decay of the
antitoxin and this occurs in response to different conditions. Their activation contribute to
the maintenance of variable bacterial genome
and also to the survival of bacteria to stress
conditions thus favouring colonization of new
ecological niches. In a clinical context TA systems are linked to the persistence of antibiotic
resistances and virulence determinants. More
recently it has been found that these systems
contribute in a significant way to the survival
of bacterial pathogens in infected cells. Due to
their aboundance, to the range of processes
affected by the different toxins and to their
clinical and biotechnological implications, the
study of TA systems is a very active field in
Microbiology.
Our laboratory discovered one of the first TA
systems described: the parD (kis, kid) system
of the antibiotic resistance plasmid R1 of
enterobacteria. Since then we have studied
the biology of this system. For this purpose
we characterized at the structural and functional levels their individual components; we
analyzed the regulation of this system; studied
its interactions with other TA modules and
analysed its relationships with the replication
functions of the plasmid and explored its
biotechnological potential in eukaryotes. More
recently we initiated an integral study of the
role of TA de Salmonella in the infection biology of this pathogen. We identified and analyzed 27 TA system of Salmonella enterica srv.
Tiphymurium and found that only a reduced
group of the “bona fide” TA systems found,
contribute in a significant way to bacterial survival within infected cells.
Figura 2 | Figure 2
Sistemas TA de Salmonella: localizacion de sistemas TA en el genoma de Salmonella enterica srv. Typhimurium y distribución de estos sistemas en estirpes patogénas y no patogenas.
Bacterial Toxin-Antitoxin Systems
TA systems of Salmonella: localization of TA systems in the genome of Samonella enterica srv. Typhimurium and distribution of TA systems in pathogenic and non-pathogenic strains.
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04 Microbiologia Molecular y Biologia de... 15448KB

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