Structure and function of the Ts2631 endolysin of <i>Thermus scotoductus</i> phage vB_Tsc2631 with unique N-terminal extension used for peptidoglycan binding

Abstract To escape from hosts after completing their life cycle, bacteriophages often use endolysins, which degrade bacterial peptidoglycan. While mesophilic phages have been extensively studied, their thermophilic counterparts are not well characterized. Here, we present a detailed analysis of the structure and function of Ts2631 endolysin from thermophilic phage vB_Tsc2631, which is a zinc-dependent amidase. The active site of Ts2631 consists of His30, Tyr58, His131 and Cys139, which are involved in Zn2+ coordination and catalysis. We found that the active site residues are necessary for lysis yet not crucial for peptidoglycan binding. To elucidate residues involved in the enzyme interaction with peptidoglycan, we tested single-residue substitution variants and identified Tyr60 and Lys70 as essential residues. Moreover, substitution of Cys80, abrogating disulfide bridge formation, inactivates Ts2631, as do substitutions of His31, Thr32 and Asn85 residues. The endolysin contains a positively charged N-terminal extension of 20 residues that can protrude from the remainder of the enzyme and is crucial for peptidoglycan binding. We show that the deletion of 20 residues from the N-terminus abolished the bacteriolytic activity of the enzyme. Because Ts2631 exhibits intrinsic antibacterial activity and unusual thermal stability, it is perfectly suited as a scaffold for the development of antimicrobial agents

GFI1 proteins regulate stem cell formation in the AGM

In vertebrates, the first haematopoietic stem cells (HSCs) with multi-lineage and long-term repopulating potential arise in the AGM (aorta-gonad-mesonephros) region. These HSCs are generated from a rare and transient subset of endothelial cells, called haemogenic endothelium (HE), through an endothelial-to-haematopoietic transition (EHT). Here, we establish the absolute requirement of the transcriptional repressors GFI1 and GFI1B (growth factor independence 1 and 1B) in this unique trans-differentiation process. We first demonstrate that Gfi1 expression specifically defines the rare population of HE that generates emerging HSCs. We further establish that in the absence of GFI1 proteins, HSCs and haematopoietic progenitor cells are not produced in the AGM, revealing the critical requirement for GFI1 proteins in intra-embryonic EHT. Finally, we demonstrate that GFI1 proteins recruit the chromatin-modifying protein LSD1, a member of the CoREST repressive complex, to epigenetically silence the endothelial program in HE and allow the emergence of blood cells.We thank the staff at the Advanced Imaging, animal facility, Molecular Biology Core facilities and Flow Cytometry of CRUK Manchester Institute for technical support and Michael Lie-A-Ling and Elli Marinopoulou for initiating the DamID-PIP bioinformatics project. We thank members of the Stem Cell Biology group, the Stem Cell Haematopoiesis groups and Martin Gering for valuable advice and critical reading of the manuscript. Work in our laboratory is supported by the Leukaemia and Lymphoma Research Foundation (LLR), Cancer Research UK (CRUK) and the Biotechnology and Biological Sciences Research Council (BBSRC). SC is the recipient of an MRC senior fellowship (MR/J009202/1).This is the author accepted manuscript. The final version is available from NPG via http://dx.doi.org/10.1038/ncb327

Enterobactin-Mediated Delivery of β-Lactam Antibiotics Enhances Antibacterial Activity against Pathogenic Escherichia coli

The design, synthesis, and characterization of enterobactin–antibiotic conjugates, hereafter Ent-Amp/Amx, where the β-lactam antibiotics ampicillin (Amp) and amoxicillin (Amx) are linked to a monofunctionalized enterobactin scaffold via a stable poly(ethylene glycol) linker are reported. Under conditions of iron limitation, these siderophore-modified antibiotics provide enhanced antibacterial activity against Escherichia coli strains, including uropathogenic E. coli CFT073 and UTI89, enterohemorrhagic E. coli O157:H7, and enterotoxigenic E. coli O78:H11, compared to the parent β-lactams. Studies with E. coli K-12 derivatives defective in ferric enterobactin transport reveal that the enhanced antibacterial activity observed for this strain requires the outer membrane ferric enterobactin transporter FepA. A remarkable 1000-fold decrease in minimum inhibitory concentration (MIC) value is observed for uropathogenic E. coli CFT073 relative to Amp/Amx, and time-kill kinetic studies demonstrate that Ent-Amp/Amx kill this strain more rapidly at 10-fold lower concentrations than the parent antibiotics. Moreover, Ent-Amp and Ent-Amx selectively kill E. coli CFT073 co-cultured with other bacterial species such as Staphylococcus aureus, and Ent-Amp exhibits low cytotoxicity against human T84 intestinal cells in both the apo and iron-bound forms. These studies demonstrate that the native enterobactin platform provides a means to effectively deliver antibacterial cargo across the outer membrane permeability barrier of Gram-negative pathogens utilizing enterobactin for iron acquisition.Pacific Southwest Regional Center of Excellence for Biodefense and Emerging Infectious DiseaseKinship Foundation. Searle Scholars ProgramMassachusetts Institute of Technology. Department of Chemistr

IL-6 Mediated Degeneration of Forebrain GABAergic Interneurons and Cognitive Impairment in Aged Mice through Activation of Neuronal NADPH Oxidase

BACKGROUND:Multiple studies have shown that plasma levels of the pro-inflammatory cytokine interleukin-6 (IL-6) are elevated in patients with important and prevalent adverse health conditions, including atherosclerosis, diabetes, obesity, obstructive sleep apnea, hypertension, and frailty. Higher plasma levels of IL-6, in turn, increase the risk of many conditions associated with aging including age-related cognitive decline. However, the mechanisms underlying this association between IL-6 and cognitive vulnerability remain unclear. METHODS AND FINDINGS:We investigated the role of IL-6 in brain aging in young (4 mo) and aged (24 mo) wild-type C57BL6 and genetically-matched IL-6(-/-) mice, and determined that IL-6 was necessary and sufficient for increased neuronal expression of the superoxide-producing immune enzyme, NADPH-oxidase, and this was mediated by non-canonical NFkappaB signaling. Furthermore, superoxide production by NADPH-oxidase was directly responsible for age-related loss of parvalbumin (PV)-expressing GABAergic interneurons, neurons essential for normal information processing, encoding, and retrieval in hippocampus and cortex. Targeted deletion of IL-6 or elimination of superoxide by chronic treatment with a superoxide-dismutase mimetic prevented age-related loss of PV-interneurons and reversed age-related cognitive deficits on three standard tests of spatial learning and recall. CONCLUSIONS:Present results indicate that IL-6 mediates age-related loss of critical PV-expressing GABAergic interneurons through increased neuronal NADPH-oxidase-derived superoxide production, and that rescue of these interneurons preserves cognitive performance in aging mice, suggesting that elevated peripheral IL-6 levels may be directly and mechanistically linked to long-lasting cognitive deficits in even normal older individuals. Further, because PV-interneurons are also selectively affected by commonly used anesthetic agents and drugs, our findings imply that IL-6 levels may predict adverse CNS effects in older patients exposed to these compounds through specific derangements in inhibitory interneurons, and that therapies directed at lowering IL-6 may have cognitive benefits clinically

Assessment of dietary intake of lower secondary school students from Bialystok with differentiated state of nutrition

Wprowadzenie. Jak wykazują badania, błędy związane ze sposobem żywienia oraz ciągle malejąca aktywność fizyczna powodują, iż choroby dietozależne stanowią współcześnie istotny problem epidemiologii żywieniowej. Cel. Celem badań była ocena sposobu żywienia młodzieży gimnazjalnej o zróżnicowanym stopniu odżywienia. Zbadano również wpływ wybranych czynników warunkujących sytuację społeczno-ekonomiczną rodziny (wykształcenie rodziców, liczba dzieci w rodzinie) na stan odżywienia badanych dzieci. Materiał i metody. Badaniami objęto 947 uczniów szkół gimnazjalnych z Białegostoku, w tym 517 dziewcząt i 430 chłopców. Na podstawie wartości wskaźnika BMI wytypowano dzieci z prawidłową masą ciała (ogółem 666 dzieci, BMI 10-85c) oraz z nadmierną masą ciała (ogółem 243 osoby): z nadwagą (BMI 85-95c)- i otyłością (BMI≥95c). W badaniach wykorzystano kwestionariusz ankiety zawierający pytania dotyczące wybranych czynników warunkujących sytuację społeczno- ekonomiczną rodziny. Oceny ilościowej dziennych racji pokarmowych dokonano przy użyciu 24-godz. wywiadu żywieniowego z dnia poprzedzającego badanie. Wyniki. Wykazano, iż racje pokarmowe badanych dzieci cechowały się niską podażą energii, węglowodanów i błonnika pokarmowego oraz wysoką podażą białka. Nadmierną podaż stwierdzono także w przypadku tłuszczy w grupie chłopców z nadwagą lub otyłością. W badaniach wykazano, iż wykształcenie rodziców nie było czynnikiem istotnie różnicującym stan odżywienia badanych, aczkolwiek chłopcy z prawidłową masą ciała posiadali istotną statystycznie mniejszą liczbę rodzeństwa w porównaniu z chłopcami z nadmierną masą ciała. Wnioski. Wykazano nieracjonalny i niedostosowany do wieku rozwojowego sposób żywienia badanych dzieci, niezależnie od ich płci i stanu odżywienia. Wykazane w badaniach własnych występowanie znacznego odsetka dzieci z nadmierną masą ciała przy utrzymującym się nieprawidłowym sposobie żywienia badanych wymaga działań edukacyjnych, z uwzględnieniem umiejętności doboru produktów nie tylko ze względu na ich wartość kaloryczną, ale również wzajemne proporcje spożycia podstawowych składników odżywczych.Background. The studies has indicated that mistakes related to nutritional manner and continuously decreasing level of physical activity cause that diet related diseases became an important issue of nutritional epidemiology. Objective. The aim of the study was the estimation of dietary intake of lower secondary school students with differentiated state of nutrition. The effect of selected socio-economic determinants (parents education, the number of children in the family) on the nutritional status of examined children was also considered. Material and methods. The study group involved 947 students from lower secondary school in Bialystok, including 517 girls and 430 boys. Children with normal weight (total number 666, BMI 10-85c) and excessive body weight (total number 243)- with overweight (BMI 85-95c) and obesity (BMI ≥95c) were selected based on the value of BMI indicator. The study questionnaire contained questions concerning socio-economic determinants. A 24h dietary recall was taken of the day preceding the examination in order to perform a quantitative evaluation of daily food rations. Results. Daily food rations of the study children were characterized by insufficient intakes of energy, carbohydrates and dietary fiber. Excessive intake of protein were noted in the study children. Excessive intake of fats was also noted in daily food rations of boys with overweight or obesity. There were no statistically significant differences in the education of parents, depending on the nutritional status of children, however boys of normal weight had a statistically significant lower number of siblings, compared with boys with excessive body weight. Conclusions. The investigation showed the inappropriate dietary intake for children and adolescent, independently on their gender and nutritional status. Found in our study the presence of a significant proportion of children with excessive body weight with incorrect dietary intake requires the nutrition education including the ability to select products, not only because of their caloric value, but also relative proportions of intake of essential nutrients

Selected nutritional habits children and teenagers aged 10-15 years

Cel badań. Celem badań była ocena wybranych zwyczajów żywieniowych w grupie dzieci i młodzieży, uczęszczających do białostockich szkół podstawowych i gimnazjów. Materiał i metody. Łącznie przebadano 1829 dzieci w wieku 10-15 lat (884 dzieci ze szkół podstawowych i 945 uczniów gimnazjów). U badanych dokonano pomiarów wysokości i masy ciała, które posłużyły do wyliczenia wskaźnika masy ciała BMI. Wartość BMI odniesiono do siatek centylowych przyjmując kryteria oceny zalecane przez Instytut Matki i Dziecka w Warszawie. Ocena zwyczajów żywieniowych dzieci i młodzieży została przeprowadzona za pomocą kwestionariusza ankiety (opracowanego w Zakładzie Dietetyki i Żywienia Klinicznego Uniwersytetu Medycznego w Białymstoku). Kwestionariusz zawierał pytania dotyczące; liczby, rodzaju zwyczajowo spożywanych posiłków, ich regularności, częstotliwości dojadania między nimi oraz częstotliwości spożywania wybranych grup produktów spożywczych. Wyniki. W badanej grupie 1829 uczniów należną masę ciała stwierdzono u ponad 66% badanej populacji. Analizując liczbę spożywanych posiłków stwierdzono, że blisko połowa wszystkich badanych uczniów spożywała 4 posiłki dziennie. Do posiłków spożywanych z największą częstotliwością należały obiad, pierwsze śniadanie i kolacja. Wykazano, iż dziewczęta zarówno z młodszej jak i starszej grupy wiekowej istotnie częściej uwzględniały w swoich racjach pokarmowych spożywanie drugich śniadań w porównaniu z chłopcami. Dość powszechnym zjawiskiem wśród wszystkich badanych dzieci było dojadanie między posiłkami. Odnotowano we wszystkich porównywanych grupach niskie spożycie kasz, pieczywa razowego, mleka, serów twarogowych, ryb, roślin strączkowych oraz surowych warzyw. Jednocześnie wykazano, iż zarówno starsi jak i młodsi chłopcy istotnie częściej spożywali mięso i jego przetwory w porównaniu z dziewczętami. Tendencję odwrotną odnotowano w przypadku spożycia surowych owoców. Większość badanych dzieci i młodzieży bez względu na płeć deklarowała nadmierne spożycie słodyczy, co może mieć niekorzystny wpływ na ich dalszy rozwój i zdrowie. Wnioski. Wykazane w badaniu własnym występowanie znacznego odsetka dzieci z nadmierną masą ciała przy utrzymującym się nieprawidłowym sposobie żywienia badanych dzieci wymaga ukierunkowanych działań edukacyjnych z zakresu profilaktyki chorób dietozależnych, zarówno w środowisku szkolnym jak i domowym.Objective. The aim of the study was the evaluation of chosen nutritional habits in group of children and teenagers attending elementary schools and junior high schools in Bialystok. Material and methods. All together there were examined 1829 children aged 10 to 15 (884 children from primary school and 945 students of junior high school). Body height and weight were measured to assess Body Mass Index. The results were interpreted with the use of the centile charts for the children recommended by The Institute of Mother and Child in Warsaw. Nutritional habits of children and teenagers were assessed based on the questionnaire form (designed in the Department of Dietetics and Clinical Nutrition, Medical University of Bialystok). The questionnaire contained questions regarding the number and type commonly consumed meals, the regularity of consumption, the frequency of additional eating between meals, and the frequency of consumption of selected groups of food products. Results. In the study group of 1829 children the proper body weight was observed in more than 66% of the examined population. By analyzing the number of consumed meals it was stated that nearly half of all examined children consumed 4 meals a day. Among meals consumed most frequently were dinner, breakfast and supper. It was revealed that in comparison to boys girls of both younger and older group considerably more frequently included in their rations consumption of lunch. Eating between meals was rather common occurrence among all of the examined children. In all of compared groups low consumption of porridge, whole meal bread, milk, curd cheese, fishes, leguminous plants and raw fruits. At the same time it was shown that both older and younger boys considerably more often consumed meat and its preserves. Opposite tendency was noted in case of consumption of raw fruits. The majority of examined children and teenagers independently of gender groups declared excessive intake of sweets, which may have an unfavourable impact on their further development and health. Conclusions. Shown in this study a significant proportion of children with excessive body weight with persistently incorrect dietary intake requires targeted educational activities including prevention of diet related diseases, both in the school and home environment

Influence of selected dietary components on the functioning of the human nervous system

The diet is directly connected not only with the physical status but also with the functioning of the brain and the mental status. The potentially beneficial nutrients with a protective effect on the nervous system function include amino acids (tryptophan, phenylalanine, tyrosine, taurine), glucose and vitamins C, E, D and beta-carotene, B group vitamins (vitamin B12, vitamin B6, vitamin B4, vitamin B1) and minerals (selenium, zinc, magnesium, sodium, iron, copper, manganese, iodine). The presence of antioxidants in the diet protects against oxidative damage to nervous system cells. Biochemical data indicate that polyunsaturated fatty acids such as arachidonic acid (AA), docosahexaenoic acid (DHA), eicosapentaenoic acid (EPA) and gamma-linolenic acid (GLA) as structural components of the nervous system play a key role in its function. The nutrition of the entire body also influences the production of neurotransmitters in the brain. A diet without an appropriate supply of protein, mineral nutrients or vitamins may result in a failure to form appropriately balanced numbers of neurotransmitters, which, as a result, may lead to neurotransmission dysfunction. This is the reason why proper nutrition is based on vegetables, fruits, whole-grain cereal products supplemented with products providing full-value protein (dairy products, fish, lean meat) and high-quality fat products (vegetable oils, fish fats).Sposób żywienia ma bezpośredni związek nie tylko ze stanem fizycznym ale również z funkcjonowaniem mózgu i kondycją psychiczną. Wśród potencjalnie dobroczynnych składników pożywienia działających protekcyjnie na funkcjonowanie układu nerwowego wymienia się między innymi aminokwasy (tryptofan, fenyloalanina, tyrozyna, tauryna), glukozę oraz witaminy C, E, D i beta-karoten, witaminy z grupy B (witamina B12, witamina B6, witamin B4, witaminaB1) oraz składniki mineralne (selen, cynk, magnez, sód, żelazo, miedź, mangan, jod). Obecność w diecie przeciwutleniaczy chroni przed oksydacyjnym uszkodzeniem komórek układu nerwowego. Dane biochemiczne wskazują, że wielonienasycone kwasy tłuszczowe takie jak kwas arachidonowy (AA), kwas dokozaheksaenowy (DHA), kwas eikozapentaenowy (EPA) oraz gamma-linolenowy (GLA) jako składniki strukturalne układu nerwowego odgrywają kluczową rolę w jego funkcjonowaniu. Odżywienie całego organizmu wpływa na wytwarzanie w mózgu neurotransmiterów. Brak w diecie odpowiedniej podaży energii, białka, związków mineralnych czy witamin może spowodować niewykształcenie odpowiednio zbilansowanych ilości neurotransmiterów, co w efekcie może prowadzić do dysfunkcji neurotransmisyjnej czego konsekwencją mogą być różne zaburzenia stanu psychicznego. Dlatego, tak ważne jest prawidłowe żywienie opierające się na warzywach, owocach, produktach zbożowych z pełnego przemiału uzupełnione produktami dostarczającymi pełnowartościowego białka (produkty mlecze, ryby, chude mięso) oraz produktami tłuszczowymi o wysokiej jakości (oleje roślinne, tłuszcze pochodzące z ryb)

Nutritional value of daily food rations in 10. year old children with different body weight

Celem pracy była ocena liczby i rodzaju spożywanych posiłków w ciągu dnia oraz porównanie wartości energetycznej i odżywczej posiłków w dietach dzieci z prawidłową i nadmierną masą ciała. Badania przeprowadzono w grupie 280 dzieci 10 letnich (141 dziewcząt i 139 chłopców) z miasta Białegostoku. Ocenę ilościową dziennych racji pokarmowych dokonano przy użyciu 24-godzinnego wywiadu żywieniowego z dnia poprzedzającego badanie. Ocenie poddano, z uwzględnieniem podziału na posiłki, wartość energetyczną oraz zawartość podstawowych składników odżywczych diety, a także zawartość cholesterolu i błonnika pokarmowego, wykorzystując opracowany w Instytucie Żywności i Żywienia w Warszawie program komputerowy Dieta 2.0. Wykazano, iż w porównywanych grupach dominował model 4 posiłkowy, a najczęściej opuszczanym posiłkiem był podwieczorek. Do dojadania między posiłkami przyznawało się 95% dzieci z prawidłową masą ciała i 100% z nadmierną masą ciała. Wykazano nieprawidłowości zarówno w zakresie dostarczania energii z poszczególnych posiłków jak i ich wartości odżywczej, zwłaszcza u dzieci z nadwagą lub otyłością.The study objective was to assess the number and type of the daily consumed meals and to make a comparison between energetic and nutritional value in the meals consumed by children with normal and excessive body weight. A study was conducted in a group of 280 children aged 10 years (141 girls and 139 boys) in Bialystok. A 24 h dietary recall was taken of the day preceding the examination in order to perform a quantitative evaluation of daily food rations. Taking into consideration the particular meals, the energetic value and the content of basic dietary nutrients. Also cholesterol and fiber were evaluated, using the computer program Diet 2.0 developed in the Institute of Food and Nutrition in Warsaw. In the tested groups, a four-meal model predominated and the afternoon snack was most frequently missed. As many as 95% of children with normal body weight and 100% of children with excessive body weight admitted irregular eating between meals. The proportion in energy delivery from the respective meals was disturbed and nutritional abnormalities were found especially in the overweighted and obese children