Self-adaptive Scouting---Autonomous Experimentation for Systems Biology

We introduce a new algorithm for autonomous experimentation. This algorithm uses evolution to drive exploration during scientific discovery. Population size and mutation strength are self-adaptive. The only variables remaining to be set are the limits and maximum resolution of the parameters in the experiment. In practice, these are determined by instrumentation. Aside from conducting physical experiments, the algorithm is a valuable tool for investigating simulation models of biological systems. We illustrate the operation of the algorithm on a model of HIV-immune system interaction. Finally, the difference between scouting and optimization is discussed

The Journal of Biological Chemistry / Structural analyses of Arabidopsis thaliana legumain reveal differential recognition and processing of proteolysis and ligation substrates

Legumain is a dual-function proteasepeptide ligase whose activities are of great interest to researchers studying plant physiology and to biotechnological applications. However, the molecular mechanisms determining the specificities for proteolysis and ligation are unclear because structural information on the substrate recognition by a fully activated plant legumain is unavailable. Here, we present the X-ray structure of Arabidopsis thaliana legumain isoform (AtLEG) in complex with the covalent peptidic Ac-YVAD chloromethyl ketone (CMK) inhibitor targeting the catalytic cysteine. Mapping of the specificity pockets preceding the substrate-cleavage site explained the known substrate preference. The comparison of inhibited and free AtLEG structures disclosed a substrate-induced disorderorder transition with synergistic rearrangements in the substrate-recognition sites. Docking and in vitro studies with an AtLEG ligase substrate, sunflower trypsin inhibitor (SFTI), revealed a canonical, protease substratelike binding to the active sitebinding pockets preceding and following the cleavage site. We found the interaction of the second residue after the scissile bond, P2′S2′, to be critical for deciding on proteolysis versus cyclization. cis-trans-Isomerization of the cyclic peptide product triggered its release from the AtLEG active site and prevented inadvertent cleavage. The presented integrative mechanisms of proteolysis and ligation (transpeptidation) explain the interdependence of legumain and its preferred substrates and provide a rational framework for engineering optimized proteases, ligases, and substrates.W_01213M1901(VLID)266778

Clinical relevance of lung transplantation for COVID-19 ARDS: a nationwide study

BACKGROUND: Although the number of lung transplantations (LTx) performed worldwide for COVID-19 induced acute respiratory distress syndrome (ARDS) is still low, there is general agreement that this treatment can save a subgroup of most severly ill patients with irreversible lung damage. However, the true proportion of patients eligible for LTx, the overall outcome and the impact of LTx to the pandemic are unknown. METHODS: A retrospective analysis was performed using a nationwide registry of hospitalised patients with confirmed severe acute respiratory syndrome coronavirus type 2 (SARS-Cov-2) infection admitted between January 1, 2020 and May 30, 2021 in Austria. Patients referred to one of the two Austrian LTx centers were analyzed and grouped into patients accepted and rejected for LTx. Detailed outcome analysis was performed for all patients who received a LTx for post-COVID-19 ARDS and compared to patients who underwent LTx for other indications. RESULTS: Between January 1, 2020 and May 30, 2021, 39.485 patients were hospitalised for COVID-19 in Austria. 2323 required mechanical ventilation, 183 received extra-corporeal membrane oxygenation (ECMO) support. 106 patients with severe COVID-19 ARDS were referred for LTx. Of these, 19 (18%) underwent LTx. 30-day mortality after LTx was 0% for COVID-19 ARDS transplant recipients. With a median follow-up of 134 (47–450) days, 14/19 patients are alive. CONCLUSIONS: Early referral of ECMO patients to a LTx center is pivotal in order to select patients eligible for LTx. Transplantation offers excellent midterm outcomes and should be incorporated in the treatment algorithm of post-COVID-19 ARDS

10-year epidemiology of infective endocarditis - correlations between histopathology, microbiology and clinical presentation

Hintergrund: Eine optimale Behandlung der infektiösen Endokarditis setzt einen frühen Erregernachweis, ein gründliches Wissen über die klinische Präsentation, das lokale Erregerspektrum, und die adäquate antimikrobielle und chirurgische Behandlung voraus. Ziele: I) Erfassen von Epidemiologie und klinischem Auftreten von infektiöser Endokarditis (IE) bei Patienten mit Herzklappenoperationen wegen IE am Klinikum der Universität Regensburg. Vergleich dieser Daten mit anderen nationalen und internationalen Kohortenstudien. II) Vergleich von Nativklappenendokarditis (NVE) mit Prothesenklappenendokarditis (PVE) III) Korrelation von Keimart mit anatomischer Lage, klinischer Präsentation und histopathologischen Schadensmustern von betroffenen Herzklappen. Methoden: In einer retrospektiven Studie wurden zwischen September 1994 und Februar 2005 alle 211 intraoperativ bestätigten Endokarditisepisoden (205 Patienten) am Klinikum der Universität Regensburg analysiert. Ergebnisse: Eine NVE zeigte sich in 84%, eine PVE in 16% der Episoden. Ein alleiniger Aortenklappenbefall fand sich in 49%, ein alleiniger Mitralklappenbefall in 28%, ein kombinierter Aorten- und Mitralklappenbefall in 18%, ein Befall des rechten Herzens in 4%, und ein gleichzeitiger Befall des linken und des rechten Herzens in 1% der IE Episoden. S. aureus wurde in 20% der Fälle nachgewiesen, S. viridans in 14%, Enterokokken in 9.5%, Streptokokken außer S. virdians (SOTSV) in 8.5%, S. epidermidis in 6%, sonstige Keime in 9.5%, und Doppelinfektionen in 4%. Kulturnegative Endokarditis (CNE) trat in 32% der Episoden auf. In 38% aller Fälle lag begleitend eine Sepsis vor, in 34% traten Embolien auf. Die Letalität betrug 10% für die ersten 15 Tage und 14% für die ersten 30 Tage nach Operation. S. aureus präsentierte sich von allen Erregern mit dem höchsten Anteil an Sepsis (81%), septischen Streuherden (45%), Embolien (64%), cerebralen Embolien (45%) und wies unter allen Erregern die höchste Letalität (21%) auf. Enterokokken IE zeigte die höchste Abszessrate (60%) und betraf bevorzugt nur die Aortenklappe (70%). S. viridans trat in 97% fast ausschließlich bei Nativklappen auf und hatte die höchste Perforationsrate (90%). Histopathologische Ergebnisse zeigten keine signifikante Korrelation mit den verursachenden Erregern. Folgerungen: Mit Ausnahme eines relativ hohen Anteils an CNE zeigte sich die Epidemiologie der infektiösen Endokarditis in dieser Studie weitgehend übereinstimmend mit Resultaten aus vergleichbaren nationalen und internationalen Studien. Die Letalitätsraten in dieser Population lagen im Bereich von vergleichbaren Studien. Die Endokarditiden unterschieden sich deutlich in ihrem klinischen Erscheinungsbild, je nach verursachendem Erreger. Die Histopathologie der entfernten Klappen zeigte jedoch keine Keim-spezifischen Schadensmuster. Aufgrund der Beobachtungen in dieser Untersuchung erscheint die histopathologische Aufarbeitung von Herzklappen nicht sinnvoll. Stattdessen sollte die mikrobiologische Diagnostik nicht nur Blutkulturen, sondern wann immer möglich auch Kulturen aus reseziertem Klappengewebe umfassen. Zudem sollten neue Techniken wie bakterielle PCR aus entferntem Klappenmaterial etabliert werden, was speziell für Endokarditisepisoden mit fehlendem Keimnachweis interessant erscheint