Water confined in nanopores: spontaneous formation of microcavities

Molecular Dynamics simulations of water confined in nanometer sized, hydrophobic channels show that water forms localized cavities for pore diameter ~ 2.0 nm. The cavities present non-spherical shape and lay preferentially adjacent to the confining wall inducing a peculiar form to the liquid exposed surface. The regime of localized cavitation appears to be correlated with the formation of a vapor layer, as predicted by the Lum-Chandler-Weeks theory, implying partial filling of the pore

Piacentinu Ennese PDO cheese as reservoir of promising probiotic bacteria

Piacentinu Ennese is a protected designation of origin (PDO) cheese produced in the surrounding area of Enna (Sicily, Italy), using raw ewe’s milk without the addition of any starter cultures. In the present study, the Lactobacillus population of Piacentinu Ennese PDO cheese was in vitro screened in order to select promising probiotic strains to be further used in humans. One hundred and sixty-nine lactic acid bacteria (LAB) were isolated from 90 days ripened cheeses and identified by Rep-PCR genomic fingerprinting, using the (GTG)5-primer, and by MALDI-TOF MS. One hundred and thirteen (113) isolates belonging to QPS-list species were characterized for both safety and functional properties. All tested isolates were considered safe because none showed either gelatinase, DNase, mucinase, or hemolytic activity. Tolerance to lysozyme, bile salts, and acidic conditions, along with ability to survive under simulated gastrointestinal digestion, were observed. In addition, based on antimicrobial activity against pathogens, cell surface characteristics, Caco-2 adhesion abilities, and anti-inflammatory potential, it was possible to confirm the strain-dependent functional aptitude, suggesting that Piacentinu Ennese PDO cheese may be considered a precious source of probiotic candidates

Effective fire extinguishing systems for lithium-ion battery

Lithium-ion batteries are a popular choice of power source for a variety of energy and power demanding applications for both stationary applications and electromobility. Among electrochemical storage systems, Lithium-ion batteries were found to be promising candidate, due to their high power and high energy density. In order to assemble high power batteries for plug-in hybrid electric vehicles and pure electric vehicles, several hundreds of large-format Lithium-ion cells will be required, and even more cells for power/energy demanding stationary applications. However, safety remains a significant concern, as battery failure leads to ejection of hazardous materials and rapid heat release. The failure of a single cell can generate a large amount of heat which can then initiate, in the worst case, the thermal runaway of neighbouring cells, leading to failure throughout the battery pack. The heat accumulation can also run into the venting of a cell, with the emission of flammable organic solvent inside the battery pack. Battery failure can be initiated via a number of different abuse scenarios, such as overheating, overcharging, puncture/crushing, water immersion, or external short circuit. Development of effective mitigation strategies necessitates a study on battery failure events and a better understanding of important characteristics relating to safety, such as heat release, hazardous materials ejection, and thermal propagation. On the other hand, when a fire event is initiated, proper intervention strategies have to be defined in order to avoid it becoming catastrophic. In this paper are reported the results of thermal abuse tests on single Lithium-ion cells and a battery pack. The tests were performed with the technical equipment and resources of National Fire Corps. Screening tests for battery fire extinguishing agents were also performed. The effectiveness of an agent was evaluated through experiments on the cooling effect of fire extinguishing agents. Among the various agents, water and foam were found to be the most effective

Analysis of Cholesterol Biosynthetic Pathway in Huntington’s Disease. The role of Liver X Receptors

Il colesterolo è un componente essenziale del Sistema Nervoso Centrale (SNC) e Sistema Nervoso Periferico (SNP). Circa il 25% di tutto il colesterolo del corpo umano è contenuto nel cervello, nonostante quest’ultimo rappresenti solo il 2% del peso corporeo. Il colesterolo cerebrale è localizzato per il 70% nella mielina, il 30% nelle cellule gliali, soprattutto astrociti e microglia, ed il restante 20% nei neuroni. Nel sistema nervoso il colesterolo è un componente essenziale delle membrane delle cellule neuronali, è coinvolto nel processo di maturazione del SNC, nella sinaptogenesi, nei processi di trasduzione del segnale e nel traffico vescicolare. Tutto il colesterolo contenuto nel cervello è frutto della sintesi in situ poiché la Barriera Emato Encefalica (BEE) non consente il passaggio dal circolo ematico al cervello dei complessi di lipoproteine contenenti il colesterolo. Il 99% del colesterolo cerebrale è contenuto in forma non esterificata. Durante l’embriogenesi e i primi anni di vita le cellule deputate alla sintesi del colesterolo cerebrale sono i neuroni. Successivamente, nella età adulta, quando i processi di mielinizzazione e maturazione cerebrale sono terminati i neuroni demandano la sintesi del colesterolo agli astrociti ed in misura minore agli oligidendrociti. Il processo di biosintesi del colesterolo inizia nel reticolo Endoplasmatico (RE) degli astrociti con l’ Acetyl-CoA che viene convertito prima in 3-Idrossi-3-Metilglutaril-CoA (HMGCoA) e poi in Mevalonato; tali tappe sono regolate da un enzima chiave in questo processo, l’Idrossi-Metil-CoenzimaA-Reduttasi (HMGCoAR). Le tappe che portano alla formazione del colesterolo prevedono la sintesi di intermedi quali lo squalene, il lanosterolo, il latosterolo, il desmosterolo. L’espressione dell’enzima HMGCoAR è inibita dallo stesso colesterolo con un feedback negativo attraverso le sterol-responsive element binding protein (SREPB). Il colesterolo in eccesso si lega alle SREPB che traslocano nel nucleo dove regolano l’espressione del gene HMGCoAR. Il colesterolo sintetizzato viene esportato dagli astrociti attraverso il trasportatore di membrana ATP binding cassette transporter A1 (ABCA1), viene caricato sulle ApolipoproteineE (ApoE) ed il complesso ApoEcolesteroli viene così internalizzato nei neuroni attraverso il trasportatore di membrana low-density lipoprotein receptors ( LDL-R). Una volta entrato nei neuroni parte del colesterolo viene veicolato alle membrane plasmatiche per la formazione di sinapsi, assoni e dendriti ed una parte viene destinato alla sintesi degli ormoni steroidei. Il colesterolo in eccesso prodotto potrebbe essere tossico e viene pertanto esterificato ed eliminato dal cervello sotto forma di ossisteroli e poi eliminato per via epatica sotto forma di acidi biliari. Il processo di esterificazione del colesterolo è finalizzato alla produzione di metaboliti lipofilici che sono in grado di essere rimossi dai tessuti in maniera più efficiente del colesterolo non esterificato. Il più abbondante ossisterolo prodotto dal cervello è il 24-Idrossicolesterolo (24-OHC) la cui sintesi viene regolata dall’enzima colesterolo-24-Idrossilasi ( CYP46A1). Il 24-OHC viene esportato dai neuroni attraverso il recettore di membrana ABCA1, caricato dalle ApoE e trasportato nel circolo ematico attraverso il passaggio dalla BEE. Una volta in circolo viene esterificato a LDL per essere eliminato per via epatica. Il 24-OHC è un ligando del Liver X- activated receptor (LxR), un recettore nucleare che induce l’espressione dei geni ApoE e ABCA1 negli astrociti con un feedback positivo indotto dai livelli di colesterolo e 24-OHC. Nell’uomo le concentrazioni plasmatiche dei precursori del colesterolo, in particolare del lanosterolo e latosterolo sono considerate come markers surrogati della quantità di colesterolo sintetizzato in tutto il corpo. Molti studi su modelli cellulari ed animali dimostrano che esiste una alterazione nel metabolismo del colesterolo in malattie neurodegenerative quali il Parkinson, la Sclerosi Multipla, l’ Alzheimer e la Corea di Huntington. In tali modelli è stata evidenziata una ridotta concentrazione di ossisteroli imputata ad un deficit di sintesi del colesterolo oppure alla alterazione di una delle tappe che portano alla eliminazione dello stesso. E’stato pertanto supposto che queste alterazioni possano essere la causa della neurodegenerazione che caratterizza queste patologie e quindi implicate nella patogenesi delle malattie neurodegenerative. La malattia di Huntington (MH) è una patologia neurodegenerativa autosomico dominante caratterizzata da disturbi motori, cognitivi e psichiatrici ad andamento progressivo. La causa della malattia è una espansione anomala della tripletta CAG nel gene IT15 che codifica sul cromosoma 4 e che comporta la sintesi di una forma mutata della proteina Huntingtina (Htt). La Htt è implicata in numerose funzioni intracellulari tra cui il traffico vescicolare, la trasmissione del segnale e regolazione dell’apoptosi. Recenti studi su modelli murini hanno dimostrato che la sintesi e il turnover del colesterolo sono alterati nella malattia di Huntington. In particolare è stata rilevata una ridotta traslocazione e attivazione di SREPB e successiva minore sintesi del colesterolo; ridotta espressione di geni implicati nel processo di biosintesi del colesterolo come HMGCoAR e CYP51; ridotta espressione di geni implicati nel trasporto del colesterolo come ABCA1; ridotta concentrazione plasmatica di colesterolo, lanosterolo, latosterolo e 24-OHC. La riduzione dei livelli plasmatici di colesterolo, dei suoi precursori e dei suoi metaboliti in pazienti affetti da HD sono correlati al grado di atrofia nel nucleo caudato, alla progressione clinica della malattia e al grado di espansione CAG. In prima ipotesi queste alterazioni sono state spiegate come la diretta conseguenza della neurodegenerazione. Ovvero col progredire della malattia aumenterebbe il numero dei neuroni metabolicamente attivi e ciò comporterebbe una riduzione nella quantità di colesterolo sintetizzato. Più recentemente gli studi si stanno orientando su un effetto diretto della Htt mutata sulla trascrizione di geni coinvolti nella sintesi del colesterolo. In particolare è stato dimostrato che la Htt mutata modula l’espressione genica di HMGCoAR. Alla luce di queste scoperte la riduzione dei livelli di colesterolo ed ossisteroli osservati nei pazienti potrebbe essere la conseguenza di un deficit di sintesi mediato dalla Htt mutata oltre che il risultato del solo processo neurodegenerativo. Ad oggi nessuno studio è stato condotto per valutare il ruolo dei Liver X Receptors nella patogenesi della Malattia di Huntington che rappresenta lo scopo del presente progetto di ricerca. L’endpoint primario del presente studio è di valutare la capacità della Htt mutata di regolare l’espressione genica di LxR analizzando i livelli di mRNA dei LxR e dei geni target del LxR (LXR, ABCA1, ApoE, CYP7B1, SREPB). Ad oggi sono stati arruolati nello studio 14 pazienti con diagnosi molecolare di malattia di Huntington e 14 controlli sani. I pazienti sono stati selezionati tra i 130 pazienti affetti da Hd seguiti presso il nostro dipartimento di Neurologia. Sono stati esclusi dallo studio soggetti con dislipidemia, sindrome metabolica, storia di patologia epatica acuta o cronica e soggetti in trattamento con statine o antipsicotici. Ciascun paziente è stato sottoposto a scale di valutazione motoria (Huntigton Disease Rting Scale o UHDRS e Total Function Capacity o TFC) per determinare il grado di severità della malattia. Ciascun paziente è stato sottoposto a prelievo di sangue periferico per la determinazione dei livelli plasmatici di colesterolo totale, colesterolo LDL ed HDL, trigliceridi. Il prelievo ematico è stato effettuato dopo almeno otto ore di digiuno e tutti soggetti arruolati hanno tenuto un diario alimentare nei giorni precedenti ad esso. L’analisi dei livelli di mRNA di LxR, ABCA1, ApoE, SREPB e CYP7B1 estratto dal siero e dai fibroblasti dei pazienti e dei controlli verrà effettuato presso il Laboratorio del Dipartimento di Neurologia, AOU Federico II. Presso il nostro Dipartimento è stata condotta l’analisi di espressione dei geni LxR, ApoE, ABCA1 e CYP7B1 mediante RT-PCR su quattordici pazienti e quattordici controlli. Dall’analisi dei risultati non sono evidenti differenze significative tra il gruppo di pazienti e controlli. Dividendo i pazienti per gravità di malattia secondo scale di valutazione motoria ( UHDRS e TFC) non si rilevano alterazioni significative tra i due gruppi. I limiti del presente studio sono la numerosità campionaria e la necessità di escludere dalla analisi i pazienti in trattamento con farmaci antipsicotici per il noto effetto sul metabolismo del colesterolo consentendo pertanto l’arruolamento di pazienti in fase non avanzata di malattia. I risultati di questo studio indicano che non c’è una alterazione dell’espressione dei geni implicati nel pathway del LxRs in pazienti affetti da Corea di Huntington. Tuttavia sarebbe interessante proseguire su questo filone di ricerca analizzando l’espressione degli stessi geni su fibroblasti e dosando i livelli plasmatici dei ligandi dei LxR, ossisteroli ed acidi colestenoici ( lanosterolo, latosterolo, desmosterolo, 24S-Idrossicolesterolo, 27- Idrossicolesterolo, Acido 3β-Idrossicolestenoico, Acido 3β,7α-diidrossicolestenoico, Acido 3β,7β- diidrossicolestenoico)

Profiling of phenol content and microbial community dynamics during pâté olive cake fermentation

In this study, different microbial strains, as single and mixed-cultures, were used to ferment the pâté olive cake (POC), a by-product of olive oil processing. In particular, strains belonging to Candida boidinii, Wickerhamomyces anomalus and Lactiplantibacillus plantarum were used. The fermentation was carried out on diluted (3:2) POC without and with glucose (2% w/v) addition. Furthermore, phenolic compounds were monitored during fermentation in POC added with glucose differetly inoculated and the microbial community, at the end of fermentation, was evaluated by Next Generation Sequencing (NGS) techniques. Data highlighted that inoculated samples showed an hydroxytyrosol content higher than the un-inoculated controls. In particular, during fermentation the sample inoculated with C. boidinii, both in single and in mixed culture together with L. plantarum, increased the hydroxytyrosol content by 275 and 261 mg/L, respectively, after 8 days, to reach the highest content at the end of fermentation. Metagenomic analysis revealed a low abundance of 16S ribosomal RNA genes and fungal ITS in all samples at any sampling times. Furthermore, at the end of fermentation, all samples exhibited a different bacterial community with a decrease in acetic acid bacteria and an increase in Lactobacillaceae biodiversity. Finally, no effect was detected in any samples on fungal metagenomic profile, where Dipodascus geotrichum was found dominant both at initial and final fermentation. In conclusion, the present study confirmed that selected cultures can drive the fermentation and have an impact on the phenolic profile.This study was conducted within a Ph.D. research programme in Biotecnologie (XXXV cycle) by Paola Foti who received a grant ‘Dottorato innovativo con caratterizzazione industriale, PON RI 2014–2020’, titled ‘Olive oil by-products as a new functional food and source of nutritional food ingredients’ from the Department of Agriculture, Food and Environment (Scientific Tutors: C.C. Cinzia Caggia; Flora V. Romeo and Cinzia L. Randazzo). Authors thank the Azienda Olearia Consoli Pasquale & F.lli s.n.c (Adrano, CT), partner of the doctoral programme, to kindly supply the POC. The present study was partially supported by a regional funding Progetto di investimento 144511020025. P.O. FESR SICILIA 2014/2020, 2019–2021, Azione 1.1.3 - Sostegno alla valorizzazione economica dell’innovazione attraverso la sperimentazione e l’adozione di soluzioni innovative nei processi, nei prodotti e nelle formule organizzative, nonch ́e attraverso il finanziamento dell’industrializzazione dei risultati della ricerca: VERIFICO, Project number: 07TP1039000074info:eu-repo/semantics/publishedVersio

The mTOR kinase inhibitor rapamycin decreases iNOS mRNA stability in astrocytes

Abstract Background Reactive astrocytes are capable of producing a variety of pro-inflammatory mediators and potentially neurotoxic compounds, including nitric oxide (NO). High amounts of NO are synthesized following up-regulation of inducible NO synthase (iNOS). The expression of iNOS is tightly regulated by complex molecular mechanisms, involving both transcriptional and post-transcriptional processes. The mammalian target of rapamycin (mTOR) kinase modulates the activity of some proteins directly involved in post-transcriptional processes of mRNA degradation. mTOR is a serine-threonine kinase that plays an evolutionarily conserved role in the regulation of cell growth, proliferation, survival, and metabolism. It is also a key regulator of intracellular processes in glial cells. However, with respect to iNOS expression, both stimulatory and inhibitory actions involving the mTOR pathway have been described. In this study the effects of mTOR inhibition on iNOS regulation were evaluated in astrocytes. Methods Primary cultures of rat cortical astrocytes were activated with different proinflammatory stimuli, namely a mixture of cytokines (TNFα, IFNγ, and IL-1β) or by LPS plus IFNγ. Rapamycin was used at nM concentrations to block mTOR activity and under these conditions we measured its effects on the iNOS promoter, mRNA and protein levels. Functional experiments to evaluate iNOS activity were also included. Results In this experimental paradigm mTOR activation did not significantly affect astrocyte iNOS activity, but mTOR pathway was involved in the regulation of iNOS expression. Rapamycin did not display any significant effects under basal conditions, on either iNOS activity or its expression. However, the drug significantly increased iNOS mRNA levels after 4 h incubation in presence of pro-inflammatory stimuli. This stimulatory effect was transient, since no differences in either iNOS mRNA or protein levels were detected after 24 h. Interestingly, reduced levels of iNOS mRNA were detected after 48 hours, suggesting that rapamycin can modify iNOS mRNA stability. In this regard, we found that rapamycin significantly reduced the half-life of iNOS mRNA, from 4 h to 50 min when cells were co-incubated with cytokine mixture and 10 nM rapamycin. Similarly, rapamycin induced a significant up-regulation of tristetraprolin (TTP), a protein involved in the regulation of iNOS mRNA stability. Conclusion The present findings show that mTOR controls the rate of iNOS mRNA degradation in astrocytes. Together with the marked anti-inflammatory effects that we previously observed in microglial cells, these data suggest possible beneficial effects of mTOR inhibitors in the treatment of inflammatory-based CNS pathologies.</p

Inhibition of microglial inflammatory responses by norepinephrine: effects on nitric oxide and interleukin-1β production

BACKGROUND: Under pathological conditions, microglia produce proinflammatory mediators which contribute to neurologic damage, and whose levels can be modulated by endogenous factors including neurotransmitters such as norepinephrine (NE). We investigated the ability of NE to suppress microglial activation, in particular its effects on induction and activity of the inducible form of nitric oxide synthase (NOS2) and the possible role that IL-1β plays in that response. METHODS: Rat cortical microglia were stimulated with bacterial lipopolysaccharide (LPS) to induce NOS2 expression (assessed by nitrite and nitrate accumulation, NO production, and NOS2 mRNA levels) and IL-1β release (assessed by ELISA). Effects of NE were examined by co-incubating cells with different concentrations of NE, adrenergic receptor agonists and antagonists, cAMP analogs, and protein kinase (PK) A and adenylate cyclase (AC) inhibitors. Effects on the NFκB:IκB pathway were examined by using selective a NFκB inhibitor and measuring IκBα protein levels by western blots. A role for IL-1β in NOS2 induction was tested by examining effects of caspase-1 inhibitors and using caspase-1 deficient cells. RESULTS: LPS caused a time-dependent increase in NOS2 mRNA levels and NO production; which was blocked by a selective NFκB inhibitor. NE dose-dependently reduced NOS2 expression and NO generation, via activation of β2-adrenergic receptors (β2-ARs), and reduced loss of inhibitory IkBα protein. NE effects were replicated by dibutyryl-cyclic AMP. However, co-incubation with either PKA or AC inhibitors did not reverse suppressive effects of NE, but instead reduced nitrite production. A role for IL-1β was suggested since NE potently blocked microglial IL-1β production. However, incubation with a caspase-1 inhibitor, which reduced IL-1β levels, had no effect on NO production; incubation with IL-receptor antagonist had biphasic effects on nitrite production; and NE inhibited nitrite production in caspase-1 deficient microglia. CONCLUSIONS: NE reduces microglial NOS2 expression and IL-1β production, however IL-1β does not play a critical role in NOS2 induction nor in mediating NE suppressive effects. Changes in magnitude or kinetics of cAMP may modulate NOS2 induction as well as suppression by NE. These results suggest that dysregulation of the central cathecolaminergic system may contribute to detrimental inflammatory responses and brain damage in neurological disease or trauma

Molecular adaptations in Antarctic fish and bacteria

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The Wide Range of Antibiotic Resistance and Variability of Genotypic Profiles in Escherichia coli from Domestic Animals in Eastern Sicily

serious public health threat. Escherichia coli, a usual host of intestinal microbiota, is recognized also as etiological agent of numerous infections widespread in both humans and animals. The colibacillosis is one of the most reported zoonoses worldwide, typically treated with antibiotics in the primary stages. This strategy has promoted the onset of antibiotic-resistant serotypes of E. coli, reducing the effectiveness of therapeutic treatments and contributing to antibiotic resistance spread. The current study focused on biodiversity, pathogenicity, and antibiotic resistance profile of 104 E. coli strains isolated from domestic animals in Eastern Sicily. The strains were isolated from sick animals and carcasses of six different animal species and screened for resistance against 16 antibiotic molecules, as recommended by WHO and OIE. The antibiotic resistance patterns highlighted that all strains were multi-resistant, showing resistance to at least three antibiotic classes. The highest incidence of resistance was observed against amoxicillin (100%), tylosin (97%), sulfamethoxazole (98%), and erythromycin (92%), while the lowest for colistin (8%). The pathotype characterization identified two EPEC strains and the study of genetic linkage (PFGE) showed a wide variety of profiles. The current study emphasized the wide range of multidrug resistance and genotyping profiles in E. coli isolated in Easter Sicily