Modeling columnar thin films as platforms for surface-plasmonic-polaritonic optical sensing

Via exploitation of surface plasmon polaritons (SPPs), columnar thin films (CTFs) are attractive potential platforms for optical sensing as their relative permittivity dyadic and porosity can be tailored to order. Nanoscale model parameters of a CTF were determined from its measured relative permittivity dyadic, after inverting the Bruggeman homogenization formalism. These model parameters were then used to determine the relative permittivity dyadic of a fluid-infiltrated CTF. Two boundary-value problems were next solved: the first relating to SPP-wave propagation guided by the planar interface of a semi-infinitely thick metal and a semi-infinitely thick CTF, and the second to the plane-wave response of the planar interface of a finitely thick metallic layer and a CTF in a modified Kretschmann configuration. Numerical studies revealed that SPP waves propagate at a lower phase speed and with a shorter propagation length, if the fluid has a larger refractive index. Furthermore, the angle of incidence required to excite an SPP wave in a modified Kretschmann configuration increases as the refractive index of the fluid increases

FdeC, a Novel Broadly Conserved Escherichia coli Adhesin Eliciting Protection against Urinary Tract Infections

The increasing antibiotic resistance of pathogenic Escherichia coli species and the absence of a pan-protective vaccine pose major health concerns. We recently identified, by subtractive reverse vaccinology, nine Escherichia coli antigens that protect mice from sepsis. In this study, we characterized one of them, ECOK1_0290, named FdeC (factor adherence E. coli) for its ability to mediate E. coli adhesion to mammalian cells and extracellular matrix. This adhesive propensity was consistent with the X-ray structure of one of the FdeC domains that shows a striking structural homology to Yersinia pseudotuberculosis invasin and enteropathogenic E. coli intimin. Confocal imaging analysis revealed that expression of FdeC on the bacterial surface is triggered by interaction of E. coli with host cells. This phenotype was also observed in bladder tissue sections derived from mice infected with an extraintestinal strain. Indeed, we observed that FdeC contributes to colonization of the bladder and kidney, with the wild-type strain outcompeting the fdeC mutant in cochallenge experiments. Finally, intranasal mucosal immunization with recombinant FdeC significantly reduced kidney colonization in mice challenged transurethrally with uropathogenic E. coli, supporting a role for FdeC in urinary tract infections

Targeting the Replication Initiator of the Second Vibrio Chromosome: Towards Generation of Vibrionaceae-Specific Antimicrobial Agents

The Vibrionaceae is comprised of numerous aquatic species and includes several human pathogens, such as Vibrio cholerae, the cause of cholera. All organisms in this family have two chromosomes, and replication of the smaller one depends on rctB, a gene that is restricted to the Vibrionaceae. Given the increasing prevalence of multi-drug resistance in pathogenic vibrios, there is a need for new targets and drugs to combat these pathogens. Here, we carried out a high throughput cell-based screen to find small molecule inhibitors of RctB. We identified a compound that blocked growth of an E. coli strain bearing an rctB-dependent plasmid but did not influence growth of E. coli lacking this plasmid. This compound, designated vibrepin, had potent cidal activity against V. cholerae and inhibited the growth of all vibrio species tested. Vibrepin blocked RctB oriCII unwinding, apparently by promoting formation of large non-functional RctB complexes. Although vibrepin also appears to have targets other than RctB, our findings suggest that RctB is an attractive target for generation of novel antibiotics that only block growth of vibrios. Vibrio-specific agents, unlike antibiotics currently used in clinical practice, will not engender resistance in the normal human flora or in non-vibrio environmental microorganisms

Cellular Levels and Binding of c-di-GMP Control Subcellular Localization and Activity of the Vibrio cholerae Transcriptional Regulator VpsT

The second messenger, cyclic diguanylate (c-di-GMP), regulates diverse cellular processes in bacteria. C-di-GMP is produced by diguanylate cyclases (DGCs), degraded by phosphodiesterases (PDEs), and receptors couple c-di-GMP production to cellular responses. In many bacteria, including Vibrio cholerae, multiple DGCs and PDEs contribute to c-di-GMP signaling, and it is currently unclear whether the compartmentalization of c-di-GMP signaling components is required to mediate c-di-GMP signal transduction. In this study we show that the transcriptional regulator, VpsT, requires c-di-GMP binding for subcellular localization and activity. Only the additive deletion of five DGCs markedly decreases the localization of VpsT, while single deletions of each DGC do not impact VpsT localization. Moreover, mutations in residues required for c-di-GMP binding, c-di-GMP-stabilized dimerization and DNA binding of VpsT abrogate wild type localization and activity. VpsT does not co-localize or interact with DGCs suggesting that c-di-GMP from these DGCs diffuses to VpsT, supporting a model in which c-di-GMP acts at a distance. Furthermore, VpsT localization in a heterologous host, Escherichia coli, requires a catalytically active DGC and is enhanced by the presence of VpsT-target sequences. Our data show that c-di-GMP signaling can be executed through an additive cellular c-di-GMP level from multiple DGCs affecting the localization and activity of a c-di-GMP receptor and furthers our understanding of the mechanisms of second messenger signaling

Adaptations to Submarine Hydrothermal Environments Exemplified by the Genome of Nautilia profundicola

Submarine hydrothermal vents are model systems for the Archaean Earth environment, and some sites maintain conditions that may have favored the formation and evolution of cellular life. Vents are typified by rapid fluctuations in temperature and redox potential that impose a strong selective pressure on resident microbial communities. Nautilia profundicola strain Am-H is a moderately thermophilic, deeply-branching Epsilonproteobacterium found free-living at hydrothermal vents and is a member of the microbial mass on the dorsal surface of vent polychaete, Alvinella pompejana. Analysis of the 1.7-Mbp genome of N. profundicola uncovered adaptations to the vent environment—some unique and some shared with other Epsilonproteobacterial genomes. The major findings included: (1) a diverse suite of hydrogenases coupled to a relatively simple electron transport chain, (2) numerous stress response systems, (3) a novel predicted nitrate assimilation pathway with hydroxylamine as a key intermediate, and (4) a gene (rgy) encoding the hallmark protein for hyperthermophilic growth, reverse gyrase. Additional experiments indicated that expression of rgy in strain Am-H was induced over 100-fold with a 20°C increase above the optimal growth temperature of this bacterium and that closely related rgy genes are present and expressed in bacterial communities residing in geographically distinct thermophilic environments. N. profundicola, therefore, is a model Epsilonproteobacterium that contains all the genes necessary for life in the extreme conditions widely believed to reflect those in the Archaean biosphere—anaerobic, sulfur, H2- and CO2-rich, with fluctuating redox potentials and temperatures. In addition, reverse gyrase appears to be an important and common adaptation for mesophiles and moderate thermophiles that inhabit ecological niches characterized by rapid and frequent temperature fluctuations and, as such, can no longer be considered a unique feature of hyperthermophiles

Fotocorrientes en interfase mercurio solución

El estudio de las fotocorrientes que se producen al iluminar con luz ultravioleta electrodos de mercurio negativamente polarizados en contacto con soluciones de electrolito proporciona un nuevo método de análisis de los fenómenos de la interfase, de la doble capa eléctrica y de los procesos de transferencia de carga. Este método interesa no solo a los investigadores en el campo de la electroquímica, si no aquellos que estudian las especies transientes y en particular el electrón hidratado, que parece jugar un rol importante en estos procesos por cuanto el método fotoelectroquímico es un nuevo recurso para lograr mayor información acerca de sus propiedades. En este trabajo partiendo de investigaciones de otros autores se han realizado estudios en dos sentidos. El primero procurando perfeccionar el método de medición de las fotocorrientes para lograr mayor sensibilidad y mejor definición de la interfase metal-solución. El segundo trabajando sobre un modelo teórico donde se toma en cuenta el efecto del campo eléctrico, en la doble capa difusa, sobre la difusión de los electrones de origen fotoeléctrico y que acerca dentro de lo posible a una solución cuantitativa del problema. 1) La mayor parte de los investigadores emplea en estas experiencias el método del electrodo gotero de mercurio que obvia en parte las interferencias que derivan de la impurificación de la superficie. En este trabajo se propone un método basado en la utilización de una superficie estática, extensa y renovable de mercurio; se logra así una mejor definición del área de irradiación y, del ángulo de incidencia de la luz. La utilización de la superficie exige grandes precauciones en la preparación de los reactivos que se combinan con la recirculación de la solución sobre carbón activado directamente en la celda de trabajo. 2) Como fuente de iluminación se emplea luz ultravioleta modulada en 100 ciclos/seg y como instrumento de detección un amplificador sintonizado en la frecuencia de modulación cuya salida se registra en un osciloscopio. El método permite medir fotocorrientes muy bajas aún en presencia de efectos farádicos, aunque en el trabajo solo se estudia la zona en que el electrodo de mercurio se comparta como idealmente polarizado. En cuanto a la sensibilidad, se ha revelado adecuado para medir fotocorrientes residuales, pero creemos que aún no se han aprovechado al máximo todas sus ventajas. 3) Las fotocorrientes se determinan por un método indirecto, que consiste en medir la caida de potencial en una resistencia exterior y calcular las fotocorrientes a partir de las caracteristicas del circuito eléctrico equivalente, en condiciones de iluminación, que tiene en cuenta la naturaleza de la doble capa y el mecanismode la fotoemisión. El circuito equivalente que se propone no elimina otras posibilidades, y el análisis de las características de la fotoimpedancia es un problema que se puede encarar en futuros desarrollos. El método exige la determinación de la capacidad de la doble capa, que para capacidades del orden de los 1OO microfaradios con polarización no resulta sencillo. El puente utilizado puede ser mejorado y un trabajo en ese sentido se halla en curso en el laboratorio. 4) Se han efectuado mediciones de fotocorrientes en función del potencial del electrodo en soluciones que contienen ión hidrógeno y ClK como electrolito soporte. Se ha estudiado en particular la influencia de la fuerza iónica sobre la magnitud de las fotocorrientes. Se ha encontrado una relación aproximadamente lineal entre la raíz cuadrada de la fotocorriente y el potencial del electrodo. La precisión de nuestros resultados y de otros autores no permite decidir acerca de si la representación de -0.4-vs.E resulta más adecuada como ha sido propuesto a partir de una teoría del efecto fotoeléctrico en interfase. Para una dada fuerza iónica y carga sobre el electrodo constante, las fotocorrientes varían con la concentración de ión hidrógeno. A bajas concentraciones son proporcionales a la raíz cuadrada de la concentración y a altas concentraciones tienden a la saturación. Para una dada concentración de ión hidrógeno y carga sobre el electrodo constante, las fotocorrientes aumentan con la disminución de la fuerza iónica. 5) Se ha elaborado un modelo teórico suponiendo que el proceso primario que resulta de la irradiación, es la fotoemisión de electrones del metal que luego de termalizarse por intercambio de energía con el medio, se asocian a varias moléculas de agua constituyendo la especie electrón hidratado. Estos electrones reaccionan con el ión hidrógeno o regresan al electrodo; los que desaparecen de la solución dan lugar a las fotocorrientes y su magnitud depende de la competencia entre los dos procesos. El modelo supone régimen estacionario - justificado en baja frecuencia de modulación - y toma en cuenta la difu­sión de los electrones en el campoeléctrico de la doble capa difusa. Las predicciones cuantitativas de este modelo están en aceptable concordancia con los datos experimentales, aunque es previsible que se puedan lograr mayores refinamientos teóricos y mayor precisión en las medidas. Tal vez el resultado más significativo del trabajo es la demostración que el aumento de las fotocorrientes con la disminución de la fuerza iónica del medio se debe probablemente a la influencia de la doble capa difusa sobre la difusión de los electrones en esa zona. 6) Es presumible que el campoeléctrico en la doble capa difusa no sólo afecte la difusión de los electrones sino que influya también en el mecanismo de la emisión. Este aspecto ha sido poco analizado y no conocemos ningún tratamiento cuantitativo del problema. Tal estudio requerirá obtener una relación entre la "bajada" de la barrera de potencial en la superficie del metal y el campo en la doble capa difusa, con consideración de los niveles electrónicos en el metal, la probabilidad de emisión y el efecto tunel. 7) Parece razonable estudiar, si el mecanismo de emisión en interfase metal solución obedece a iguales leyes que la fotoemisión en el vacío, en tal sentido resulta de utilidad analizar la influencia de la polarización de la luz, del ángulo de incidencia además del estudio del umbral fotoeléctrico que ha sido ya encarado en los últimos trabajos sobre el tema. 8) El desarrollo del modelo nos ha mostrado la necesidad de realizar experiencias con tiempo de irradiación muy cortos (en el orden de los nanosegundos) para discriminar los procesos de emisión, reacción y difusión de los electrones hidratados. No sólo la fuente de irradiación es un problema tecnológico complejo, sino también el diseño de las celdas que permitan mediciones eléctricas en ese rango, sin contar que aún no está claro como interviene la capacidad de la doble capa en las características del circuito eléctrico. Existe en laboratorio bastante experiencia como para pensar que, ahora ya resuelto el problema de la producción de los pulsos, podremos encarar el estudio de este importante problema.Fil: Bomchil, Guillermo Jorge. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina