Bioactive substances in marine phytoplankton: salinity effects on growth and toxin production of the dinophyte Alexandrium ostenfeldii

Alexandrium ostenfeldii is one of the most intensely studied toxic dinophyta in the world’s oceans and coastal waters. Its toxins are highly potent neurotoxins and causatives of food intoxications by contaminated sea food. In the last few years harmful algal blooms (HAB) of A. ostenfeldii have become a recurrent phenomenon in coastal waters. In 2012 such a dense bloom occurred in the Ouwerkerkse Kreek. This creek system in The Netherlands is discharging water in the Oosterschelde estuary, a large stock of mussels, oysters and fishery. Only little information is available about this A. ostenfeldii population, both in terms of its toxin profile and concerning its physiological characteristics in a highly variable ecosystem. We used multiple isolates of a bloom population for a thorough characterization of the phycotoxin profile and its variability in the population. A total of 68 A. ostenfeldii isolates were analyzed and revealed the presence of both, paralytic shellfish toxins (PSP) and cyclic imine toxins. Whereas the relative composition of PSP-toxins, consisting of saxitoxin, gonyautoxin and C-toxins, was almost identical among isolates, cyclic imine toxins were quite diverse. We detected a total of 23 different compounds with both spirolides (mainly 13-desmethyl spirolide C) and gymnodimines (both gymnodimine A and 12-methyl gymnodimine A) present and with a high variability in cyclic imine toxin profile among all isolates. Toxin cell quota was found to range 8-fold for total PSP-toxins and 11-fold for total cyclic imine toxins. Furthermore, for one selected isolate, the impact of variable salinities from 3 to 34 on growth and toxin content was determined. With similar growth rates from 0.13 to 0.2 d-1 over a salinity range from 6 to 34, a broad salinity tolerance of the Dutch A. ostenfeldii population was demonstrated. Furthermore, toxin composition and the expression of single PSP- and cyclic imine toxins were depended on salinity. Highest toxin cell quota was observed for exceptionally low and high salinities. In addition, isolates were found to produce lytic compounds with EC50 values (i.e. the concentration of A. ostenfeldii causing 50 % cell lysis of the target species Rhodomonas salina) of about 659 cells ml-1. A comparison of lytic activity in various fractions (whole cultures, culture supernatant, cell extract) revealed that whole cultures and also cell-free supernatants were about 5-fold more lytic than cell extracts. The lytic potency was susceptible for variable salinities: at very low salinities lytic effects of extracellular compounds were larger. At very high salinities, a larger amount of lytic substances was measured inside the cells. During the toxin screening a potentially new spirolide (m/z 696) was detected. LC-MS data allowed a hypothetical characterization of the compound as 23-hydroxy-13,19-didesmethyl spirolide D. For further NMR-analyzes, A. ostenfeldii was mass cultured and a total of 140 μg of the new compound was collected

Die Rolle von L-Arginin/Stickstoffmonoxid und Kohlendioxid bei der Regulation der Durchblutung in der Penumbra bei der experimentellen transienten fokalen zerebralen Ischämie

Untersuchung über die Aminosäure L-Arginin/Stickstoffmonoxid als Vasodilatator in der Penumbra einer transienten fokalen zerebralen Ischämie bei der Ratte. Methode: Hierzu wurde bei narkotisierten, beatmeten Ratten der rCBF während und nach fokaler Ischämie und Reperfusion (Fadenmodell) mit der LDF-Methode simultan in beiden Hemisphären gemessen. Untersucht wurde der Einfluß auf den rCBF von L-Arginin, des NOS-Hemmers L-Nitro-Arginin und CO2 in der Reperfusionsphase bei unterschiedlicher Länge der Ischämie (5 und 20 min). Ergebnis: Es konnte gezeigt weren, daß eine Hyperkapnie und L-Arginin den CBF im nichtischämischen Hirn erhöhten. D-Arginin veränderte den CBF nicht. In der Reperfusionsphase nach 20-minütiger Ischämie ist die CBF-Reaktion auf L-Arginin und Hyperkapnie signifikant reduziert. Eine 5-minütige Ischämie hatte keinen Einfluß. Eine Vorbehandlung mit L-NA, einem unselektivem NOS-Inhibitor, stellte die Reaktivität auf L-Arginin nach 20-minütiger Ischämie teilweise wieder her, nicht jedoch die Hyperkapnieantwort. Schlußfolgerung: Der Vasodilatator L-Arginin hatte nur nach sehr kurzfristigen Ischämien eine Verbesserung der Durchblutung zur Folge und erscheint als klinische Therapie nicht erfolgversprechend. Allerdings zeigen die Versuche mit L-NA, daß der Verlust der Vasoreaktivität nach längerdauernder Ischämie nicht einer generellen Vasoparalyse gleich kommt, sondern selektiv beeinflussbar ist. Dies sollte in weiteren Versuchen genauer untersucht werden

Einfluß einer postischämischen Hypothermie auf die Basalmembran bei der experimentellen zerebralen Ischämie mit Reperfusion

Experimentelle Untersuchungen konnten zeigen, dass es beim Schlaganfall in der Reperfusionsphase zu einer Schädigung der Basalmembran und zu einem Zusammenbruch der mikrovaskulären Integrität kommt. Dies kann zu einer intrazerebralen Hämorrhagie mit zusätzlichen neurologischen Schäden führen. Die systemische Thrombolyse mit rekombinantem Gewebe-Plasminogen-Aktivator (rt-PA) zielt auf die Fibrinolyse des Thrombus, der das Hirngefäß verschließt, um den zerebralen Blutfluß wiederherzustellen und den Infarkt zu verkleinern. Jedoch haben klinische Studien gezeigt, dass die Thrombolyse die Gefahr einer intrazerebralen Blutung steigert. Klinische und experimentelle Untersuchungen haben gezeigt, dass eine postischämische Hypothermie das Infarktvolumen verkleinern kann. Der postulierte Wirkungsmechanismus einer Hypothermie ist die Verminderung der Aktivität unspezifischer und spezifischer proteolytischer Systeme (z.B. endogene Plasminogenaktivatoren (u-PA und t-PA) oder die Matrix-Metallo-Proteinasen MMP-2 und MMP-9). Ziel dieser Arbeit war es, den Einfluß einer postischämischen Hypothermie auf die Basalmembran der Hirngefäße nach einer zerebralen Ischämie mit Reperfusion zu untersuchen und mögliche Schädigungsmechanismen darzulegen. Hierzu wurde bei narkotisierten, beatmeten Ratten eine 3-stündige transiente fokale zerebrale Ischämie mit 24-stündiger Reperfusion erzeugt. Postischämisch wurde durch extrakorporale Kühlung eine 24-stündige milde bis moderate Hypothermie erzeugt und mittels Temperatursonde ständig gemessen und überwacht. Nach Beendigung des Versuches wurden die Hirne entnommen und einer volumetrischen, immunohistochemischen und biochemischen Aufarbeitung und Auswertung zugeführt. Es konnte gezeigt werden, dass eine postischämische Hypothermie die Degradation der Basalmembran zum großen Teil verhindert und die Infarktgröße signifikant reduziert. Gleichzeitig kommt es durch diesen strukturellen Erhalt der Basalmembran zu einem funktionellen Erhalt der Integrität und zu einer Verminderung der Extravasation von korpuskulären und nichtkorpuskulären Blutbestandteilen. Zusätzlich konnte eine mögliche Ursache für die Degradation der Basalmembran und den Verlust der mikrovaskulären Integrität aufgezeigt werden. Die postischämische Hypothermiebehandlung verhinderte die Steigerung der Aktivität der Plasminogen-Aktivatoren u-PA und t-PA und der Matrix-Metallo-Proteinasen MMP-2 und MMP-9. Wir schließen aus den vorliegenden Untersuchungen, dass eine postischämische Hypothermie das Risiko des Auftretens einer Hämorrhagie als gefürchtete Komplikation nach einer zerebralen Ischämie senken kann. Dies gewinnt zusätzlich an Bedeutung, da die therapeutische Anwendung der systemischen Thrombolyse die Gefahr des Auftretens einer Hämorrhagie steigert. Eine systemische Thrombolyse in Kombination mit einer Hypothermie wäre eine mögliche Therapieoption, um die Gefahr des Auftretens einer intrazerebralen Blutung zu vermindern. Der genaue Pathomechanismus ist jedoch nach derzeitigem Kenntnisstand unklar. Deshalb sind vor der Anwendung beim Menschen noch weitere experimentelle und klinische Studien notwendig

Anatomy and evolution of database search engines — a central component of mass spectrometry based proteomic workflows

Sequence database search engines are bioinformatics algorithms that identify peptides from tandem mass spectra using a reference protein sequence database. Two decades of development, notably driven by advances in mass spectrometry, have provided scientists with more than 30 published search engines, each with its own properties. In this review, we present the common paradigm behind the different implementations, and its limitations for modern mass spectrometry datasets. We also detail how the search engines attempt to alleviate these limitations, and provide an overview of the different software frameworks available to the researcher. Finally, we highlight alternative approaches for the identification of proteomic mass spectrometry datasets, either as a replacement for, or as a complement to, sequence database search engines.acceptedVersio

Toxin Variability Estimations of 68 Alexandrium ostenfeldii (Dinophyceae) Strains from The Netherlands Reveal a Novel Abundant Gymnodimine

Alexandrium ostenfeldii is a toxic dinoflagellate that has recently bloomed in Ouwerkerkse Kreek, The Netherlands, and which is able to cause a serious threat to shellfish consumers and aquacultures. We used a large set of 68 strains to the aim of fully characterizing the toxin profiles of the Dutch A. ostenfeldii in consideration of recent reports of novel toxins. Alexandrium ostenfeldii is known as a causative species of paralytic shellfish poisoning, and consistently in the Dutch population we determined the presence of several paralytic shellfish toxins (PST) including saxitoxin (STX), GTX2/3 (gonyautoxins), B1 and C1/C2. We also examined the production of spiroimine toxins by the Dutch A. ostenfeldii strains. An extensive liquid chromatography-tandem mass spectrometry (LC-MS/MS) analysis revealed a high intraspecific variability of spirolides (SPX) and gymnodimines (GYM). Spirolides included 13-desMethyl-spirolide C generally as the major compound and several other mostly unknown SPX-like compounds that were detected and characterized. Besides spirolides, the presence of gymnodimine A and 12-Methyl-gymnodimine A was confirmed, together with two new gymnodimines. One of these was tentatively identified as an analogue of gymnodimine D and was the most abundant gymnodimine (calculated cell quota up to 274 pg cell(-1), expressed as GYM A equivalents). Our multi-clonal approach adds new analogues to the increasing number of compounds in these toxin classes and revealed a high strain variability in cell quota and in toxin profile of toxic compounds within a single population.Peer reviewe

Salinity effects on growth and toxin production in an Alexandrium ostenfeldii (Dinophyceae) isolate from The Netherlands

Alexandrium ostenfeldii is among the most intensely studied marine planktonic dinophytes and in the last few years blooms have become a recurrent phenomenon mainly in brackish coastal waters. Since 2012, A. ostenfeldii recurs annually in the Ouwerkerkse Kreek, a Dutch brackish water creek discharging into an estuary with large stocks of mussels, oysters and cockles. The creek is characterized by highly dynamic abiotic conditions, notably salinity. Here, we investigated the impacts of salinities ranging from 3 to 34 on growth and toxin content of an A. ostenfeldii isolate from the creek. Our results demonstrate a broad salinity tolerance of the Dutch A. ostenfeldii population, with growth rates from 0.13 to 0.2 d−1 over a salinity range from 6 to 34. Highest paralytic shellfish toxin and cyclic imine toxin cell quotas were observed for the lowest and highest salinities, and were associated with increases in cell size. Lytic activity was highest at the lowest salinity, and was 5-fold higher in the cell-free supernatants compared to cell extracts. Together our results demonstrate a tight coupling between salinity and A. ostenfeldii growth rate, cell size and toxin synthesis, which may have consequences for the seasonal dynamics of bloom toxicity

Diagnostic Yield and Benefits of Whole Exome Sequencing in CAKUT Patients Diagnosed in the First Thousand Days of Life

Infancy; Reverse phenotyping; Whole exome sequencingInfancia; Fenotipado inverso; Secuenciación del exoma completoInfància; Fenotipat invers; Seqüenciació de l'exoma completIntroduction Congenital anomalies of the kidney and urinary tract (CAKUT) are the predominant cause of chronic kidney disease (CKD) and the need for kidney replacement therapy (KRT) in children. Although more than 60 genes are known to cause CAKUT if mutated, genetic etiology is detected, on average, in only 16% of unselected CAKUT cases, making genetic testing unproductive. Methods Whole exome sequencing (WES) was performed in 100 patients with CAKUT diagnosed in the first 1000 days of life with CKD stages 1 to 5D/T. Variants in 58 established CAKUT-associated genes were extracted, classified according to the American College of Medical Genetics and Genomics guidelines, and their translational value was assessed. Results In 25% of these mostly sporadic patients with CAKUT, a rare likely pathogenic or pathogenic variant was identified in 1 or 2 of 15 CAKUT-associated genes, including GATA3, HNF1B, LIFR, PAX2, SALL1, and TBC1D1. Of the 27 variants detected, 52% were loss-of-function and 18.5% de novo variants. The diagnostic yield was significantly higher in patients requiring KRT before 3 years of age (43%, odds ratio 2.95) and in patients with extrarenal features (41%, odds ratio 3.5) compared with patients lacking these criteria. Considering that all affected genes were previously associated with extrarenal complications, including treatable conditions, such as diabetes, hyperuricemia, hypomagnesemia, and hypoparathyroidism, the genetic diagnosis allowed preventive measures and/or early treatment in 25% of patients. Conclusion WES offers significant advantages for the diagnosis and management of patients with CAKUT diagnosed before 3 years of age, especially in patients who require KRT or have extrarenal anomalies.This work was supported by grants from the Else Kröner-Fresenius-Stiftung (2018_Kolleg.12, Clinician Scientist Program TITUS at Hannover Medical School to LW) and the Deutsche Forschungsgemeinschaft (MA 9606/1-1 to HM, and KO 5614/2-1 to AC and RGW)

Exploring the potential of public proteomics data

In a global effort for scientific transparency, it has become feasible and good practice to share experimental data supporting novel findings. Consequently, the amount of publicly available MS‐based proteomics data has grown substantially in recent years. With some notable exceptions, this extensive material has however largely been left untouched. The time has now come for the proteomics community to utilize this potential gold mine for new discoveries, and uncover its untapped potential. In this review, we provide a brief history of the sharing of proteomics data, showing ways in which publicly available proteomics data are already being (re‐)used, and outline potential future opportunities based on four different usage types: use, reuse, reprocess, and repurpose. We thus aim to assist the proteomics community in stepping up to the challenge, and to make the most of the rapidly increasing amount of public proteomics data.publishedVersio

Exploring the potential of public proteomics data

In a global effort for scientific transparency, it has become feasible and good practice to share experimental data supporting novel findings. Consequently, the amount of publicly available MS-based proteomics data has grown substantially in recent years. With some notable exceptions, this extensive material has however largely been left untouched. The time has now come for the proteomics community to utilize this potential gold mine for new discoveries, and uncover its untapped potential. In this review, we provide a brief history of the sharing of proteomics data, showing ways in which publicly available proteomics data are already being (re-)used, and outline potential future opportunities based on four different usage types: use, reuse, reprocess, and repurpose. We thus aim to assist the proteomics community in stepping up to the challenge, and to make the most of the rapidly increasing amount of public proteomics data

Reduzierung des Mikroplastikeintrags in aquatische Ökosysteme: Prädiktoren der Verhaltensintention von Schüler:innen und Evaluation eines Projekttags

Die zunehmende weltweite Plastikproduktion führt dazu, dass sich in allen Ökosystemen Mikroplastik anreichert, ohne abge-baut zu werden. Während das Recycling von Makroplastik seit Jahrzehnten in der Umweltbildung verankert ist, geraten durch aktuelle Forschung zum Thema Mikroplastik weitere Quellen in den Blick wie Reifenabrieb, Granulat auf Sportplätzen oder synthetische Kleidung. Um Unterrichtskonzepte zu entwickeln, ist es notwendig, die Prädiktoren für Verhalten zu identifizie-ren, das zu weniger Eintrag von (Mikro-)Plastik führt. In diesem Beitrag werden zum einen Ergebnisse zur Vorhersage der Verhaltensintention, weniger Plastik zu verbrauchen und häufiger Bus und Fahrrad zu fahren, präsentiert. Zum anderen werden Evaluationsergebnisse eines Projekttags mit Schüler:innen der Jahrgänge 5 und 6 (N = 349, Gymnasium) berichtet, an dem nach einer Untersuchung von Mikroplastik, seinen Quellen und Folgen für aquatische Ökosysteme das Alltagshandeln reflek-tiert wurde. Basierend auf der Theorie des geplanten Verhaltens konnte gezeigt werden, dass insbesondere die wahrgenommene Verhaltenskontrolle sowie ferner die Einstellungen und subjektive Norm die Verhaltensintention, weniger Plastik zu verbrau-chen und häufiger Bus und Fahrrad zu fahren, vorhersagen. Bzgl. dem Hauptprädiktor, der wahrgenommenen Verhaltenskon-trolle, konnten aus offenen Antworten Herausforderungen konkretisiert werden, die die Schüler:innen einige Wochen nach dem Projekttag retrospektiv berichteten: insbesondere das fehlende plastikfreie Supermarktangebot und Entscheidungen durch Haushaltsmitglieder. Die Evaluation ergab, dass es bei den meisten Prädiktoren und der Verhaltensintention leichte Zuwächse vom Prä- zum Posttest gab, im Follow-Up-Test jedoch ein deutliches Absinken. Auf Grundlage der Ergebnisse werden unter-richtspraktische Implikationen, insbesondere zum Umgang mit der wahrgenommenen Verhaltenskontrolle, diskutiert