Aquifex aeolicus was one of the earliest diverging, and is one of the most thermophilic, bacteria known. It can grow on hydrogen, oxygen, carbon dioxide, and mineral salts. The complex metabolic machinery needed for A. aeolicus to function as a chemolithoautotroph (an organism which uses an inorganic carbon source for biosynthesis and an inorganic chemical energy source) is encoded within a genome that is only one-third the size of the E. coli genome. Metabolic flexibility seems to be reduced as a result of the limited genome size. The use of oxygen (albeit at very low concentrations) as an electron acceptor is allowed by the presence of a complex respiratory apparatus. Although this organism grows at 95 degrees C, the extreme thermal limit of the Bacteria, only a few specific indications of thermophily are apparent from the genome. Here we describe the complete genome sequence of 1,551,335 base pairs of this evolutionarily and physiologically interesting organism.

Mammalian cells export most proteins by the endoplasmic reticulum/Golgi-dependent pathway. However, some proteins are secreted via unconventional, poorly understood mechanisms. The latter include the proinflammatory cytokines interleukin(IL)-1β, IL-18, and IL-33, which require activation by caspase-1 for biological activity. Caspase-1 itself is activated by innate immune complexes, the inflammasomes. Here we show that secretion of the leaderless proteins proIL-1α, caspase-1, and fibroblast growth factor (FGF)-2 depends on caspase-1 activity. Although proIL-1α and FGF-2 are not substrates of the protease, we demonstrated their physical interaction. Secretome analysis using iTRAQ proteomics revealed caspase-1-mediated secretion of other leaderless proteins with known or unknown extracellular functions. Strikingly, many of these proteins are involved in inflammation, cytoprotection, or tissue repair. These results provide evidence for an important role of caspase-1 in unconventional protein secretion. By this mechanism, stress-induced activation of caspase-1 directly links inflammation to cytoprotection, cell survival, and regenerative processes.

The recent application of molecular phylogeny to environmental samples has resulted in the discovery of an abundance of unique and previously unrecognized microorganisms. The vast majority of this microbial diversity has proved refractory to cultivation. Here, we describe a universal method that provides access to this immense reservoir of untapped microbial diversity. This technique combines encapsulation of cells in gel microdroplets for massively parallel microbial cultivation under low nutrient flux conditions, followed by flow cytometry to detect microdroplets containing microcolonies. The ability to grow and study previously uncultured organisms in pure culture will enhance our understanding of microbial physiology and metabolic adaptation and will provide new sources of microbial metabolites. We show that this technology can be applied to samples from several different environments, including seawater and soil.

The primary obstacle to producing renewable fuels from lignocellulosic biomass is a plant's recalcitrance to releasing sugars bound in the cell wall. From a sample set of wood cores representing 1,100 individual undomesticated Populus trichocarpa trees, 47 extreme phenotypes were selected across measured lignin content and ratio of syringyl and guaiacyl units (S/G ratio). This subset was tested for total sugar release through enzymatic hydrolysis alone as well as through combined hot-water pretreatment and enzymatic hydrolysis using a high-throughput screening method. The total amount of glucan and xylan released varied widely among samples, with total sugar yields of up to 92% of the theoretical maximum. A strong negative correlation between sugar release and lignin content was only found for pretreated samples with an S/G ratio < 2.0. For higher S/G ratios, sugar release was generally higher, and the negative influence of lignin was less pronounced. When examined separately, only glucose release was correlated with lignin content and S/G ratio in this manner, whereas xylose release depended on the S/G ratio alone. For enzymatic hydrolysis without pretreatment, sugar release increased significantly with decreasing lignin content below 20%, irrespective of the S/G ratio. Furthermore, certain samples featuring average lignin content and S/G ratios exhibited exceptional sugar release. These facts suggest that factors beyond lignin and S/G ratio influence recalcitrance to sugar release and point to a critical need for deeper understanding of cell-wall structure before plants can be rationally engineered for reduced recalcitrance and efficient biofuels production.

The hyperthermophile Nanoarchaeum equitans is an obligate symbiont growing in coculture with the crenarchaeon Ignicoccus. Ribosomal protein and rRNA-based phylogenies place its branching point early in the archaeal lineage, representing the new archaeal kingdom Nanoarchaeota. The N. equitans genome (490,885 base pairs) encodes the machinery for information processing and repair, but lacks genes for lipid, cofactor, amino acid, or nucleotide biosyntheses. It is the smallest microbial genome sequenced to date, and also one of the most compact, with 95% of the DNA predicted to encode proteins or stable RNAs. Its limited biosynthetic and catabolic capacity indicates that N. equitans' symbiotic relationship to Ignicoccus is parasitic, making it the only known archaeal parasite. Unlike the small genomes of bacterial parasites that are undergoing reductive evolution, N. equitans has few pseudogenes or extensive regions of noncoding DNA. This organism represents a basal archaeal lineage and has a highly reduced genome.

It has long been known that human keratinocytes are a potent source of the proinflammatory cytokines proIL-1alpha and -1beta[1], which are activated and released in response to UV irradiation [2]. However, the intracellular pathways, which regulate maturation and secretion of IL-1 in keratinocytes, are unknown. Here we show that the UVB-mediated enhancement of cytoplasmic Ca(2+) is required for activation of the IL-1beta-converting enzyme caspase-1 by the inflammasome, a multiprotein innate immune complex [3, 4]. Caspase-1 in turn activates proIL-1beta, and keratinocytes secrete the cytokine as well as inflammasome components. These results demonstrate the presence of a proIL-1beta-processing inflammasome in nonprofessional immune cells and the necessity of inflammasome components for the UVB-induced secretion of IL-1beta. This supports the concept that keratinocytes are important immuno-competent cells under physiological and pathological conditions [5].

Better understanding of true electrochemical reaction behaviors in electrochemical energy devices has long been desired. It has been assumed so far that the reactions occur across the entire catalyst layer (CL), which is designed and fabricated uniformly with catalysts, conductors of protons and electrons, and pathways for reactants and products. By introducing a state-of-the-art characterization system, a thin, highly tunable liquid/gas diffusion layer (LGDL), and an innovative design of electrochemical proton exchange membrane electrolyzer cells (PEMECs), the electrochemical reactions on both microspatial and microtemporal scales are revealed for the first time. Surprisingly, reactions occur only on the CL adjacent to good electrical conductors. On the basis of these findings, new CL fabrications on the novel LGDLs exhibit more than 50 times higher mass activity than conventional catalyst-coated membranes in PEMECs. This discovery presents an opportunity to enhance the multiphase interfacial effects, maximizing the use of the catalysts and significantly reducing the cost of these devices.

Novel LGDLs remarkably reduce losses and reveals unprecedented rapid electrochemical reactions.