Mould and yeast identification in archival settings: preliminary results on the use of traditional methods and molecular biology options in Portuguese archives

This project was developed to fully assess the indoor air quality in archives and libraries from a fungal flora point of view. It uses classical methodologies such as traditional culture media – for the viable fungi – and modern molecular biology protocols, especially relevant to assess the non-viable fraction of the biological contaminants. Denaturing high-performance liquid chromatography (DHPLC) has emerged as an alternative to denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE) and has already been applied to the study of a few bacterial communities. We propose the application of DHPLC to the study of fungal colonization on paper-based archive materials. This technology allows for the identification of each component of a mixture of fungi based on their genetic variation. In a highly complex mixture of microbial DNA this method can be used simply to study the population dynamics, and it also allows for sample fraction collection, which can, in many cases, be immediately sequenced, circumventing the need for cloning. Some examples of the methodological application are shown. Also applied is fragment length analysis for the study of mixed Candida samples. Both of these methods can later be applied in various fields, such as clinical and sand sample analysis. So far, the environmental analyses have been extremely useful to determine potentially pathogenic/toxinogenic fungi such as Stachybotrys sp., Aspergillus niger, Aspergillus fumigatus, and Fusarium sp. This work will hopefully lead to more accurate evaluation of environmental conditions for both human health and the preservation of documents.

Accessing indoor fungal contamination using conventional and molecular methods in Portuguese poultries

Epidemiological studies showed increased prevalence of respiratory symptoms and adverse changes in pulmonary function parameters in poultry workers, corroborating the increased exposure to risk factors, such as fungal load and their metabolites. This study aimed to determine the occupational exposure threat due to fungal contamination caused by the toxigenic isolates belonging to the complex of the species of Aspergillus flavus and also isolates fromAspergillus fumigatus species complex. The study was carried out in seven Portuguese poultries, using cultural and molecularmethodologies. For conventional/cultural methods, air, surfaces, and litter samples were collected by impaction method using the Millipore Air Sampler. For the molecular analysis, air samples were collected by impinger method using the Coriolis μ air sampler. After DNA extraction, samples were analyzed by real-time PCR using specific primers and probes for toxigenic strains of the Aspergillus flavus complex and for detection of isolates from Aspergillus fumigatus complex. Through conventional methods, and among the Aspergillus genus, different prevalences were detected regarding the presence of Aspergillus flavus and Aspergillus fumigatus species complexes, namely: 74.5 versus 1.0% in the air samples, 24.0 versus 16.0% in the surfaces, 0 versus 32.6% in new litter, and 9.9 versus 15.9%in used litter. Through molecular biology, we were able to detect the presence of aflatoxigenic strains in pavilions in which Aspergillus flavus did not grow in culture. Aspergillus fumigatus was only found in one indoor air sample by conventional methods. Using molecular methodologies, however, Aspergillus fumigatus complex was detected in seven indoor samples from three different poultry units. The characterization of fungal contamination caused by Aspergillus flavus and Aspergillus fumigatus raises the concern of occupational threat not only due to the detected fungal load but also because of the toxigenic potential of these species.

Human biomonitoring: biomarkers, susceptibility, and nutrigenetics

The methods of molecular biology applied in epidemiological research lead us to the realm of molecular epidemiology, where there is immense potential for the establishment of associations between cancer and exposure to risk factors in lifestyle, profession, or pollution. Human biomonitoring consists, on the one hand, in research and identification of hazardous environmental conditions and, on the other hand, in the assessment of cancer risk following exposure to such conditions. Since carcinogenesis is a lengthy process, the biomarkers used to recognize biological abnormalities are selected and developed in the realm of molecular epidemiology. Such biomarkers are quantifiable and allow for the recognition of progression from normal to abnormal biological conditions at the molecular level. They can be categorized in biomarkers of exposure, effect, and genetic susceptibility. Genotoxicity biomarkers are a particular subset of effect biomarkers and are used to assess genomic instability caused by environmental or occupational exposure, being considered useful carcinogenesis predictors.

Bibliotecas na saúde… e a saúde nas bibliotecas?

Em arquivos e bibliotecas a presença de fungos é considerada nefasta pelas suas implicações na conservação e leitura de documentos históricos e pela sua associação a problemas de saúde sentidos pelos funcionários e utentes que frequentam estes locais. De acordo com alguns autores, os problemas de saúde mais reportados por funcionários em Bibliotecas e Arquivos são dermatite, rinite, alergias e asma. Embora revestida de inegável importância, existem poucos estudos internacionais sobre a temática e, em Portugal, a contaminação fúngica em ambiente arquivístico e em bibliotecas é ainda muito pouco conhecida. O estudo realizado em quatro Arquivos Portugueses teve como objectivo conhecer a contaminação fúngica, contribuindo para a análise da qualidade do ar interior desses espaços e sua comparação com estudos internacionais. Para isso foram recolhidas amostras de ar e de superfícies e estas foram analisadas por métodos clássicos de cultura e, quando necessário, por métodos de biologia molecular. A avaliação foi feita quantitativa e qualitativamente, considerando os requisitos legais em vigor. No que respeita à análise do ar, o número de unidades formadoras de colónias (UFC)/m3 nunca excedeu as 500 (limite legislado), tendo sido verificada contaminação interior em todos os locais estudados. Comparativamente aos estudos realizados anteriormente em contextos semelhantes foram encontrados níveis elevados de contaminação por leveduras nas amostras de ar analisadas em Arquivos Portugueses. Não foi identificado nenhum fungo patogénico neste estudo, mas em quase todas as amostras estavam presentes fungos potencialmente toxinogénicos. Dentro do grupo dos Aspergillus, o A.versicolor mostrou predominância, tendo este fungo reconhecidas capacidades de emissão de micotoxinas em ambiente de interior. A inclusão de amostras de superfície revelou-se vital para conhecer todo o espectro fúngico existente em cada um dos locais estudados, incluindo a detecção de Stachybotrys chartarum e a do fungo potencialmente queratinofílico, Chrysosporium carmichaelli. Tanto para a saúde como para a conservação, o recente estudo realizado em quatro arquivos permitiu retirar importantes conclusões e reforçar a necessidade de vigilância, sendo também útil para a definição de padrões de qualidade no campo do património cultural.

Complementarity of conventional and molecular methods in the assessment of fungal contamination caused by Aspergillus fumigatus complex in one Portuguese composting plant

The handling of waste and compost that occurs frequently in composting plants (compost turning, shredding, and screening) has been shown to be responsible for the release of dust and air borne microorganisms and their compounds in the air. Thermophilic fungi, such as A. fumigatus, have been reported and this kind of contamination in composting facilities has been associated with increased respiratory symptoms among compost workers. This study intended to characterize fungal contamination in a totally indoor composting plant located in Portugal. Besides conventional methods, molecular biology was also applied to overcome eventual limitations.

Genotoxicity biomarkers: application in histopathology laboratories

Most cancers results from man-made and natural environmental exposures (such as tobacco smoke; chemical pollutants in air, water, food, drugs; radon; and infectious agents) acting in concert with both genetic and acquired characteristics. It has been estimated that without these environmental factors, cancer incidence would be dramatically reduced, by as much as 80%-90%. The modulation of environmental factors by host susceptibility was rarely evaluated. However, within the past few years, the interaction between environmental factors and host susceptibility factors has become a very active area of research. Molecular biology as a tool for use in epidemiological studies has significant potential in strengthening the identification of cancers associated with environmental exposures related to lifestyle, occupation, or ambient pollution. In molecular epidemiology, laboratory methods are employed to document the molecular basis and preclinical effects of environmental carcinogenesis. Molecular epidemiology has become a major field of research and considerable progress has been made in validation and application of biomarkers and its greatest contribution has been the insights provided into interindividual variation in human cancer risk and the complex interactions between environmental factors and host susceptibility factors, both inherited and acquired, in the multistage process of carcinogenesis.

Occupational exposure to aflatoxin (AFB1) in poultry production

Aflatoxin B1 (AFB1) has been recognized to produce cancer in human liver. In addition, epidemiological and laboratory studies demonstrated that the respiratory system was a target for AFB1. Exposure occurs predominantly through the food chain, but inhalation represents an additional route of exposure. The present study aimed to examine AFB1 exposure among poultry workers in Portugal. Blood samples were collected from a total of 31 poultry workers from six poultry farms. In addition, a control group (n = 30) was included comprised of workers who undertook administrative tasks. Measurement of AFB1 in serum was performed by enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA). For examining fungi contamination, air samples were collected through an impaction method. Air sampling was obtained in pavilion interior and outside the premises, since this was the place regarded as the reference location. Using molecular methods, toxicogenic strains (aflatoxin-producing) were investigated within the group of species belonging to Aspergillus flavus complex. Eighteen poultry workers (59%) had detectable levels of AFB1 with values ranging from <1 ng/ml to4.23 ng/ml and with a mean value of 2 ± 0.98ng/ml. AFB1 was not detected in the serum sampled from any of the controls. Aspergillus flavus was the fungal species third most frequently found in the indoor air samples analyzed (7.2%) and was the most frequently isolated species in air samples containing only Aspergillus genus (74.5%). The presence of aflatoxigenic strains was only confirmed in outdoor air samples from one of the units, indicating the presence of a source inside the building in at least one case. Data indicate that AFB1 inhalation represents an additional risk in this occupational setting that needs to be recognized, assessed, and prevented.

Implementação e validação de um método analítico para a determinação de surfatantes aniónicos

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Química e Biológica

Molecular epidemiology of Aspergillus collected from cystic fibrosis patients

Background - Aspergillus respiratory infection is a common complication in cystic fibrosis (CF) and is associated with loss of pulmonary function and allergic disease. Methods - Fifty-three Aspergillus isolates recovered from CF patients were identified to species by Internal Transcribed Spacer Region (ITS), β-tubulin, and calmodulin sequencing. Results - Three species complexes (Terrei, Nigri, and Fumigati) were found. Identification to species level gave a single Aspergillus terreus sensu stricto, one Aspergillus niger sensu stricto and 51 Aspergillus fumigatus sensu stricto isolates. No cryptic species were found. Conclusions - To our knowledge, this is the first prospective study of Aspergillus species in CF using molecular methods. The paucity of non-A. fumigatus and of cryptic species of A. fumigatus suggests a special association of A. fumigatus sensu stricto with CF airways, indicating it likely displays unique characteristics making it suitable for chronic residence in that milieu. These findings could refine an epidemiologic and therapeutic approach geared to this pathogen.

Potential pathogenic fungi assessment through molecular biology in cork industry

Portugal has been the world leader in the cork sector in terms of exports, employing ten thousands of workers. In this working activity, the permanent contact with cork may lead to the exposure to fungi, raising concerns as potential occupational hazards in cork industry. The application of molecular tools is crucial in this setting, since fungal species with faster growth rates may hide other species with clinical relevance, such as species belonging to P. glabrum and A. fumigatus complexes. A study was developed aiming at assessing fungal contamination due to Aspergillus fumigatus complex and Penicillium glabrum complex by molecular methods in three cork industries in the outskirt of Lisbon city.

Avaliação da exposição a fungos e partículas em explorações avícolas e suinícolas: estudo

O projeto “Avaliação da Exposição a Fungos e Partículas em Explorações Avícolas e Suinícolas” contemplou um elevado número de colheitas ambientais e biológicas e respectivo processamento laboratorial, sendo apenas possível a sua concretização graças ao financiamento disponibilizado pela Autoridade para as Condições de Trabalho. Foi realizado um estudo transversal para avaliar a contaminação causada por fungos e partículas em 7 explorações avícolas e 7 explorações suinícolas. No que concerne à monitorização biológica, foram medidos os parâmetros espirométricos, utilizando o espirómetro MK8 Microlab, avaliada a existência de sintomas clínicos associados com a asma e outras doenças alérgicas, através de questionário adaptado European Community Respiratory Health Survey e, ainda, avaliada a sensibilização aos agentes fúngicos (IgE). Foram ainda adicionados dois objetivos ao estudo, designadamente: aferir a existência de três espécies/estirpes potencialmente patogénicas/toxinogénicas com recurso à biologia molecular e avaliar a exposição dos trabalhadores à micotoxina aflatoxina B1 por recurso a indicador biológico de exposição. Foram colhidas 27 amostras de ar de 25 litros nas explorações avícolas e 56 de 50 litros nas explorações suinícolas através do método de impacto. As colheitas de ar e a medição da concentração das partículas foram realizadas no interior e no exterior dos pavilhões, sendo este último considerado como local de referência. Simultaneamente, a temperatura e a humidade relativa também foram registadas. As colheitas das superfícies foram realizadas através da técnica de zaragatoa, tendo sido utilizado um quadrado de metal inoxidável de 10 cm de lado, de acordo com a International Standard ISO 18593 – 2004. As zaragatoas obtidas (20 das explorações avícolas e 48 das explorações suinícolas) foram inoculadas em malte de extract agar (2%) com cloranfenicol (0,05 g/L). Além das colheitas de ar e de superfícies, foram também obtidas colheitas da cama das explorações avícolas (7 novas e 14 usadas) e da cobertura do pavimento das explorações suinícolas (3 novas e 4 usadas) e embaladas em sacos esterilizados. Cada amostra foi diluída e inoculada em placas contendo malte extract agar. Todas as amostras foram incubadas a 27,5ºC durante 5 a 7 dias e obtidos resultados quantitativos (UFC/m3; UFC/m2; UFC/g) e qualitativos com a identificação das espécies fúngicas. Para a aplicação dos métodos de biologia molecular foram realizadas colheitas de ar de 300 litros utilizando o método de impinger com a velocidade de recolha de 300 L/min. A identificação molecular de três espécies potencialmente patogénicas e/ou toxinogénicas (Aspergillus flavus, Aspergillus fumigatus e Stachybotrys chartarum) foram obtidas por PCR em tempo real (PCR TR) utilizando o Rotor-Gene 6000 qPCR Detection System. As medições de partículas foram realizadas por recurso a equipamento de leitura direta (modelo Lighthouse, 2016 IAQ). Este recurso permitiu medir a concentração (mg/m3) de partículas em 5 dimensões distintas (PM 0.5; PM 1.0; PM 2.5; PM 5.0; PM10). Nas explorações avícolas, 28 espécies/géneros de fungos foram isolados no ar, tendo Aspergillus versicolor sido a espécie mais frequente (20.9%), seguida por Scopulariopsis brevicaulis (17.0%) e Penicillium sp. (14.1%). Entre o género Aspergillus, Aspergillus flavus apresentou o maior número de esporos (>2000 UFC/m3). Em relação às superfícies, A. versicolor foi detetada em maior número (>3 × 10−2 UFC/m2). Na cama nova, Penicillium foi o género mais frequente (59,9%), seguido por Alternaria (17,8%), Cladosporium (7,1%) e Aspergillus (5,7%). Na cama usada, Penicillium sp. foi o mais frequente (42,3%), seguido por Scopulariopsis sp. (38,3%), Trichosporon sp. (8,8%) e Aspergillus sp. (5,5%). Em relação à contaminação por partículas, as partículas com maior dimensão foram detectadas em maiores concentrações, designadamente as PM5.0 (partículas com a dimensão de 5.0 bm ou menos) e PM10 (partículas com a dimensão de 10 bm ou menos). Neste setting a prevalência da alteração ventilatória obstrutiva foi superior nos indivíduos com maior tempo de exposição (31,7%) independentemente de serem fumadores (17,1%) ou não fumadores (14,6%). Relativamente à avaliação do IgE específico, foi apenas realizado em trabalhadores das explorações avícolas (14 mulheres e 33 homens), não tendo sido encontrada associação positiva (p<0.05%) entre a contaminação fúngica e a sensibilização a antigénios fúngicos. No caso das explorações suinícolas, Aspergillus versicolor foi a espécie mais frequente (20,9%), seguida por Scopulariopsis brevicaulis (17,0%) e Penicillium sp. (14,1%). No género Aspergillus, A. versicolor apresentou o maior isolamento no ar (>2000 UFC/m3) e a maior prevalência (41,9%), seguida por A. flavus e A. fumigatus (8,1%). Em relação às superfícies analisadas, A. versicolor foi detetada em maior número (>3 ×10−2 UFC/m2). No caso da cobertura do pavimento das explorações suinícolas, o género Thicoderma foi o mais frequente na cobertura nova (28,0%) seguida por A. versicolor e Acremonium sp. (14,0%). O género Mucor foi o mais frequente na cobertura usada (25,1%), seguido por Trichoderma sp. (18,3%) e Acremonium sp. (11,2%). Relativamente às partículas, foram evidenciados também valores mais elevados na dimensão PM5 e, predominantes nas PM10. Neste contexto, apenas 4 participantes (22,2%) apresentaram uma alteração ventilatória obstrutiva. Destes, as obstruções mais graves encontraram-se nos que também apresentavam maior tempo de exposição. A prevalência de asma na amostra de trabalhadores em estudo, pertencentes aos 2 contextos em estudo, foi de 8,75%, tendo-se verificado também uma prevalência elevada de sintomatologia respiratória em profissionais não asmáticos. Em relação à utilização complementar dos métodos convencionais e moleculares, é recomendável que a avaliação da contaminação fúngica nestes settings, e, consequentemente, a exposição profissional a fungos, seja suportada pelas duas metodologias e, ainda, que ocorre exposição ocupacional à micotoxina aflatoxina B1 em ambos os contextos profissionais. Face aos resultados obtidos, é importante salientar que os settings alvo de estudo carecem de uma intervenção integrada em Saúde Ocupacional no âmbito da vigilância ambiental e da vigilância da saúde, com o objetivo de diminuir a exposição aos dois factores de risco estudados (fungos e partículas).