Rapid Evolution of the Sequences and Gene Repertoires

Proteins secreted to the extracellular environment or to the periphery of the cell envelope, the secretome, play essential roles in foraging, antagonistic and mutualistic interactions. We hypothesize that arms races, genetic conflicts and varying selective pressures should lead to the rapid change of sequences and gene repertoires of the secretome. The analysis of 42 bacterial pan-genomes shows that secreted, and especially extracellular proteins, are predominantly encoded in the accessory genome, i.e. among genes not ubiquitous within the clade. Genes encoding outer membrane proteins might engage more frequently in intra-chromosomal gene conversion because they are more often in multi-genic families. The gene sequences encoding the secretome evolve faster than the rest of the genome and in particular at non-synonymous positions. Cell wall proteins in Firmicutes evolve particularly fast when compared with outer membrane proteins of Proteobacteria. Virulence factors are over-represented in the secretome, notably in outer membrane proteins, but cell localization explains more of the variance in substitution rates and gene repertoires than sequence homology to known virulence factors. Accordingly, the repertoires and sequences of the genes encoding the secretome change fast in the clades of obligatory and facultative pathogens and also in the clades of mutualists and free-living bacteria. Our study shows that cell localization shapes genome evolution. In agreement with our hypothesis, the repertoires and the sequences of genes encoding secreted proteins evolve fast. The particularly rapid change of extracellular proteins suggests that these public goods are key players in bacterial adaptation.

Papel do polimorfismo Pro12 Ala no gene PPAR Gama 2 na obesidade e diabetes mellitus tipo 2 - uma meta análise

A obesidade e a diabetes mellitus tipo 2 (DM2) são considerados dois grandes problemas de saúde pública. A má alimentação e a falta de atividade física encontram-se entre os principais desencadeadores de um crescente número de indivíduos obesos, diabéticos e com sensibilidade à insulina diminuída. Este aumento tem motivado a comunidade científica a investigar cada vez mais para o elevado contributo da herança genética associada aos fatores sociais e nutricionais. O gene dos recetores ativados por proliferadores do peroxissoma gama 2 (PPARγ2) desempenha um papel importante no metabolismo lipídico. Uma vez que o PPARγ2 é maioritariamente expresso no tecido adiposo, uma redução moderada da sua atividade tem influência na sensibilidade à insulina, diabetes, e outros parâmetros metabólicos. Vários estudos sugerem que tanto fatores genéticos como fatores ambientais (tais como a dieta), poderão estar envolvidos na formação de padrões associados ao polimorfismo Pro12Ala com a composição corporal em diferentes populações humanas. Os diversos estudos genéticos envolvendo o estudo do polimorfismo Pro12Ala do PPARγ2 na suscetibilidade de possuir risco de diabetes e obesidade em várias populações têm proposto conclusões diversas. Em alguns parece haver mais associações do que outros e, às vezes, não demonstram sequer associação. Desta forma, o presente trabalho teve como objectivo contribuir para a elucidação do impacto do polimorfismo Pro12Ala do PPARγ2 na resistência à insulina associada à DM2 e na obesidade, mediante estudo sistematizado da literatura existente até à data, através de meta análise. Do total de uma pesquisa de 63 publicações, foram incluídos 32 artigos no presente estudo, sendo que destes 25 foram incluídos na síntese qualitativa e 11 incluídos na sintese quantitativa. No presente trabalho pode-se concluir que existe evidência estatística que suporta a hipótese de que o polimorfismo Pro12Ala do PPARγ2 pode ser considerado um fator protetor para a DM2 [p <0,05 e OR (odds ratio) 0,702, com IC (intervalos de confiança) com valores que nunca incluem o 1]. No entanto, e mediante os mesmos pressupostos, o mesmo polimorfismo pode ser considerado um fator de risco ao desenvolvimento de obesidade, pela evidência estatística [p <0,05 e OR de 1,196, com IC com valores que nunca incluem o 1].

Implementação da técnica Silver In Situ Hibridization para avaliação do status do gene EGFR em doentes com CPNPC

Avaliação do estado do gene Epidermal Growth Factor Receptor (EGFR), por Silver In Situ Hibridization (SISH), tem-se destacado como biomarcador preditivo na resposta à terapêutica. O principal objectivo foi optimizar a etapa de recuperação por calor da metodologia automatizada SISH Dual-Colour, em carcinomas pulmonares fixados em formol durante 24 e 72 horas. A optimização levou a um aumento da preservação do contorno nuclear e da intensidade e contraste dos sinais para os dois tempos de fixação, permitindo avaliar o estado do EGFR em 83,3% dos casos em estudo. A SISH Dual-Colour é uma alternativa para avaliar o estado do EGFR.

Avaliação da expressão do gene BDNF em doenças neurodegenerativas

O Factor Neurotrófico Derivado do Cérebro (BDNF) está associado a processos de crescimento, diferenciação e sobrevivência das células neuronais. A expressão diferencial do BDNF, particularmente no hipocampo, está relacionada com a manifestação clínica de algumas doenças do foro psiquiátrico e cognitivo como a doença de Huntington, Alzheimer, depressão e esquizofrenia. Este trabalho pretende dar conhecimento das técnicas utilizadas para avaliar a expressão do gene BDNF. As técnicas de ELISA, IHC e Western blot, por permitirem a avaliação precisa da expressão de BDNF, são úteis para uma melhor compreensão, diagnóstico e tratamento de algumas doenças neurodegenerativas.

Can power laws help us understand gene and proteome information?

Proteins are biochemical entities consisting of one or more blocks typically folded in a 3D pattern. Each block (a polypeptide) is a single linear sequence of amino acids that are biochemically bonded together. The amino acid sequence in a protein is defined by the sequence of a gene or several genes encoded in the DNA-based genetic code. This genetic code typically uses twenty amino acids, but in certain organisms the genetic code can also include two other amino acids. After linking the amino acids during protein synthesis, each amino acid becomes a residue in a protein, which is then chemically modified, ultimately changing and defining the protein function. In this study, the authors analyze the amino acid sequence using alignment-free methods, aiming to identify structural patterns in sets of proteins and in the proteome, without any other previous assumptions. The paper starts by analyzing amino acid sequence data by means of histograms using fixed length amino acid words (tuples). After creating the initial relative frequency histograms, they are transformed and processed in order to generate quantitative results for information extraction and graphical visualization. Selected samples from two reference datasets are used, and results reveal that the proposed method is able to generate relevant outputs in accordance with current scientific knowledge in domains like protein sequence/proteome analysis.

Polimorfismo I/D do gene da enzima conversora da angiotensina

Em Portugal, no ano de 2009, existiam 983 mil indivíduos com Diabetes mellitus (DM), dos quais 90% DM tipo 2 (DM2). Um dos principais factores de risco para o desenvolvimento da DM2 é a obesidade. A DM2 está, desta forma, associada a um estilo de vida sedentário, quer pela diminuição do metabolismo da glicose, quer pela sua associação à obesidade devido ao aumento dos níveis de glicose como consequência da sobrealimentação. Outros factores como a lipotoxicidade e o stress oxidativo também têm sido considerados como responsáveis pela disfunção das células-beta pancreáticas. O gene da enzima conversora da angiotensina (ECA) é altamente polimórfico, sendo associado como factor predisponente para diferentes patologias como a DM. O polimorfismo melhor descrito até à actualidade é o de Inserção/Delecção (I/D), consistindo na inserção de um fragmento Alu de 287bp no intrão 16 do gene DCP1. A actividade pró-inflamatória e pró-oxidativa desta enzima sobre o pâncreas, bem como a sua actuação nos processos de fibrose, podem em parte auxiliar na compreensão do processo que origina esta patologia. O polimorfismo I/D torna-se assim um óptimo candidato para a detecção de indivíduos susceptíveis.Este estudo tem como objectivo analisar a distribuição do polimorfismo I/D, bem como a sua possível relação com a incidência de DM e com os níveis de glicose.

Fungidal and bacterial activity of N,N-dimethyl-4-(2,2,2-trichloro-1-(phenylamino)ethyl)aniline

N,N-dimethyl-4-((phenylamino)methyl)aniline (1) was prepared by condensation of aniline and 4-(dimethylamino)benzaldehyde [1] N,N-dimethyl-4-(2,2,2-trichloro-1-(phenylamino)ethyl)aniline (2) was synthesized by trichloromethylation of the imine (N,N-dimethyl-4-((phenylimino)methyl)aniline (1)) with trichloroacetic anhydride under microwave irradiation [2] (Sheme 1). The present work reports the study of bacterial and yeast activity for the compound 2. The bacteria used in this study are Staphylococcus aureus, Escherichia coli and the yeast are Saccharomyces Cerevisiae Candida albican.The results that we will present are the determination of minimal inhibitory concentration (MIC), by means of microdilution by plate method and the specific growth constants for this microorganism. Further studies are being performed to determine viability and cellular injury with this drug.

Development and biological evaluation of API-ILs based on anti-bacterial and anti-fungal drugs

In recent years Ionic Liquids (ILs) are being applied in life sciences. ILs are being produce with active pharmaceutical drugs (API) as they can reduce polymorphism and drug solubility problems [1] Also ILs are being applied as a drug delivery device in innovative therapies What is appealing in ILs is the ILs building up platform, the counter-ion can be carefully chosen in order to avoid undesirable side effects or to give innovative therapies in which two active ions are paired. This work shows ILs based on ampicillin (an anti-bacterial agent) and ILs based on Amphotericin B. Also we show studies that indicate that ILs based on Ampicillin could reverse resistance in some bacteria. The ILs produced in this work were synthetized by the neutralization method described in Ferraz et. al. [2] Ampicillin anion was combined with the following organic cations 1-ethyl-3-methylimidazolium, [EMIM]; 1-hydroxy-ethyl-3-methylimidazolium, [C2OHMIM]; choline, [cholin]; tetraethylammonium, [TEA]; cetylpyridinium, [C16pyr] and trihexyltetradecylphosphonium, [P6,6,6,14]. Amphotericin B was combined with [C16pyr], [cholin] and 1-metohyethyl-3-methylimidazolium, [C3OMIM]. The ILs-APIs based on ampicillin[2] were tested against sensitive Gram-negative bacteria Escherichia coli ATCC 25922 and Klebsiella pneumonia (clinical isolated), as well as on Gram positive Staphylococcus Aureus ATCC 25923, Staphylococcus epidermidis and Enterococcus faecalis. The arising resistance developed by bacteria to antibiotics is a serious public health threat and needs new and urgent measures. We study the bacterial activity of these compounds against a panel of resistant bacteria (clinical isolated strains): E. coli CTX M9, E. coli TEM CTX M9, E. coli TEM1, E. coli CTX M2, E. coli AmpC Mox2. In this work we demonstrate that is possible to produce ILs from anti-bacterial and anti-fungal compounds. We show here that the new ILs can reverse the bacteria resistance. With the careful choice of the organic cation, it is possible to create important biological and physic-chemical properties. This work also shows that the ion-pair is fundamental in ampicillin mechanism of action.

Sensors for the detection and quantification of bacterial contamination in water for human use

The deterioration of water quality by Cyanobacteria cause outbreaks and epidemics associated with harmful diseases in Humans and animals because of the toxins that they release. Microcystin-LR is one of the hepatotoxins most widely studied and the World Health Organization, recommend a maximum value of 1mgL 1 in drinking water. Highly specific recognition molecules, such as molecular imprinted polymers are developed to quantify microcystins in waters for human use and shown to be of great potential in the analysis of these kinds of samples. The obtained results were auspicious, the detection limit found, 1.5mgL 1, being of the same order of magnitude as the guideline limit recommended by the WHO. This technology is very promising because the sensors are stable and specific, and the technology is inexpensive and allows for rapid on-site monitoring.

Common genetic polymorphisms in the ABCB1 gene are associated with risk of major depressive disorder in male Portuguese individuals

Major depressive disorder (MDD) is a highly prevalent disorder, which has been associated with an abnormal response of the hypothalamus–pituitary–adrenal (HPA) axis. Reports have argued that an abnormal HPA axis response can be due to an altered P-Glycoprotein (P-GP) function. This argument suggests that genetic polymorphisms in ABCB1 may have an effect on the HPA axis activity; however, it is still not clear if this influences the risk of MDD. Our study aims to evaluate the effect of ABCB1 C1236T, G2677TA and C3435T genetic polymorphisms on MDD risk in a subset of Portuguese patients. DNA samples from 80 MDD patients and 160 control subjects were genotyped using TaqMan SNP Genotyping assays. A significant protection for MDD males carrying the T allele was observed (C1236T: odds ratio (OR) = 0.360, 95% confidence interval [CI]: [0.140– 0.950], p = 0.022; C3435T: OR= 0.306, 95% CI: [0.096–0.980], p = 0.042; and G2677TA: OR= 0.300, 95% CI: [0.100– 0.870], p = 0.013). Male Portuguese individuals carrying the 1236T/2677T/3435T haplotype had nearly 70% less risk of developing MDD (OR = 0.313, 95% CI: [0.118–0.832], p = 0.016, FDR p = 0.032). No significant differences were observed regarding the overall subjects. Our results suggest that genetic variability of the ABCB1 is associated with MDD development in male Portuguese patients. To the best of our knowledge, this is the first report in Caucasian samples to analyze the effect of these ABCB1 genetic polymorphisms on MDD risk.

Caracterização molecular da resistência a antimicrobianos em Escherichia coli produtoras de β-lactamases de espectro alargado isoladas em cães e estudo da partilha de clones bacterianos entre animais de companhia e coabitantes humanos

A pressão seletiva originada pelo uso excessivo de antimicrobianos na medicina humana e veterinária tem contribuído para a emergência de estirpes bacterianas multirresistentes, sendo os estudos mais escassos relativamente à sua presença nos animais de companhia. Porque os animais e os seus proprietários partilham o mesmo espaço habitacional, apresentando comportamentos de contacto próximo, existe uma hipótese elevada de transferência microbiana inter-espécie. Ante esta possibilidade é importante escrutinar o papel dos animais de companhia enquanto reservatórios de estirpes e de genes de resistência, bem como a sua envolvência na disseminação de estirpes bacterianas multirresistentes. Importa também, investigar o papel das superfícies e objetos domésticos partilhados por ambos, como potenciadores deste fenómeno. O objetivo deste trabalho foi, identificar o filogrupo e fazer a caracterização molecular dos genes que conferem resistência aos β-lactâmicos e às quinolonas, em quarenta isolados de Escherichia coli produtoras de β-lactamases de espectro alargado (ESBL), obtidas em zaragatoas fecais de cães consultados no Hospital Veterinário do ICBAS-UP. Complementarmente pretendeu-se inferir sobre a partilha de clones de Escherichia coli e Enterococcus spp. com elevadas resistências, em cinco agregados familiares (humanos e seus animais de companhia) assim como avaliar a potencial disseminação de estirpes multirresistentes no ambiente doméstico. Previamente foram recolhidas zaragatoas de fezes, pelo e mucosa oral dos animais e em alguns casos, dos seus proprietários, e ainda do ambiente doméstico. As zaragatoas foram processadas e as estirpes isoladas com base em meios seletivos. Foram realizados testes de suscetibilidade antimicrobiana de modo a estabelecer o fenótipo de resistência de cada isolado. O DNA foi extraído por varias metodologias e técnicas de PCR foram utilizadas para caracterização de filogrupos (Escherichia coli) e identificação da espécie (Enterococcus spp.). A avaliação da proximidade filogenética entre isolados foi efetuada por ERIC PCR e PFGE. No conjunto de quarenta isolados produtores de ESBL e/ou resistentes a quinolonas verificou-se que 47,5% pertenciam ao filogrupo A, havendo uma menor prevalência do filogrupo D (25,0%), B1 (17,5%), e B2 (10,0%).A frequência de resistência nestes isolados é factualmente elevada, sendo reveladora de uma elevada pressão seletiva. Com exceção de dois isolados, os fenótipos foram justificados pela presença de β-lactamases. A frequência da presença de genes foi: 47% blaTEM, 34% blaSHV, 24% blaOXA , 18% blaCTX-M-15, 8% blaCTX-M-2, 3% blaCTX-M-9. Nos isolados resistentes às quinolonas verificou-se maioritariamente a presença de mutações nos genes cromossomais gyrA e parC, e em alguns casos a presença de um determinante de resistência mediado por plasmídeo – qnrS. Nos cinco “agregados familiares” (humanos e animais) estudados foi observada uma partilha frequente de clones de E. coli e Enterococcus faecalis com múltiplas resistências, isolados em fezes e mucosa oral de cães e gatos e fezes e mãos dos respetivos proprietários, evidenciando-se assim uma possível transferência direta entre coabitantes (agregados A, C, D, E). Ficou também comprovado com percentagens de similaridade genotípica superiores a 94% que essa disseminação também ocorre para o ambiente doméstico, envolvendo objetos dos animais e de uso comum (agregados A, E). Os resultados obtidos reforçam a necessidade de um uso prudente dos antimicrobianos, pois elevados padrões de resistências terão um impacto não só na qualidade de vida dos animais mas também na saúde humana. Adicionalmente importa sensibilizar os proprietários para a necessidade de uma maior vigilância relativamente às formas de interação com os animais, bem como para a adoção de medidas higiénicas cautelares após essa mesma interação.

Recycling old screen-printed electrodes with newly designed plastic antibodies on the wall of carbon nanotubes as sensory element for in situ detection of bacterial toxins in water

Using low cost portable devices that enable a single analytical step for screening environmental contaminants is today a demanding issue. This concept is here tried out by recycling screen-printed electrodes that were to be disposed of and by choosing as sensory element a low cost material offering specific response for an environmental contaminant. Microcystins (MCs) were used as target analyte, for being dangerous toxins produced by cyanobacteria released into water bodies. The sensory element was a plastic antibody designed by surface imprinting with carefully selected monomers to ensure a specific response. These were designed on the wall of carbon nanotubes, taking advantage of their exceptional electrical properties. The stereochemical ability of the sensory material to detect MCs was checked by preparing blank materials where the imprinting stage was made without the template molecule. The novel sensory material for MCs was introduced in a polymeric matrix and evaluated against potentiometric measurements. Nernstian response was observed from 7.24 × 10−10 to 1.28 × 10−9 M in buffer solution (10 mM HEPES, 150 mM NaCl, pH 6.6), with average slopes of −62 mVdecade−1 and detection capabilities below 1 nM. The blank materials were unable to provide a linear response against log(concentration), showing only a slight potential change towards more positive potentials with increasing concentrations (while that ofthe plastic antibodies moved to more negative values), with a maximum rate of +33 mVdecade−1. The sensors presented good selectivity towards sulphate, iron and ammonium ions, and also chloroform and tetrachloroethylene (TCE) and fast response (<20 s). This concept was successfully tested on the analysis of spiked environmental water samples. The sensors were further applied onto recycled chips, comprehending one site for the reference electrode and two sites for different selective membranes, in a biparametric approach for “in situ” analysis.

Role of the DHH1 Gene in the Regulation of Monocarboxylic Acids Transporters Expression in Saccharomyces cerevisiae

Previous experiments revealed that DHH1, a RNA helicase involved in the regulation of mRNA stability and translation, complemented the phenotype of a Saccharomyces cerevisiae mutant affected in the expression of genes coding for monocarboxylic-acids transporters, JEN1 and ADY2 (Paiva S, Althoff S, Casal M, Leao C. FEMS Microbiol Lett, 1999, 170∶301–306). In wild type cells, JEN1 expression had been shown to be undetectable in the presence of glucose or formic acid, and induced in the presence of lactate. In this work, we show that JEN1 mRNA accumulates in a dhh1 mutant, when formic acid was used as sole carbon source. Dhh1 interacts with the decapping activator Dcp1 and with the deadenylase complex. This led to the hypothesis that JEN1 expression is post-transcriptionally regulated by Dhh1 in formic acid. Analyses of JEN1 mRNAs decay in wild-type and dhh1 mutant strains confirmed this hypothesis. In these conditions, the stabilized JEN1 mRNA was associated to polysomes but no Jen1 protein could be detected, either by measurable lactate carrier activity, Jen1-GFP fluorescence detection or western blots. These results revealed the complexity of the expression regulation of JEN1 in S. cerevisiae and evidenced the importance of DHH1 in this process. Additionally, microarray analyses of dhh1 mutant indicated that Dhh1 plays a large role in metabolic adaptation, suggesting that carbon source changes triggers a complex interplay between transcriptional and post-transcriptional effects.