Spatial distribution of Malaria indicator in Tanzania

Dissertation submitted in partial fulfillment of the requirements for the Degree of Master of Science in Geospatial Technologies

Interaction of malaria parasites with host late endocytic and autophagic pathways is essential for Plasmodium liver stage development

RESUMO: A Malária é causada por parasitas do género Plasmodium, sendo a doença parasitária mais fatal para o ser humano. Apesar de, durante o século passado, o desenvolvimento económico e a implementação de diversas medidas de controlo, tenham permitido erradicar a doença em muitos países, a Malária continua a ser um problema de saúde grave, em particular nos países em desenvolvimento. A Malária é transmitida através da picada de uma fêmea de mosquito do género Anopheles. Durante a picada, os esporozoítos são injetados na pele do hospedeiro, seguindo-se a fase hepática e obrigatória do ciclo de vida. No fígado, os esporozoítos infetam os hepatócitos onde se replicam, dentro de um vacúolo parasitário (VP) e de uma forma imunitária silenciosa, em centenas de merozoitos. Estas novas formas do parasita são as responsáveis por infetar os eritrócitos, iniciando a fase sanguínea da doença, onde se os primeiros sintomas se manifestam, tais como a característica febre cíclica. A fase hepática da doença é a menos estudada e compreendida. Mais ainda, as interações entre o VP e os organelos da células hospedeira estão ainda pouco caracterizados. Assim, neste estudo, as interações entre os organelos endocíticos e autofágicos da célula hospedeira e o VP foram dissecados, observando-se que os anfisomas, que são organelos resultantes da intersecção do dois processos de tráfego intracelular, interagem com o parasita. Descobrimos que a autofagia tem também uma importante função imunitária durante a fase hepática inicial, ao passo, que durante o desenvolvimento do parasita, já numa fase mais tardia, o parasita depende da interação com os endossomas tardios e anfisomas para crescer. Vesiculas de BSA, EGF e LC3, foram, também, observadas dentro do VP, sugerindo que os parasitas são capazes de internalizar material endocítico e autofágico do hospedeiro. Mais ainda, mostramos que esta interação depende da cinase PIKfyve, responsável pela conversão do fosfoinositidio-3-fosfato no fosfoinositidio-3,5-bifosfato, uma vez que inibindo esta cinase o parasita não é capaz de crescer normalmente. Finalmente, mostramos que a proteína TRPML1, uma proteína efetora do fosfoinositidio-3,5-bifosfato, e envolvida no processo de fusão das membranas dos organelos endocíticos e autofágicos, também é necessária para o crescimento do parasita. Desta forma, o nosso estudo sugere que a membrana do VP funde com vesiculas endocíticas e autofágicas tardias, de uma forma dependente do fositidio-3,5-bifosfato e do seu effetor TRPML1, permitindo a troca de material com a célula hospedeira. Concluindo, os nossos resultados evidenciam que o processo autofágico que ocorre na célula hospedeira tem um papel duplo durante a fase hepática da malaria. Enquanto numa fase inicial os hepatócitos usam o processo autofágico como forma de defesa contra o parasita, já durante a fase de replicação o VP funde com vesiculas autofágicas e endocíticas de forma a obter os nutrientes necessários ao seu desenvolvimento.--------- ABSTRACT: Malaria, which is caused by parasites of the genus Plasmodium, is the most deadly parasitic infection in humans. Although economic development and the implementation of control measures during the last century have erradicated the disease from many areas of the world, it remains a serious human health issue, particularly in developing countries. Malaria is transmitted by female mosquitoes of the genus Anopheles. During the mosquito blood meal, Plasmodium spp. sporozoites are injected into the skin dermis of the vertebrate host, followed by an obligatory liver stage. Upon entering the liver, Plasmodium parasites infect hepatocytes and silently replicate inside a host cell-derived parasitophorous vacuole (PV) into thousands of merozoites. These new parasite forms can infect red blood cells initiating the the blood stage of the disease which shows the characteristic febrile malaria episodes. The liver stage is the least characterized step of the malaria infection. Moreover, the interactions between the Plasmodium spp. PV and the host cell trafficking pathways are poorly understood. We dissected the interaction between Plasmodium parasites and the host cell endocytic and autophagic pathways and we found that both pathways intersect and interconnect in the close vicinity of the parasite PV, where amphisomes are formed and accumulate. Interestingly, we observed a clearance function for autophagy in hepatocytes infected with Plasmodium berghei parasites at early infection times, whereas during late liver stage development late endosomes and amphisomes are required for parasite growth. Moreover, we found the presence of internalized BSA, EGF and LC3 inside parasite vacuoles, suggesting that the parasites uptake endocytic and autophagic cargo. Furthermore, we showed that the interaction between the PV and host traffic pathways is dependent on the kinase PIKfyve, which converts the phosphoinositide PI(3)P into PI(3,5)P2, since PIKfyve inhibition caused a reduction in parasite growth. Finally, we showed that the PI(3,5)P2 effector protein TRPML1, which is involved in late endocytic and autophagic membrane fusion, is also required for parasite development. Thus, our studies suggest that the parasite parasitophorous vacuole membrane (PVM) is able to fuse with late endocytic and autophagic vesicles in a PI(3,5)P2- and TRPML1-dependent manner, allowing the exchange of material between the host cell and the parasites, necessary for the rapid development of the latter that is seen during the liver stage of infection. In conclusion, we present evidence supporting a specific and essential dual role of host autophagy during the course of Plasmodium liver infection. Whereas in the initial hours of infection the host cell uses autophagy as a cell survival mechanism to fight the infection, during the replicative phase the PV fuses with host autophagic and endocytic vesicles to obtain nutrients required for parasite growth.

the liver endoplasmic reticulum in malaria liver infection

Malaria, a disease caused by Plasmodium, represents a major health problem with a still disconcertingly high mortality rate (655 000 malaria deaths were estimated by the World Health Organization in 2012), mainly in Africa [1]. After a bite by an infected Anopheles mosquito occurs, Plasmodium sporozoites reach their target organ, the liver, within minutes. After traversing several hepatocytes, the parasite invades a final one and establishes a parasitophorous vacuole, where it replicates exponentially generating thousands of infective merozoites, the red blood cell infectious forms that are released in the blood stream. The liver stage is the first obligatory phase of malaria infection and, although no symptoms are associated with it, it is absolutely crucial to the establishment of a successful infection.(...)

Gold nanoparticle to antibody conjugates for diagnosis applications: molecular interactions and immunoassay development

Thesis for the Master degree in Structural and Functional Biochemistry

Studies on the genetics of artemisinin resistance in malaria

A existência de estirpes de Plasmodium falciparum resistentes a multiplos fármacos é um dos problemas mais graves no controlo da malária. Novos fármacos, como a artemisinina (ART) e seus derivados são cada vez mais utilizados no tratamento da malaria e muito embora até ao momento não haja registos de fármaco-resistência estável à ART o seu surgimento seria desastroso devido á falta de alternativas. A investigação apresentada nesta tese descreve a selecção de resistência estável à ART e ao artesunato (ATN) utilizando um modelo roedor de malária, o parasita Plasmodium chabaudi chabaudi (Plasmodium chabaudi). Dois clones de Plasmodium chabaudi diferentes, AS-15CQ e AS-30CQ, foram inoculados em murganhos que por sua vez foram tratados na presença de concentrações sucessivamente crescentes de ATN e ART, sendo que no final do processo de seleção de resistência, os parasitas obtidos apresentavam uma resistência de 6 e 15 vezes superior ao ATN e à ART, respectivamente, em relação aos parasitas iniciais. Os clones obtidos foram nomeados respectivamente AS-ATN (obtido a partir de AS-15CQ por seleção com pressão de ATN) e AS-ART (obtido a partir de AS-30CQ por seleção com pressão de ART). A resistência obtida durante o processo de seleção é estável após clonagem, congelamento/descongelamento, passagem sanguínea na ausência de pressão de fármaco e transmissão natural através do mosquito vector. A sequência nucleotídica e o número de cópias dos genes previamente descritos na literatura como moduladores putativos de resistência à ART e seus derivados: mdr1, cg10, tctp e atp6; foi comparada entre parasitas resistentes e sensíveis, não tendo sido encontradas nenhumas alterações, quer na sequência quer no número de cópias destes genes. Posteriormente, numa tentativa de identificar os genes envolvidos na resistância à ART e ao ATN a técnica de Linkage Group Selection (LGS) foi utilizada. Para tal dois cruzamentos genéticos foram realizados. Estes cruzamentos foram realizados entre os clones fármaco-resistentes; AS-ART e AS-ATN e um clone geneticamente distinto dos anteriores e sensível aos fármacos em estudos, AJ. Após realização do LGS quatro loci genéticos; nos cromossomas de P. chabaudi 1, 2, 6 e 8 foram encontrados associados à resistência. Atendendo a que, a selecção no cromossoma 2 era a mais forte, este locus foi submetido a subsequentes análises genéticas, tendo sido encontradas duas mutações diferentes (V739F e V770F) num gene que codifica para um enzima de desubiquitinação (gene ubp-1).

Studies on the genetics of artemisinin resistance in malaria

A existência de estirpes de Plasmodium falciparum resistentes a multiplos fármacos é um dos problemas mais graves no controlo da malária. Novos fármacos, como a artemisinina (ART) e seus derivados são cada vez mais utilizados no tratamento da malaria e muito embora até ao momento não haja registos de fármaco-resistência estável à ART o seu surgimento seria desastroso devido á falta de alternativas. A investigação apresentada nesta tese descreve a selecção de resistência estável à ART e ao artesunato (ATN) utilizando um modelo roedor de malária, o parasita Plasmodium chabaudi chabaudi (Plasmodium chabaudi). Dois clones de Plasmodium chabaudi diferentes, AS-15CQ e AS-30CQ, foram inoculados em murganhos que por sua vez foram tratados na presença de concentrações sucessivamente crescentes de ATN e ART, sendo que no final do processo de seleção de resistência, os parasitas obtidos apresentavam uma resistência de 6 e 15 vezes superior ao ATN e à ART, respectivamente, em relação aos parasitas iniciais. Os clones obtidos foram nomeados respectivamente AS-ATN (obtido a partir de AS-15CQ por seleção com pressão de ATN) e AS-ART (obtido a partir de AS-30CQ por seleção com pressão de ART). A resistência obtida durante o processo de seleção é estável após clonagem, congelamento/descongelamento, passagem sanguínea na ausência de pressão de fármaco e transmissão natural através do mosquito vector. A sequência nucleotídica e o número de cópias dos genes previamente descritos na literatura como moduladores putativos de resistência à ART e seus derivados: mdr1, cg10, tctp e atp6; foi comparada entre parasitas resistentes e sensíveis, não tendo sido encontradas nenhumas alterações, quer na sequência quer no número de cópias destes genes. Posteriormente, numa tentativa de identificar os genes envolvidos na resistância à ART e ao ATN a técnica de Linkage Group Selection (LGS) foi utilizada. Para tal dois cruzamentos genéticos foram realizados. Estes cruzamentos foram realizados entre os clones fármaco-resistentes; AS-ART e AS-ATN e um clone geneticamente distinto dos anteriores e sensível aos fármacos em estudos, AJ. Após realização do LGS quatro loci genéticos; nos cromossomas de P. chabaudi 1, 2, 6 e 8 foram encontrados associados à resistência. Atendendo a que, a selecção no cromossoma 2 era a mais forte, este locus foi submetido a subsequentes análises genéticas, tendo sido encontradas duas mutações diferentes (V739F e V770F) num gene que codifica para um enzima de desubiquitinação (gene ubp-1).

Lime-metakaolin mortars for historical buildings repair: study of the hardening reaction

International Conference Durable Structures: from construction to rehabilitation. Lisbon, LNEC, 31 May-1 June 2012

Vista Alegre: the decline of an historical company

A Work Project, presented as part of the requirements for the Award of a Masters Degree in Finance from the NOVA – School of Business and Economics

Chromatic reintegration of historical mortars with lime-based pozzolanic consolidant products

3rd Historic Mortars Conference, 11-14 September 2013, Glasgow, Scotland

Uncovering the role of IFNAR1 in Experimental Cerebral malaria

Dissertation presented the Ph.D degree in Biology

Durability to marine environment of innovative products for consolidation and chromatic reintegration of historical renders

9th International Masonry Conference 2014, 7-9 July, Universidade do Minho, Guimarães

Consolidation and chromatic reintegration of historical renders with lime-based pozzolanic products

Historical renders are exposed to several degradation processes that can lead to a wide range of anomalies,such as scaling, detachments, and pulverization. Among the common anomalies, the loss of cohesion and of adhesion are usually identified as the most difficult to repair; these anomalies still need to be deeply studied to design compatible, durable, and sustainable conservation treatments. The restitution of render cohesion can be achieved using consolidating products. Nevertheless, repair treatments could induce aesthetic alterations, and, therefore, are usually followed by chromatic reintegration. This work aims to study the effectiveness of mineral products as consolidants for lime-based mortars and simultaneously as chromatic treatments for pigmented renders. The studied consolidating products are prepared by mixing air lime,metakaolin, water, and mineral pigments. The idea of these consolidating and coloring products rises from a traditional lime-based technique, the limewash, widely diffused in southern Europe and in the Mediterranean area. Consolidating products were applied and tested on lime-based mortar specimens with a low binder–aggregate ratio and therefore with reduced cohesion. A physico-mechanical, microstructural, and mineralogical characterization was performed on untreated and treated specimens, in order to evaluate the efficacy and durability of the treatments. Accelerated aging tests were also performed to assess consolidant durability, when subjected to aggressive conditions. Results showed that the consolidants tested are compatible, effective, and possess good durability.

Historical trajectories of currently shrinking Portuguese cities: A typology of urban shrinkage

Cities develop according to different patterns, undergoing population growth during some periods and decline (shrinkage) during others. Theories attempting to understand these behaviours include: 1) shrinkage is a natural process in the life cycle of a city, alternating with periods of growth, or 2) shrinkage is an extreme event that places cities into a continuous decline process with no return to population growth. We use retrospective data over a period of 130 years to study 25 Portuguese cities currently facing population decline, and show that both theories coexist in time and space. Five types of shrinking city are revealed: “Persistent Early Shrinkage” due to exodus fromthe rural periphery, “Metropolitan Shrinkage” due to the challenges of urban sprawl, “Recent Shrinkage” in de-industrialisation hotspots, “Cyclic Shrinkage” occurring in political transformation cores, and “Mild Shrinkage” due to life-style disamenity. As diversity of city population trajectories appears to be the norm in both Portugal and other Western European countries, the incorporation of this range into the management of urban transitions is recommended in order to reinforce city resilience.

Historical reconstructions of raw materials based on a blue smalt coating applied to a seventeenth-century altarpiece

Based on samples cross-sections from the Main Altarpiece of the Coimbra Old Cathedral, where a blue coating performed in 1685 is observed (that was partly covered with a Prussian blue-containing overpaint), the raw materials present in this coating were reproduced and studied. Blue areas were painted with smalt in oil, according to the contract signed by Manoel da Costa Pereira in 1684 and the analysis by Le Gac in 2009. Based on these, three batches of cobalt-based glasses (S1, S2 and S3) were heated and melted in alumina crucibles in the kiln. S1 contained 6.03 % of cobalt oxide, S2 contained 2.10 %, with the addition of 1.49 % of magnesium oxide, and S3 contained 6.82 % of cobalt oxide, with the addition of 4.63% of antimony trioxide. These batches were ground mechanically with water and manually with different vehicles stated in recipes. The results were studied by means of OM, SEM-EDS, X-Ray CT, Colorimetry and Vickers HT. Different binders were also produced and analyzed by means of μ-FTIR, in order to perform their characterization and obtain Standard Spectra. Since anhydrite was identified in the ground layers, gypsum from Óbidos was also characterized by XRD. The main goal of this thesis was to study all the raw materials present in the 1685-blue coating, in order to allow the historically accurate reconstruction of the layers build-up in the next future.

The weilburg painting showing the lisbon entry of 1619 in its historical and pictorial context

This article deals with the splendid panoramic painting depicting the Joyeuse Entrée of King Philipp III (Filipe II de Portugal) in Lisbon in 1619 which the author discovered at Weilburg castle in Germany. The author places the painting in its historical and pictorial context by comparing it to the written reports of the entry and comparable 16th and 17th century views of Lisbon. Apparently, the painting is based on a strictly planned choreography that largely follows the previous entry of Philipp II, and is identical in the painted, engraved and written descriptions of the event published between 1619 and 1622.