Enrichment of a PHA producing microbial community in a continuous bioreactor setup

Polyhydroxyalkanoates (PHAs) are biosynthetic polyesters, biodegradable and biocompatible making them of great interest for industrial purposes. The use of low value substrates with mixed microbial communities (MMC) is a strategy currently used to decrease the elevated PHA production costs. PHA production process requires an important step for selection and enrichment of PHA-storing microorganisms which is usually carried out in a Sequencing Batch Reactor (SBR). The aim of this study was to optimize the PHA accumulating culture selection stage using a 2-stage Continuous Stirrer Tank Reactor (CSTR) system. The system was composed by two separate feast and famine bioreactors operated continuously, mimicking the feast and famine phases in a SBR system. Acetate was used as carbon source and biomass seed was highly enriched in Plasticicumulans acidivorans obtained from activated sludge. The system was operated under two different sets of conditions (setup 1 and 2), maintaining a system total retention time of 12 hours and an OLR of 2.25 Cmmol/L.h-1. An average PHB-content of 3.3 % wt was obtained in setup 1 and 4.8% wt in setup 2. Several other experiments were performed in order to better understand the continuous system behaviour, using biomass from the continuous system. With the fed-batch experiment a maximum of 8.1% PHB was stored and the maximum substrate uptake and specific growth rates obtained in the growth experiment (1.15 Cmol Cmol-1.h-1 and 0.53 Cmol Cmol-1.h-1) were close to the ones from continuous system (1.12 Cmol Cmol-1.h-1 and 0.59 Cmol Cmol-1.h-1). The microbial community was characterized trough microscopic visualization, Denaturing Gradient Gel Electrophoresis (DGGE) analysis and Fluorescent in situ hybridization (FISH). The last studied performed mimicked the continuous system by building up a SBR system with all the same operational conditions while adding an extra acetate dosage during the 12 h cycle, simulating the substrate passing from the feast to the famine reactors under continuous operation. It was shown that possibly the continuous system was not able to efficiently select for PHB storing organisms under the operational conditions imposed, although the selected culture was capable of consuming the substrate and grow fast. This main conclusion might have resulted from two major factors affecting the system performance: the ammonium concentration in the Feast reactor and the amount of substrate leaching from the Feast to the Famine reactor.

Semantic enrichment of knowledge sources supported by domain ontologies

This thesis introduces a novel conceptual framework to support the creation of knowledge representations based on enriched Semantic Vectors, using the classical vector space model approach extended with ontological support. One of the primary research challenges addressed here relates to the process of formalization and representation of document contents, where most existing approaches are limited and only take into account the explicit, word-based information in the document. This research explores how traditional knowledge representations can be enriched through incorporation of implicit information derived from the complex relationships (semantic associations) modelled by domain ontologies with the addition of information presented in documents. The relevant achievements pursued by this thesis are the following: (i) conceptualization of a model that enables the semantic enrichment of knowledge sources supported by domain experts; (ii) development of a method for extending the traditional vector space, using domain ontologies; (iii) development of a method to support ontology learning, based on the discovery of new ontological relations expressed in non-structured information sources; (iv) development of a process to evaluate the semantic enrichment; (v) implementation of a proof-of-concept, named SENSE (Semantic Enrichment kNowledge SourcEs), which enables to validate the ideas established under the scope of this thesis; (vi) publication of several scientific articles and the support to 4 master dissertations carried out by the department of Electrical and Computer Engineering from FCT/UNL. It is worth mentioning that the work developed under the semantic referential covered by this thesis has reused relevant achievements within the scope of research European projects, in order to address approaches which are considered scientifically sound and coherent and avoid “reinventing the wheel”.

The cellular basis of a congenital heart defect Drosophila

RESUMO: Mutações em genes envolvidos na formação do coração e anomalias em qualquer etapa deste processo causam frequentemente malformações cardíacas, que representam o tipo mais comum de defeitos em neonatais, afetando cerca de 1% dos nascimentos por ano. Assim, estima-se que 20 milhões de pessoas sejam portadoras de um defeito cardíaco congénito. O coração da Drosophila melanogaster (mosca-da-fruta), denominado vaso dorsal, é um órgão relativamente simples que actua como uma bomba muscular, contraindo automaticamente para permitir a circulação da hemolinfa através do corpo. A formação do vaso dorsal na mosca é muito semelhante ao desenvolvimento do coração em vertebrados, representando por isso, um poderoso modelo para estudar a rede de genes e os padrões regulatórios relacionados com o desenvolvimento deste órgão. Anteriormente, nós identificámos um gene em Drosophila, darhgef10, fortemente expresso no coração em desenvolvimento e cuja deleção induz anormalidades cardíacas subtis mas prevalentes. Os mutantes para darhgef10 são viáveis e férteis no ambiente controlado de laboratório. Este trabalho teve como objectivos caracterizar fenotipicamente os mutantes nulos para darhgef10, determinar a localização subcelular da proteína dArhgef10 e investigar a base celular subjacente ao defeito no alinhamento dos cardioblastos observado nos mutantes. Os nossos resultados revelaram que a deleção de darhgef10 provoca uma severa redução da viabilidade, sem no entanto comprometer o tempo de desenvolvimento e a longevidade. Por outro lado, o aumento da expressão de darhgef10 em músculos, glândulas salivares e no disco imaginal do olho afeta drasticamente a integridade destes tecidos. A expressão ectópica de darhgef10 in vitro e in vivo revelou que a proteína está localiza no citoplasma com enriquecimento junto à membrana celular, com associação à actina F. Live imaging de embriões mutantes para darhgef10 revelou que os defeitos observados no coração podem estar associados a um defeito na adesão dos músculos alary e/ou das células pericardiais ao vaso dorsal. O homólogo humano de darhgef10, ARHGEF10, também é expresso no coração e está associação a uma maior susceptibilidade para a ocorrência de acidentes vasculares cerebrais aterotrombóticos, sugerindo que o que aprendemos sobre darhgef10 em Drosophila pode ter implicações do ponto de vista clínico para a saúde humana. ----------------------------- ABSTRACT: Mutations in genes controlling heart development and abnormalities in any of its steps frequently cause cardiac malformations, the most common type of birth defects in humans, affecting nearly 1% of births per year. Hence around 20 million adults are expected to live with a congenital heart defect. The Drosophila melanogaster heart, called dorsal vessel, is a relatively simple organ that acts as a muscular pump contracting automatically to allow the circulation of hemolymph. Drosophila heart formation shares many similarities with heart development in vertebrates providing a powerful system to study gene networks and regulatory pathways involved in heart development. We have previously identified a Drosophila gene, darhgef10, which is strongly expressed in the developing heart and when deleted, leads to flies with highly prevalent yet subtle heart abnormalities, compatible with unchallenged life in the laboratory. Our aims were to phenotypically characterize homozygous null darhgef10 mutants, characterize the subcellular localization of dArhgef10 and to study the cellular basis of the misaligned cardioblasts defect. We found that about half of darhgef10 mutants die during development. However, the survivors surprisingly have a nearly normal developmental time, adult locomotor behavior and total lifespan. Detection of transgene-derived dArhgef10 protein in vitro and in vivo using custom antibodies revealed a cytosolic protein slightly enriched in the cellular membranes and associated with F-actin. Tissue-specific darhgef10 expression disrupts the normal morphology of developing muscles, salivary glands and the eye. Live imaging of darhgef10 mutant embryos revealed that heart defect could be caused by a reduced capacity of attachment of pericardial cells and/or alary muscle to dorsal vessel. The human homolog of darhgef10 is also expressed in the heart and is a susceptibility gene for atherothrombotic stroke, suggesting that what we learn about the function of this gene and its phenotypes in Drosophila could have implications to human health.

Exploring Literary Landscapes: From Texts to Spatiotemporal Analysis through Collaborative Work and GIS

This article argues that the study of literary representations of landscapes can be aided and enriched by the application of digital geographic technologies. As an example, the article focuses on the methods and preliminary findings of LITESCAPE.PT—Atlas of Literary Landscapes of Mainland Portugal, an on-going project that aims to study literary representations of mainland Portugal and to explore their connections with social and environmental realities both in the past and in the present. LITESCAPE.PT integrates traditional reading practices and ‘distant reading’ approaches, along with collaborative work, relational databases, and geographic information systems (GIS) in order to classify and analyse excerpts from 350 works of Portuguese literature according to a set of ecological, socioeconomic, temporal and cultural themes. As we argue herein this combination of qualitative and quantitative methods—itself a response to the difficulty of obtaining external funding—can lead to (a) increased productivity, (b) the pursuit of new research goals, and (c) the creation of new knowledge about natural and cultural history. As proof of concept, the article presents two initial outcomes of the LITESCAPE.PT project: a case study documenting the evolving literary geography of Lisbon and a case study exploring the representation of wolves in Portuguese literature.

Mortalidade por neoplasias malignas na população residente próximo de minas de urânio em Portugal : Epidemiologia

RESUMO - Introdução: O encerramento das minas de urânio em Portugal tem suscitado preocupação no que respeita aos eventuais efeitos que as radiações emitidas e os agentes químicos presentes terão na saúde das populações. Para esclarecer a existência de tal efeito foi delineado um programa de investigação em que o presente estudo se enquadra. Sendo conhecido que as populações expostas a minas de urânio, nomeadamente os mineiros, têm risco acrescido de sofrer de neoplasias, especialmente de «neoplasias da traqueia, dos brônquios e do pulmão», foi este o grupo de neoplasias seleccionado para constituir a hipótese principal do estudo. Assim, o estudo pretendeu verificar se existe associação entre exposição a minas de urânio e suas escombreiras (especialmente à mina da Urgeiriça, no concelho de Nelas) e a mortalidade por alguns grupos de neoplasias malignas, nomeadamente as «neoplasias malignas da traqueia, dos brônquios e do pulmão». Material e métodos: Trata-se de um estudo «ecológico» em que se consideraram «expostos» os residentes no concelho de Nelas, bem como no conjunto de concelhos com minas de urânio, e «não expostos» os residentes nos restantes concelhos das NUTS Dão-Lafões e Beira Interior Norte e Serra da Estrela. A análise centrou-se no cálculo, para cada concelho ou grupo de concelhos, das razões padronizadas de mortalidade (RPM) por «neoplasias malignas da traqueia, dos brônquios e do pulmão», por «neoplasia maligna do estômago» e por «todas as neoplasias malignas » no período de vinte anos compreendido entre 1980 e 1999. Resultados: Tomando os dois sexos em conjunto, o concelho de Nelas teve a RPM mais elevada para as «neoplasias malignas da traqueia, dos brônquios e do pulmão» (RPM = 133; p = 0,003). Teve também o valor mais elevado no sexo masculino (RPM = 126, não significativo) e o segundo mais elevado no sexo feminino (RPM = 142, não significativo). A razão das RPM concelho de Nelas/concelhos limítrofes de Nelas foi 1,46, p = 0,002 (homens: 1,50 p = 0,003; mulheres: 1,27, não significativo). As razões das RPM concelho de Nelas/concelhos com minas (1,94, p = 0,001) e concelho de Nelas/concelhos sem minas (1,57, p = 0,001) foram claramente superiores a 1. Pelo contrário, as RPM por «neoplasia maligna do estômago » foram sobretudo elevadas nos concelhos da NUTS Beira Interior Norte, que inclui grande parte do distrito da Guarda, (Trancoso: 154, p = 0,000; Sabugal: 146, p = 0,000), embora se tenham observado valores elevados em alguns concelhos da NUTS Dão-Lafões (Vila Nova de Paiva: 154, p = 0,001). Saliente-se que os dois valores mais baixos ocorreram nos concelhos de Tábua (RPM = 57; p = 0,000) e de Nelas (RPM = 60; p = 0,000). Para o conjunto de «todas as neoplasias malignas» as RPM dos vários concelhos variaram entre 62 e 100 sem que a distribuição desses valores sugerisse qualquer associação positiva relevante. Discussão: Os resultados mostraram que a população do concelho de Nelas teve, no período estudado, um risco acrescido de morrer por «neoplasias malignas da traqueia, dos brônquios e do pulmão» quando comparado com a dos concelhos limítrofes e restantes concelhos das NUTS estudadas. A existência da mina da Urgeiriça e da sua escombreira é uma possível causa desse excesso de mortalidade. Ele poderá ter sido gerado, por um lado, através da existência de uma percentagem elevada de ex-mineiros, bem como, por outro lado, através de uma exposição ambiental geral, facto este que é sustentado pela ocorrência de excesso de mortalidade tanto em homens como em mulheres. O excesso de mortalidade por aquele grupo de neoplasias pode ainda ter origem noutras exposições cujo potencial papel é discutido.