Influence of the molecular weight in mechanical properties and degradation kinetics of chitosan inverted colloidal crystals

Tissue engineering arises from the need to regenerate organs and tissues, requiring the development of scaffolds, which can provide an optimum environment for tissue growth. In this work, chitosan with different molecular weights was used to develop biodegradable 3D inverted colloidal crystals (ICC) structures for bone regeneration, exhibiting uniform pore size and interconnected network. Moreover, in vitro tests were conducted by studying the influence of the molecular weight in the degradation kinetics and mechanical properties. The production of ICC included four major stages: fabrication of microspheres; assembly into a cohesive structure, polymeric solution infiltration and microsphere removal. Chitosan’s degree of deacetylation was determined by infrared spectroscopy and molecular weight was obtained via capillary viscometry. In order to understand the effect of the molecular weight in ICC structures, the mass loss and mechanical properties were analyzed after degradation with lysozyme. Structure morphology observation before and after degradation was performed by scanning electron microscopy. Cellular adhesion and proliferation tests were carried out to evaluate ICC in vitro response. Overall, medium molecular weight ICC revealed the best balance in terms of mechanical properties, degradation rate, morphology and biological behaviour.

Molecular epidemiology and virulence factors in Streptococcus agalactiae

Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT) - PhD Project (SFRH/BD/48231/2008: PTDC/SAU-MII/105114/2008 and DAAD scholarship/2010)

Characterization of molecular damage induced by UV photons and carbon ions on biomimetic heterostructures

The study of the effect of radiation on living tissues is a rather complex task to address mainly because they are made of a set of complex functional biological structures and interfaces. Particularly if one is looking for where damage is taking place in a first stage and what are the underlying reaction mechanisms. In this work a new approach is addressed to study the effect of radiation by making use of well identified molecular hetero-structures samples which mimic the biological environment. These were obtained by assembling onto a solid support deoxyribonucleic acid (DNA) and phospholipids together with a soft water-containing polyelectrolyte precursor in layered structures and by producing lipid layers at liquid/air interface with DNA as subphase. The effects of both ultraviolet (UV) radiation and carbon ions beams were systematically investigated in these heterostructures, namely damage on DNA by means vacuum ultraviolet (VUV), infrared (IR), X-Ray Photoelectron (XPS) and impedance spectroscopy. Experimental results revealed that UV affects furanose, PO2-, thymines, cytosines and adenines groups. The XPS spectrometry carried out on the samples allowed validate the VUV and IR results and to conclude that ionized phosphate groups, surrounded by the sodium counterions, congregate hydration water molecules which play a role of UV protection. The ac electrical conductivity measurements revealed that the DNA electrical conduction is arising from DNA chain electron hopping between base-pairs and phosphate groups, with the hopping distance equal to the distance between DNA base-pairs and is strongly dependent on UV radiation exposure, due loss of phosphate groups. Characterization of DNA samples exposed to a 4 keV C3+ ions beam revealed also carbon-oxygen bonds break, phosphate groups damage and formation of new species. Results from radiation induced damage carried out on biomimetic heterostructures having different compositions revealed that damage is dependent on sample composition, with respect to functional targeted groups and extent of damage. Conversely, LbL films of 1,2-dipalmitoyl-sn-Glycero-3-[Phospho-rac-(1-glycerol)] (Sodium Salt) (DPPG) liposomes, alternated with poly(allylamine hydrochloride) (PAH) revealed to be unaffected, even by prolonged UV irradiation exposure, in the absence of water molecules. However, DPPG molecules were damaged by the UV radiation in presence of water with cleavage of C-O, C=O and –PO2- bonds. Finally, the study of DNA interaction with the ionic lipids at liquid/air interfaces revealed that electrical charge of the lipid influences the interaction of phospholipid with DNA. In the presence of DNA in the subphase, the effects from UV irrladiation were seen to be smaller, which means that ionic products from biomolecules degradation stabilize the intact DPPG molecules. This mechanism may explain why UV irradiation does not cause immediate cell collapse, thus providing time for the cellular machinery to repair elements damaged by UV.

Identificação de perigos na cadeia de produção e distribuição de produtos comercializados por uma Empresa do ramo alimentar

O efeito conjugado das imposições da grande distribuição e dos consumidores cada vez mais exigentes levou aos intervenientes do sector alimentar considerarem a certificação dos seus produtos e/ou sistemas de produção e distribuição por referenciais específicos. Todas as organizações que intervêm na cadeia alimentar têm a responsabilidade de colocar no mercado produtos alimentares, cujas condições de higiene e segurança estejam devidamente garantidas. Este trabalho tem por base o levantamento dos perigos considerando todos os potenciais elos da cadeia até ao consumidor final e que podem introduzir perigos para a segurança alimentar, de forma a definir medidas para controlar esses mesmos perigos ou simplesmente comunica-los com vista ao seu controlo. Tem, ainda, como objetivo melhorar a definição da utilização prevista dos produtos ao nível da utilização imprópria, não prevista mas razoavelmente expectável a par com a identificação dos perigos que não são esperados mas que podem ocorrer e ser introduzidos no produto desde a sua origem até ao consumidor final. O trabalho desenvolvido teve por base um período de estágio curricular numa Empresa do ramo Alimentar (Empresa X), onde se realizou um levantamento e posterior revisão de todos os rótulos de caixas e embalagens, fichas técnicas e planos HACCP dos produtos comercializados. Foi possível identificar de uma forma geral os perigos associados às matérias-primas, etapas de processamento e ao produto final, demostrando assim que todos os intervenientes na cadeia alimentar têm de assegurar a segurança no produto na etapa onde intervêm. Foram ainda feitas sugestões de medidas a implementar pela Empresa e ou Fornecedor, sendo que algumas delas já foram implementadas pelos fornecedores da empresa X no seguimento da sugestão apresentada. Concluiu-se que é possível à obtenção de um produto seguro caso exista a colaboração de todos os intervenientes da cadeia alimentar e o cumprimento das boas práticas de fabrico por parte dos mesmos. No entanto constatou-se que ainda é necessário melhorar a rotulagem de alguns produtos no sentido de evitar a sua utilização impropria por parte dos consumidores ou elo seguinte da cadeia até chegar ao consumidor final.

Evolutionary dynamics of Chlamydia trachomatis genome and identification of molecular patterns of hypothetical protein coding genes

The obligate intracellular bacterium Chlamydia trachomatis is a human pathogen of major public health significance. Strains can be classified into 15 main serovars (A to L3) that preferentially cause ocular infections (A-C), genital infections (D-K) or lymphogranuloma venereum (LGV) (L1-L3), but the molecular basis behind their distinct tropism, ecological success and pathogenicity is not welldefined. Most chlamydial research demands culture in eukaryotic cell lines, but it is not known if stains become laboratory adapted. By essentially using genomics and transcriptomics, we aimed to investigate the evolutionary patterns underlying the adaptation of C. trachomatis to the different human tissues, given emphasis to the identification of molecular patterns of genes encoding hypothetical proteins, and to understand the adaptive process behind the C. trachomatis in vivo to in vitro transition. Our results highlight a positive selection-driven evolution of C. trachomatis towards nichespecific adaptation, essentially targeting host-interacting proteins, namely effectors and inclusion membrane proteins, where some of them also displayed niche-specific expression patterns. We also identified potential "ocular-specific" pseudogenes, and pointed out the major gene targets of adaptive mutations associated with LGV infections. We further observed that the in vivo-derived genetic makeup of C. trachomatis is not significantly compromised by its long-term laboratory propagation. In opposition, its introduction in vitro has the potential to affect the phenotype, likely yielding virulence attenuation. In fact, we observed a "genital-specific" rampant inactivation of the virulence gene CT135, which may impact the interpretation of data derived from studies requiring culture. Globally, the findings presented in this Ph.D. thesis contribute for the understanding of C.trachomatis adaptive evolution and provides new insights into the biological role of C. trachomatishypothetical proteins. They also launch research questions for future functional studies aiming toclarify the determinants of tissue tropism, virulence or pathogenic dissimilarities among C. trachomatisstrains.

A organização molecular do Celulossoma: caracterização estrutural da proteína CipA e estudo da diversidade das interações coesina-doquerina

A celulose, principal componente da parede celular vegetal e o composto orgânico mais abundante da biosfera, possui inúmeras aplicações biotecnológicas. O microrganismo anaeróbio Clostridium thermocellum (C.thermocellum) tem sido alvo de grande interesse pela sua capacidade em degradar eficientemente a celulose e outros componentes da parede celular vegetal, por meio de um complexo multi-enzimático altamente eficiente, denominado de celulossoma. A montagem deste complexo ocorre através de uma proteína multi-modular denominada CipA. Esta proteína estrutural possui módulos não catalíticos (coesinas tipo I) que se ligam a módulos complementares (doquerinas tipo I) presentes nas enzimas celulolíticas modulares. A CipA possui ainda um módulo doquerina de tipo II que permite a ancoragem deste complexo multi-enzimático à parede celular da bactéria. Na presente dissertação foram utilizadas as metodologias de Cristalografia de Raios-X, para caracterizar a interação coesina-doquerina a nível atómico e molecular, e de Microarrays, com o intuito de estudar as possíveis especifidades e afinidades dessas interações. Com base na primeira técnica foram elucidadas as estruturas do módulo coesina C4 da CipA em complexo com a doquerina da enzima modular Xyn10B e do módulo coesina C9 isolado. As estruturas foram comparadas com o complexo do módulo coesina C2-doquerina Xyn10B já publicado. Esta análise encontra-se descrita no capítulo 3. Por último, a técnica de Microarrays, associada à eletroforese em gel de poliacrilamida em condições nativas, permitiu a caracterização das diferenças de afinidade e especificidade entre os vários pares coesina-doquerina dos celulossomas de C. thermocellum e de Rumminococcus flavefaciens (R. flavefaciens). As especificidades e afinidades dos módulos doquerina, dos celulossomas mencionados anteriormente estão descritas no capítulo 4.

Proposta de implementação de cartas de controlo na gestão de projetos pela cadeia crítica

O risco de ocorrência de desvios significativos dos custos orçamentados e de incumprimento dos prazos de execução constituem duas das principais preocupações da gestão de projetos. A derrapa-gem de prazos de projetos é um dos motivos apontados para a falta de competitividade da indústria portuguesa (Tenera, 2012). Estes atrasos, para além de falta de competitividade, podem resultar ainda, por exemplo, em sanções financeiras e perda de confiança dos clientes. Goldratt, em 1997, alertou que as limitações das técnicas clássicas de planeamento e controlo pode-riam estar na origem do não cumprimento dos prazos dos projetos, propondo a aplicação da Teoria das Restrições à gestão de projetos, a Gestão de Projetos pela Cadeia Critica (Critical Chain Project Management - CCPM). A CCPM tem os seus princípios vocacionados para a gestão do tempo e introduz mudanças signifi-cativas na forma como os projetos são geridos, preconizando uma redução nas durações programadas das atividades, para contrariar tendências comportamentais humanas de atrasar a execução das tare-fas, introduzindo ainda estrategicamente reservas temporais agregadas, que procuram proteger o pro-jeto de derrapagens temporais. Um dos principais fatores de diferenciação da CCPM é precisamente a forma de monitorizar os projetos, sendo a Gestão das Reservas (Buffer Management - BM) o prin-cipal mecanismo de gestão do tempo de execução dos mesmos. No presente trabalho foi realizada uma revisão bibliográfica dos conceitos associados à gestão de riscos em geral e em particular à gestão de tempo em projetos, através da CCPM. Estudou-se ainda, a metodologia geral de implementação das cartas de controlo, com o objetivo de se desenvolver um modelo adaptado ao controlo de reservas temporais em projetos. Assim, e de acordo com o estudo realizado, foi proposto, desenvolvido e implementado um modelo, que complementa a gestão clássica de reservas temporais da CCPM com a utilização de cartas de controlo. O modelo proposto foi testado numa empreitada de reabilitação de edifícios, na Marinha Portuguesa, com o objetivo de se avaliar a sua aplicabilidade, as suas vantagens e limitações. No presente trabalho procurou-se propor e implementar um modelo robusto de gestão de reservas na CCPM, com aplicabilidade efetiva à gestão de riscos de derrapagem de prazos de projetos, não só na indústria da construção civil como em projetos de outras áreas. Com a aplicação do modelo proposto num caso de estudo, foi possível concluir o projeto dentro do prazo contratualizado, tendo-se verificado que a implementação de cartas de controlo na BM permi-tiu antecipar a deteção de consumos excessivos das reservas temporais do projeto.

Molecular targeting of proteins by homocysteine: implications in familial and clinical hypercholesterolemia

Cardiovascular diseases (CVDs) are one of the leading causes of death and disability worldwide and one of its underlying causes is hypercholesterolemia. Hypercholesterolemia can have genetic (familial hypercholesterolemia, FH) and non-genetic causes (clinical hypercholesterolemia, CH), the first much more severe, with occurrence of premature atherosclerosis. While the pathophysiological role of homocysteine (Hcy) on CVD is still controversial, molecular targeting of protein by S and N-homocysteinylation offers a new paradigm to be considered in the vascular pathogenesis of hypercholesterolemia. On this regard, the present study aims to give new insights on protein targeting by Hcy in both CH and FH conditions. A total of 187 subjects were included: 65 normolipidemic and 122 hypercholesterolemic. Total (tHcy) and free (fHcy) fractions were quantified in serum samples after validation of an HPLCFD method, to assess S-homocysteinylation. Also, the lactonase (LACase) activity of paraoxonase-1 (PON1) was quantified by a colorimetric assay, as a surrogate of N-homocysteinylation. tHcy does not differ among groups. Nevertheless, fHcy declines in the hypercholesterolemic groups, with more evidence to the FH population. Consequently, there seems to be an increase of Shomocysteinylation, regardless of lipid lowering therapy (LLT). Also, despite of LLT use, LACase activity is lower in FH, thus the risk for protein N-homocysteinylation seems to be higher. Moreover, the decrease in LACase/ApoA1 and LACase/HDL ratios in FH, shows that HDL is dysfunctional in this population, despite its normal concentration values. Data supports that the pathophysiological role of Hcy on hypercholesterolemia may reside in its ability to post-translationally modify proteins. This role is particularly evident in FH condition. In the future, it will be interesting to identify which target proteins are modified and thus involved in vascular pathology progression.

Molecular tools in the diagnostic and epidemiology of infections caused by members of Mycobacterium avium Complex

Mycobacterium avium Complex (MAC) comprises microorganisms that affect a wide range of animals including humans. The most relevant are Mycobacterium avium subspecies hominissuis (Mah) with a high impact on public health affecting mainly immunocompromised individuals and Mycobacterium avium subspecies paratuberculosis (Map) causing paratuberculosis in animals with a high economic impact worldwide. In this work, we characterized 28 human and 67 porcine Mah isolates and evaluated the relationship among them by Multiple-Locus Variable number tandem repeat Analysis (MLVA). We concluded that Mah population presented a high genetic diversity and no correlations were inferred based on geographical origin, host or biological sample. For the first time in Portugal Map strains, from asymptomatic bovine faecal samples were isolated highlighting the need of more reliable and rapid diagnostic methods for Map direct detection. Therefore, we developed an IS900 nested real time PCR with high sensitivity and specificity associated with optimized DNA extraction methodologies for faecal and milk samples. We detected 83% of 155 faecal samples from goats, cattle and sheep, and 26% of 98 milk samples from cattle, positive for Map IS900 nested real time PCR. A novel SNPs (single nucleotide polymorphisms) assay to Map characterization based on a Whole Genome Sequencing analysis was developed to elucidate the genetic relationship between strains. Based on sequential detection of 14 SNPs and on a decision tree we were able to differentiate 14 phylogenetic groups with a higher discriminatory power compared to other typing methods. A pigmented Map strain was isolated and characterized evidencing for the first time to our knowledge the existence of pigmented Type C strains. With this work, we intended to improve the ante mortem direct molecular detection of Map, to conscientiously aware for the existence of Map animal infections widespread in Portugal and to contribute to the improvement of Map and Mah epidemiological studies.

Prevalência da C.trachomatis entre homens que fazem sexo com homens (HSH) que frequentam um centro clínico comunitário alternativo em Barcelona

RESUMO - Enquadramento: A infeção por Chlamydia trachomatis (CT) é considerada um grave problema de Saúde Pública. É causa de infeções sintomáticas tanto no homem como na mulher, bem como, de infeções assintomáticas que podem ter consequências muito graves a longo prazo. A presença de CT sem tratamento aumenta o risco de transmissão do vírus da imunodeficiência humana. Existem vários estudos publicados de prevalência da CT por todo o mundo, no entanto, estudos de prevalência da CT em populações assintomáticas, envolvendo homens que fazem sexo com homens (HSH) são raros na Europa. Assim, o presente estudo, ao estimar a prevalência e ao descrever as caraterísticas epidemiológicas e de conduta dos HSH, pretende contribuir para o plano de ação contra as IST´s e VIH na Catalunha, através de estratégias concretas para deteção e prevenção da CT. Métodos: Trata-se de um estudo observacional, transversal de prevalência da CT em HSH utentes de um serviço comunitário em Barcelona, com recurso a técnicas de diagnóstico de biologia molecular e a um questionário. Durante Março e Junho de 2015, foram recrutados 200 voluntários de um serviço comunitário em Barcelona que foram testados para CT e NG em três locais anatómicos através de uma PCR em tempo real utilizando o ensaio Anyplex™ CT/NG Real-time Detection. Resultados: O presente estudo permitiu uma caraterização da situação atual quanto á prevalência e aos fatores de risco associados á infeção por CT em HSH. A prevalência nesta população específica foi de 12,6% e os fatores risco associados foram o facto de serem VIH e praticarem sexo anal insertivo/recetivo com parceiro estável. Conclusões: Os resultados obtidos reforçam a necessidade do desenvolvimento de estratégias adequadas de controlo e prevenção da CT nesta população de risco, tais como: rastreios frequentes e tratamento dos casos positivos para quebrar a cadeia de transmissão, promoção da saúde, educação e notificação dos parceiros sexuais. Também demonstram a importância destes rastreios nos três locais anatómicos: uretra, reto e faringe.