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.

Aplicação do Seis Sigma na avaliação da inexatidão dos resultados laboratoriais do parâmetro cortisol sérico

No desenvolvimento deste caso de estudo, dentro do Programa Nacional de Avaliação Externa da Qualidade do Instituto Nacional de Saúde Doutor Ricardo Jorge utilizou-se o Seis Sigma como metodologia e como métrica, de maneira a estruturar de forma intuitiva a sua aplicação na resolução de problemas e definir o principal objetivo. Como metodologia, o Seis Sigma recorre a diversas técnicas e ferramentas da qualidade, que visam a melhoria contínua de procedimentos. Enquanto métrica, o Seis Sigma apresenta uma meta a atingir para a qualidade. O ideal seria atingir-se a meta dos Seis Sigma, que significa 3,4 defeitos por milhão de oportunidades (taxa de defeitos de um determinado procedimento). Para reduzir a variabilidade de resultados entre laboratórios, referentes ao parâmetro Cortisol Sérico, aplicou-se o ciclo DMAIC (Define – Measure – Analyze – Improve – Control), a que correspondem cinco etapas diferentes. Em cada uma destas etapas utilizam-se as técnicas e ferramentas da qualidade, como referido anteriormente acerca do Seis Sigma enquanto metodologia, com o objetivo de melhorar processos. Inicia-se a primeira etapa com a identificação do problema e finaliza-se a última com o controlo e monitorização dos efeitos provocados pelas ações de melhoria implementadas. O objetivo dos programas de Avaliação Externa da Qualidade do Programa Nacional de Avaliação Externa da Qualidade é avaliar a performance quanto à variabilidade/uniformidade de resultados entre os laboratórios participantes. É de extrema importância a harmonização de resultados clínicos entre laboratórios, pois são estes resultados que fornecem informações ao profissional de saúde, sobre o estado de saúde do paciente, auxiliando no diagnóstico, tratamento e controlo de doenças. Caso isto não aconteça, será um fator crítico que pode fazer a diferença na saúde pública. Foram identificadas as causas de erros sistemáticos, causas de inexatidão laboratorial, a nível de métodos, equipamentos, reagentes e calibradores utilizados em laboratório e implementadas ações de melhoria mais relevantes. No final obteve-se um nível de qualidade sigma superior ao inicial, tal como tinha sido previsto nos objetivos. O nível da qualidade deve ser controlado ao longo do tempo, com o objetivo de identificar novas anomalias e melhorar continuamente.

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.