Exopolysaccharide production by Enterobacter A47: optimization of cultivation conditions and study of polymer functional properties

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Biotecnologia

Avaliação económica da vacinação contra o vírus do papiloma humano 16 e 18 (CERVARIX®) : análise de custo-utilidade e custo-efetividade em mulheres dos 26 aos 55 anos em Portugal

RESUMO - O cancro do colo útero representa um importante problema de saúde pública em Portugal: é o terceiro cancro mais frequente nas mulheres entre os 15 e os 44 anos, originando a morte de 346 mulheres anualmente. Contudo, esta patologia é altamente evitável, nomeadamente, através da imunização contra a infeção HPV, que é a causa necessária para o desenvolvimento do cancro. A elevada prevalência da infeção em mulheres mais velhas sugere que a vacinação poderá ser uma estratégia custo-efetiva mesmo numa faixa etária superior. Para que seja racionalmente ponderada a comparticipação da vacina nestas mulheres é necessária a realização de um estudo fármaco-económico que comprove o custo-efetividade desta intervenção, já que o seu financiamento atual prevê apenas as mulheres não abrangidas pelo Programa Nacional de Vacinação, dos 18 aos 25 anos. Os objetivos do trabalho são realizar uma revisão da literatura sobre estudos de avaliação económica relativos à prevenção do CCU e avaliar a relação de custo-efetividade de vacinar mulheres contra o HPV entre os 26 e os 55 anos em comparação com a prática clínica corrente, em Portugal. É utilizado o Modelo Global Cervarix® e realiza-se uma análise de custo-utilidade e de custo-efetividade. Os resultados demonstraram que a vacinação em mulheres dos 26 aos 45 anos poderá ser uma opção custo-efetiva, permitindo um aumento de anos de vida, uma diminuição dos casos e mortes por CCU e um incremento de QALYs. O RCEI variou entre 7.914€/QALY e 29.049€/QALY com a vacinação aos 26 e aos 45 anos, respetivamente, para a alternativa de vacinação mais rastreio versus a situação atual de rastreio organizado e oportunístico, em Portugal.

Modeling and optimization of extracellular polysaccharides production by Enterobacter A47

Polysaccharides are gaining increasing attention as potential environmental friendly and sustainable building blocks in many fields of the (bio)chemical industry. The microbial production of polysaccharides is envisioned as a promising path, since higher biomass growth rates are possible and therefore higher productivities may be achieved compared to vegetable or animal polysaccharides sources. This Ph.D. thesis focuses on the modeling and optimization of a particular microbial polysaccharide, namely the production of extracellular polysaccharides (EPS) by the bacterial strain Enterobacter A47. Enterobacter A47 was found to be a metabolically versatile organism in terms of its adaptability to complex media, notably capable of achieving high growth rates in media containing glycerol byproduct from the biodiesel industry. However, the industrial implementation of this production process is still hampered due to a largely unoptimized process. Kinetic rates from the bioreactor operation are heavily dependent on operational parameters such as temperature, pH, stirring and aeration rate. The increase of culture broth viscosity is a common feature of this culture and has a major impact on the overall performance. This fact complicates the mathematical modeling of the process, limiting the possibility to understand, control and optimize productivity. In order to tackle this difficulty, data-driven mathematical methodologies such as Artificial Neural Networks can be employed to incorporate additional process data to complement the known mathematical description of the fermentation kinetics. In this Ph.D. thesis, we have adopted such an hybrid modeling framework that enabled the incorporation of temperature, pH and viscosity effects on the fermentation kinetics in order to improve the dynamical modeling and optimization of the process. A model-based optimization method was implemented that enabled to design bioreactor optimal control strategies in the sense of EPS productivity maximization. It is also critical to understand EPS synthesis at the level of the bacterial metabolism, since the production of EPS is a tightly regulated process. Methods of pathway analysis provide a means to unravel the fundamental pathways and their controls in bioprocesses. In the present Ph.D. thesis, a novel methodology called Principal Elementary Mode Analysis (PEMA) was developed and implemented that enabled to identify which cellular fluxes are activated under different conditions of temperature and pH. It is shown that differences in these two parameters affect the chemical composition of EPS, hence they are critical for the regulation of the product synthesis. In future studies, the knowledge provided by PEMA could foster the development of metabolically meaningful control strategies that target the EPS sugar content and oder product quality parameters.