New strategies to detect and understand genotype-by-environment interactions and QTL-by-environment interactions

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Estatística e Gestão do Risco, especialidade em Estatística

Anemia de células falciformes na idade pediátrica : contribuição para o estudo das suas principais complicações e indicadores de prognóstico

RESMO: Introdução: A anemia de células falciformes doença hereditária, com repercussão multi-orgânica, tem grande variabilidade na sua expressão clínica. Daí o interesse do estudo de indicadores de prognóstico. A investigação realizada foi precedida de um resumo histórico incidindo sobre a compreensão de aspectos fundamentais da doença ao longo dos tempos. Na primeira parte do estudo e após revisão bibliográfica, foram referidos dados da fisiopatologia como base para os estudos que integram a presente dissertação. Abordou-se o estado da arte relativamente às complicações, aos indicadores de prognóstico e à terapêutica utilizada. Objectivos: Constituíram objectivos deste estudo realizado numa amostra populacional representativa: identificar as lesões a nível dos sistemas cardio-respiratório e nervoso central, avaliando-se as respectivas repercussões; avaliar a presença de indicadores de prognóstico entre as variáveis seleccionadas; estudar a eficácia e toxicidade da HU nos doentes com as formas graves da ACF. Para a prossecução destes objectivos foram delineados para além do estudo global três estudos específicos: Estudo 1- repercussão no sistema cardio-respiratório; Estudo 2- repercussão no sistema nervoso central; Estudo 3- terapêutica com hidroxiureia. Doentes e métodos: Procedeu-se a um estudo prospectivo e multi-institucional durante um período de três anos tendo-se seleccionado para a amostra, e de acordo com critérios pré-definidos, 30 doentes com ACF na fase estável da doença, com idades compreendidas entre os sete e os 18 anos, todos de origem africana à excepção de um caucasiano. O diagnóstico baseou-se em técnicas de electroforese e estudo molecular que definiu o genotipo da doença e a presença da delecção da -talassémia assim como os haplotipos da amostra populacional. Foram utilizadas diferentes metodologias para avaliar a existência de lesão pulmonar e cerebral. Através do estudo estatístico foram seleccionadas diversas variáveis como hipotéticos indicadores de prognóstico. Estudo 1. Para determinar a existência de lesão a nível pulmonar usaram-se duas metodologias diferentes, a avaliação da função pulmonar com estudo da saturação da Hb em O2 no sangue arterial e a tomografia computadorizada de alta resolução. Estudou-se também a possível disfunção cardíaca como repercussão da lesão pulmonar, através do ecocardiograma, e os indicadores de prognóstico com significado estatístico para a lesão encontrada. Estudo 2. O desenho deste estudo foi sobreponível ao anterior, mas com metodologia adequada para o SNC. Procedeu-se ao estudo das lesões cerebrais por meio de exames imagiológicos, (RMN-CE e DTC) e de testes psicológicos. Correlacionaram-se as três metodologias utilizadas e a importância de cada uma para a decisão de atitudes terapêuticas preventivas. Estudo 3. Consistiu num estudo aberto prospectivo não controlado com nove crianças e adolescentes com formas graves de ACF, com o objectivo de avaliar a eficácia da terapêutica com hidroxiureia, durante um período de 24 meses. Todos os doentes completaram no mínimo 15 meses de terapêutica, com uma dose final média de 194 mg/K/dia. Resultados globais: Durante o período anterior à investigação caracterizou-se a amostra populacional estudada quanto ao fenotipo genético, clínico e hematológico de acordo com os critérios utilizados por outros investigadores. Verificou-se: predomínio do haplotipo Bantu na forma homozigótica em 53% dos doentes; número total de EVO ≥3/ano em 87,5% dos doentes; crises de sequestração em 18,75%; dactilites no primeiro ano de vida em 31,2%; quadro de sépsis grave apenas num doente; crises de hiper-hemólise em 50%; e STA em 59,38% dos doentes. Quanto ao fenotipo hematológico evidenciaram-se como factores de risco reticulocitose (13,1x103/l) e hiperbilirrubinémia (2,5 mg/dl) e como factores de bom prognóstico a presença de delecção de um gene da -talassémia em 46,9% dos doentes e valor médio de Hb 8,1 g/dl. Resultados dos estudos parcelares: Estudo 1. Deste estudo infere-se que a DPR ligeira foi diagnosticada em 70% dos doentes, uma vez que as alterações da difusão não foram estatisticamente significativas, o estudo dos gases no sangue não evidenciaram resultados anormais e a TCAR evidenciou alterações em 43,3% dos doentes. Apenas num doente se verificou doença pulmonar obstrutiva relacionada com maior número da STA.O estudo da disfunção cardíaca encontrada em 86,7% dos doentes não reflecte a repercussão da DPR a nível cardíaco, podendo estar associada às alterações fisiopatológicas da própria anemia crónica. Encontraram-se indicadores de prognóstico hematológicos e clínicos. Entre os primeiros, valores de Hb ≥8,5 g/dl e de HbF ≥13% foram considerados indicadores de bom prognóstico para a lesão pulmonar. Em relação aos parâmetros clínicos, as STA não foram consideradas indicadoras de prognóstico para a DPR ao contrário do que se verificou com o número de EVO. Pela análise dos parâmetros genéticos e socio-económicos provou-se a ausência de relação estatisticamente significativa com lesão pulmonar. Estudo 2. Pela RMN-CE foram diagnosticados ES em 33,3% com uma localização preferencial na substância branca profunda em 26,6% dos doentes. Relativamente aos parâmetros hematológicos seleccionados, o valor médio da HbF 8,6% constituíu um indicador de bom prognóstico para o aparecimento de ES, enquanto o valor médio de leucócitos 12.39x103/μl foi considerado um indicador de mau prognóstico. No estudo do DTC apenas um doente apresentou aumento da velocidade do fluxo cerebral na ACM igual a 196 cm/segundos, associado a vasculopatia grave. Os testes psicológicos alterados em 80% dos doentes mostraram ser o método mais sensível para detectar alterações do neurodesenvolvimento, mas sem correlação com os ES em 10% dos doentes. Realça-se a baixa percentagem de DTC patológicos encontrados neste estudo em relação ao número elevado de ES e de testes psicológicos alterados, não se verificando concordância entre os três exames. Dos indicadores de prognóstico estudados a -talassémia foi considerada um factor de protecção para o coeficiente de inteligência da escala de Wechsler. Em relação a parâmetros clínicos estudados os doentes com maior número de EVO, tem em média valores inferiores nos testes psicológicos. Estudo 3. Neste estudo verificou-se que o valor médio da HbF aumentou significativamente de 7,0±4% para 13,7±5,3% (p=0,028) ao fim de 15 meses de terapêutica com hidroxiureia. Clinicamente todos os doentes responderam significativamente com uma redução de 80% no número de EVO, 69% no número de internamentos, 76% no número de dias de hospitalização e 67% no número de transfusões. Deste modo comprovou-se não só a eficácia desta terapêutica neste grupo pediátrico como também a falta de efeitos secundários significativos. Considera-se a necessidade de estudos mais prolongados e em grande séries, para com segurança se usar a HU antes que a lesão orgânica se estabeleça, portanto logo nos primeiros anos de vida. Conclusão: Na amostra populacional estudada foram evidenciadas lesões pulmonares e cerebrais na grande maioria dos doentes que condicionaram a sua qualidade de vida. Foram identificados indicadores de prognóstico que poderão eventualmente ditar medidas terapêuticas precoces com o objectivo de diminuir a morbilidade e a mortalidade neste grupo etário. Demonstrou-se que a terapêutica com a HU foi eficaz e bem tolerada----------ABSTRACT: Background: Sickle cell anemia (SCA), a hereditary disease characterized by pain and lifetime multi-organic lesion, is a challenge for all that work with carriers of this disease. The clinical expression variability of SCA is a constant reality and a problem to be solved in the current world of investigation, for which the knowledge of prognostic indicators responsible for the different aspects of clinical evolution diversity wiil be an added value. The study is preceded by a historical summary of the most important factors in the evolution of SCA, which are in themselves, an incentive for future research. In the first part of the study, after an extensive bibliographical revision, physiopathology data is referred to in general and specifically regarding the target organs, that constituted the base for the studies presented in the dissertation. The state of the art for the complications to be studied, the choice of prognostic indicators and the therapeutics application, were approached for the renewed interest in the theme. Aims: In regard to the investigation, the objective was to study the lesions in the most affected organs of a chosen pediatric group, to investigate prognostic indicators for lung and cerebral lesions and to evaluate the protective effect of hydroxyurea in children with severe outcomes. Patients and methods: A prospective and multi-institutional study was carried out during a three-year period, February 1998 to March 2001, with children and adolescents followed up at a Immunohematology Outpatient Clinic of Dona Estefânia's Hospital, Lisbon. Based in predefined criteria, 30 children with SCA were selected in a stable phase of the disease, aged from seven to 18 years old, all of whom were of African origin with exception of one who was Caucasian. The diagnosis was based on electrophoresis techniques and molecular study that allowed to define the genotype, the presence of deletional alpha-thalassemia as well as haplotypes in the population. Different methodologies were used to evaluate the existence of lung and cerebral lesion. Statistical study of the different variables selected the prognostic indicators. In Study 1, to determine the existence of lung lesion two different methodologies were used: pulmonar function study with arterial blood gases determination; and high resolution computerized tomography. Heart dysfunction as a repercussion of lung lesion was also studied through echocardiography, and prognostic indicators were statistically significant for lesions found. The design of Study 2 was similar to Study 1, but with the appropriate methodology for CNS. After neurological examination, which was normal in all patients (control group), cerebral lesions were studied with imagiologic exams (MRN-CE and TCD) and psychological tests. These three methodologies were correlated and the importance of each one in the decision of the therapeutic profilactic attitudes. Study 3 consisted of a controlled prospective open study in children with severe forms of SCA, with the aim of the evaluating therapeutic effectiveness of hydroxyurea, during a period of 24 months. Results: In the global overall study preceding the Studies 1,2 and 3, there were a prevalence of haplotype Bantu (53%) and other risk factors, namely the number of VOC (87,5%), sequestration crisis (18,75%), dactilytis in first year of life(31,2%), hyperhemolysis crisis (50%) and ATC in more than half of the patients (59,38%). This group of bad prognostic indicators, associated with the population of the lower class according to the Graffar scale, demonstrates the importance of primary health care services, information provided to the children and their relatives, as well as the interest in prophylactic therapeutics, specific screening and prenatal diagnosis. Study 1. It was evident from this study that slight RPD was diagnosed in 70% of the patients, because alterations of the diffusion had no statistical significance and arterial blood gases determinations were normal. Only one patient had restrictive lung disease related with numerous ACS. However ACS was not considered a prognostic indicator for RPD, contrary to the number of EVO. HRTC revealed discreet fibrotic lines that could be related with slight RPD, but the lack of correlation of these two exams (33%) supports the value of lung function tests for precocious diagnosis of RPD. Heart dysfunction was found in 86,7% of patients, does not reflect the repercussion of RPD, but with the physiopathology of chronic anemia. Hematologic and clinical prognostic indicators were found. Good prognostic indicators for the non-evolution of RPD with average Hb values of ≥ 8,5 g/dl and average HbF values of ≥13%, respectively. The genetic and social-economic factors had no statistical significance; nevertheless, they were more prevalent among Bantu haplotype (53,3%) in patients with RPD. Study 2. RMN-CE detected SI in 33,3% of the patients, with preferential location in deep white substance in 26,6% and in front lobe in 20%. This distribution can be related to structural aspects of the brain and with the high sensibility of this organ to hypoxia. From the hematological parameters selected, average HbF value 8,6% and average leucocyte count 12.39x103/μl were prognostic indicators with different meaning to SI. The increase in the total bilirubin related to hyperhemolysis clinically explains the genesis of SI In the TCD study, only one patient had increased cerebral flow speed >196 cm/sec in CMA, which corresponded to serious vasculopathy in AngioMR. This patient never present previously neurological symptoms and had several hyperhemolysis crisis and VOC as risk factors. Low percentage of pathological TCD in this study, in relation to the high number of SI and altered tests, although without correlation among the three exams, is probably attributed to factors related to the methodology, aspects of cerebral physiopathology or perhaps a sign of good prognostic if the duration of study had not been so short. TCD should be used as a screening method in the age groups with higher risk of AVC and should never be considered separately in prophylactic therapeutics indication. Psychological tests were the most sensitive method to detect neurodevelopment impairment; in 80% of patients the neuropsychologics tests were altered, but without correlation with SI (10%). Since SI can become evident during the first two years of life and develop with time, the first psychological tests should be carried out between 3 and 5 years of age to timely be referred to special education and stimulation programs. Prognostic indicators to psychological tests were also found: alpha-thalassemia was found to be a protection factor of the IQ, just as other hematologic factors (hematocrit, MGCV and erythrocytes count). In relation to clinical parameters, although without statistical significance, patients with larger number of VOC had average lower scores versus the average in tests, except in TP. Results from different studies were conclusive as to the type of lesion found and the importance of prognostic indicators. Study 3. All the patients completed a minimum of 15 months therapeutic treatment with the final average daily dose of 19±4 mg/kg/day. The average value of the fetal hemoglobin increased significantly from 7,0±3,9% to 13,7±5,3% (p=0.028). The HbF average values increased from 6% to 15% after 15 months of therapeutic treatment. Clinically there was a reduction of 80% in the number of VOE , 69% in the number of hospitalization, 76% in the number of days of hospitalization and 67% in the number of transfusions. Once again the effectiveness of this treatment in this pediatric group, as well as the lack of any significant secondary effects, was evident. The study confirms the need for further detailed research in order to safely effect the appropriate treatment prior to the development of organic lesions, which ideally should be in the first year of life. Conclusions: These results allow us to clarify the importance of either pulmonary lesions or either nervous central system impairment among patients, children and adolescents, with sickle cell anemia. These lesions were demonstrated in most of the patients studied compromising their quality of life and the mortality. The treatment with HU is proved to be effective and having low toxicity.

Aplicação de sistemas moleculares na detecção rápida de MDR-TB e XDR-TB

Mycobacterium tuberculosis é o agente etiológico da tuberculose em humanos e segundo as estimativas da Organização Mundial da Saúde, um terço da população mundial está infectada com esta bactéria, calculando-se que no ano de 2008 aproximadamente 9,4 milhões de pessoas contraíram tuberculose activa. Associada a esta tendência, encontra-se o aumento alarmante da incidência de tuberculose resistente aos antibióticos, mais propriamente da tuberculose multirresistente e extensivamente resistente. Nesta Dissertação estudaram-se três sistemas de detecção molecular (INNO-LiPA Rif. TB, Innogenetics, Ghent, Bélgica, MTBDRplus e MTBDRsl, GenoType, GmbH, Nehren, Alemanha), que permitem detectar o complexo M. tuberculosis e as mutações mais comuns associadas à resistência aos antibióticos de primeira e segunda linha. Para o efeito, na primeira parte do trabalho os três sistemas em estudo foram testados em 21 isolados clínicos pertencentes à colecção do Laboratório de Micobactérias do Instituto de Higiene e Medicina Tropical (IHMT, UNL), com o propósito de avaliar a sua capacidade para identificar o complexo M. tuberculosis e detectar mutações ligadas à resistência aos fármacos de primeira e segunda linha. Na segunda parte do trabalho, os sistemas INNO-LiPA Rif. TB e MTBDRplus foram testados em 33 amostras respiratórias com baciloscopia positiva, com o propósito de aferir a “performance” destes sistemas para a detecção directa de tuberculose multirresistente em amostras respiratórias. Na primeira parte do trabalho os três sistemas em estudo apresentaram elevada sensibilidade na identificação do complexo M. tuberculosis em culturas, bem como na detecção de mutações ligadas à resistência aos antibióticos de primeira linha, com excepção do etambutol. No que diz respeito à detecção da resistência aos antibióticos de segunda linha, não foi possível calcular os valores de sensibilidade e especificidade. Na segunda parte do trabalho, o INNO-LiPA Rif. TB demonstrou ser o sistema mais robusto para a análise directa de amostras respiratórias com baciloscopia positiva, para um diagnóstico precoce de tuberculose e detecção de resistência à rifampicina. O MTBDRplus não se mostrou uma alternativa viável ao INNO-LiPA Rif. TB, pois apresentou baixa sensibilidade para a identificação do complexo M. tuberculosis e vários problemas no passo de amplificação. O MTBDRsl não foi testado, por não ter sido detectada nenhuma amostra multirresistente.

Hybrid systems biology: application to Escherichia coli

Dissertation presented to obtain a Master degree in Biotechnology

Identificação de micobactérias não tuberculosas através de métodos moleculares não comerciais

Embora Mycobacterium tuberculosis, o agente etiológico da tuberculose humana, seja a principal causa de micobacteriose no Homem, outras micobactérias não tuberculosas (MNT), podem também causar infecção em seres humanos, sendo cada vez mais frequentemente isoladas no laboratório de micobacteriologia. Dada a morosidade da identificação de MNT por métodos convencionais, torna-se essencial o desenvolvimento de métodos rápidos e fiáveis para a sua identificação. Neste estudo foram comparados três métodos moleculares para a identificação de MNT, baseados na análise de restrição enzimática após amplificação de: (i) região rRNA 16S-23S “Internal Transcribed Spacer” (ITS), (ii) gene hsp65, e (iii) zona ITS e regiões adjacentes, 16S e 23S rDNA. Para este fim, avaliamos 50 isolados, correspondendo a 47 isolados clínicos de MNT e três estirpes de referência, representando as 11 espécies de MNT mais frequentemente isoladas no laboratório de Micobactérias do Instituto de Higiene e Medicina Tropical (IHMT, UNL) e uma estirpe referência de M. tuberculosis, e identificadas anteriormente utilizando o sistema comercial GenoType® Mycobacterium CM/AS (Hain Lifescience). O PCR-RFLP do gene hsp65 proporcionou os melhores resultados, identificando correctamente 42 dos 49 isolados de MNT, pertencentes a M. avium, M. gordonae, M. intracellulare, M. kansasii, M. chelonae, M. fortuitum, M. abscessus, M. szulgai, M. peregrinum e M. xenopi. O PCR-RFLP da região ITS identificou correctamente 28 dos 49 isolados testados, não distinguindo M. intracellulare/M. scrofulaceum, M. avium/M. bohemicum e M. kansasii/M. szulgai. Finalmente, o PCR-RFLP da região ITS e regiões adjacentes mostrou o pior desempenho, com apenas oito isolados correctamente identificados e falhando na amplificação de diversos isolados. Dos três métodos testados, o PCR-RFLP do gene hsp65 e da região ITS mostraram maior capacidade de identificação e reprodutibilidade. No entanto, a sua aplicação exige uma optimização cuidadosa das condições de análise e a sua aplicabilidade depende, em grande parte, da diversidade xi de MNT em cada laboratório. Verificaram-se também várias dificuldades a nível da interpretação dos resultados. Assim, apesar das vantagens referidas na literatura para estes três métodos, verificou-se que o grau de variabilidade e dificuldade de interpretação associados aos padrões obtidos, limitam a sua implementação no laboratório de diagnóstico de micobacteriologia.

Exposição profissional ao chumbo : análise da indução de efeitos genotóxicos

RESUMO - A exposição contínua a substâncias químicas tem consequências para a saúde humana, algumas das quais não estão ainda totalmente estabelecidas. A toxicologia ocupacional é uma área interdisciplinar que envolve conhecimentos de higiene e de medicina ocupacional, de epidemiologia e de toxicologia e que tem por principal objectivo prevenir a ocorrência de efeitos adversos decorrentes do ambiente ocupacional sendo um dos seus principais papéis fornecer o máximo de dados que possam contribuir para o conhecimento dos potenciais efeitos na saúde. O chumbo é um tóxico de características cumulativas que provoca na saúde efeitos principalmente sistémicos, ou seja, o efeito tóxico manifesta-se em locais afastados do contacto inicial que resultam essencialmente de exposições crónicas, resultantes de períodos de exposição mais ou menos longos ao metal (entre meses e anos). Pode interagir com diferentes órgãos e tecidos, ligando-se a moléculas e constituintes celulares. Uma vez que não possui qualquer função fisiológica, a presença do chumbo no organismo humano resulta numa série de efeitos prejudiciais que afectam diversos órgãos e sistemas. A toxicidade do chumbo manifesta-se em diversos órgãos e tecidos, nomeadamente no sistema hematopoiético, no sistema nervoso, no rim, no aparelho reprodutor, no sistema cardiovascular, no sistema endócrino e no sistema imunitário. Da interferência do chumbo com o funcionamento de alguns sistemas biológicos resultam um conjunto de alterações fundamentais ao nível dos processos de transporte através das membranas, da integridade estrutural e funcional das enzimas e de várias vias metabólicas, em especial da fosforilação oxidativa e da síntese do heme sendo os primeiros efeitos bioquímicos do chumbo detectados a partir de valores de plumbémia inferiores a 10 μg/dL. As medidas de higiene e segurança actualmente em vigor nos países desenvolvidos asseguram que os casos de intoxicação grave são cada vez menos frequentes. No entanto, o risco de exposição a nível ocupacional existe em todas as actividades que envolvem materiais que o contenham como as explorações mineiras, as fundições primária e secundária, a produção de baterias de chumbo ácido, a produção de vidro com pigmentos de chumbo, as soldaduras de reparação automóvel e a instrução de tiro. Desde 2006 o chumbo é considerado pela International Agency for Research on Cancer (IARC) uma substância carcinogénica do grupo 2A (provável carcinogénio para o ser humano). Considera-se, assim, que o chumbo tem, inequivocamente, capacidade de induzir cancro em animais experimentais mas que, embora haja fortes indícios de que os mecanismos que medeiam a carcinogénese desses compostos ocorrem no ser humano, os dados disponíveis ainda não podem assegurar essa relação. Com este estudo pretendeu-se contribuir para o conhecimento da toxicidade do chumbo através do estudo da exposição ao chumbo e da influência da susceptibilidade individual (em industrias sem co-exposição significativa a outros agentes conhecidos ou suspeitos de serem carcinogénicos). Pretendeu-se estudar o caso através de uma abordagem múltipla que permitisse relacionar diferentes tipos de marcadores biológicos uma vez que a monitorização biológica integra todas as possíveis vias de entrada no organismo (para além da via respiratória), eventuais exposições fora do contexto estritamente profissional assim como uma série de factores intrínsecos individuais (relacionados com modos de via, de natureza fisiológica e comportamentais). Sendo a co-exposição a outros compostos com propriedades genotóxicas e carcinogénicas uma questão difícil de tornear quando se quer avaliar o potencial genotóxico do chumbo em populações expostas, ocupacional ou ambientalmente este estudo tem a vantagem de ter sido efectuado em populações sem co-exposição conhecida a outras substâncias deste tipo, permitindo concluir sobre os efeitos resultantes apenas da exposição a chumbo na população humana, contribuindo para explicar algumas das aparentes inconsistências e contradições entre diferentes estudos sobre este tema. Os indicadores de exposição usados foram: indicadores de dose interna (doseamento de chumbo e de PPZ no sangue), indicadores de efeitos adversos no heme e genotóxicos (actividade da ALAD, teste do cometa e mutação em TCR) e indicadores de susceptibilidade (polimorfismos genéticos de ALAD e VDR) através de uma abordagem estatística de comparação directa de sub-grupos previamente definidos na população e da aplicação de um modelo de regressão múltipla. Este estudo revelou que os níveis de plumbémia na população portuguesa baixaram significativamente nos últimos 10 anos, tanto na população ocupacionalmente exposta como na população em geral e que a presença do genótipo B-B (do gene VDR) é preditiva das variações de plumbémia, quando comparada com o genótipo mais frequente na população, B-b; ao contrário, o genótipo b-b não aparenta ter influência em nenhum dos marcadores estudados. No que diz respeito a efeitos genotóxicos concluiu-se que estes não se manifestaram na população estudada, levando a concluir que nos níveis de exposição estudados, o chumbo não tem capacidade de induzir este tipo de efeitos per si levando ao reforço da hipótese, já levantada por outros autores, de que o mecanismo de genotoxicidade do chumbo seja essencialmente de promoção de processos de genotoxicidade desencadeados por outros agentes. A realização de estudos de efeitos genotóxicos e de stress oxidativo desenhados de forma a comparar grupos de trabalhadores expostos apenas a chumbo com grupos de trabalhadores com o mesmo nível de exposição a chumbo, mas com co-exposição a outros agentes reconhecidamente carcinogénicos poderá ajudar a aumentar o conhecimento deste efeito do chumbo na saúde humana.

Aplicação de sistemas moleculares na detecção rápida de MDR-TB e XDR-TB

Mycobacterium tuberculosis é o agente etiológico da tuberculose em humanos e segundo as estimativas da Organização Mundial da Saúde, um terço da população mundial está infectada com esta bactéria, calculando-se que no ano de 2008 aproximadamente 9,4 milhões de pessoas contraíram tuberculose activa. Associada a esta tendência, encontra-se o aumento alarmante da incidência de tuberculose resistente aos antibióticos, mais propriamente da tuberculose multirresistente e extensivamente resistente. Nesta Dissertação estudaram-se três sistemas de detecção molecular (INNO-LiPA Rif. TB, Innogenetics, Ghent, Bélgica, MTBDRplus e MTBDRsl, GenoType, GmbH, Nehren, Alemanha), que permitem detectar o complexo M. tuberculosis e as mutações mais comuns associadas à resistência aos antibióticos de primeira e segunda linha. Para o efeito, na primeira parte do trabalho os três sistemas em estudo foram testados em 21 isolados clínicos pertencentes à colecção do Laboratório de Micobactérias do Instituto de Higiene e Medicina Tropical (IHMT, UNL), com o propósito de avaliar a sua capacidade para identificar o complexo M. tuberculosis e detectar mutações ligadas à resistência aos fármacos de primeira e segunda linha. Na segunda parte do trabalho, os sistemas INNO-LiPA Rif. TB e MTBDRplus foram testados em 33 amostras respiratórias com baciloscopia positiva, com o propósito de aferir a “performance” destes sistemas para a detecção directa de tuberculose multirresistente em amostras respiratórias. Na primeira parte do trabalho os três sistemas em estudo apresentaram elevada sensibilidade na identificação do complexo M. tuberculosis em culturas, bem como na detecção de mutações ligadas à resistência aos antibióticos de primeira linha, com excepção do etambutol. No que diz respeito à detecção da resistência aos antibióticos de segunda linha, não foi possível calcular os valores de sensibilidade e especificidade. Na segunda parte do trabalho, o INNO-LiPA Rif. TB demonstrou ser o sistema mais robusto para a análise directa de amostras respiratórias com baciloscopia positiva, para um diagnóstico precoce de tuberculose e detecção de resistência à rifampicina. O MTBDRplus não se mostrou uma alternativa viável ao INNO-LiPA Rif. TB, pois apresentou baixa sensibilidade para a identificação do complexo M. tuberculosis e vários problemas no passo de amplificação. O MTBDRsl não foi testado, por não ter sido detectada nenhuma amostra multirresistente.

Study of salt stress tolerance in spelt

World population is increasing at an alarming rate while food productivity is decreasing due to the effect of various abiotic stresses. Soil salinity is one of the most important abiotic stress and a limiting factor for worldwide plant production. In addition to its important effects on yield, salt stress affects numerous cellular activities, including cell wall composition, photosynthesis, protein synthesis, ions and organic solutes. Up to 20% of the irrigated arable land in arid and semiarid regions is already salt affected and is still expanding. Improving salt tolerant varieties is of major importance, and efforts should be focused on finding adaptive mechanisms which are involved in salinity tolerance. In this study, several spelt wheat (Triticum aestivum var. Spelta) genotypes and one cultivar of modern bread wheat were used to screen them for salt tolerance. Spelt is an old-European cereal crop currently attracting renewed interest as a food grain because it is said to be harder than wheat and requires less fertilizer. Spelt wheat is also becoming very attractive genetic source by plant breeders due to its wide adaptation ability to various stressful conditions such as soil salinity. In this study morphological parameters (e.g., leaf appearance; shoot elongation), dry matter production, mineral nutrients (especially Na and K), and activity of antioxidative enzymes were measured to select superior genotypes of spelt for salt tolerance. The results showed that Spelt genotype Sp41 is a salt sensitive genotype and genotypes Sp69, Sp96 and Sp912 are good candidates for salt tolerant genotypes.

Impact of chromossomal structure on the evolution of Schizosaccharomyces pombe undergoing Mutation Accumulation

Large chromosomal rearrangements are common in natural populations and thought to be involved in speciation events. In this project, we used experimental evolution to determine how the speed of evolution and the type of accumulated mutations depend on the ancestral chromosomal structure and genotype. We utilized two Wild Type strains and a set of genetically engineered Schizosaccharomyces pombe strains, different solely in the presence of a certain type of chromosomal variant (inversions or translocations), along with respective controls. Previous research has shown that these chromosomal variants have different fitness levels in several environments, probably due to changes in the gene expression along the genome. These strains were propagated in the laboratory at very low population sizes, in which we expect natural selection to be less efficient at purging deleterious mutations. We then measured these strains’ changes in fitness throughout this accumulation of deleterious mutations, comparing the evolutionary trajectories in the different rearrangements to understand if the chromosomal structure affected the speed of evolution. We also tested these mutations for possible epistatic effects and estimated their parameters: the number of arising deleterious mutations per generation (Ud) and each one’s mean effect (sd).

Development and validation of gold nanoprobes for human SNP detection towards commercial application

Conventional molecular techniques for detection and characterization of relevant nucleic acid (i.e. DNA) sequences are, nowadays, cumbersome, expensive and with reduced portability. The main objective of this dissertation consisted in the optimization and validation of a fast and low-cost colorimetric nanodiagnostic methodology for the detection of single nucleotide polymorphisms (SNPs). This was done considering SNPs associated to obesity of commercial interest for STAB VIDA, and subsequent evaluation of other clinically relevant targets. Also, integration of this methodology into a microfluidic platform envisaging portability and application on points-of-care (POC) was achieved. To warrant success in pursuing these objectives, the experimental work was divided in four sections: i) genetic association of SNPs to obesity in the Portuguese population; ii) optimization and validation of the non-cross-linking approach for complete genotype characterization of these SNPs; iii) incorporation into a microfluidic platform; and iv) translation to other relevant commercial targets. FTO dbSNP rs#:9939609 carriers had higher body mass index (BMI), total body fat mass, waist perimeter and 2.5 times higher risk to obesity. AuNPs functionalized with thiolated oligonucleotides (Au-nanoprobes) were used via the non-cross-linking to validate a diagnostics approach against the gold standard technique - Sanger Sequencing - with high levels of sensitivity (87.50%) and specificity (91.67%). A proof-of-concept POC microfluidic device was assembled towards incorporation of the molecular detection strategy. In conclusion a successful framework was developed and validated for the detection of SNPs with commercial interest for STAB VIDA, towards future translation into a POC device.

Susceptibility and prognostic factors in portuguese patients with juvenile idiopathic arthritis

ABSTRACT: Objectives: This study aimed to confirm whether 15 single nucleotide polymorphisms (SNPs) of selected genes are also associated with susceptibility for Juvenile idiopathic Arthritis (JIA) in thePortuguese population. Methods: Our study was conducted on Reuma.pt, the Rheumatic Diseases Portuguese Register, which includes patients with JIA receiving biological therapies and synthetic Disease Modifying Anti Rheumatic Drugs (DMARDs) since June 2001. Fifteen SNPs were investigated using Taqman® SNP genotyping assays in 291 Portuguese patients with JIA and 300 ethnically matched healthy controls. Results: Prior to Bonferroni correction for multiple testing, significant genotype association between one SNP and overall group of JIA was observed (PTPN22 rs2476601). In subgroup analysis, associations between six SNPs and the subgroup of patients with rheumatoid factor (RF)-positive Polyarticular (PTPN2 rs7234029), Extended oligoarticular (PTPN22 rs2476601), Systemic (PTPRC rs10919563, ANGPT1 rs7151781 and TNF rs361525) and Psoriatic JIA (IL2RA/CD25 rs2104286) were found. After Bonferroni correction for multiple testing, 3 genotype associations remained significant in the subgroup of patients with RF-positive polyarticular JIA (PTPN2 rs7234029 [corrected P 0.026]), extended oligoarticular (PTPN22 rs2476601 [corrected P 0.026]) and systemic JIA (ANGPT1 rs7151781 [corrected P 0.039]). Conclusion: Our results provide additional evidence for an association between polymorphisms in genes PTPN2, PTPN22 and ANGPT1 and the risk of RF-positive polyarticular, extended oligoarticular and systemic JIA, respectively, in a Portuguese population.

Análise configuracional dos grandes conjuntos urbanos na Região de Lisboa (1945-1974) : contributos da sintaxe espacial para a história de arte como história da cidade

A presente investigação debruça-se sobre o estudo dos grandes conjuntos urbanos, tendo como referência a área de Lisboa no período entre 1945 e 1974. O seu objetivo principal é compreender o padrão espacial e respetivas variantes destas formas urbanas relativamente recentes bem como avaliar o seu impato na estrutura global da cidade e da sociedade. Tomando como ponto de partida a história de arte como história da cidade, a tese toma como objeto o grande conjunto urbano e aponta a hipótese do estudo da relação forma-fundo como meio de obter informações relevantes que relacionem o uso e função com respeito ao desenho do espaço aberto. Como diferentes arranjos entre espaços abertos e fechados implicam tipos espaciais distintos (Medeiros 2013), o estudo da relação entre a forma (cheio) e o fundo (vazio) dos grandes conjuntos urbanos e respetivas variações, pode fornecer-nos informação espacial relevante, que nos permitem compreender melhor estas formas urbanas recentes. Usando a abordagem própria da teoria da sintaxe espacial (Hillier e Hanson 1984), do tipo configuracional, determinam-se as relações entre os vários elementos constituintes dos sistemas espaciais formados nestas urbanizações. Essas relações são depois analisadas através de medidas e variáveis topológicas que nos permitem identificar qualidades e valores espaciais para a sociedade. Os resultados obtidos a partir dessas variáveis e medidas permitem-nos, depois, avaliar os graus de ‘formalidade’ e ‘urbanidade’ em cada sistema (Holanda 2002). Consequentemente, a avaliação qualitativa das características espaciais que se pretendem obter nesta investigação, tem como base a avaliação quantitativa, permitindo assim comparar mais facilmente os diversos casos de estudo. De entre o conjunto de casos analisados, o estudo revela uma série de características comuns, que nos permitem identificar um padrão específico de urbanismo modernista que reflete claramente um conjunto de ideologias associadas a uma visão reformista da sociedade através do espaço. Mas por outro lado, existem também um conjunto de características particulares de cada caso, que reportam para a estrutura morfológica da cidade tradicional. No que reporta à hipótese de estudo levantada nesta investigação sobre a relação forma-fundo, verifica-se através da amostra que esta relação aparece invertida. Esta diferenciação deve-se ao abandono dos tradicionais sistemas de rua e de quarteirão, ainda presentes nas urbanizações de Alvalade e do Areeiro e a sua substituição pelo bloco livre em espaço aberto como nos casos de Alfragide, Portela e Olivais. Tal facto, como prova a teoria da Sintaxe Espacial ou Lógica Social do Espaço, traduziu-se necessariamente em diferentes modos de vida pública e privada e consequentemente de vida espacial e social. Assim concluímos, através da análise dos casos de estudo apresentados, que embora fazendo parte duma mesma ideologia urbana com características comuns (genótipo modernista), os mesmos apresentam resultados espaciais totalmente diferenciados o que justifica a dificuldade da sua análise comparativa.