In silico constraint-based strain optimization methods: the quest for optimal cell factories

Shifting from chemical to biotechnological processes is one of the cornerstones of 21st century industry. The production of a great range of chemicals via biotechnological means is a key challenge on the way toward a bio-based economy. However, this shift is occurring at a pace slower than initially expected. The development of efficient cell factories that allow for competitive production yields is of paramount importance for this leap to happen. Constraint-based models of metabolism, together with in silico strain design algorithms, promise to reveal insights into the best genetic design strategies, a step further toward achieving that goal. In this work, a thorough analysis of the main in silico constraint-based strain design strategies and algorithms is presented, their application in real-world case studies is analyzed, and a path for the future is discussed.

The role of the mammalian DNA end-processing enzyme polynucleotide kinase 3'-phosphatase in spinocerebellar ataxia Type 3 pathogenesis

DNA strand-breaks (SBs) with non-ligatable ends are generated by ionizing radiation, oxidative stress, various chemotherapeutic agents, and also as base excision repair (BER) intermediates. Several neurological diseases have already been identified as being due to a deficiency in DNA end-processing activities. Two common dirty ends, 3'-P and 5'-OH, are processed by mammalian polynucleotide kinase 3'-phosphatase (PNKP), a bifunctional enzyme with 3'-phosphatase and 5'-kinase activities. We have made the unexpected observation that PNKP stably associates with Ataxin-3 (ATXN3), a polyglutamine repeat-containing protein mutated in spinocerebellar ataxia type 3 (SCA3), also known as Machado-Joseph Disease (MJD). This disease is one of the most common dominantly inherited ataxias worldwide; the defect in SCA3 is due to CAG repeat expansion (from the normal 14-41 to 55-82 repeats) in the ATXN3 coding region. However, how the expanded form gains its toxic function is still not clearly understood. Here we report that purified wild-type (WT) ATXN3 stimulates, and by contrast the mutant form specifically inhibits, PNKP's 3' phosphatase activity in vitro. ATXN3-deficient cells also show decreased PNKP activity. Furthermore, transgenic mice conditionally expressing the pathological form of human ATXN3 also showed decreased 3'-phosphatase activity of PNKP, mostly in the deep cerebellar nuclei, one of the most affected regions in MJD patients' brain. Finally, long amplicon quantitative PCR analysis of human MJD patients' brain samples showed a significant accumulation of DNA strand breaks. Our results thus indicate that the accumulation of DNA strand breaks due to functional deficiency of PNKP is etiologically linked to the pathogenesis of SCA3/MJD.

Gas exchange during exercise in different evolutional stages of chronic Chagas' heart disease

OBJECTIVE: To compare gas exchange at rest and during exercise in patients with chronic Chagas' heart disease grouped according to the Los Andes clinical/hemodynamic classification. METHODS: We studied 15 healthy volunteers and 52 patients grouped according to the Los Andes clinical/hemodynamic classification as follows: 17 patients in group IA (normal electrocardiogram/echocardiogram), 9 patients in group IB (normal electrocardiogram and abnormal echocardiogram), 14 patients in group II (abnormal electrocardiogram/echocardiogram, without congestive heart failure), and 12 patients in group III (abnormal electrocardiogram/echocardiogram with congestive heart failure). The following variables were analyzed: oxygen consumption (V O2), carbon dioxide production (V CO2), gas exchange rate (R), inspiratory current volume (V IC), expiratory current volume (V EC), respiratory frequency, minute volume (V E), heart rate (HR), maximum load, O2 pulse, and ventilatory anaerobic threshold (AT). RESULTS: When compared with the healthy group, patients in groups II and III showed significant changes in the following variables: V O2peak, V CO2peak, V ICpeak, V ECpeak, E, HR, and maximum load. Group IA showed significantly better results for these same variables as compared with group III. CONCLUSION: The functional capacity of patients in the initial phase of chronic Chagas' heart disease is higher than that of patients in an advanced phase and shows a decrease that follows the loss in cardiac-hemodynamic performance.

Avaliação quantitativa da movimentação parietal regional do ventrículo esquerdo na endomiocardiofibrose

OBJETIVO: Analisar a movimentação parietal regional do ventrículo esquerdo (VE) em pacientes com endomiocardiofibrose (EMF). MÉTODOS: Estudados 88 pacientes, 59 do sexo feminino, com idade média de 39±13 anos (variação de 9 a 65) com evidência ecocardiográfica e angiográfica de EMF do VE. A intensidade da deposição de tecido fibroso na cineventriculografia contrastada foi classificada como discreta, moderada ou importante. A fração de ejeção global do ventrículo esquerdo (FEVE) foi determinada pelo método área-comprimento por meio da ventriculografia. O movimento foi medido em 100 cordas eqüidistantes e perpendiculares à linha média desenhada no meio dos contornos diastólico e sistólico finais e normalizadas para o tamanho cardíaco. Analisaram-se cinco segmentos do VE: A - apical; AL - ântero-lateral; AB - ântero-basal; IA - ínfero-apical; IB - ínfero-basal. A anormalidade foi expressa em unidades de desvio padrão do movimento médio em uma população de referência normal, composta por 103 pacientes com VE normal, conforme dados de clínica, eletrocardiograma e padrões angiográficos. RESULTADOS: A FEVE média foi de 0,47±0,12. O envolvimento de tecido fibroso do VE foi discreto em 12 pacientes, moderado em 40 e importante em 36. As regiões com pior movimentação parietal foram A (-1,4±1,6 desvio-padrão/cordas) e IA (-1,6±1,8 desvio-padrão/cordas) comparadas com AB (-0,3±1,9 desvio-padrão /cordas), AL (-0,5±1,8 desvio-padrão/cordas) e IB (-0,9±1,3 desvio-padrão/cordas). Não se observou relação entre a intensidade de envolvimento do tecido fibroso e a manutenção parietal regional. CONCLUSÃO : Existe alteração da movimentação parietal regional na EMF e é independente da intensidade de deposição de tecido fibroso avaliada qualitativamente. O envolvimento não uniforme do VE deve ser levado em conta no planejamento cirúrgico dessa doença.

Carvedilol atenua o estresse oxidativo na cardiopatia chagásica crônica

FUNDAMENTO: Há cada vez mais evidências sugerindo que doença de Chagas envolve dano oxidativo e contribui para a progressão da doença cardíaca. OBJETIVO: Avaliar o efeito do carvedilol sobre marcadores de estresse oxidativo na doença de Chagas crônica. MÉTODOS: A população de estudo incluiu 42 pacientes com cardiopatia chagásica e os biomarcadores de estresse oxidativo foram medidos antes e após um período de seis meses de tratamento com carvedilol (37,5 mg/dia). Os pacientes foram considerados de acordo com a classificação de Los Andes, e a atividade da superóxido dismutase, catalase, glutationa peroxidase, S-transferase e redutase, mieloperoxidase e adenosina deaminase; e os níveis de glutationa reduzida, de espécies reativas do ácido tiobarbitúrico, proteína carbonil, vitamina E e óxido nítrico foram medidos no sangue. RESULTADOS: Após o tratamento com carvedilol, todos os grupos apresentaram reduções significativas nos níveis de proteína carbonil e glutationa reduzida, enquanto os níveis de óxido nítrico e atividade da adenosina aumentaram significativamente somente no grupo IA. Além disso, a maioria das enzimas antioxidantes apresentou diminuição de suas atividades, nos grupos IA e IB. CONCLUSÃO: Os dados sugerem que o tratamento com carvedilol foi eficaz na atenuação do dano oxidativo, um efeito que pode ser particularmente importante em doença de Chagas crônica com cardiopatia.

O carvedilol potencializa o efeito antioxidante das vitaminas E e C na cardiopatia chagásica crônica

FUNDAMENTO: A doença de Chagas continua a ser uma importante doença endêmica no país, sendo o acometimento cardíaco a sua manifestação mais grave. OBJETIVO: Verificar se o uso concomitante de carvedilol potencializará o efeito antioxidante das vitaminas E e C na atenuação do estresse oxidativo sistêmico na cardiopatia chagásica crônica. MÉTODOS: Foram estudados 42 pacientes com cardiopatia chagásica, agrupados de acordo com a classificação modificada de Los Andes, em quatro grupos: 10 pacientes no grupo IA (eletrocardiograma e ecocardiograma normais: sem envolvimento do coração), 20 pacientes do grupo IB (eletrocardiograma normal e ecocardiograma anormal: ligeiro envolvimento cardíaco), oito pacientes no grupo II (eletrocardiograma e ecocardiograma anormais, sem insuficiência cardíaca: moderado envolvimento cardíaco) e quatro pacientes no grupo III (eletrocardiograma e ecocardiograma anormais com insuficiência cardíaca: grave envolvimento cardíaco). Os marcadores de estresse oxidativo foram medidos no sangue, antes e após um período de seis meses de tratamento com carvedilol e após seis meses de terapia combinada com vitaminas E e C. Os marcadores foram: atividades da superóxido dismutase, catalase, glutationa peroxidase, glutationa S-transferase e redutase, mieloperoxidase e adenosina deaminase, e os níveis de glutationa reduzida, de espécies reativas do ácido tiobarbitúrico, proteína carbonilada, vitamina E e óxido nítrico. RESULTADOS: Após o tratamento com carvedilol, todos os grupos apresentaram diminuições significativas dos níveis de proteína carbonilada e glutationa reduzida, enquanto os níveis de óxido nítrico e atividade da adenosina aumentaram significativamente apenas no grupo menos acometido (IA). Além disso, a maioria das enzimas antioxidantes mostrou atividades diminuídas nos grupos menos acometidos (IA e IB). Com a adição das vitaminas ao carvedilol houve diminuição dos danos em proteínas, nos níveis de glutationa e na maior parte da atividade das enzimas antioxidantes. CONCLUSÕES: A queda dos níveis de estresse oxidativo, verificada pelos marcadores testados, foi mais acentuada quando da associação do fármaco carvedilol com as vitaminas antioxidantes. Os dados sugerem que tanto o carvedilol isoladamente como sua associação com as vitaminas foram eficazes em atenuar o dano oxidativo sistêmico em pacientes com CC, especialmente aqueles menos acometidos, sugerindo a possibilidade de sinergismo entre esses compostos.

Diversidade de habitats físicos e sua relação com macroinvertebrados bentônicos em reservatórios urbanos em Minas Gerais

Foram avaliados os efeitos da estrutura física de habitats em comunidades de macroinvertebrados bentônicos em três reservatórios: Serra Azul (SA), Vargem das Flores (FV) e Ibirité (IB). Mensurações de variáveis físicas e químicas e comunidade bentônica foram realizadas em 30 estações de amostragem em cada reservatório. Em SA, foram coletados 12 táxons com predomínio de Melanoides tuberculatus Müller, 1774 (15,2%) e Chaoboridae (63,8%). Em VF foram coletados 11 táxons sendo M. tuberculatus (34,2%) e Oligochaeta (33,6%) os dominantes. Em IB foram coletados 7 táxons com domínio de M. tuberculatus (91,2%) e Chaoboridae (6,27%). Em Serra Azul foi observada influência significativa do sub-bosque arbustivo e do ângulo de inclinação do barranco. Nos reservatórios de Ibirité e Vargem das Flores as variáveis significativas foram cobertura do solo, influência humana e macrófitas aquáticas. Concluímos que as ações humanas reduzem a cobertura da vegetação terrestre e a complexidade de habitats físicos na região litorâneos dos reservatórios, levando a uma redução na qualidade de água. Essas mudanças, por sua vez, reduzem a riqueza taxonômica dos macroinvertebrados bentônicos.

Flutuação populacional e comparação de métodos de coleta de Aedes (Stegomyia) aegypti (Diptera, Culicidae)

Fatores ambientais podem atuar como reguladores da expansão das populações de Aedes aegypti (Linnaeus, 1762). Este trabalho objetivou avaliar a influência da temperatura, umidade relativa do ar, e precipitação pluviométrica na flutuação populacional de Ae. aegypti. A pesquisa foi conduzida em Boqueirão, Campina Grande e Remígio, Estado da Paraíba, compreendendo um período de 12 meses, utilizando-se o método de coleta por armadilha de oviposição e de pesquisa larvária. A flutuação populacional de ovos e de outras formas imaturas, bem como os índices de infestação para ovos e larvas foi correlacionada com os dados climáticos utilizando-se a análise de correlação de Pearson. Os testes do qui-quadrado e de Tukey foram utilizados para comparar a infestação entre as áreas de estudo e a eficiência entre os métodos de pesquisas com armadilha de oviposição e de coletas de larvas. Não foram encontradas correlações entre as variáveis climáticas e a flutuação populacional de Ae. aegypti, nem com os índices para armadilha de oviposição (IAO) e de Breteau (IB). O IAO foi considerado alto, com média de 54,9; 59,53 e 59,51%, enquanto que o IB foi muito baixo com média de 1,55, 1,69 e 3,64, para os municípios de Boqueirão, Campina Grande e Remígio, respectivamente. A análise do qui-quadrado para o número de imóveis positivos foi altamente significativa, podendo-se inferir que o método de coleta por armadilha de oviposição foi mais eficiente que a pesquisa larvária na detecção da infestação pelo Ae. aegypti. Os resultados indicam que os fatores avaliados não podem ser considerados isolados na análise ecológica da distribuição desta espécie, já que não foram estabelecidas correlações entre a presença do vetor e fatores climático, como temperatura, umidade relativa do ar e precipitação pluviométrica. Assim na análise ecológica da distribuição do Ae. aegypti deve ser considerados os múltiplos fatores condicionantes e determinantes da sua infestação.

Biotipos antimicrobianos e tipos de colicina: potenciais marcadores epidemiologicos de Salmonella agona

Com o intuito de se obter marcadores epidemiológicos, foram analisadas 240 amostras de S. agona isoladas de diferentes fontes (humana, alimentar e ambiental) oriundas de cinco Estados brasileiros (MG,SP,RJ,PE e RS). O sestudo da sensibilidade a 15 antimicrobianos e codificação numérica dos perfis de resistência propiciou o reconhecimento de 56 biotipos antimicrobianos, enquanto foram evidenciadas 40 amostras produtoras de colicina, pertencentes aos tipos: Ia (55%); B (32,5%), Ib (10%) e não tipável (2,5%). A aplicação desses elementos numa diferenciação intra-sorotipo é discutida.

Coleformes fecais em águas de esgoto: II- transferência de marcadores e presença de plasmidial

Investigou-se a transferência de marcadores genéticos e a presença de DNA plasmidial em 240 culturas de Escherichia coli originárias de água de esgoto (afluente e fluentes) da Estação de Tratamento da Ilha do Governador, na cidade do Rio de Janeiro, RJ. Experimentos de conjugação com E. coli K 12 permitiram o isolamento de transconjugantes com resistência a antibióticos (Su, Sm, Tc, Cm e Ap); a metais pesados (Cu, Hg e Zn) e fatores colicinogênicos (Col Ia, Ib e V) principalmente para os coliformes isolados nos setores terminais da estação de tratamento. A distribuição de plasmídeos foi prevalente nas culturas de E. coli advindas dos efluentes, com percentuais superiores a 65.

Scientific mindfulness: A foundation for future themes in international business.

We conceptualize new ways to qualify what themes should dominate the future international business and management (IB/IM) research agenda by examining three questions: Whom should we ask? What should we ask, and which selection criteria should we apply? What are the contextual forces? Our main findings are the following: (1) wider perspectives from academia and practice would benefit both rigor and relevance; (2) four key forces are climate change, globalization, inequality, and sustainability; and (3) we propose scientific mindfulness as the way forward for generating themes in IB/IM research. Scientific mindfulness is a holistic, cross-disciplinary, and contextual approach, whereby researchers need to make sense of multiple perspectives with the betterment of society as the ultimate criterion.