The use of oligonucleotide probes for meningococcal serotype characterization

In the present study we examine the potential use of oligonucleotide probes to characterize Neisseria meningitidis serotypes without the use of monoclonal antibodies (MAbs). Antigenic diversity on PorB protein forms the bases of serotyping method. However, the current panel of MAbs underestimated, by at least 50% the PorB variability, presumably because reagents for several PorB variable regions (VRs) are lacking, or because a number of VR variants are not recognized by serotype-defining MAbs12. We analyzed the use of oligonucleotide probes to characterize serotype 10 and serotype 19 of N. meningitidis. The porB gene sequence for the prototype strain of serotype 10 was determined, aligned with 7 other porB sequences from different serotypes, and analysis of individual VRs were performed. The results of DNA probes 21U (VR1-A) and 615U (VR3-B) used against 72 N. meningitidis strains confirm that VR1 type A and VR3 type B encode epitopes for serotype-defined MAbs 19 and 10, respectively. The use of probes for characterizing serotypes possible can type 100% of the PorB VR diversity. It is a simple and rapid method specially useful for analysis of large number of samples.

Novel optical PVC probes for on-site detection/determination of fluoroquinolones in a solid/liquid interface: Application to the determination of Norfloxacin in aquaculture water

A novel optical disposable probe for screening fluoroquinolones in fish farming waters is presented, having Norfloxacin (NFX) as target compound. The colorimetric reaction takes place in the solid/liquid interface consisting of a plasticized PVC layer carrying the colorimetric reagent and the sample solution. NFX solutions dropped on top of this solid-sensory surface provided a colour change from light yellow to dark orange. Several metals were tested as colorimetric reagents and Fe(III) was selected. The main parameters affecting the obtained colour were assessed and optimised in both liquid and solid phases. The corresponding studies were conducted by visible spectrophotometry and digital image acquisition. The three coordinates of the HSL model system of the collected image (Hue, Saturation and Lightness) were obtained by simple image management (enabled in any computer). The analytical response of the optimised solid-state optical probe against concentration was tested for several mathematical transformations of the colour coordinates. Linear behaviour was observed for logarithm NFX concentration against Hue+Lightness. Under this condition, the sensor exhibited a limit of detection below 50 μM (corresponding to about 16 mg/mL). Visual inspection also enabled semi-quantitative information. The selectivity was ensured against drugs from other chemical groups than fluoroquinolones. Finally, similar procedure was used to prepare an array of sensors for NFX, consisting on different metal species. Cu(II), Mn(II) and aluminon were selected for this purpose. The sensor array was used to detect NFX in aquaculture water, without any prior sample manipulation.

Cyclopentadienyl-functionalised N-heterocyclic carbenes: synthesis, coordination to Mo, Ru, Rh

Dissertation presented to obtain the Ph.D degree in Chemistry

Occurrence of Giardia cysts and Cryptosporidium oocysts in activated sludge samples in Campinas, SP, Brazil

Giardia and Cryptosporidium have caused several outbreaks of gastroenteritis in humans associated with drinking water. Contaminated sewage effluents are recognized as a potential source of waterborne protozoa. Due to the lack of studies about the occurrence of these parasites in sewage samples in Brazil, we compared the efficiency of two procedures for concentrating cysts and oocysts in activated sludge samples of one sewage treatment plant. For this, the samples were submitted to i) concentration by the ether clarification procedure (ECP) and to ii) purification by sucrose flotation method (SFM) and aliquots of the pellets were examined by immunofluorescence. Giardia cysts were present in all samples (100.0%; n = 8) when using ECP and kit 1 reagents, while kit 2 resulted in six positive samples (85.7%; n = 7). As for SFM, cysts were detected in 75.0% and 100.0% of these samples (for kit 1 and 2, respectively). Regarding Cryptosporidium, two samples (25.0%; kit 1 and 28.5% for kit 2) were detected positive by using ECP, while for SFM, only one sample (examined by kit 1) was positive (12.5%). The results of the control trial revealed Giardia and Cryptosporidium recovery efficiency rates for ECP of 54.5% and 9.6%, while SFM was 10.5% and 3.2%, respectively. Considering the high concentration detected, a previous evaluation of the activated sludge before its application in agriculture is recommended and with some improvement, ECP would be an appropriate simple technique for protozoa detection in sewage samples.

Impacto Ambiental do Processo de Tingimento de uma Indústria de Curtumes e Avaliação do Desempenho da ETAR

Um dos objetivos desta dissertação de mestrado foi avaliar o impacto ambiental do processo de tingimento usado na indústria de curtumes, em termos de volume de efluente produzido e sua carga poluente. Pretendeu-se também encontrar alternativas ao nível do processo de tingimento que levem a uma melhoria na qualidade do efluente produzido. Outro objetivo deste trabalho foi avaliar o funcionamento da ETAR existente na empresa JR Fontes, no que diz respeito aos parâmetros em estudo (carência química de oxigénio - CQO, pH, crómio e teor de sólidos suspensos totais - SST), propondo alterações que permitam respeitar os valores de emissão exigidos na licença de descarga da empresa. Verificou-se que o processo de tingimento aplicado pela empresa JR Fontes é muito poluente, em termos de carga orgânica e matéria em suspensão. Este facto é comprovado pelos resultados obtidos para os três processos estudados: Montana, Galáctico e Navak. Todos os processos apresentam um efluente com pH ácido (aproximado a 3) e valores de CQO superiores a 3550 mg O2/L, sendo o processo Navak aquele que apresenta o valor mais alto para o banho composto, 8362 mg O2/L. Relativamente ao teor de crómio, o banho de recurtume com concentração mais elevada de crómio total é o banho 1 do processo Navak, com 2297 mg/L, sendo que a concentração destes banhos é sempre elevada, igual ou superior a 746 mg/L. No que diz respeito à matéria em suspensão, o processo Navak é novamente o mais poluente, com um valor de 3842 mg SST/L, não sendo obtidos nos outros processos, valores inferiores a 1205 mg SST/L. Na realização de um processo alternativo de tingimento verificou-se que é possível diminuir a carga orgânica do efluente originado. A aplicação de recurtumes sintéticos deu origem a efluentes menos poluentes. O melhor valor obtido para a CQO foi de 1113 mg O2/L, sendo obtidos valores não superiores a 7185 mg O2/L para processos de características semelhantes aos aplicados nesta indústria. Relativamente à ETAR, apesar das restrições ao funcionamento que esta apresenta, no geral pode ser considerada eficiente, embora não consiga atingir o objetivo pretendido de remoção para a CQO, ou seja o valor de 1100 mg O2/L. Nos restantes parâmetros é cumprido o limite de emissão (350 mg SST/L, pH entre 6 e 9 e 2 mg Cr/L para o crómio total): os SST apresentam o valor de 98 mg SST/L, o crómio total de 1,2 mg Cr/L e o pH encontra-se entre 8 e 9. São aqui feitas duas abordagens para solucionar os problemas existentes na ETAR. A primeira considera um ajuste no tratamento e equipamentos existentes, através da reconstrução do tanque de equalização, da substituição do coagulante por sulfato ferroso e da reconstrução do sedimentador, assim como a substituição das tubagens por umas de maior diâmetro, solucionando assim problemas de manutenção de toda a instalação e do incumprimento da legislação. A outra abordagem implica a substituição do sistema de afinação existente, os filtros de areia e carvão ativados, por um sistema de membranas de ultrafiltração ou por dois filtros de carvão ativado. Para tratar um efluente com um valor de CQO de 3000 mg O2/L com o carvão estudado, seriam necessários 132 kg de carvão por coluna, aproveitando-se os equipamentos existentes. No caso das membranas filtrantes, estas são eficazes, reduzindo a CQO em cerca de 70%. Ao contrário do carvão, a aplicação deste sistema implicaria a aquisição de novos equipamentos. Futuramente propõe-se a avaliação dos vários tipos de reagentes usados no tingimento de couro de forma a aplicar no tratamento aqueles que produzam as características desejadas no produto final e a que apresentem um menor resultado de CQO. Propõe-se também o estudo de viabilidade da remoção de crómio dos banhos de recurtume e consequente avaliação da aplicabilidade de um tratamento biológico em substituição ou como complemento do tratamento existente.

Desenvolvimento de um fantoma cerebral para ressonância magnética

O controlo da qualidade em ressonância magnética (RM) passa pela realização de diversos testes ao equipamento e calibrações diárias, onde os fantomas desempenham um papel fundamental. Este trabalho teve como objetivo principal o desenvolvimento de um fantoma cerebral para um sistema de RM de intensidade 3.0 Tesla. Com base na literatura existente, escolheram-se como reagentes o cloreto de gadolínio (III) (GdCl3), a agarose, e o gelificante carragena, tendo sido ainda acrescentado o conservante químico azida de sódio (NaN3) de forma a inibir a degradação da solução. Realizaram-se vários testes com diferentes concentrações dos materiais selecionados até obter as misturas adequadas a suscetibilidade magnética das substâncias branca e cinzenta cerebrais. Os tempos de relaxação T1 das diversas substâncias desenvolvidas foram medidos, apresentando o fantoma final uns tempos de T1 de 702±10 ms, quando a concentração de GdCl3 foi de 100 µmol (substância branca) e 1179±23 ms quando a concentração foi de 15 µmol (substância cinzenta). Os valores de T1 do fantoma foram comparados estatisticamente com os tempos de relaxação conseguidos a partir de um cérebro humano, obtendo-se uma correlação de 0.867 com significância estatística. No intuito de demonstrar a aplicabilidade do fantoma, este foi sujeito a um protocolo de RM, do qual constaram as sequências habitualmente usadas no estudo cerebral. Como principais resultados constatou-se que, nas sequências ponderadas em T1, o fantoma apresenta uma forte associação positiva (rs > 0.700 p = 0.072) com o cérebro de referência, ainda que não sejam estatisticamente significativos. As sequências ponderadas em T2 demonstraram uma correlação positiva moderada e fraca, sendo a ponderação densidade protónica a única a apresentar uma associação negativa. Desta forma, o fantoma revelou-se um ótimo substituto do cérebro humano. Este trabalho culminou na criação de um modelo cerebral tridimensional onde foram individualizadas as regiões das substâncias branca e cinzenta, de forma a posteriormente serem preenchidas pelas correspondentes substâncias desenvolvidas, obtendo-se um fantoma cerebral antropomórfico.

Estudo eletroquímico do dano oxidativo promovido por RNS e PAH e o efeito protetor de antioxidantes no ADN

No dia-a-dia, os organismos vivos estão sujeitos a vários tipos de agressões de origem endógena e exógena. A produção endógena exagerada de contaminantes que ocorre nos processos metabólicos dos seres vivos está intimamente associada ao aparecimento e desenvolvimento de várias patologias. Por outro lado, e devido às atividades antropogénicas, muitos contaminantes de origem ambiental e alimentar entram por via exógena no organismo dos seres vivos provocando igualmente danos a nível celular. De modo a protegerem-se dos efeitos pejorativos provocados por estes compostos, os organismos vivos desenvolveram mecanismos complexos de defesa antioxidante. Este trabalho consistiu no estudo eletroquímico do dano oxidativo induzido por contaminantes (PAH (hidrocarbonetos aromáticos policíclicos), H2O2, NO• e HClO) e do efeito protetor, ao dano oxidativo, promovido por antioxidantes no material baseado no ADN recorrendo à utilização de um biossensor de bases púricas, adenina-EPC (elétrodo pasta de carbono) e dA20-EPC, utilizando a voltametria de onda quadrada (VOQ) como técnica de deteção. A aplicação da eletroquímica apresenta várias vantagens para a quantificação da capacidade antioxidante total (CAT) pois, permite a redução da quantidade de reagentes e amostra em análise, elimina a etapa de remoção de cor (a cor é um interferente nos métodos óticos) e não requer equipamentos dispendiosos. Foram seguidas diferentes abordagens para a construção dos biossensores. A primeira consistiu na construção de um adenina-EPC em três etapas: i) condicionamento do EPC, ii) eletrodeposição da adenina no EPC e iii) leitura do sinal eletroquímico. Assim, foram otimizados diversos parâmetros: concentração de adenina (150,0 mg/L), potencial de condicionamento (Ec) (+ 1,80 V), potencial de deposição (Ed) (+ 0,40 V), tempo de condicionamento (tc) (180 s) e tempo de deposição (td) (240 s). Foi aplicado o adenina-EPC no estudo do dano oxidativo provocado por PAH (benzo (g,h,i) perileno) e constatou-se que era necessário transformar o benzo (g,h,i) perileno num radical para se possível observar danos oxidativos induzidos no biossensor. A nova estratégia consistiu na construção de um dA20-EPC, através da adsorção física de uma gota de dA20 na superfície do EPC, com posterior secagem e leitura do sinal eletroquímico. Neste procedimento foi otimizada a concentração de dA20 (100,0 mg/L). O dano oxidativo provocado pelo H2O2, NO• e HClO foi estudado sobre o dA20-EPC e verificou-se que os três contaminantes induziam dano oxidativo no dA20-EPC. Confirmou-se a capacidade do ácido ascórbico (AA) em proteger o dA20-EPC do dano oxidativo induzido por H2O2 e NO•. O biossensor desenvolvido (dA20-EPC) foi aplicado na avaliação da CAT de diferentes amostras reais (café, sumo de laranja e água aromatizada de laranja) usando-se como contaminantes o H2O2 e NO•. Todas as amostras analisadas apresentaram ter capacidade antioxidante. Quando se usou o dA20-EPC na presença de H2O2, verificou-se que as amostras de café apresentam valores mais elevados de CAT (1130-1488 mg AAE/L) do que as amostras de bebidas (110 mg AAE/L em água aromatizada e 775 mg AAE/L em sumo). Os valores de CAT obtidos para amostras de sumo e água aromatizada na presença de NO• indicam que a amostra de sumo possui maior teor de CAT (526 mg AAE/L) conforme era esperado, do que a amostra de água aromatizada (172 mg AAE/L).

Desenvolvimento de sensores colorimétricos para despiste de antibióticos

introdução de drogas que assegurem o crescimento e a preservação das espécies, mas que eventualmente se espalham para o meio aquático envolvente, promovendo alterações da biodiversidade e entrar, directamente ou indirectamente, na cadeia alimentar. Quando estas drogas são agentes antimicrobianos de uso humano, tais como a amoxicilina, tetraciclina ou sulfonamidas, há um alto risco de aparecimento de espécies bacterianas resistentes, algo que constitui uma ameaça grave para a saúde pública. Esta introdução de agentes antimicrobianos no ambiente aquático através do sector das pescas pode ser reduzida através da monitorização regular ou contínua dos níveis de antibióticos no sistema de água, durante a execução, bem como antes da descarga para o meio aquático. Para isso, é necessário métodos analíticos que permitam uma frequência analítica elevada e continua, nos tanques de cultivos dos peixes. O presente trabalho descreve para este efeito, um sensor constituído por papel quimicamente modificado por reações em monocamadas, assumindo uma coloração típica após contacto com o antibiótico . A intensidade da coloração estava relacionada com a concentração desse antibiótico. A modificação do papel foi baseada na alteração química das unidades de glucose do papel por meio de uma reação covalente com reagentes apropriados. De seguida, criou-se uma camada de quitosano sobre o papel modificado onde se adsorveu a espécie metálica capaz de mudar de cor na presença de sulfadiazina. As modificações resultantes foram avaliadas em relação a vários parâmetros, com o intuito de provocar uma variação de cor intensa face à concentração de antibiótico. Os sensores preparados foram caracterizados do ponto de vista do seu desempenho analítico, efetuou-se a construção de uma gama de concentração que permitiu obter uma resposta previsível e transversal em relação a outros antibióticos, bem como a identificação de uma relação linear entre concentração e coordenadas de cor e a aplicação de sensores em amostra de água ambiental dopados com antibiótico. Generalizando, foi possível estabelecer um processo de modificação simples de papel capaz de medir a presença e quantidade de sulfadiazina

ANIMAL MODELS FOR THE STUDY OF LEISHMANIASIS IMMUNOLOGY

Leishmaniasis remains a major public health problem worldwide and is classified as Category I by the TDR/WHO, mainly due to the absence of control. Many experimental models like rodents, dogs and monkeys have been developed, each with specific features, in order to characterize the immune response to Leishmania species, but none reproduces the pathology observed in human disease. Conflicting data may arise in part because different parasite strains or species are being examined, different tissue targets (mice footpad, ear, or base of tail) are being infected, and different numbers (“low” 1×102 and “high” 1×106) of metacyclic promastigotes have been inoculated. Recently, new approaches have been proposed to provide more meaningful data regarding the host response and pathogenesis that parallels human disease. The use of sand fly saliva and low numbers of parasites in experimental infections has led to mimic natural transmission and find new molecules and immune mechanisms which should be considered when designing vaccines and control strategies. Moreover, the use of wild rodents as experimental models has been proposed as a good alternative for studying the host-pathogen relationships and for testing candidate vaccines. To date, using natural reservoirs to study Leishmania infection has been challenging because immunologic reagents for use in wild rodents are lacking. This review discusses the principal immunological findings against Leishmania infection in different animal models highlighting the importance of using experimental conditions similar to natural transmission and reservoir species as experimental models to study the immunopathology of the disease.

CANINE VISCERAL LEISHMANIASIS CASE INVESTIGATION IN THE JACARE REGION OF NITEROI, RIO DE JANEIRO, BRAZIL

SUMMARY American visceral leishmaniasis is a vector-borne zoonosis in expansion in Brazil. Dogs are the main urban reservoir. Departing from a case of canine visceral leishmaniasis (CVL) in Jacaré, Niterói, Rio de Janeiro State, an epidemiological canine and entomological study was performed to assess the extension of the disease at the location. Sample was collected around the case and the dogs identified by serological tests (rapid double platform immunochromatographic exams, immunoenzymatic assay/ELISA, indirect immunofluorescence/IFAT). The parasitological diagnosis was performed in animals positive in at least one of these tests. The entomological study was carried out by using light traps and manual collection. The associations between canine variables and outcome (ELISA and IFAT reagents) were assessed by the chi-square test and adjusted by multivariate logistic regression for those associations with p < 0.1 in the bivariate analysis. Seventeen cases of CVL were detected among 110 evaluated dogs (prevalence of 15.5%). Presence of ectoparasites (OR 6.5; 95% CI 1.1-37.4), animals with clinical signs (OR 9.5; 95% CI 1.2-76.6), and previous cases of CVL in the same house (OR 17.9; 95% CI 2.2-147.1) were associated with the outcome. Lutzomyia longipalpiswas not detected. Our results are indicative of an ongoing transmission in the area.

Recommendations for the detection of Leptospira in urine by PCR

In the present study PCR was applied to detect leptospires in human urine. Several approaches for sample processing were evaluated to optimize the detection of leptospires in urine mixed with this bacterium. Furthermore, some changes in the composition of the reaction mix were studied. No amplification was observed in acidic urine, therefore neutralization of the sample immediately after collection is strongly recommended. PBS gave better results than Tris or NaOH as neutralizing reagents. Freezing and thawing of samples before processing yielded negative results. Elimination of epithelial cells, leukocytes and crystals by centrifugation at 3,000 rpm at room temperature increased sensitivity. In addition, both the washing step after collecting leptospires by centrifugation and the inclusion of 0.1% bovine serum albumin in the reaction mix minimized the interference of other inhibitory compounds. These modifications were useful to improve the detection of Leptospira in urine by PCR.

Design and development of a microfluidic platform for use with colorimetric gold nanoprobe assays

Due to the importance and wide applications of the DNA analysis, there is a need to make genetic analysis more available and more affordable. As such, the aim of this PhD thesis is to optimize a colorimetric DNA biosensor based on gold nanoprobes developed in CEMOP by reducing its price and the needed volume of solution without compromising the device sensitivity and reliability, towards the point of care use. Firstly, the price of the biosensor was decreased by replacing the silicon photodetector by a low cost, solution processed TiO2 photodetector. To further reduce the photodetector price, a novel fabrication method was developed: a cost-effective inkjet printing technology that enabled to increase TiO2 surface area. Secondly, the DNA biosensor was optimized by means of microfluidics that offer advantages of miniaturization, much lower sample/reagents consumption, enhanced system performance and functionality by integrating different components. In the developed microfluidic platform, the optical path length was extended by detecting along the channel and the light was transmitted by optical fibres enabling to guide the light very close to the analysed solution. Microfluidic chip of high aspect ratio (~13), smooth and nearly vertical sidewalls was fabricated in PDMS using a SU-8 mould for patterning. The platform coupled to the gold nanoprobe assay enabled detection of Mycobacterium tuberculosis using 3 8l on DNA solution, i.e. 20 times less than in the previous state-of-the-art. Subsequently, the bio-microfluidic platform was optimized in terms of cost, electrical signal processing and sensitivity to colour variation, yielding 160% improvement of colorimetric AuNPs analysis. Planar microlenses were incorporated to converge light into the sample and then to the output fibre core increasing 6 times the signal-to-losses ratio. The optimized platform enabled detection of single nucleotide polymorphism related with obesity risk (FTO) using target DNA concentration below the limit of detection of the conventionally used microplate reader (i.e. 15 ng/μl) with 10 times lower solution volume (3 μl). The combination of the unique optical properties of gold nanoprobes with microfluidic platform resulted in sensitive and accurate sensor for single nucleotide polymorphism detection operating using small volumes of solutions and without the need for substrate functionalization or sophisticated instrumentation. Simultaneously, to enable on chip reagents mixing, a PDMS micromixer was developed and optimized for the highest efficiency, low pressure drop and short mixing length. The optimized device shows 80% of mixing efficiency at Re = 0.1 in 2.5 mm long mixer with the pressure drop of 6 Pa, satisfying requirements for the application in the microfluidic platform for DNA analysis.

Monotherapy and combined therapy of new potential antitumor compounds: antiproliferative activities and biological targets

Review article Martins, P., Marques, M., Coito, L., Pombeiro, A.J.L., Baptista, P.V., Fernandes, A.R. 2014. Organometallic Compounds in Cancer Therapy: Past Lessons and Future Directions. Anti-cancer Agents in Medicinal Chemistry 14. PMID: 25173559

Seroprevalence of cytomegalovirus antibodies in blood donors in southern, Brazil

INTRODUCTION: Cytomegalovirus (CMV) infection is a matter of concern for blood bank professionals and blood transfusion recipients, especially in cases of transfusions to neonates and immunocompromised patients. Thus, the present study aimed to determine the seroprevalence of CMV IgG and IgM antibodies among blood donors in the city of Lages, in the mountain region of Santa Catarina, southern Brazil, and to investigate possible associations between the socioeconomic characteristics of donors and CMV serological status. METHODS: A seroepidemiological cross-sectional study was conducted on 1,045 blood samples from donors that were used in serological screening over a one-year investigation. All the analyses were conducted using the microparticle enzyme immunoassay with Biokit® reagents (Barcelona, Spain), in accordance with the manufacturer's instructions. RESULTS: Anti-CMV IgG seroprevalence in the sample studied was 96.4% (95% CI: 95.23 - 97.50) and that of anti-CMV IgM was 2.3% (95% CI: 1.39 - 3.20). There were no statistically significant associations between the presence of antibodies and the socioeconomic characteristics of donors. CONCLUSIONS: The blood donors in the study region had high seroprevalence of anti-CMV IgG. Thus, blood component screening strategies and careful indication for blood transfusions require special attention among healthcare professionals as part of the actions for prevention and reduction of primary infections caused by CMV.

Serosurvey of hantavirus infection in humans in the border region between Brazil and Argentina

INTRODUCTION: According to reports by the Ministry of Health, in the far western region of the State of Santa Catarina, there have been no reports of hantavirus pulmonary syndrome, a zoonotic disease transmitted by feces of infected rodents. A seroepidemiological study of residents of this region, was conducted, with the aim of determining the presence of hantavirus infections. A total of 340 volunteers of both genus, from the towns of Belmonte and Paraíso, were studied. METHODS: The serum of these patients was collected and used to detect IgG antibodies against recombinant N protein of Araraquara hantavirus, by ELISA assay. The positive samples were then titrated and confirmed by immunofluorescence assay. RESULTS: This study demonstrated the presence of IgG antibodies against hantavirus N protein in 3.5% of the population. The most frequent occupation was farm worker, 81% had direct and indirect contact with rodents, 91.7% of positive cases were farm workers, indicating that the probable cause of infection occurred during barn cleaning. These antibodies are noteworthy, given that the levels of antibodies were verified in individuals whose contact with hantavirus may have occurred many years ago. CONCLUSIONS: This study shows the circulation of hantavirus in the region, a fact that until now, had not reported. All the serum reagents had contact with the pathogen, but did not develop pulmonary and cardiovascular syndrome. It is important to remain alert, because hantavirus is a serious and emerging disease of some relevance.