Biomarkers in Solea Senegalensis Kaup, 1858 exposed to contaminated estuarine sediments: a multi-level approach

Thesis submitted to the Universidade Nova de Lisboa, Faculdade de Ciências e Tecnologia for the degree of Doctor of Philosophy in Environmental Sciences

Biological activity of well defined hydantoin derivatives on efflux pump systems of bacteria and cancer cells

A multi-resistência a antibióticos e medicamentos usados em quimioterapia é um dos grandes problemas com os quais as instituições de saúde se debatem hoje em dia. A acção provocada por bombas de efluxo é uma das suas causas. Estas bombas têm uma importância fundamental, uma vez que, ao expelirem todo o tipo de tóxicos para o exterior das células, também expelem medicamentos, fazendo com que estes não tenham o efeito desejado dentro delas. As bombas de efluxo são transportadores que se encontram nas membranas de todo o tipo de células. Existem dois grandes tipos de bombas de efluxo: as primárias e as secundárias. As primeiras conferem multi-resistência principalmente em células eucariotas, como as células do cancro em humanos, tendo como função a mediação da repulsa de substâncias tóxicas por intermédio da hidrólise de ATP. A primeira a ser descoberta e mais estudada destas bombas foi a ABCB1 que é o gene que codifica a glicoproteína-P (P de permeabilidade). Enquanto as secundárias, que são a maior fonte de multi-resistência em bactérias, promovem a extrusão de substâncias tóxicas através da força motriz de protões. Neste tipo de bombas são conhecidas quatro famílias principais, das quais uma das mais importantes é a superfamília RND, uma vez que inclui a bomba AcrAB-TolC, que é muito importante no metabolismo xenobiótico de bactérias Gramnegativas, nomeadamente a E.coli. Com o objectivo de reverter a multi-resistência, tanto em células eucariotas como procariotas, têm-se desenvolvido estratégias de combate que envolvem a descoberta de substâncias que inibam as bombas de efluxo. Assim sendo, ao longo dos tempos têm sido descobertas variadas substâncias que cumprem este objectivo. É o caso, por exemplo, dos derivados de fluoroquinolonas usados como inibidores de bombas de efluxo em bactérias ou do Tamoxifen, utilizado na terapia de pacientes com cancro da mama. Um dos grupos de substâncias estudados para o desenvolvimento de possíveis compostos que actuem como reversores de multi-resistência são os compostos derivados de hidantoínas. Estes, são conhecidos por possuírem uma grande variedade de propriedades bioquímicas e farmacológicas, sendo portanto usados para tratarem algumas doenças em humanos, como a epilepsia. Nestes, estão englobados compostos com actividade anti-convulsão que constitui a sua grande mais-valia e, dependente da substituição no anel que os constitui, uma grande variedade de outras propriedades farmacológicas como a anti-fungica, a anti-arritmica, a anti-viral, a anti-diabética ou por exemplo a antagonização de determinados receptores, como os da serotonina. Apesar de pouco usados em estudos experimentais para desenvolver substâncias anti-carcinogénicas, existem alguns estudos com este efeito. Objectivos: O presente projecto envolve o estudo de bombas de efluxo primárias e secundárias, em células eucariotas e procariotas, respectivamente. Em bactérias, foram usados quatro modelos experimentais: Staphylococcus aureus ATCC 25923, Enterococcus faecalis ATCC 29212, E. coli AG 100 e Salmonella Enteritidis NCTC 13349. Em células de cancro foram usadas, células T de linfoma de rato parentais e células T de linfoma de rato transfectadas com o gene humano MDR-1. O principal objectivo deste estudo foi a pesquisa de novos moduladores de bombas de efluxo presentes em bactérias e células do cancro, tentando assim contribuir para o desenvolvimento de novos agentes farmacológicos que consigam reverter a multi-resistência a medicamentos. Assim sendo foram testados trinta compostos derivados de hidantoínas: SZ-2, SZ-7, LL-9, BS-1, JH-63, MN-3, TD-7k, GG-5k, P3, P7, P10, P11, RW-15b, AD-26, RW-13, AD-29, KF-2, PDPH-3, Mor-1, KK-XV, Thioam-1, JHF-1, JHC-2, JHP-1, Fur-2, GL-1, GL-7, GL-14, GL-16, GL-18. Como forma de atingir estes objectivos, a actividade biológica dos trinta compostos derivados de hidantoínas foi avaliada nas quatro estirpes de bactérias da seguinte forma: foram determinadas as concentrações mínimas inibitórias dos trinta compostos como forma de definir as concentrações em que os compostos seriam utilizados. Os compostos foram posteriormente testadas com um método fluorométrico de acumulação de brometo de etídeo, que é um substrato comum em bombas de efluxo bacterianas, desenvolvido por Viveiros et al. A actividade biológica dos compostos derivados de hidantoínas nas células de cancro foi demonstrada por diferentes métodos. O efeito anti-proliferativo e citotóxico dos trinta compostos foi avaliado nas células T de linfoma de rato transfectadas com o gene humano MDR-1 pelo método de thiazolyl de tetrazólio (MTT). Como o brometo de etídeo também é expelido pelos transportadores ABC, estes compostos foram posteriormente testados com um método fluorométrico de acumulação de brometo de etídeo desenvolvido por Spengler et al nos dois diferentes tipos de células eucariotas. Resultados: A maioria dos compostos derivados de hidantoínas foi eficaz na modulação de bombas de efluxo, nas duas estirpes de bactérias Gram-negativas e nos dois diferentes tipos de células T de linfoma. Em contraste com estes resultados, nas duas estirpes de células Gram-positivas, a maioria dos compostos tiveram pouco efeito na inibição de bombas de efluxo ou até nenhum, em muitos dos casos. De uma maneira geral os melhores compostos nas diferentes estirpes de bactérias foram: Thioam-1, SZ-2, P3, Rw-15b, AD-26, AD-29, GL-18, GL-7, KF-2, SZ-7, MN-3, GL-16 e GL- 14. Foram portanto estes os compostos que provocaram maior acumulação de brometo de etídeo, inibindo assim com maior eficácia as bombas de efluxo. No presente estudo, a maioria dos compostos conseguiu inibir a resistência provocada pela bomba de efluxo ABCB1, tanto nas células parentais bem como nas células que sobre-expressam esta bomba, causando a acumulação de brometo de etídeo dentro das células. As células que sobreexpressam a bomba ABCB1 foram posteriormente testadas com citometria de fluxo que é a técnica padrão para pesquisa de inibidores de bombas de efluxo. Os compostos que foram mais efectivos na inibição da bomba ABCB1, causando assim maior acumulação de brometo de etídeo nas células que sobre-expressam esta bomba foram: PDPH-3, GL-7, KK-XV, AD-29, Thioam-1, SZ-7, KF-2, MN-3, RW-13, LL-9, P3, AD-26, JH-63 e RW- 15b. Este facto não corroborou totalmente os resultados da citometria de fluxo uma vez que os moduladores que provocaram maior inibição da bomba ABCB1 foram o MN-3, JH-63 e o BS-1, sendo que o último não foi seleccionado como um bom composto usando o método fluorométrico de acumulação de brometo de etídeo. Conclusão: Os compostos derivados de hidantoínas testados tiveram maior efeito nas estirpes de bactérias Gram-negativas do que nas Gram-positivas. Relativamente às células eucariotas, as estruturas mais activas apresentam substituintes aromáticos bem como alguns fragmentos aminicos terciários.

Early physiological and biochemical responses of rice seedlings to low concentration of microcystin-LR

Microcystin-leucine and arginine (microcystin- LR) is a cyanotoxin produced by cyanobacteria like Microcystis aeruginosa, and it’s considered a threat to water quality, agriculture, and human health. Rice (Oryzasativa) is a plant of great importance in human food consumption and economy, with extensive use around the world. It is therefore important to assess the possible effects of using water contaminated with microcystin-LR to irrigate rice crops, in order to ensure a safe, high quality product to consumers. In this study, 12 and 20-day-old plants were exposed during 2 or 7 days to a M. aeruginosa extract containing environmentally relevant microcystin-LR concentrations, 0.26–78 lg/L. Fresh and dry weight of roots and leaves, chlorophyll fluorescence, glutathione S-transferase and glutathione peroxidase activities, and protein identification by mass spectrometry through two-dimensional gel electrophoresis from root and leaf tissues, were evaluated in order to gauge the plant’s physiological condition and biochemical response after toxin exposure. Results obtained from plant biomass, chlorophyll fluorescence, and enzyme activity assays showed no significant differences between control and treatment groups. How- ever, proteomics data indicates that plants respond to M. aeruginosa extract containing environmentally relevant microcystin-LR concentrations by changing their metabolism, responding differently to different toxin concentrations. Biological processes most affected were related to protein folding and stress response, protein biosynthesis, cell signalling and gene expression regulation, and energy and carbohydrate metabolism which may denote a toxic effect induced by M. aeruginosa extract and microcystin- LR. Theimplications of the metabolic alterations in plant physiology and growth require further elucidation.

Picocyanobacteria From a Clade Of Marine Cyanobium Revealed Bioactive Potential Against Microalgae, Bacteria, And Marine

The production of bioactive compounds either toxic or with pharmacological applications by cyanobacteria is well established. However, picoplanktonic forms within this group of organisms have rarely been studied in this context. In this study, the toxicological potential of picocyanobacteria from a clade of marine Cyanobium strains isolated from the Portuguese coast was examined using different biological models. First, strains were identified by applying morphological and molecular approaches and cultured under lab conditions. A crude extract and three fractions reflecting a preliminary segregation of lipophilic metabolites were tested for toxicity with the marine microalga Nannochloropsis sp., the bacteria Pseudomonas sp., the brine shrimp Artemia salina, and fertilized eggs of the sea urchin Paracentrotus lividus. No significant apparent adverse effects were noted against Artemia salina. However, significant adverse effects were found in all other assays, with an inhibition of Nannochloropsis sp. and Pseudomonas sp. growth and marked reduction in Paracentrotus lividus larvae length. The results obtained indicated that Cyanobium genus may serve as a potential source of interesting bioactive compounds and emphasize the importance of also studying smaller picoplanktonic fractions of marine cyanobacteria.

Development of new biomaterials based on liquid crystalline phases of cellulose derivatives

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Biomédica

Modelling of the kinetics of municipal solid waste composting in full-scale mechanical-biological treatment plants

A thesis submitted in fulfilment of the requirements for the Degree of Doctor of Philosophy in Sanitary Engineering in the Faculty of Sciences and Technology of the New University of Lisbon

Vibroacoustic disease II: The biological and acoustical basis of low frequency noise induced pathology

Proceedings Institute of Acoustics (UK); vol. 25, nº2, p. 72-78.

Evaluation of standard reagents for radial-immunodiffusion assays. In vitro control of rabies vaccines

The RID assay is one of the in vitro methods used for in-process control in the production of rabies vaccines for veterinary use. It has been shown to be very useful for determining antigen concentration in the final bulk product. The work presented in this paper, including the production and standardization of candidate standard reagents for use in the Radial Immunodiffusion Assay (RID) was carried out at the Pan American Institute for Food Protection and Zoonoses (INPPAZ/PAHO/WHO). The study was completed with the cooperation of the Faculty of Veterinary Sciences, National University of La Plata (NULP), Argentina, where the validation of the proposed standards and the quality control of samples from 28 different batches of rabies vaccines produced with Pasteur strain rabies virus (PV) in BHK cells were performed. The activity of the vaccines was determined by in vivo (NIH) and in vitro (RID)assays. The results of the candidate reagents for the reagent standardization tests showed stability, sensitivity and reproducibility. The Relative Potency the 1.2 between the problem vaccines and the reference vaccine was estimated by variance and regression analysis. The results of our validation study show that the INPPAZ (PAHO/WHO) is capable of producing and distributing the above-mentioned standard reagents, as well as of providing support for the incorporation of the RID technique (sensitive, rapid and inexpensive) to the laboratories that manufacture rabies vaccines in Latin America and the Caribbean.

Biological and genetic characteristics of uropathogenic Escherichia coli strains

The aim of the present study was to determine biological characteristics such as expression of fimbriae, Congo red binding, production of hemolysin and aerobactin, adhesion to HeLa and uroepithelial cells and invasion of HeLa cells by Escherichia coli isolates obtained from patients showing clinical signs of urinary tract infection (UTI). Also, the presence of genes (apa, afa, spa) for fimbria expression and cytotoxic necrotizing factors (CNF1, CNF2) was assayed using specific primers in PCR. The data obtained were compared with the clonal relationships obtained by analysis of multilocus enzyme electrophoresis (MLEE), restriction fragment length polymorphism (RFLP) of the rDNA (ribotyping) and enterobacterial repetitive intergenic consensus-PCR (ERIC-PCR). All isolates but one presented a combination of at least two of the characteristics studied, a fact suggesting the presence of pathogenicity islands (PAIs). Diffuse adherence type to HeLa cells was observed to occur in most of the strains, but adhesion to uroepithelial cells seems to be a more reliable test to verify pathogenicity. Although four strains seemed to be able to invade HeLa cells when assayed by light microscopy, electron microscopy studies demonstrated that these strains were not invasive. MLEE, RFLP and ERIC-PCR were able to group the isolates differently into main clusters that were not correlated with the presence of pathogenic traits.