Electrophoretic migration behavior of DNA fragments in polymer solution

A newly developed polymer coil shrinking theory is described and compared with the existing entangled solution theory to explain electrophoretic migration behaviour of DNA in hydroxypropylmethylcellulose (HPMC) polymer solution in buffer containing 100 mM tris(hydroxymethyl)aminomethane 100 mM boric acid, 2 mm ethylenediaminetetraacetic acid at pH 8.3. The polymer coil shrinking theory gave a better model to explain the results obtained. The polymer coil shrinking concentration, C-s, was found to be 0.305% and the uniform entangled concentration, C+, 0.806%. The existence of three regions (the dilute, semidilute, and concentrated solution) at different polymer concentrations enables a better understanding of the system to guide the selection of the best conditions to separate DNA fragments. For separating large fragments (700/800 bp), dilute solutions (HPMC < 0.3%) should be used to achieve a short migration time (10 min). For small fragments (200/300 bp), concentrated solutions are preferred to obtain constant resolution and uniform separation. The best resolution is 0.6% HPMC due to a combined interaction of the polymer coils and the entangled structure. The possibility of DNA separation in semidilute solution is often neglected and the present results indicate that this region has a promising potential for analytical separation of DNA fragments.

Alternative splicing of the FMR1 gene in human tissues of fetal and adult

To study the time- and tissue-specificity of alternative splicing of the FMR1 gene, we analyzed the alternative splicing pattern of the FMR1 gene in human tissues from adult and fetus using RT-PCR coupled with capillary electrophoresis. Seven alternative splicing variants of FMR1 were found in adult liver and lung. The major three alternative splicing variants of the FMR1 gene in all analyzed fetal tissues were same, though the number of minor isoforms and the relative abundance of major isoforms were different. The major difference of the alternative splicing pat tem between adult and fetus was in exon 12 and 17. The results suggest that the alternative splicing pattern of the FMR1 gene is non-tissue-specific in the same developmental stage and a developmental switch may be present.

Ring-Down Absorption Spectroscopy for Analytical Microdevices

Ring-down absorption spectroscopy is an emerging ‘‘label-free’’ detection method for analytical microdevices, such as micrototal analysis systems (l-TAS). Developed from the related gas-phase cavity ring-down absorption spectroscopy, fiber-optic-based ring-down techniques for liquid samples offer low detection limits, high sensitivity and fast response. ª 2006 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Effect of roasting on the antioxidant activity of coffee brews

Colombian Arabica coffee beans were roasted to give light, medium, and dark samples. Their aqueous extracts were analyzed by gel filtration chromatography, UV-visible spectrophotometry, capillary electrophoresis, and the ABTS(.+) assay. A progressive decrease in antioxidant activity (associated mainly with chlorogenic acids in the green beans) with degree of roasting was observed with the simultaneous generation of high (HMM) and low molecular mass (LMM) compounds possessing antioxidant activity. Maximum antioxidant activity was observed for the medium-roasted coffee; the dark coffee had a lower antioxidant activity despite the increase in color. Analysis of the gel filtration chromatography fractions showed that the LMM fraction made a greater contribution to total antioxidant activity than the HMM components.

Novel approaches to the analysis of the Maillard reaction of proteins

The Maillard reaction comprises a complex network of reactions which has proven to be of great importance in both food science and medicine. The majority of methods developed for studying the Maillard reaction in food have focused on model systems containing amino acids and monosaccharides. In this study, a number of electrophoretic techniques, including two-dimensional gel electrophoresis and capillary electrophoresis, are presented. These have been developed specifically for the analysis of the Maillard reaction of food proteins, and are giving important insights into this complex process.

Lymphocytic gastritis-like T cell lymphoma: molecular evidence of an unusual recurrence

This report describes a patient with a gastric biopsy specimen showing histomorphological and immunohistochemical appearances indistinguishable from those usually present in lymphocytic gastritis, a rare condition of unknown aetiology with a distinctive phenotype. The patient had a history of a biopsy confirmed T cell non-Hodgkin lymphoma at two anatomical sites ( bladder and stomach), which was subsequently treated. Molecular analysis of the T cell receptor (TCR) gamma chain gene rearrangements showed a distinct monoclonal T cell population in the bladder and gastric biopsies. The same analysis in the lymphocytic gastritis-like biopsy sample showed a monoclonal population with identical base pair size to that identified in the other specimens. This report highlights the importance of TCR gene rearrangement analysis in the diagnosis of unusual gastric inflammation, and the use of capillary electrophoresis based polymerase chain reaction in the follow up of lymphoproliferative disorders.

Structuring reductive media containing protic ionic liquids and their application to the formation of metallic nanoparticles

Herein, we present a facile method for the formation of monodispersed metal nanoparticles (NPs) at room temperature from M^(III)Cl₃ (with M = Au, Ru, Mn, Fe or V) in different media based on N,N-dimethylformamide (DMF) or water solutions containing a protic ionic liquid (PIL), namely the octylammonium formate (denoted OAF) or the bis(2-ethyl-hexyl)ammonium formate (denoted BEHAF). These two PILs present different structures and redox-active structuring properties that influence their interactions with selected molecular compounds (DMF or water), as well as the shape and the size of formed metal NPs in these solutions. Herein, the physical properties, such as the thermal, transport and micellar properties, of investigated PIL solutions were firstly investigated in order to understand the relation between PILs structure and their properties in solutions with DMF or water. The formation of metal NPs in these solutions was then characterized by using UV–vis spectroscopy, transmission electron microscopy (TEM), scanning electron microscopy (SEM) and dynamic light scattering (DLS) measurements. From our investigations, it appears that the PILs structure and their aggregation pathways in selected solvents affect strongly the formation, growths, the shape and the size of metal NPs. In fact by using this approach, the shape-/size-controlled metal NPs can be generated under mild condition. This approach suggests also a wealth of potential for these designer nanomaterials within the biomedical, materials, and catalysis communities by using designer and safer media based on PILs.

Tunable gold nanoparticles shape and size in reductive and structuring media containing protic ionic liquids

Herein, a facile method was developed for preparing high concentration of monodispersed gold nanoparticles (NPs) at room temperature from gold(III) chloride by using different media based on N,N-dimethylformamide or water solutions containing a protic ionic liquid (PIL), namely, the octylammonium formate or the bis(2-ethyl-hexyl)ammonium formate, based on which both PILs were used as redox-active structuring media. The formation of gold NPs in these systems was then characterized using UV-visible spectroscopy, transmission electron microscopy, and dynamic light scattering. From these investigations, it appears that the structure and aggregation pathway of PILs in selected solvents affect strongly the formation, growth, the shape, and the size of gold NPs. In fact, by using this approach, the shape-/ size-controlled gold NPs (branched and spherical) can be generated under mild condition. This approach suggests also a wealth of potential for these designer nanomaterials within the biomedical, materials, and catalysis communities by using designer and safer media based on PILs.

A novel method of microsatellite genotyping-by-sequencing using individual combinatorial barcoding

This study examines the potential of next-generation sequencing based ‘genotyping-by-sequencing’ (GBS) of microsatellite loci for rapid and cost-effective genotyping in large-scale population genetic studies. The recovery of individual genotypes from large sequence pools was achieved by PCR-incorporated combinatorial barcoding using universal primers. Three experimental conditions were employed to explore the possibility of using this approach with existing and novel multiplex marker panels and weighted amplicon mixture. The GBS approach was validated against microsatellite data generated by capillary electrophoresis. GBS allows access to the underlying nucleotide sequences that can reveal homoplasy, even in large datasets and facilitates cross laboratory transfer. GBS of microsatellites, using individual combinatorial barcoding, is potentially faster and cheaper than current microsatellite approaches and offers better and more data.

Metabonomic studies to assess beer quality and stability

The work reported in this thesis aimed at applying the methodology known as metabonomics to the detailed study of a particular type of beer and its quality control, with basis on the use of multivariate analysis (MVA) to extract meaningful information from given analytical data sets. In Chapter 1, a detailed description of beer is given considering the brewing process, main characteristics and typical composition of beer, beer stability and the commonly used analytical techniques for beer analysis. The fundamentals of the analytical methods employed here, namely nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy, gas-chromatography-mass spectrometry (GC-MS) and mid-infrared (MIR) spectroscopy, together with the description of the metabonomics methodology are described shortly in Chapter 2. In Chapter 3, the application of high resolution NMR to characterize the chemical composition of a lager beer is described. The 1H NMR spectrum obtained by direct analysis of beer show a high degree of complexity, confirming the great potential of NMR spectroscopy for the detection of a wide variety of families of compounds, in a single run. Spectral assignment was carried out by 2D NMR, resulting in the identification of about 40 compounds, including alcohols, amino acids, organic acids, nucleosides and sugars. In a second part of Chapter 3, the compositional variability of beer was assessed. For that purpose, metabonomics was applied to 1H NMR data (NMR/MVA) to evaluate beer variability between beers from the same brand (lager), produced nationally but differing in brewing site and date of production. Differences between brewing sites and/or dates were observed, reflecting compositional differences related to particular processing steps, including mashing, fermentation and maturation. Chapter 4 describes the quantification of organic acids in beer by NMR, using different quantitative methods: direct integration of NMR signals (vs. internal reference or vs. an external electronic reference, ERETIC method) and by quantitative statistical methods (using the partial least squares (PLS) regression) were developed and compared. PLS1 regression models were built using different quantitative methods as reference: capillary electrophoresis with direct and indirect detection and enzymatic essays. It was found that NMR integration results generally agree with those obtained by the best performance PLS models, although some overestimation for malic and pyruvic acids and an apparent underestimation for citric acid were observed. Finally, Chapter 5 describes metabonomic studies performed to better understand the forced aging (18 days, at 45 ºC) beer process. The aging process of lager beer was followed by i) NMR, ii) GC-MS, and iii) MIR spectroscopy. MVA methods of each analytical data set revealed clear separation between different aging days for both NMR and GC-MS data, enabling the identification of compounds closely related with the aging process: 5-hydroxymethylfurfural (5-HMF), organic acids, γ-amino butyric acid (GABA), proline and the ratio linear/branched dextrins (NMR domain) and 5-HMF, furfural, diethyl succinate and phenylacetaldehyde (known aging markers) and, for the first time, 2,3-dihydro-3,5-dihydroxy-6-methyl-4(H)-pyran-4-one xii (DDMP) and maltoxazine (by GC-MS domain). For MIR/MVA, no aging trend could be measured, the results reflecting the need of further experimental optimizations. Data correlation between NMR and GC-MS data was performed by outer product analysis (OPA) and statistical heterospectroscopy (SHY) methodologies, enabling the identification of further compounds (11 compounds, 5 of each are still unassigned) highly related with the aging process. Data correlation between sensory characteristics and NMR and GC-MS was also assessed through PLS1 regression models using the sensory response as reference. The results obtained showed good relationships between analytical data response and sensory response, particularly for the aromatic region of the NMR spectra and for GC-MS data (r > 0.89). However, the prediction power of all built PLS1 regression models was relatively low, possibly reflecting the low number of samples/tasters employed, an aspect to improve in future studies.

Genetic characterization of the South Portugal population with GlobalFilerTM Express kit - internal validation and forensic applications

Tese de mestrado. Biologia (Biologia Humana e Ambiente). Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2014

Contamination des solutions d’hyper-alimentation intraveineuses (HAIV) néonatales, effet de l’ascorbylperoxyde au foie

Introduction : Chez les nouveau-nés prématurés, l’hyper-alimentation intraveineuse (HAIV) contribue à leur survie, mais elle est aussi une source importante de molécules oxydantes. L’absence d’une protection adéquate contre la lumière ambiante génère in vitro, via la photo-excitation de la riboflavine, du H2O2, des peroxydes organiques et un dérivé peroxydé de la vitamine C, l’ascorbylperoxyde (AscOOH). Plusieurs données du laboratoire associent l’infusion d’HAIV à des désordres lipidiques dans notre modèle animal. L’hypothèse est donc que l’AscOOH a un pouvoir oxydant et est responsable de certains des effets biologiques observés. Mes objectifs sont les suivants : 1) développer une méthode de dosage de l’AscOOH; 2) démontrer, à l’aide du modèle animal bien établi au laboratoire, des relations entre la concentration tissulaire de cette molécule et des paramètres métaboliques et l’état redox au foie et dans la circulation; et 3) confirmer l’effet physiologique de l’AscOOH dans un modèle cellulaire. Méthode : Différents étalons internes potentiels ont été testés pour le dosage de l’AscOOH par spectrométrie de masse après séparation sur HPLC (LC-MS). Les phases mobiles et conditions chromatographiques ont été optimisées. Pour l’objectif 2, des cobayes de 3 jours de vie (n=11) ont reçu par voie intraveineuse une dose d’AscOOH (entre 0 et 3,3mM). Les animaux ont été sacrifiés au 4e jour de traitement pour le prélèvement de tissus. Les concentrations tissulaires d’AscOOH ont été déterminées au LC-MS. La triglycéridémie et la cholestérolémie ont été mesurées à l’aide d’un kit commercial par spectrophotométrie. Le glutathion oxydé et réduit ont été mesurés par électrophorèse capillaire. Les relations linéaires obtenues sont exprimées par le ratio des carrés (r2), et traitées par ANOVA. Résultats : La validation du dosage de l’AscOOH par LC-MS a été réalisée. Chez les animaux, la concentration urinaire d’AscOOH par créatinine corrèle positivement avec la dose reçue, négativement avec la lipidémie, et négativement avec le redox sanguin et érythrocytaire, indiquant un milieu moins oxydé. Conclusion : La concentration urinaire d’AscOOH peut donc être un reflet de l’oxydation de l’HAIV en clinique. Nos données chez l’animal suggèrent une interaction de l’AscOOH avec le métabolisme hépatique produisant une chute de la concentration plasmatique de cholestérol et de triglycérides. Le modèle cellulaire n’a pas permis d’élucider le mécanisme moléculaire de l’action de l’AscOOH sur le métabolisme.

Développement de méthodes analytiques de séparation des produits de digestion enzymatique des dérivés de cellulose

La cellulose et ses dérivés sont utilisés dans un vaste nombre d’applications incluant le domaine pharmaceutique pour la fabrication de médicaments en tant qu’excipient. Différents dérivés cellulosiques tels que le carboxyméthylcellulose (CMC) et l’hydroxyéthylcellulose (HEC) sont disponibles sur le commerce. Le degré de polymérisation et de modification diffèrent énormément d’un fournisseur à l’autre tout dépendamment de l’origine de la cellulose et de leur procédé de dérivation, leur conférant ainsi différentes propriétés physico-chimiques qui leurs sont propres, telles que la viscosité et la solubilité. Notre intérêt est de développer une méthode analytique permettant de distinguer la différence entre deux sources d’un produit CMC ou HEC. L’objectif spécifique de cette étude de maitrise était l’obtention d’un profil cartographique de ces biopolymères complexes et ce, par le développement d’une méthode de digestion enzymatique donnant les oligosaccharides de plus petites tailles et par la séparation de ces oligosaccharides par les méthodes chromatographiques simples. La digestion fut étudiée avec différents paramètres, tel que le milieu de l’hydrolyse, le pH, la température, le temps de digestion et le ratio substrat/enzyme. Une cellulase de Trichoderma reesei ATCC 26921 fut utilisée pour la digestion partielle de nos échantillons de cellulose. Les oligosaccharides ne possédant pas de groupements chromophores ou fluorophores, ils ne peuvent donc être détectés ni par absorbance UV-Vis, ni par fluorescence. Il a donc été question d’élaborer une méthode de marquage des oligosaccharides avec différents agents, tels que l’acide 8-aminopyrène-1,3,6-trisulfonique (APTS), le 3-acétylamino-6-aminoacridine (AA-Ac) et la phénylhydrazine (PHN). Enfin, l’utilisation de l’électrophorèse capillaire et la chromatographie liquide à haute performance a permis la séparation des produits de digestion enzymatique des dérivés de cellulose. Pour chacune de ces méthodes analytiques, plusieurs paramètres de séparation ont été étudiés.

Marquage fluorescent des protéines pour étudier les enzymes protéolytiques solubles et immobilisées par la cartographie peptidique électrophorétique

La cartographie peptidique est une méthode qui permet entre autre d’identifier les modifications post-traductionnelles des protéines. Elle comprend trois étapes : 1) la protéolyse enzymatique, 2) la séparation par électrophorèse capillaire (CE) ou chromatographie en phase liquide à haute performance (HPLC) des fragments peptidiques et 3) l’identification de ces derniers. Cette dernière étape peut se faire par des méthodes photométriques ou par spectrométrie de masse (MS). Au cours de la dernière décennie, les enzymes protéolytiques immobilisées ont acquis une grande popularité parce qu’elles peuvent être réutilisées et permettent une digestion rapide des protéines due à un rapport élevé d’enzyme/substrat. Pour étudier les nouvelles techniques d’immobilisation qui ont été développées dans le laboratoire du Professeur Waldron, la cartographie peptidique par CE est souvent utilisée pour déterminer le nombre total de peptides détectés et leurs abondances. La CE nous permet d’avoir des séparations très efficaces et lorsque couplée à la fluorescence induite par laser (LIF), elle donne des limites de détection qui sont 1000 fois plus basses que celles obtenues avec l’absorbance UV-Vis. Dans la méthode typique, les peptides venant de l’étape 1) sont marqués avec un fluorophore avant l’analyse par CE-LIF. Bien que la sensibilité de détection LIF puisse approcher 10-12 M pour un fluorophore, la réaction de marquage nécessite un analyte dont la concentration est d’au moins 10-7 M, ce qui représente son principal désavantage. Donc, il n’est pas facile d’étudier les enzymes des peptides dérivés après la protéolyse en utilisant la technique CE-LIF si la concentration du substrat protéique initial est inférieure à 10-7 M. Ceci est attribué à la dilution supplémentaire lors de la protéolyse. Alors, afin d’utiliser le CE-LIF pour évaluer l’efficacité de la digestion par enzyme immobilisée à faible concentration de substrat,nous proposons d’utiliser des substrats protéiques marqués de fluorophores pouvant être purifiés et dilués. Trois méthodes de marquage fluorescent de protéine sont décrites dans ce mémoire pour étudier les enzymes solubles et immobilisées. Les fluorophores étudiés pour le marquage de protéine standard incluent le naphtalène-2,3-dicarboxaldéhyde (NDA), la fluorescéine-5-isothiocyanate (FITC) et l’ester de 6-carboxyfluorescéine N-succinimidyl (FAMSE). Le FAMSE est un excellent réactif puisqu’il se conjugue rapidement avec les amines primaires des peptides. Aussi, le substrat marqué est stable dans le temps. Les protéines étudiées étaient l’-lactalbumine (LACT), l’anhydrase carbonique (CA) et l’insuline chaîne B (INB). Les protéines sont digérées à l’aide de la trypsine (T), la chymotrypsine (CT) ou la pepsine (PEP) dans leurs formes solubles ou insolubles. La forme soluble est plus active que celle immobilisée. Cela nous a permis de vérifier que les protéines marquées sont encore reconnues par chaque enzyme. Nous avons comparé les digestions des protéines par différentes enzymes telles la chymotrypsine libre (i.e., soluble), la chymotrypsine immobilisée (i.e., insoluble) par réticulation avec le glutaraldéhyde (GACT) et la chymotrypsine immobilisée sur billes d’agarose en gel (GELCT). Cette dernière était disponible sur le marché. Selon la chymotrypsine utilisée, nos études ont démontré que les cartes peptidiques avaient des différences significatives selon le nombre de pics et leurs intensités correspondantes. De plus, ces études nous ont permis de constater que les digestions effectuées avec l’enzyme immobilisée avaient une bonne reproductibilité. Plusieurs paramètres quantitatifs ont été étudiés afin d’évaluer l’efficacité des méthodes développées. La limite de détection par CE-LIF obtenue était de 3,010-10 M (S/N = 2,7) pour la CA-FAM digérée par GACT et de 2,010-10 M (S/N = 4,3) pour la CA-FAM digérée par la chymotrypsine libre. Nos études ont aussi démontrées que la courbe d’étalonnage était linéaire dans la région de travail (1,0×10-9-1,0×10-6 M) avec un coefficient de corrélation (R2) de 0,9991.

Développement d’un microréacteur à base d’enzyme microencapsulée en vue d’un couplage en ligne à un système d’électrophorèse capillaire

Réalisé en codirection avec Karen C. Waldron et Dominic Rochefort.