Understanding the microbial ecology and ecophysiology of enhanced biological phosphorus removal processes through metabolic modelling and experimental studies

Dissertation to obtain the degree of Master in Chemical and Biochemical Engineering

Disclosing the caffeine dose to be administered that restores insulin sensitivity in prediabetes animal

The results discussed in this thesis originated the following communications in International and National congresses: Sacramento JF, Coelho JC, Melo BF, Guarino MP and Conde SV. (2014) Assessment of caffeine dose and time of administration required for resetting insulin sensitivity in high sucrose diet in rats. 50th Meeting of EASD (European Association for the study of Diabetes), 14-19 September, Vienna, Austria Coelho JC, Melo BF, Sacramento JF, Guarino MP and Conde SV (2014). Establishing the caffeine dose that chronically restores insulin sensitivity in animal model of prediabetes. Fundação Astrazeneca Innovate Competition, iMed conference 6.0®, 10-12 October, Lisboa, Portugal Also, during the last year I was involved in other ongoing projects that originated the following communications: Coelho JC, Melo BF, Sacramento JF, Ribeiro MJ, Guarino MP and Conde SV (2014). Are the effects of carotid sinus nerve resection on insulin sensitivity mediated by an increase in Glut4 expression in skeletal muscle?. XLIV Reunião Anual da Sociedade Portuguesa de Farmacologia, XXXII Reunião de Farmacologia Clínica e XIII Reunião de Toxicologia, 5-7 February, Coimbra, Portugal Sacramento JF, Rodrigues T, Coelho JC, Matafome P, Ribeiro MJ, Seiça RM, Guarino MP, Conde SV (2014). Elucidating the mechanism by which carotid sinus nerve resection restores insulin sensitivity in pre-diabetes animal models. International Society for Arterial Chemoreception (ISAC) XIX University of Leeds, 29th June - 3rd July, Leeds, United Kingdom

Brucelose na Província do Namibe, Angola, 2012 : prevalências humana (profissionais da pecuária) e animal, factores de risco, conhecimento e práticas

RESUMO - Enquadramento: A Brucelose é uma antropozoonose prevalente no Mundo e é uma das mais negligenciadas. A sua transmissão ao ser humano é directa e indirecta, e acontece por via de contacto com animal infectado, o consumo de leite e seus derivados não pasteurizados e a não observância de uso de equipamentos de protecção individual e colectiva, entre outros factores. O conhecimento da prevalência e incidência da brucelose animal e humana no Namibe, uma província de Angola, é muito escasso sendo poucos os estudos que evidenciam esta doença no seio dos profissionais da pecuária expostos: trabalhadores de matadouros, veterinários e criadores de gado. É assim pertinente, com base em estudos científicos específicos, caracterizar esta situação. Objectivos: Caracterizar os ambientes dos profissionais (matadouro, talhos e salas municipais de abate e explorações); estimar a seroprevalência da brucelose humana em profissionais da pecuária (trabalhadores de matadouros e criadores de gado bovino) na província do Namibe, Angola em 2012; determinar a associação da presença da brucelose humana com variáveis sócio-demográficas, de conhecimento, de práticas e de características das explorações; determinar a prevalência da Brucelose em animais e em explorações; caracterizar os factores associados à presença da Brucelose em explorações bovinas; caracterizar o conhecimento e práticas sobre a Brucelose dos profissionais da pecuária e analisar a relação entre as prevalências nas explorações (infectadas versus não infectadas) e nos criadores (infectados versus não infectados). Métodos e materiais: estudos observacional e transversal seroepidemiológico em 131 trabalhadores de talhos, salas de abate e matadouro e 192 criadores amostrados aleatoriamente em toda província do Namibe. Os dados foram obtidos através da colheita de sangue e da aplicação de um questionário. Os testes laboratoriais utilizados foram o Rosa de Bengala (RBT) e a Aglutinação Lenta em Tubos (SAT). O estudo de conhecimento foi principalmente centrado na pergunta “Já ouviu falar de Brucelose” e nas questões relativas ao nível de conhecimento e práticas (indicadores baseados nas percentagens de respostas correctas ou práticas adequadas) dos factores de risco da Brucelose. Também foram investigados 1344 animais (em 192 explorações) com recurso ao método de diagnóstico laboratorial RBT para análise de soro sanguíneo e, complementarmente, foi aplicado um questionário aos respectivos criadores. Em termos de análise estatística, para além da abordagem descritiva, foram utilizados os testes de Independência do Quiquadrado, Fisher, Teste não paramétrico de Mann-Whitney, Teste de correlação de Spearman. Adicionalmente, com base em modelos de regressão logística, foram determinados odds ratio e os respectivos intervalos de confiança utilizando um nível de significância de 5%. Resultados: os ambientes dos profissionais (matadouro, talhos e salas municipais de abate e explorações) não reuniram as condições higio-sanitárias definidas internacionalmente como adequadas. Nos profissionais a infecção geral ponderada da Brucelose foi de 15.56% (IC95% : 13.61-17.50), sendo 5.34% em trabalhadores e 16.66% (IC95% : 11.39-21.93) em criadores. A significância estatística foi observada entre a seroprevalência humana e a categoria (trabalhador e criador) (p< 0.001) e o nível de instrução (p= 0.032), início de actividade (p= 0.079) e local de serviço (p= 0.055). Num contexto multivariado o factor positivamente associado à brucelose em profissionais foi a categoria profissional (OR = 3.54, IC95%: 1.57-8.30, relativo aos criadores em relação a trabalhadores). As taxas gerais aparentes de prevalência em animais e explorações foram respectivamente de 14.96% (IC 95%, 12.97-17.19) e de 40.10% (IC 95%, 32.75-47.93). Encontrou-se uma correlação positiva moderada entre o número de animais infectados por exploração com a média do número de abortos na exploração = 0.531, p< 0.001). Em média os profissionais tiveram um conhecimento global muito insuficiente (16.1%), tendo os trabalhadores apresentado valores mais elevados que os criadores (20.2% e 13.8%), diferença não estatisticamente significativa (p= 0.170). As perguntas “o leite in natura é fervido antes do consumo humano?”, “contacto com materiais fetais animais?”, “contacto com aerossóis no local de trabalho?” e “já fez alguma vez o teste de Brucelose humana?” (relacionadas com práticas) e as perguntas “já ouviu falar da Brucelose?”, “Brucelose é doença zoonótica/só animal/só humana? e “como a Brucelose se transmite aos humanos?” apresentaram níveis médios de práticas adequadas e conhecimentos correctos inferiores a 20%. Nas explorações infectadas, 39% dos criadores foram positivos (infectados) e nas não infectadas apenas 1.7%. O risco de um criador ser infectado estando numa exploração infectada foi significativamente mais elevado (OR= 36, IC95%: 8.28-157.04). Conclusões: os ambientes dos profissionais (matadouros, salas municipais de abate e talhos e explorações) propiciam o risco à brucelose. O estudo permite aferir que a Brucelose humana em profissionais da pecuária e a Brucelose animal são prevalentes na província do Namibe. Os níveis de seroprevalência detectados são elevados comparandoos com outros encontrados em algumas localidades africanas que possuem condições similares às do Namibe. Perto de duas em cada cinco (40.10%) explorações estão infectadas por esta doença. O número de abortos (média) está claramente relacionado com as explorações infectadas. O conhecimento geral dos profissionais da pecuária sobre a Brucelose é muito insuficiente, tendo os trabalhadores mostrado um maior conhecimento em relação aos criadores, mas ambos com níveis alarmantes. Os criadores infectados estão relacionados com as explorações infectadas. Há necessidade de controlar a doença e de informar e educar os profissionais sobre a brucelose, sendo fundamental que os serviços provinciais de veterinária reforcem acções de divulgação e de fiscalização.

Sandfly frequency in a clean and well-organized rural environment in the state of Paraná, Brazil

INTRODUCTION: Sandflies caught in Santa Juliana Farm in Sarandi, State of Paraná, Brazil, were assessed in terms of their fauna, seasonality, and frequency in the homes and in shelters of domestic animals around the homes, as well as in the nearby forest. METHODS: In Santa Juliana Farm, there are no records of cases of ACL, differing from other relatively clean and organized areas where surveys of sandflies have been conducted in Paraná. Samples were collected with Falcão light traps, fortnightly from 22:00 to 02:00 hours, from November 2007 to November 2008. RESULTS: A total of 4,506 sandflies were captured, representing 13 species, predominantly Nyssomyia whitmani (71.8%). More sandflies were collected in the forest (52.6%) than outside the forest (residences and pigsty) (47.4%). However, Ny. whitmani was collected in greater numbers outside (38.3%) than inside the forest (33.5%). Most sandflies were collected in the warmer months and during periods with regular rainfall. CONCLUSIONS: The results suggest that cleaning and organization around the houses could reduce sandfly population in peridomicile. Constructing shelters for animal at a distance of approximately 100m from domiciles is recommended to prevent the invasion of sandflies, as this farm has an area of preserved forest, with wild animals and sandflies present to maintain the enzootic cycle of Leishmania.

Ecology of phlebotomines (Diptera, Psychodidae) in rural foci of leishmaniasis in tropical Brazil

INTRODUCTION: This work aimed to study the community structure of sandflies, with regard to the richness, constancy, abundance, and monthly frequency of the species with a focus on the transmission of leishmaniasis. METHODS: The study was conducted in the rural villages of Bom Jardim and Santa Maria, situated on the edge of a tropical rain forest in the municipality of São Jose de Ribamar, Maranhão, Brazil. The phlebotomines were captured in the intradomiciles and peridomiciles of each village, with Centers for Disease Control (CDC) light traps set in 10 homes in each village, for 1 year, once a month, from 18h to 6h. RESULTS: We collected 1,378 individuals of 16 sandfly species. The capture success rate was higher in Bom Jardim (0.61 specimens/hour/trap) than that of Santa Maria (0.35/specimens/hour/trap). The sandflies were more abundant in the peridomiciles (86.1%) and in the rainy season (77%). Five species were considered constants (occurring in more than 50% of samples), 5 accessory (25%-50%), and 6 accidental (<25%). The most abundant species were Lutzomyia longipalpis (59.7%) and L whitmani (28%). The permutation analysis showed differences between the species composition of the villages and no separation between the intradomicile and peridomicile of each village. The species that most contributed to the dissimilarity between the light traps of the 2 villages were L. longipalpis, L. whitmani, and L. evandroi, contributing to 80.8% of the variation among groups. CONCLUSIONS: The high level of richness and abundance of species and the presence of competent vectors throughout the year and around houses justify the occurrence of leishmaniasis cases reported in the area.

Leishmaniasis transmission: distribution and coarse-resolution ecology of two vectors and two parasites in Egypt

Introduction: In past decades, leishmaniasis burden has been low across Egypt; however, changing environment and land use has placed several parts of the country at risk. As a consequence, leishmaniasis has become a particularly difficult health problem, both for local inhabitants and for multinational military personnel. Methods: To evaluate coarse-resolution aspects of the ecology of leishmaniasis transmission, collection records for sandflies and Leishmania species were obtained from diverse sources. To characterize environmental variation across the country, we used multitemporal Land Surface Temperature (LST) and Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) data from the Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) for 2005-2011. Ecological niche models were generated using MaxEnt, and results were analyzed using background similarity tests to assess whether associations among vectors and parasites (i.e., niche similarity) can be detected across broad geographic regions. Results: We found niche similarity only between one vector species and its corresponding parasite species (i.e., Phlebotomus papatasi with Leishmania major), suggesting that geographic ranges of zoonotic cutaneous leishmaniasis and its potential vector may overlap, but under distinct environmental associations. Other associations (e.g., P. sergenti with L. major) were not supported. Mapping suitable areas for each species suggested that northeastern Egypt is particularly at risk because both parasites have potential to circulate. Conclusions: Ecological niche modeling approaches can be used as a first-pass assessment of vector-parasite interactions, offering useful insights into constraints on the geography of transmission patterns of leishmaniasis.

Heart hypoplasia in an animal model of congenital diaphragmatic hernia

PURPOSE: In previous papers, we described a new experimental model of congenital diaphragmatic hernia in rabbits, and we also reported noninvasive therapeutic strategies for prevention of the functional and structural immaturity of the lungs associated with this defect. In addition to lung hypoplasia, pulmonary hypertension, biochemical, and structural immaturity of the lungs, the hemodynamics of infants and animals with congenital diaphragmatic hernia are markedly altered. Hence, cardiac hypoplasia has been implicated as a possible cause of death in patients with congenital diaphragmatic hernia, and it is hypothesized to be a probable consequence of fetal mediastinal compression by the herniated viscera. Cardiac hypoplasia has also been reported in lamb and rat models of congenital diaphragmatic hernia. The purpose of the present experiment was to verify the occurrence of heart hypoplasia in our new model of surgically produced congenital diaphragmatic hernia in fetal rabbits. METHODS: Twelve pregnant New Zealand rabbits underwent surgery on gestational day 24 or 25 (normal full gestational time - 31 to 32 days) to create left-sided diaphragmatic hernias in 1 or 2 fetuses per each doe. On gestational day 30, all does again underwent surgery, and the delivered fetuses were weighed and divided into 2 groups: control (non-surgically treated fetuses) (n = 12) and congenital diaphragmatic hernia (n = 9). The hearts were collected, weighed, and submitted for histologic and histomorphometric studies. RESULTS: During necropsy, it was noted that in all congenital diaphragmatic hernia fetuses, the left lobe of the liver herniated throughout the surgically created defect and occupied the left side of the thorax, with the deviation of the heart to the right side, compressing the left lung; consequently, this lung was smaller than the right one. The body weights of the animals were not altered by congenital diaphragmatic hernia, but heart weights were decreased in comparison to control fetuses. The histomorphometric analysis demonstrated that congenital diaphragmatic hernia promoted a significant decrease in the ventricular wall thickness and an increase in the interventricular septum thickness. CONCLUSION: Heart hypoplasia occurs in a rabbit experimental model of congenital diaphragmatic hernia. This model may be utilized for investigations in therapeutic strategies that aim towards the prevention or the treatment of heart hypoplasia caused by congenital diaphragmatic hernia.

Produtividade sazonal da floresta e atividade de forrageamento animal em habitat de terra firme da Amazônia

Durante 13 meses (de janeiro de 1986 a janeiro de 1987), quatro trilhas, de aproximadamente 2,5 km de comprimento cada uma, cortando diferentes ambientes de mata de terra firme, foram seguidas diariamente por um mínimo de dois pesquisadores para observar animais forrageando no chão o em diferentes estratos da floresta. O local de estudo foi em porção de floresta protegida em Tucuruí, estado do Pará. Foram investigadas por observação contínua no campo as tendências sazonais de utilização de ítens de alimentos preferidos demonstrados por quelôneos: os jabutis Geochelone carbonaria, G. denticulata e a aperema Platemys platicephala; por roedores: o quatipuru Sciurus gilvigularis e a cutia Dasyprocta aguti; por cervídeos: o veado-mateiro Mazama americana e o veado fuboca Mazama guazoubira; e por primatas: o macaco-prego Cebus apella, o guariba Alouatta belzebul, o cuxiú Chiropotes satanas , o macaco-mão-de-ouro Saimiri sciureus, e o sagui preto Saguinus midas. Todos esses animais foram estudados através de observação contínua nessas trilhas de transectos, estabelecidas na mata de terra firme. As observações foram feitas pela manhã entre 06:00 e 10:00 horas e à tarde, entre 15:00 e 19 horas. O estudo demonstrou que as dietas dessas espécies animais de habitat de terra firme depende da disponibilidade de alimento na floresta na estação do ano. A importância desses ítens de alimento é demonstrada pela mudança sazonal da atividade de forrageamento, dependendo do ítem alimentar em oferta. Os jabtutis (Geochelone carbonaria e G. denticulata) alimentam-se basicamente de frutos disponíveis entre setembro e janeiro, sendo esses mesmo frutos compatilhados por cutia (Dasyprocta aguti), enquanto o macaco-prego (Cebus apella) expande sua dieta baseada em frutas, em dois picos, um entre janeiro e março, com um máximo de atividade em fevereiro, e outro pico entre julho e dezembro. Essas mesmas frutas são também compartilhadas por Chiropotes satanas. Embora o guariba (Alouatta belzebul) seja observado comendo grande porcentagem de folhas, nas estações de produção de frutos, porém, durante os dois picos anuais, (fevereiro e dezembro) tornam-se oportunisticamente frugívoros.

DISTRIBUTION AND FEEDING ECOLOGY OF THE AFRICAN TILAPIA Oreochromis mossambicus (TELEOSTEI, PERCIFORMES, CICHLIDAE) IN SURINAME (SOUTH AMERICA) WITH COMMENTS ON THE TILAPIA-KWIKWI (Hoplosternum littorale) (TELEOSTEI, SILURIFORMEs, CALLICHTHYIDAE) INTERACTION

The geographical distribution of the African Tilapia Oreochromis mossambicusin Suriname is restricted to a narrow strip of land along the Atlantic coast. Within the coastal plain, O. mossambicusoccurs in brackish lagoons, oligohaline canals, and shell-sand pit lakes. Physico-chemical characteristics and phytoplankton composition of representative Tilapia water bodies are described. Blue-green algae and fine flocculent detritus are dominant food items in the diet of the Tilapia, while Rotifera and microcrustacea are also important in the diet of larvae and juveniles. Intraspecific diet overlap among ontogenetic stages of the Tilapia did not differ significantly from 1, which means that these diets showed complete overlap. Interspecific diet overlap between the Tilapia and the indigenous armoured catfish Hoplosternum littoralewere moderate or low. The results are discussed in relation to recent developments in the Surinamese fisheries and aquaculture sector.

Aproveitamento de alimentos de origem animal pela tartaruga-da-amazônia: Podocnemis expansa criada em cativeiro

Foi realizado um trabalho para determinar o aproveitamento alimentar da farinha de carne e ossos (FCO), farinha de vísceras de aves (FVA) e farinha de peixe (FP) em tartaruga-da-amazônia, por meio dos coeficientes de digestibilidade aparente (CDA) da matéria seca (MS), proteína bruta (PB), extrato etéreo (EE) e energia bruta (EB). Os animais experimentais foram 136 filhotes provenientes do Projeto Quelônios da Amazônia, no estado do Mato Grosso, mantidos em caixas com renovação de água e temperatura média de 29ºC. Os CDA foram determinados com dietas contendo 0,1% do marcador óxido de crômio III (Cr2O3). Os CDA da MS, PB, EE e EB foram, respectivamente, de 79,10; 87,61; 93,83 e 79,61% para FCO; 92,45; 94,89; 96,55 e 92,71% para FV e 93,53; 95,13; 94,05 e 93,18% para FP. Os melhores coeficientes foram obtidos com a farinha de peixe e a farinha de vísceras de aves.

Cryptic species in Pagamea coriacea sensu lato (Rubiaceae): evidence from morphology, ecology and reproductive behavior in a sympatric context

In this study we explore morphological and ecological variation in sympatric populations of Pagamea coriacea s.l. - a species complex from white-sand vegetation in the Amazon. A total of 147 trees were sampled and monitored at three nearby sites in Central Amazon, Brazil. Multivariate analyses of morphology indicated two distinct groups (A and B), which also differed in bark type, each containing subgroups associated with sexual dimorphism. However, a single hermaphroditic individual was observed within group B. As expected, all pistillate plants produced fruits, but 23% of the staminate plants of group B, and 5% of group A also produced fruits. This variation suggests that the sexual systems of both groups are between dioecy and gynodioecy. There was an overlap in flowering phases between the two groups, but the pattern of floral maturation differed. Ecologically, plants of group B were found in more shaded habitats and over sandstone bedrocks, while group A was prevalent in deeper sandy soils as canopy plants. The significances of morphological and environmental differences were tested by a multivariate analysis of variance, and a canonical discriminant analysis assessed the importance of variables. The coexistence in sympatry of two discrete morphological groups in the P. coriacea s.l., with different habitat preferences and reproductive behaviors, indicates they represent distinct species.

Diet and ecomorphology of Leporinus reticulatus (Characiformes: Anostomidae) from the upper Rio Juruena, MT, Brazil: ontogenetic shifts related to the feeding ecology

The conservation of diverse and well-distributed fish taxa, as the genus Leporinus, relies intrinsically on the knowledge of the ecological attributes of its representatives. Aiming to increase this knowledge, studies on diet and ecomorphology are ideal to provide important information about species ecology. Thus, this study aimed to analyze aspects of feeding ecology of L. reticulatus, from the upper Rio Juruena, Mato Grosso State, Brazil. The diet of specimens in different ontogenetic stages was compared, as well as their teeth morphology and ecomorphological attributes. Leporinus reticulatus presented omnivorous diet, with higher consumption of invertebrates by smaller specimens (younger ones), and gradual introduction of plant items in larger specimens (older ones). The items consumed by the individuals and the ecomorphological attributes indicated that the species is generalist and opportunistic, besides its association with the river bottom, evidencing a benthic feeding behavior. This species presents a gradual ontogenetic modification in teeth shape and mouth positioning, ranging from a terminal mouth with tricuspid teeth, in smaller specimens, to an inferior mouth with spatula shaped teeth with no cusps, in larger specimens.The ecomorphological attributes indicate an increasing swimming efficiency, and ability for performing vertical displacements, along the ontogenetic development, which in addition to the morphological ontogenetic alterations in the buccal apparatus, contributes to a better ability to explore another niches.

Bienestar Animal: Implementación de Buenas Prácticas Pecuarias en establecimientos productores de carne vacuna

El presente proyecto, continuación de otro donde se desarrolló un Manual de Buenas Prácticas Pecuarias (BPP) relativas al bienestar animal, tiene como objetivo implementar estas BPP en establecimientos productores de carne vacuna, poniendo énfasis en la capacitación de los productores ganaderos para que logren adoptar la cultura del trabajo que proponen los sistemas de gestión de calidad. Para la realización del proyecto planteado se dispone de dos establecimientos productores de carne vacuna ubicados en la Provincia de Córdoba cuyo tamaño y sistema productivo responden a la media de productores ganaderos. También se propone la implementación de estas BPP en los campos de la Universidad Católica de Córdoba para que estos sirvan de modelo a otros establecimientos del medio, permitiendo no sólo la mejora en los resultados productivos de los mismos sino también la formación y capacitación de profesionales, alumnos y productores en temas relacionados al bienestar animal y las BPP. Las tareas a desarrollar serán: 1) Caracterización de los establecimientos en donde se implementarán las BPP. 2) Capacitación de los productores y técnicos, pertenecientes a los establecimientos seleccionados, en Sistemas de Gestión de Calidad (BPP) y en los contenidos del Manual desarrollado anteriormente. 3) Determinación de actividades en cada uno de los establecimientos (definir responsables, realizar un cronograma, realizar auditorías, priorizar “no conformidades”, proponer y poner en marcha acciones de mejora, monitorear la performance de la implementación del sistema y evaluar los indicadores). Una vez lograda la implementación de la primera etapa que recomienda el Manual desarrollado se agregarán las siguientes actividades para la capacitación y difusión a terceros: 4) Convocatoria de otros productores para su introducción en los Sistemas de Gestión de Calidad (BPP relativas al bienestar animal). 5) Realización de actividades grupales de capacitación (charlas, grupos de discusión y talleres) en los establecimientos usados como referentes. 6) Análisis de la performance del plan y de la satisfacción de las personas involucradas. 7) Propuesta de implementación de acciones correctivas a la capacitación de terceros. 8) Evaluación general del plan. Con la concreción del proyecto se espera: 1- Lograr que los establecimientos ganaderos implementen el sistema de calidad (BPP) propuesto para que puedan ser utilizados como modelo y brindar capacitación para éste y sucesivos trabajos de este tipo. 2- Lograr la incorporación de los conceptos que involucran los Sistemas de Gestión de Calidad y la adopción de la cultura de trabajo que dichos sistemas proponen, en los establecimientos que participen de la capacitación. 3- Constituir un grupo de trabajo interdisciplinario, capacitado y con experiencia en Sistemas de Gestión de Calidad para hacer un trabajo multiplicador. 4- Colaborar con la sustentabilidad de los campos ganaderos a través de los sistemas de gestión de calidad que tienen como primordiales objetivos la calidad e inocuidad de los alimentos, la salud, el bienestar de las personas, el cuidado del ambiente y el bienestar animal.