A high resolution 15,600-year pollen and microcharcoal record from the Cederberg Mountains, South Africa

The Cederberg Mountains (Western Cape Province, South Africa) are located within the Fynbos Biome, which exhibits some of the highest levels of species richness and endemism in the world. The region's post-glacial vegetation history, however, remains largely unknown. Presented here are high resolution pollen and microcharcoal records spanning the last 15,600 years obtained from the De Rif rock hyrax midden from the Driehoek Valley of the central Cederberg. In this region, previous pollen studies have shown muted variability in vegetation community composition during periods of globally marked climatic variability (e.g. the last glacial-interglacial transition). In our record, however, significant changes in vegetation composition are apparent. Most notably, they indicate a shift from ericaceous/restioid fynbos (present from 15,600 to 13,300 cal yr BP) to a brief, but prominent, development of proteoid fynbos at the beginning of the Holocene around 11,200 cal yr BP. This vegetation shift is associated with increased moisture at the site, and coincides with reduced fire frequency as indicated by the microcharcoal record. At 10,400 cal yr BP, there is a marked reduction in Protea-type pollen, which is replaced by thicket, characterised by Dodonaea, which became the dominant arboreal pollen type. This shift was likely the result of a long relatively fire-free period coupled with warmer and wetter climates spanning much of the early Holocene. A brief but marked decrease in water availability around 8500-8000 cal yr BP resulted in the strong decrease of Dodonaea pollen. The vegetation of the mid- to late Holocene is characterised by the increased occurrence of Asteraceae and succulent taxa, suggesting substantially drier conditions. These data give unprecedented insight into the vegetation dynamics across a period of substantial, rapid climate change, and while they confirm the presence of fynbos elements throughout the last 15,600 years, the results highlight significant fluctuations in the vegetation that were triggered by changes in both climate and fire regimes. (C) 2013 Elsevier B.V. All rights reserved.

A microbiological survey of a constructed wetland system supplied by dairy 'dirty water' effluent

A constructed wetland at Greenmount College, Co. Antrim, N. Ireland was built in 2004 to study the treatment of ‘dirty water’ effluent from the Greenmount dairy unit. The effluent has a mean BOD5 of c.1000 mg/L and contains milking parlour wash-water and runoff from silage clamps and yard areas lightly contaminated with cattle manure. The nominal water retention time of this wetland is 100 days. The primary purposes of the wetland are to eliminate organic pollution and eutrophication risk from nitrogen and phosphorus compounds. However the wetland should also effectively remove any zoonotic pathogens present in manure and milk. Accordingly, a 12-month microbiological survey of water in the five ponds of the wetland commenced in August 2007. The aims of the survey are to determine changes, as effluent passes through the wetland system, in a broad range of indicator organisms (faecal coliforms, Escherichia coli, Enterococcus faecalis and Clostridium perfringens) and the occurrence of several pathogens - Salmonella, Campylobacter, Cryptosporidium and Mycobacterium avium subsp. paratuberculosis (Map). The highest indicator organism counts - E. coli and faecal coliforms, 103-104 CFU/ml - are observed in pond 1, and a significant reduction (1-3 log10) in all indicator organisms occurs as water passes through the wetland from pond 1 to pond 5. Hence the wetland is efficient at reducing levels of indicator organisms in the dairy effluent. Salmonella and Campylobacter spp. are being detected intermittently in all the ponds, whilst Cryptosporidium and Map have yet to be detected, and so the ability of the wetland to reduce/eliminate specific pathogens is less clear at present.

Effects of orally administered Bdellovibrio bacteriovorus on the well-being and Salmonella colonization of young chicks

Bdellovibrio bacteriovorus is a bacterium which preys upon and kills Gram-negative bacteria, including the zoonotic pathogens Escherichia coli and Salmonella. Bdellovibrio has potential as a biocontrol agent, but no reports of it being tested in living animals have been published, and no data on whether Bdellovibrio might spread between animals are available. In this study, we tried to fill this knowledge gap, using B. bacteriovorus HD100 doses in poultry with a normal gut microbiota or predosed with a colonizing Salmonella strain. In both cases, Bdellovibrio was dosed orally along with antacids. After dosing non-Salmonella-infected birds with Bdellovibrio, we measured the health and well-being of the birds and any changes in their gut pathology and culturable microbiota, finding that although a Bdellovibrio dose at 2 days of age altered the overall diversity of the natural gut microbiota in 28-day-old birds, there were no adverse effects on their growth and well-being. Drinking water and fecal matter from the pens in which the birds were housed as groups showed no contamination by Bdellovibrio after dosing. Predatory Bdellovibrio orally administered to birds that had been predosed with a gut-colonizing Salmonella enterica serovar Enteritidis phage type 4 strain (an important zoonotic pathogen) significantly reduced Salmonella numbers in bird gut cecal contents and reduced abnormal cecal morphology, indicating reduced cecal inflammation, compared to the ceca of the untreated controls or a nonpredatory ΔpilA strain, suggesting that these effects were due to predatory action. This work is a first step to applying Bdellovibrio therapeutically for other animal, and possibly human, infections.

Influence of tropical easterlies in southern Africa's winter rainfall zone during the Holocene

South Africa's southwestern Cape occupies a critical transition zone between Southern Hemisphere temperate (winter) and tropical (summer) moisture-bearing systems. In the recent geological past, it has been proposed that the relative influence of these systems may have changed substantially, but little reliable evidence regarding regional hydroclimates and rainfall seasonality exists to refine or substantiate the understanding of long-term dynamics. In this paper we present a mid-to late Holocene multi-proxy record of environmental change from a rock hyrax midden from Katbakkies Pass, located along the modern boundary between the winter and summer rainfall zones. Derived from stable carbon and nitrogen isotopes, fossil pollen and microcharcoal, these data provide a high resolution record of changes in humidity, and insight into changes in rainfall seasonality. Whereas previous work concluded that the site had generally experienced only subtle environmental change during the Holocene, our records indicate that significant, abrupt changes have occurred in the region over the last 7000 years. Contrary to expectations based on the site's location, these data indicate that the primary determinant of changes in humidity is summer rather than winter rainfall variability, and its influence on drought season intensity and/or length. These findings are consistent with independent records of upwelling along the southern and western coasts, which indicate that periods of increased humidity are related to increased tropical easterly flow. This substantially refines our understanding of the nature of temperate and tropical circulation system dynamics in SW Africa, and how changes in their relative dominance have impacted regional environments during the Holocene. 

Using microbiological tracers to assess the impact of winter land use restrictions on the quality of stream headwaters in a small catchment.

Diverse land use activities can elevate risk of microbiological contamination entering stream headwaters. Spatially distributed water quality monitoring carried out across a 17km(2) agricultural catchment aimed to characterize microbiological contamination reaching surface water and investigate whether winter agricultural land use restrictions proved effective in addressing water quality degradation. Combined flow and concentration data revealed no significant difference in fecal indicator organism (FIO) fluxes in base flow samples collected during the open and prohibited periods for spreading organic fertilizer, while relative concentrations of Escherichia coli, fecal streptococci and sulfite reducing bacteria indicated consistently fresh fecal pollution reached aquatic receptors during both periods. Microbial source tracking, employing Bacteroides 16S rRNA gene markers, demonstrated a dominance of bovine fecal waste in river water samples upstream of a wastewater treatment plant discharge during open periods. This contrasted with responses during prohibited periods where human-derived signatures dominated. Differences in microbiological signature, when viewed with hydrological data, suggested that increasing groundwater levels restricted vertical infiltration of effluent from on-site wastewater treatment systems and diverted it to drains and surface water. Study results reflect seasonality of contaminant inputs, while suggesting winter land use restrictions can be effective in limiting impacts of agricultural wastes to base flow water quality.

Influência de fatores ambientais na condição corporal e produção de leite da cabra serrana – ecótipo ribatejano

A cabra Serrana destaca-se, no panorama das raças autóctones, pela sua considerável distribuição geográgica, expressão numérica e desempenho produtivo. A preservação destes recursos genéticos em sistemas produção rentáveis, requer um aprofundamento do conhecimento sobre os fatores que influenciam o seu desempenho produtivo. Observaram-se 51 animais de raça Serrana, ecótipo Ribatejano, inscritos no Registo Zootécnico, em 4ª ou 5ª lactação, provenientes de seis explorações, recolhendo-se dados realativos à idade ao parto, condição corporal e grau de parasitismo (estrongilídeos gastrintestinais, oocistos e larvas de primeiro estadio de estrongilídeos pulmonares). Utilizou-se a informação do contraste leiteiro das cabras, disponibilizada pela Associação de Criadores de Caprinos e Ovinos do Ribatejo e Oeste. A condição corporal foi analisada considerando os efeitos do criador, mês e tipo de parto, e como covariável, o efeito linear da produção de leite, eliminação parasitária e os efeitos linear e quadrático da idade ao parto. Os fatores ambientais idade ao parto, produção de leite e a eliminação de estrongilídeos gastrintestinais, influenciaram significativamente (p<0,05) a condição corporal. A condição corporal registou valores superiores em cabras com idades compreendidas entre 50 e 60 meses de vida, e foi influenciada negativamente pela elevação da produção de leite e pelo nível de estrongilídeos gastrintestinais. The Serrana stands out among autochthonous goat breeds for its wide geographical distribution, large inventory and considerable productive performances. The preservation of animal genetic resources of this kind requires a better knowledge of the factors affecting productive performance. Data has been collected on 51, 4th and 5th lactation registered Serrana goats of the Ribatejano ecotype, from six different herds. Parameters examined were age at kidding, body condition score and parasitic infection level (gastrointestinal strongyles, oocysts and first stage larvae of pulmonary strongyles). Lactation data from the official milk recording service have been supplied by the Associação de Criadores de Caprinos e Ovinos do Ribatejo e Oeste. Body condition score was analysed for the discrete effects of herd, kidding month and number of kids born per kidding, the covariant linear effects of milk yield and parasitic infection and the linear and quadratic effects of age at kidding. Age at kidding, milk yield and gastrointestinal strongyle fecal egg counts have significantly affected body condition scores (p<0,05). Body condition scores were higher for 50 to 60-month old goats, and were negatively influenced by milk yield and gastrointestinal strongyle infection level.

Maturação de lamas vulcânicas açorianas e sua aplicação em peloterapia

Em Portugal, nomeadamente nos Açores (Centro Termal das Furnas), durante vários anos foram utilizados pelóides naturais (lamas/argilas obtidos após conveniente maturação com água mineral) como agentes terapêuticos. Apesar das evidências empíricas da aplicação das argilas para fins terapêuticos, o suporte científico é ainda escasso. Além disso, contrariamente ao que se verifica para águas minerais utilizadas para fins termais, no campo da peloterapia, não existe regulamentação que estabeleça critérios quanto à qualidade padrão de um pelóide. Este trabalho visou a avaliação das características biológicas, físico-químicas e mineralógicas de lamas vulcânicas das ilhas de São Miguel e da Terceira para aplicação em peloterapia antes e após maturação. A área de amostragem foi caracterizada sob o ponto de vista geomorfológico, geológico, hidrológico e climático. A análise dos materiais colhidos contemplou estudos de granulometria e de mineralogia da amostra total e da fracção argilosa; caracterização química; e determinação de outras propriedades tais como índice de abrasividade, superfície específica, pH, capacidade de troca catiónica e catiões de troca, limites de consistência (plasticidade e liquidez e índice de plasticidade) e taxa de arrefecimento. A caracterização biológica das lamas incluiu a identificação e quantificação relativa de diatomáceas e a determinação do teor em coliformes totais e microrganismos cultiváveis a 37 ºC e a 22 ºC. Estudos efectuados em amostras comerciais argilosas e em recursos naturais açorianos precederam os ensaios de maturação. Estes estudos visaram, fundamentalmente, aferir as características apropriadas dos materiais para aplicação tópica e detectar e caracterizar a presença de comunidades diatomológicas em locais próximos dos materiais a serem sujeitos a maturação. O estudo de maturação foi desenvolvido em duas etapas sequenciais e complementares com vista à optimização do processo de maturação de lamas vulcânicas açorianas. Foi testada a influência de algumas condições abióticas na maturação e fez-se variar a fracção granulométrica, proporção fase sólida:fase líquida e o tempo de maturação entre os dois ensaios. O uso da granulometria <63 μm, proporção de 2:1 (fase sólida:fase líquida) e condições de luminosidade, sem agitação parecem ser as mais adequadas à maturação dos materiais analisados. A maturação revela-se um processo que promove a melhoria de características importantes dos materiais para aplicação em peloterapia, tais como aumento dos tempos de arrefecimento e da quantidade de catiões de troca. Existe uma comunidade de microalgas e bacteriana capaz de se desenvolver em materiais geológicos vulcânicos durante a maturação e cujo contributo para a acção terapêutica do pelóide deverá ser aferida. Após comparação com materiais de referência, a amostra das Furnas revela as características mais adequadas para aplicação em peloterapia.

Modelação da qualidade microbiológica da água na Ria Formosa

Este estudo integra-se numa avaliação hidrodinâmica e monitorização microbiológica da qualidade da água da Ria Formosa. A monitorização foi implementada pela DRAOT Algarve com a colaboração da EST, da FCMA e do IST. A metodologia utilizada consiste na aplicação de um modelo matemático para simulação das variáveis hidrodinâmicas e da qualidade da água. Utilizam-se como traçadores os coliformes fecais (CF), considerados indicadores de contaminação fecal pelo Dec-Lei 236/98 de 1 de Agosto, relativo à qualidade de águas do litoral e salobras para fins aquícolas- águas conquícolas. As águas da ria são usadas para cultura de diversas espécies conquícolas de bivalves. Estes são organismos que filtram e retêm no seu interior material particulado existente em suspensão na água tais como os CF entre outros microorganismos presentes na água. Para avaliar a concentração de coliformes nos bivalves e gastrópodes foi desenvolvido um modelo que simula a bioacumulação desta propriedade por parte do bivalve. Da sua aplicação permite classificar a Ria em várias classes conforme o estabelecido no Dec. Lei nº 293/98 de 18 de Setembro.

Comparação dos métodos aplicados na detecção de bactérias coliformes, Escherichia coli e Enterococcus sp. em águas para fins recreativos

Dissertação mest., Qualidade em Análises, Universidade do Algarve, 2007

Estratégias de controlo da poluição das águas subterrâneas pelos nitratos de origem agrícola

Tese de dout., Ciências Agrárias, Faculdade de Engenharia de Recursos Naturais, Univ. do Algarve, 2003

Metal cycling in salt marshes and intertidal mudflats : influence of plants, invertebrates and fishes

Tese de doutoramento, Biologia (Ecologia), Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2015

Akkermansia muciniphila and improved metabolic health during a dietary intervention in obesity: relationship with gut microbiome richness and ecology

Objective: Individuals with obesity and type 2 diabetes differ from lean and healthy individuals in their abundance of certain gut microbial species and microbial gene richness. Abundance of Akkermansia muciniphila, a mucin-degrading bacterium, has been inversely associated with bodyfat mass and glucose intolerance in mice, but more evidence is needed in humans. The impact of diet and weight loss on this bacterial species is unknown. Our objective was to evaluate the association between fecal A. muciniphila abundance, fecal microbiome gene richness, diet, host characteristics, and their changes after calorie restriction (CR). Design: The intervention consisted of a 6-week CR period followed by a 6-week weight stabilization (WS) diet in overweight and obese adults (N=49, including 41 women). Fecal A. muciniphila abundance, fecal microbial gene richness, diet and bioclinical parameters were measured at baseline and after CR and WS. Results: At baseline A. muciniphila was inversely related to fasting glucose, waist-to-hip ratio, and subcutaneous adipocyte diameter. Subjects with higher gene richness and A. muciniphila abundance exhibited the healthiest metabolic status, particularly in fasting plasma glucose, plasma triglycerides and body fat distribution. Individuals with higher baseline A. muciniphila displayed greater improvement in insulin sensitivity markers and other clinical parameters after CR. A. muciniphila was associated with microbial species known to be related to health. Conclusion: A. muciniphila is associated with a healthier metabolic status and better clinicaloutcomes after CR in overweight/obese adults, however the interaction between gut microbiota ecology and A. muciniphila has to be taken into account.

Quantifying diet-induced metabolic changes of the human gut microbiome

The human gut microbiome is known to be associated with various human disorders, but a major challenge is to go beyond association studies and elucidate causalities. Mathematical modeling of the human gut microbiome at a genome scale is a useful tool to decipher microbe-microbe, diet-microbe and microbe-host interactions. Here, we describe the CASINO (Community And Systems-level INteractive Optimization) toolbox, a comprehensive computational platform for analysis of microbial communities through metabolic modeling. We first validated the toolbox by simulating and testing the performance of single bacteria and whole communities in vitro. Focusing on metabolic interactions between the diet, gut microbiota, and host metabolism, we demonstrated the predictive power of the toolbox in a diet-intervention study of 45 obese and overweight individuals and validated our predictions by fecal and blood metabolomics data. Thus, modeling could quantitatively describe altered fecal and serum amino acid levels in response to diet intervention.

Efeitos da ingestão de simbiótico e indol-3-carbinol sobre o processo de carcinogênese química de cólon em ratos Wistar alimentados com dieta contendo heme

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Caracterização molecular da resistência a antimicrobianos em Escherichia coli produtoras de β-lactamases de espectro alargado isoladas em cães e estudo da partilha de clones bacterianos entre animais de companhia e coabitantes humanos

A pressão seletiva originada pelo uso excessivo de antimicrobianos na medicina humana e veterinária tem contribuído para a emergência de estirpes bacterianas multirresistentes, sendo os estudos mais escassos relativamente à sua presença nos animais de companhia. Porque os animais e os seus proprietários partilham o mesmo espaço habitacional, apresentando comportamentos de contacto próximo, existe uma hipótese elevada de transferência microbiana inter-espécie. Ante esta possibilidade é importante escrutinar o papel dos animais de companhia enquanto reservatórios de estirpes e de genes de resistência, bem como a sua envolvência na disseminação de estirpes bacterianas multirresistentes. Importa também, investigar o papel das superfícies e objetos domésticos partilhados por ambos, como potenciadores deste fenómeno. O objetivo deste trabalho foi, identificar o filogrupo e fazer a caracterização molecular dos genes que conferem resistência aos β-lactâmicos e às quinolonas, em quarenta isolados de Escherichia coli produtoras de β-lactamases de espectro alargado (ESBL), obtidas em zaragatoas fecais de cães consultados no Hospital Veterinário do ICBAS-UP. Complementarmente pretendeu-se inferir sobre a partilha de clones de Escherichia coli e Enterococcus spp. com elevadas resistências, em cinco agregados familiares (humanos e seus animais de companhia) assim como avaliar a potencial disseminação de estirpes multirresistentes no ambiente doméstico. Previamente foram recolhidas zaragatoas de fezes, pelo e mucosa oral dos animais e em alguns casos, dos seus proprietários, e ainda do ambiente doméstico. As zaragatoas foram processadas e as estirpes isoladas com base em meios seletivos. Foram realizados testes de suscetibilidade antimicrobiana de modo a estabelecer o fenótipo de resistência de cada isolado. O DNA foi extraído por varias metodologias e técnicas de PCR foram utilizadas para caracterização de filogrupos (Escherichia coli) e identificação da espécie (Enterococcus spp.). A avaliação da proximidade filogenética entre isolados foi efetuada por ERIC PCR e PFGE. No conjunto de quarenta isolados produtores de ESBL e/ou resistentes a quinolonas verificou-se que 47,5% pertenciam ao filogrupo A, havendo uma menor prevalência do filogrupo D (25,0%), B1 (17,5%), e B2 (10,0%).A frequência de resistência nestes isolados é factualmente elevada, sendo reveladora de uma elevada pressão seletiva. Com exceção de dois isolados, os fenótipos foram justificados pela presença de β-lactamases. A frequência da presença de genes foi: 47% blaTEM, 34% blaSHV, 24% blaOXA , 18% blaCTX-M-15, 8% blaCTX-M-2, 3% blaCTX-M-9. Nos isolados resistentes às quinolonas verificou-se maioritariamente a presença de mutações nos genes cromossomais gyrA e parC, e em alguns casos a presença de um determinante de resistência mediado por plasmídeo – qnrS. Nos cinco “agregados familiares” (humanos e animais) estudados foi observada uma partilha frequente de clones de E. coli e Enterococcus faecalis com múltiplas resistências, isolados em fezes e mucosa oral de cães e gatos e fezes e mãos dos respetivos proprietários, evidenciando-se assim uma possível transferência direta entre coabitantes (agregados A, C, D, E). Ficou também comprovado com percentagens de similaridade genotípica superiores a 94% que essa disseminação também ocorre para o ambiente doméstico, envolvendo objetos dos animais e de uso comum (agregados A, E). Os resultados obtidos reforçam a necessidade de um uso prudente dos antimicrobianos, pois elevados padrões de resistências terão um impacto não só na qualidade de vida dos animais mas também na saúde humana. Adicionalmente importa sensibilizar os proprietários para a necessidade de uma maior vigilância relativamente às formas de interação com os animais, bem como para a adoção de medidas higiénicas cautelares após essa mesma interação.