Genes involved in germline regulative pathways in metazoa: an integrative approach to investigate a key feature of animal biology

In Metazoa, the germline represents the cell lineage devoted to transmission of genetic heredity across generations. Its functions intuitively evoke the crucial roles that it plays in the development of a new organism and in the evolution of the species. Germline establishment is tightly tied to animal multicellularity itself, in which the complex differentiation of cell lineages is favoured by the confinement of totipotency in specific cell populations. In the present thesis, I addressed the subject of germline characterization in animals through different approaches, in an attempt to cover different sides and scales. First, I investigated the extent and nature of shared differentially transcribed molecular factors in 10 different species germline-related lineages. I observed that newly evolved genes are less likely to be involved in germline-related mechanisms and that the mostly shared transcriptional signal across the species considered was the upregulation of genes associated to proper DNA replication, instead of the expected transcriptional and post-transcriptional regulation, that apparently have a higher level of lineage-specificity. I then focused on the evolutionary history of Tudor domain containing proteins, a gene family that underwent germline-associated expansions in animals. Using data from 24 holozoan phyla, I could confirm the previously proposed evolution of the Tudor domain secondary structure. Also, I associated lineage-specific family reductions and expansions to peculiar genomic dynamics and to the evolution of germline-associated piRNA pathway of retrotransposon silencing. Lastly, I characterized and investigated the expression of the Tudor protein TDRD7 in the clam Ruditapes philippinarum. Through immunolocalization, I could compare its expression profiles in gametogenic specimens to the previously characterized germline marker vasa. Combining results with literature, I proposed that, in this species, TDRD7 is involved in the assembly of germ granules, i.e. cytoplasmic structures associated to germline differentiation in virtually all animals, but whose assemblers can be taxon specific.

Modelling, simulations and monitoring for sustainable plant and animal production systems through precision technique

Protected crop production is a modern and innovative approach to cultivating plants in a controlled environment to optimize growth, yield, and quality. This method involves using structures such as greenhouses or tunnels to create a sheltered environment. These productive solutions are characterized by a careful regulation of variables like temperature, humidity, light, and ventilation, which collectively contribute to creating an optimal microclimate for plant growth. Heating, cooling, and ventilation systems are used to maintain optimal conditions for plant growth, regardless of external weather fluctuations. Protected crop production plays a crucial role in addressing challenges posed by climate variability, population growth, and food security. Similarly, animal husbandry involves providing adequate nutrition, housing, medical care and environmental conditions to ensure animal welfare. Then, sustainability is a critical consideration in all forms of agriculture, including protected crop and animal production. Sustainability in animal production refers to the practice of producing animal products in a way that minimizes negative impacts on the environment, promotes animal welfare, and ensures the long-term viability of the industry. Then, the research activities performed during the PhD can be inserted exactly in the field of Precision Agriculture and Livestock farming. Here the focus is on the computational fluid dynamic (CFD) approach and environmental assessment applied to improve yield, resource efficiency, environmental sustainability, and cost savings. It represents a significant shift from traditional farming methods to a more technology-driven, data-driven, and environmentally conscious approach to crop and animal production. On one side, CFD is powerful and precise techniques of computer modeling and simulation of airflows and thermo-hygrometric parameters, that has been applied to optimize the growth environment of crops and the efficiency of ventilation in pig barns. On the other side, the sustainability aspect has been investigated and researched in terms of Life Cycle Assessment analyses.

Changes In Motor Behavior During Pregnancy In Rats: The Basis For A Possible Animal Model Of Restless Legs Syndrome.

Pregnant women have a 2-3 fold higher probability of developing restless legs syndrome (RLS - sleep-related movement disorders) than general population. This study aims to evaluate the behavior and locomotion of rats during pregnancy in order to verify if part of these animals exhibit some RLS-like features. We used 14 female 80-day-old Wistar rats that weighed between 200 and 250 g. The rats were distributed into control (CTRL) and pregnant (PN) groups. After a baseline evaluation of their behavior and locomotor activity in an open-field environment, the PN group was inducted into pregnancy, and their behavior and locomotor activity were evaluated on days 3, 10 and 19 of pregnancy and in the post-lactation period in parallel with the CTRL group. The serum iron and transferrin levels in the CTRL and PN groups were analyzed in blood collected after euthanasia by decapitation. There were no significant differences in the total ambulation, grooming events, fecal boli or urine pools between the CTRL and PN groups. However, the PN group exhibited fewer rearing events, increased grooming time and reduced immobilization time than the CTRL group (ANOVA, p<0.05). These results suggest that pregnant rats show behavioral and locomotor alterations similar to those observed in animal models of RLS, demonstrating to be a possible animal model of this sleep disorder.

Parceria público x privada no desenvolvimento de pesquisa em melhoramento genético animal

O melhoramento genético animal é, normalmente, pesquisado e desenvolvido nas universidades e instituições públicas de pesquisa do Brasil. No entanto, os rebanhos de exploração zootécnica, verdadeiros objetivos desses estudos, pertencem à iniciativa privada. O melhoramento genético animal e as parcerias público-privadas constituem-se em um caso especial de grande sucesso, que é analisado no presente texto, com ênfase especial ao Grupo de Melhoramento Animal e Biotecnologia da Faculdade de Zootecnia e Engenharia de Alimentos da Universidade de São Paulo, instituição de origem dos autores. O sucesso desse grupo, medido em atividades de pesquisa e suas conseqüentes publicações, de ensino e formação de recursos humanos e de extensão de serviços à comunidade, é apresentado como incentivo aos pesquisadores das mais diversas áreas ligadas à produção animal.

Análise morfológica e fisiológica dos fígados e rins de ratas prenhes e seus fetos tratados pela associação zidovudina, lamivudina e ritonavir durante toda a prenhez

OBJETIVO: avaliar os efeitos da administração da associação zidovudina-lamivudina-ritonavir nos fígados e rins de ratas prenhes e seus conceptos do ponto de vista morfológico e fisiológico. MÉTODOS: 40 ratas albinas prenhes foram aleatoriamente divididas em 4 grupos: 1 controle (Ctrl: controle de veículo) e 3 experimentais (Exp1x, Exp3x e Exp9x). Estes últimos foram tratados por solução oral de zidovudina/lamivudina/ritonavir (Exp1x: 10/5/20 mg/kg; Exp3x: 30/15/60 mg/kg; Exp9x: 90/45/180 mg/kg). As drogas e o veículo foram administrados por gavagem, desde o 1º até o 20º dia de prenhez. No último dia do experimento, todos os animais foram anestesiados e sangue foi retirado da cavidade cardíaca para avaliação sérica das enzimas aspartato aminotransferase (AST) e alanina aminotransferase (ALT), por método calorimétrico, bem como da ureia, determinada por método cinético-enzimático, e creatinina, por método cinético-colorimétrico. Em seguida, fragmentos dos fígados e rins maternos e fetais foram coletados, fixados em formol a 10% e processados segundo os métodos histológicos para inclusão em parafina. Cortes com 5 µm de espessura foram corados pela hematoxilina-eosina (HE) e analisados por microscopia de luz. Na leitura das lâminas, considerou-se o padrão de normalidade para fígado e rins, tais como: hepatócitos, espaço porta íntegros e veias hepáticas bem definidas. Nos rins, a presença de corpúsculos renais, túbulos contorcidos e alças de Henle típicos. Nos fígados fetais considerou-se, ainda, a morfologia das células da linhagem eritrocitária nas diferentes fases do desenvolvimento, bem como os megacariócitos. Quando houve alteração da coloração padrão estabelecida para as estruturas hepáticas e renais, alteração na morfologia de núcleos, rompimento de limites de alguma organela citoplasmática, presença de congestão vascular, tudo isso foi entendido como provavelmente provocado pelas drogas em sua(s) dose(s) de aplicação. A avaliação estatística foi realizada por análise de variância (ANOVA), completada pelo teste de Tukey-Kramer (p<0,05). RESULTADOS: os fígados maternos dos grupos Ctrl, Exp1x e Exp3x mostraram hepatócitos típicos, espaço porta íntegros e veias hepáticas com aspecto normal. No fígado materno do grupo Exp9x, foram encontrados hepatócitos com sinais de atrofia e apoptose (eosinofilia citoplasmática e núcleos picnóticos). Além disso, identificou-se vasodilatação dos capilares sinusoides (congestão). Os rins maternos dos grupos Ctrl e Exp1x apresentaram-se normais, com corpúsculos renais, túbulos contorcidos e alças de Henle típicos. Já nos grupos Exp3x e Exp9x, foram encontrados congestão vascular, glomérulos pequenos ricos em células contendo núcleos hipercromáticos, sendo mais intensos no Exp9x. Com relação aos fígados e rins fetais, não foram observadas alterações morfológicas ou fisiológicas nos grupos estudados. Encontrou-se aumento significante nos níveis da AST (305,70±55,80; p<0,05) e da creatinina (0,50±0,09; p<0,05) no grupo Exp9x. CONCLUSÕES: nossos resultados evidenciam que a administração da associação zidovudina/lamivudina/ritonavir a ratas prenhes em altas doses causa alterações morfológicas e funcionais nos fígados e rins maternos. Não houve alterações nem morfológicas nem fisiológicas nos fígados e rins fetais.

Different coordination modes for disulfoxides towards diorganotin(IV) dichlorides. X-ray crystal structures of 1,2-cis-bis-(phenylsulfinyl)ethene (rac-,cis-cbpse) and adducts [{Ph2SnCl2(meso-bpse)}n] and [{n-Bu2SnCl2(pdtd)}2]

The reactions of meso-1,2-bis(phenylsulfinyl)ethane (meso-bpse) with Ph2SnCl2, 2-phenyl-1,3-dithiane trans-1-trans-3-dioxide (pdtd) with n-Bu2SnCl2 and 1,2-cis-bis-(phenylsulfinyl)ethene (rac-,cis-cbpse) with Ph2SnCl2, in 1:1 molar ratio, yielded [{Ph2SnCl2(meso-bpse)}n], [{n-Bu2SnCl2(pdtd)}2] and [{Ph2SnCl2(rac,cis-cbpse)}x] (x = 2 or n), respectively. All adducts were studied by IR, Mössbauer and 119Sn NMR spectroscopic methods, elemental analysis and single crystal X-ray diffractometry. The X-ray crystal structure of [{Ph2SnCl2(meso-bpse)}n] revealed the occurrence of infinite chains in which the tin(IV) atoms appear in a distorted octahedral geometry with Cl atoms in cis and Ph groups in trans positions. The X-ray crystal structure of [{n-Bu2SnCl2(pdtd)}2] revealed discrete centrosymmetric dimeric species in which the tin(IV) atoms possess a distorted octahedral geometry with bridging disulfoxides in cis and n-butyl moieties in trans positions. The spectroscopic data indicated that the adduct containing the rac,cis-cbpse ligand can be dimeric or polymeric. The X-ray structural analysis of the free rac-,cis-cbpse sulfoxide revealed that the crystals belong to the C2/c space group.

Nanochromics: old materials, new structures and architectures for high performance devices

Due to the development of nanoscience, the interest in electrochromism has increased and new assemblies of electrochromic materials at nanoscale leading to higher efficiencies and chromatic contrasts, low switching times and the possibility of color tuning have been developed. These advantages are reached due to the extensive surface area found in nanomaterials and the large amount of organic electrochromic molecules that can be easily attached onto inorganic nanoparticles, as TiO2 or SiO2. Moreover, the direct contact between electrolyte and nanomaterials produces high ionic transfer rates, leading to fast charge compensation, which is essential for high performance electrochromic electrodes. Recently, the layer-by-layer technique was presented as an interesting way to produce different architectures by the combination of both electrochromic nanoparticles and polymers. The present paper shows some of the newest insights into nanochromic science.

Imagem por ressonância magnética na investigação da cabeça de cães

A imagem por ressonância magnética (IRM) é o método de diagnóstico por imagem não invasivo mais sensível para avaliar as partes moles, particularmente o encéfalo, porém trata-se de uma técnica onerosa. O método fundamenta-se no fenômeno da ressonância magnética nuclear que ocorre quando núcleos atômicos com propriedades magnéticas presentes no corpo são submetidos a um campo magnético intenso, sendo posteriormente excitados por energia de radiofrequência e gerando, por sua vez, um sinal de onda de radiofrequência capaz de ser captado por uma antena receptora, passando por um processo matemático, chamado Transformada de Fourier, para posterior formação da imagem. Esse estudo objetivou realizar 10 exames completos da cabeça em cadáveres de cães normais à IRM e confeccionar um Atlas com as estruturas identificadas. As imagens foram adquiridas em um aparelho de ressonância magnética Gyroscan S15/HP Philips com campo magnético de 1,5Tesla. Os cadáveres foram posicionados com a cabeça no interior de uma bobina de cabeça humana e foram submetidos a cortes iniciais sagitais a partir de onde se planejou os cortes transversais e dorsais nas sequências de pulso spin-eco T1, T2 e DP. Em T1 utilizou-se TR=400ms e TE=30ms, T2 utilizou-se TR=2000ms e TE=80ms e na DP utilizou-se TR=2000ms e TE=30ms. A espessura do corte foi de 4mm, o número de médias foi igual a 2, a matriz foi de 256x256, o fator foi igual a 1,0 e o campo de visão foi de 14cm. A duração do exame completo da cabeça foi de 74,5minutos. As imagens obtidas com as sequências utilizadas e com a bobina de cabeça humana foram de boa qualidade. Em T1 a gordura tornou-se hiperintensa e o líquido hipointenso. Em T2 a gordura ficou menos hiperintensa e o líquido hiperintenso. A cortical óssea e o ar foram hipointensos em todas as sequências utilizadas devido a baixa densidade de prótons. A sequência DP mostrou o melhor contraste entre a substância branca e cinzenta quando comparada a T2 e a T1. T2 evidenciou o líquido cefalorraquidiano tornando possível a distinção dos sulcos e giros cerebrais. Através do exame de IRM foi possível, pelo contraste, identificar as estruturas ósseas componentes da arquitetura da região, músculos, grandes vasos venosos e arteriais e estruturas do sistema nervoso central, além de elementos do sistema digestório, respiratório e estruturas dos olhos entre outras. Nesse estudo as IRM adquiridas nas sequências T1, DP e T2 foram complementares para o estudo dos aspectos anatômicos da cabeça de cães demonstrando-os com riqueza de detalhes. O tempo requerido para o exame completo da cabeça é compátivel para uso em animais vivos desde que devidamente anestesiados e controlados. Os resultados obtidos por esse trabalho abrem caminho em nosso meio, para o estudo de animais vivos e para o início da investigação de doenças, principalmente as de origem neurológica, visto ser esta técnica excelente para a visibilização do encéfalo.

Ultra-sonografia do fígado, aparelho renal e reprodutivo da jibóia (Boa constrictor)

Atualmente os animais silvestres têm despertado o interesse particular na criação domestica. Na medicina de animais selvagens, os exames ultra-sonográficos podem ser considerados como ferramenta para diagnosticar e prevenir doenças. Deste modo, realizou-se um estudo em 20 jibóias (Boa constrictor), a fim de caracterizar a morfologia e aparência ultra-sonográfica das estruturas presentes da cavidade celomática desses animais. Ultra-sonograficamente, o fígado apresentou-se variando de hipoecóica a levemente hiperecogênica, com margens ecogênicas e ecotextura homogênea em toda sua extensão. Os rins mostraram formato elipsóide, com cápsula fina, regular e hiperecóica. Os folículos ovarianos apresentaram formato ovóide, margens finas, regulares e discretamente hiperecóicas. As estruturas do sistema reprodutor do macho não foram evidenciadas com precisão, devido a sua ecogenicidade similar em relação às estruturas adjacentes e pela presença do "corpo gorduroso" localizado nessa região. A ultra-sonografia da cavidade celomática em jibóias demonstrou ser uma técnica rápida e de fácil acesso, permitindo identificar a morfologia, sintopia e aparência ultra-sonográfica de estruturas como o fígado, rins e de folículos vitelogênicos nas fêmeas.

Extensão máxima de retalho pediculado de omento maior através de túnel subcutâneo para ossos longos em cães

Há tempo sabe-se que o omento humano pode promover atividade angiogênica em estruturas adjacentes nas quais ele é aplicado. Na medicina veterinária, são poucas as pesquisas com retalho pediculado de omento maior como indutor angiogênico e imunogênico, porém suas propriedades de adesão e drenagem são bem conhecidas. Os objetivos deste estudo foram criar um retalho pediculado de omento maior, mensurar seu comprimento durante as etapas de criação e avaliar a possibilidade de alcance para ossos longos (fêmur, tíbia, úmero, rádio e ulna) através de túnel subcutâneo, visando a utilizá-lo futuramente como indutor angiogênico em focos de fratura, para aceleração da osteogênese e controle de infecções ósseas. Foram utilizados 30 cadáveres frescos de cães de todas as raças, com exceção dos condrodistróficos. Os resultados foram conclusivos e confirmaram a possibilidade de alcance do retalho de omento para ossos longos de cadáveres de cães em que todos os retalhos alcançaram a metáfise distal dos ossos avaliados. A média de comprimento do omento, em camada dupla, dos 30 animais avaliados foi de 30,87cm; da camada simples foi de 54,37cm e do retalho em L foi de 92,7cm. Com a extensão máxima do omento, foi possível alcançar as metáfises distais de todos os ossos propostos, com comprimento médio excedente de 29,87cm para fêmur, 20,73cm para tíbia/fíbula, 25,13cm para úmero e 16,27cm para rádio/ulna. As variáveis peso e retalho em L avaliadas estatisticamente de cada indivíduo apresentaram correlação positiva moderada. Concluiu-se que, em cadáveres de cães, é possível levar o retalho pediculado de omento maior através de túnel subcutâneo para metáfise distal de ossos longos e que, quanto maior o peso do animal, maior o comprimento do retalho em L.

Dietas com nitrogênio não-proteico para fêmeas bovinas superovuladas sem prévia adaptação durante curto tempo e em diferentes fases do ciclo estral

Objetivou-se neste estudo avaliar o efeito do fornecimento, sem prévia adaptação, durante curto tempo e em diferentes fases do ciclo estral, de dietas contendo nitrogênio não-proteico (NNP) na produção, na qualidade e no grau de desenvolvimento de embriões recuperados em fêmeas bovinas superovuladas. Sessenta e oito vacas Nelore foram distribuídas em três grupos: um controle e dois com fornecimento de ureia antes (UA = do dia -5 ao dia 0) e após (UD = dia 0 ao dia 5) a inseminação artificial. As vacas foram mantidas em pastagem e receberam concentrado (3,0 kg/animal/dia) durante 16 dias. Foram formulados dois concentrados, e as dietas totais (concentrado e consumo estimado de pastagem) apresentaram 12,0% (dieta controle) e 14,6% (dieta NNP) de proteína bruta (PB). As vacas foram sincronizadas, superovuladas e inseminadas. Sete dias (dia 7) após a inseminação (dia 0), realizou-se a colheita e análise dos embriões. Amostras de sangue foram coletadas nos dias -5, 0 e 5 para determinação da concentração de nitrogênio ureico plasmático (NUP), glicose, insulina e progesterona. A época de fornecimento de ureia influenciou as concentrações médias de NUP nos dias -5, 0 e 5, mas não tiveram efeito nas concentrações de glicose, insulina e progesterona. O período de fornecimento da ureia teve efeito na porcentagem de mórulas compactas em relação ao total de estruturas (UA = 51,4 vs. UD = 15,3%), em relação ao total de oócitos fecundados (UA = 62,5 vs. UD = 30,6%) e em relação ao total de embriões viáveis (UA = 68,8 vs. UD = 38,6%). No grupo que recebeu ureia depois da inseminação artificial, houve redução de 70,2% da proporção de mórulas compactas por total de estruturas em relação ao grupo que recebeu ureia antes da inseminação. Dietas com nitrogênio não-proteico fornecidas imediatamente após a inseminação promovem aceleração do desenvolvimento embrionário inicial.

Clonal relationship among atypical enteropathogenic Escherichia coli strains isolated from different animal species and humans

Forty-nine typical and atypical enteropathogenic Escherichia coli (EPEC) strains belonging to different serotypes and isolated from humans, pets (cats and dogs), farm animals (bovines, sheep, and rabbits), and wild animals (monkeys) were investigated for virulence markers and clonal similarity by pulsed-field gel electrophoresis (PFGE) and multilocus sequence typing (MLST). The virulence markers analyzed revealed that atypical EPEC strains isolated from animals have the potential to cause diarrhea in humans. A close clonal relationship between human and animal isolates was found by MLST and PFGE. These results indicate that these animals act as atypical EPEC reservoirs and may represent sources of infection for humans. Since humans also act as a reservoir of atypical EPEC strains, the cycle of mutual infection of atypical EPEC between animals and humans, mainly pets and their owners, cannot be ruled out since the transmission dynamics between the reservoirs are not yet clearly understood.

Evaluation of Femtosecond Laser-Induced Breakdown Spectroscopy for Analysis of Animal Tissues

The aim of this work was to evaluate the performance of femtosecond laser-induced breakdown spectroscopy (fs-LIBS) for the determination of elements in animal tissues. Sample pellets were prepared from certified reference materials, such as liver, kidney, muscle, hepatopancreas, and oyster, after cryogenic grinding assisted homogenization. Individual samples were placed in a two-axis computer-controlled translation stage that moved in the plane orthogonal to a beam originating from a Ti:Sapphire chirped-pulse amplification (CPA) laser system operating at 800 mu and producing a train of 840 mu J and 40 fs pulses at 90 Hz. The plasma emission was coupled into the optical fiber of a high-resolution intensified charge-coupled device (ICCD)-echelle spectrometer. Time-resolved characteristics of the laser-produced plasmas showed that the best results were obtained with delay times between 80 and 120 ns. Data obtained indicate both that it is a matrix-independent sampling process and that fs-LIBS can be used for the determination of Ca, Cu, Fe, K, Mg, Na, and P, but efforts must be made to obtain more appropriate detection limits for Al, Sr, and Zn.

Two dimensional analysis of inflatable structures by the positional FEM

This paper presents a, simple two dimensional frame formulation to deal with structures undergoing large motions due to dynamic actions including very thin inflatable structures, balloons. The proposed methodology is based on the minimum potential energy theorem written regarding nodal positions. Velocity, acceleration and strain are achieved directly from positions, not. displacements, characterizing the novelty of the proposed technique. A non-dimensional space is created and the deformation function (change of configuration) is written following two independent mappings from which the strain energy function is written. The classical New-mark equations are used to integrate time. Dumping and non-conservative forces are introduced into the mechanical system by a rheonomic energy function. The final formulation has the advantage of being simple and easy to teach, when compared to classical Counterparts. The behavior of a bench-mark problem (spin-up maneuver) is solved to prove the formulation regarding high circumferential speed applications. Other examples are dedicated to inflatable and very thin structures, in order to test the formulation for further analysis of three dimensional balloons.

Power Secant Method applied to natural frequency extraction of Timoshenko beam structures

This work deals with an improved plane frame formulation whose exact dynamic stiffness matrix (DSM) presents, uniquely, null determinant for the natural frequencies. In comparison with the classical DSM, the formulation herein presented has some major advantages: local mode shapes are preserved in the formulation so that, for any positive frequency, the DSM will never be ill-conditioned; in the absence of poles, it is possible to employ the secant method in order to have a more computationally efficient eigenvalue extraction procedure. Applying the procedure to the more general case of Timoshenko beams, we introduce a new technique, named ""power deflation"", that makes the secant method suitable for the transcendental nonlinear eigenvalue problems based on the improved DSM. In order to avoid overflow occurrences that can hinder the secant method iterations, limiting frequencies are formulated, with scaling also applied to the eigenvalue problem. Comparisons with results available in the literature demonstrate the strength of the proposed method. Computational efficiency is compared with solutions obtained both by FEM and by the Wittrick-Williams algorithm.