Studies on the genetics of artemisinin resistance in malaria

A existência de estirpes de Plasmodium falciparum resistentes a multiplos fármacos é um dos problemas mais graves no controlo da malária. Novos fármacos, como a artemisinina (ART) e seus derivados são cada vez mais utilizados no tratamento da malaria e muito embora até ao momento não haja registos de fármaco-resistência estável à ART o seu surgimento seria desastroso devido á falta de alternativas. A investigação apresentada nesta tese descreve a selecção de resistência estável à ART e ao artesunato (ATN) utilizando um modelo roedor de malária, o parasita Plasmodium chabaudi chabaudi (Plasmodium chabaudi). Dois clones de Plasmodium chabaudi diferentes, AS-15CQ e AS-30CQ, foram inoculados em murganhos que por sua vez foram tratados na presença de concentrações sucessivamente crescentes de ATN e ART, sendo que no final do processo de seleção de resistência, os parasitas obtidos apresentavam uma resistência de 6 e 15 vezes superior ao ATN e à ART, respectivamente, em relação aos parasitas iniciais. Os clones obtidos foram nomeados respectivamente AS-ATN (obtido a partir de AS-15CQ por seleção com pressão de ATN) e AS-ART (obtido a partir de AS-30CQ por seleção com pressão de ART). A resistência obtida durante o processo de seleção é estável após clonagem, congelamento/descongelamento, passagem sanguínea na ausência de pressão de fármaco e transmissão natural através do mosquito vector. A sequência nucleotídica e o número de cópias dos genes previamente descritos na literatura como moduladores putativos de resistência à ART e seus derivados: mdr1, cg10, tctp e atp6; foi comparada entre parasitas resistentes e sensíveis, não tendo sido encontradas nenhumas alterações, quer na sequência quer no número de cópias destes genes. Posteriormente, numa tentativa de identificar os genes envolvidos na resistância à ART e ao ATN a técnica de Linkage Group Selection (LGS) foi utilizada. Para tal dois cruzamentos genéticos foram realizados. Estes cruzamentos foram realizados entre os clones fármaco-resistentes; AS-ART e AS-ATN e um clone geneticamente distinto dos anteriores e sensível aos fármacos em estudos, AJ. Após realização do LGS quatro loci genéticos; nos cromossomas de P. chabaudi 1, 2, 6 e 8 foram encontrados associados à resistência. Atendendo a que, a selecção no cromossoma 2 era a mais forte, este locus foi submetido a subsequentes análises genéticas, tendo sido encontradas duas mutações diferentes (V739F e V770F) num gene que codifica para um enzima de desubiquitinação (gene ubp-1).

Studies on the genetics of artemisinin resistance in malaria

A existência de estirpes de Plasmodium falciparum resistentes a multiplos fármacos é um dos problemas mais graves no controlo da malária. Novos fármacos, como a artemisinina (ART) e seus derivados são cada vez mais utilizados no tratamento da malaria e muito embora até ao momento não haja registos de fármaco-resistência estável à ART o seu surgimento seria desastroso devido á falta de alternativas. A investigação apresentada nesta tese descreve a selecção de resistência estável à ART e ao artesunato (ATN) utilizando um modelo roedor de malária, o parasita Plasmodium chabaudi chabaudi (Plasmodium chabaudi). Dois clones de Plasmodium chabaudi diferentes, AS-15CQ e AS-30CQ, foram inoculados em murganhos que por sua vez foram tratados na presença de concentrações sucessivamente crescentes de ATN e ART, sendo que no final do processo de seleção de resistência, os parasitas obtidos apresentavam uma resistência de 6 e 15 vezes superior ao ATN e à ART, respectivamente, em relação aos parasitas iniciais. Os clones obtidos foram nomeados respectivamente AS-ATN (obtido a partir de AS-15CQ por seleção com pressão de ATN) e AS-ART (obtido a partir de AS-30CQ por seleção com pressão de ART). A resistência obtida durante o processo de seleção é estável após clonagem, congelamento/descongelamento, passagem sanguínea na ausência de pressão de fármaco e transmissão natural através do mosquito vector. A sequência nucleotídica e o número de cópias dos genes previamente descritos na literatura como moduladores putativos de resistência à ART e seus derivados: mdr1, cg10, tctp e atp6; foi comparada entre parasitas resistentes e sensíveis, não tendo sido encontradas nenhumas alterações, quer na sequência quer no número de cópias destes genes. Posteriormente, numa tentativa de identificar os genes envolvidos na resistância à ART e ao ATN a técnica de Linkage Group Selection (LGS) foi utilizada. Para tal dois cruzamentos genéticos foram realizados. Estes cruzamentos foram realizados entre os clones fármaco-resistentes; AS-ART e AS-ATN e um clone geneticamente distinto dos anteriores e sensível aos fármacos em estudos, AJ. Após realização do LGS quatro loci genéticos; nos cromossomas de P. chabaudi 1, 2, 6 e 8 foram encontrados associados à resistência. Atendendo a que, a selecção no cromossoma 2 era a mais forte, este locus foi submetido a subsequentes análises genéticas, tendo sido encontradas duas mutações diferentes (V739F e V770F) num gene que codifica para um enzima de desubiquitinação (gene ubp-1).

Predictive Biomarkers of Bacillus Calmette-Gu´erin Immunotherapy Response in Bladder Cancer: Where AreWe Now?

The most effective therapeutic option for managing nonmuscle invasive bladder cancer (NMIBC), over the last 30 years, consists of intravesical instillations with the attenuated strain Bacillus Calmette-Gu´erin (the BCG vaccine). This has been performed as an adjuvant therapeutic to transurethral resection of bladder tumour (TURBT) and mostly directed towards patients with highgrade tumours, T1 tumours, and in situ carcinomas. However, from 20% to 40% of the patients do not respond and frequently present tumour progression. Since BCG effectiveness is unpredictable, it is important to find consistent biomarkers that can aid either in the prediction of the outcome and/or side effects development. Accordingly, we conducted a systematic critical review to identify themost preeminent predictive molecular markers associated with BCG response. To the best of our knowledge, this is the first review exclusively focusing on predictive biomarkers for BCG treatment outcome. Using a specific query, 1324 abstracts were gathered, then inclusion/exclusion criteria were applied, and finally 87 manuscripts were included. Several molecules, including CD68 and genetic polymorphisms, have been identified as promising surrogate biomarkers. Combinatory analysis of the candidate predictive markers is a crucial step to create a predictive profile of treatment response.

LARVICIDAL ACTIVITY OF Bacillus sphaericus 2362 AGAINST Anopheles nuneztovari, Anopheles darlingi AND Anopheles braziliensis (DIPTERA, CULICIDAE)

In this present study, preliminary data was obtained regarding the mortality rate of the Amazonian anophelines, Anopheles nuneztovari, Anopheles darlingi and Anopheles braziliensis when subjected to treatment with Bacillus sphaericus strain 2362, the WHO standard strain. Initially, experiments were conducted to test the mortality rate of the three species of anopheline larvae. The third larval instar of An. nuneztovari and the second and third larval instars of An. darlingi proved to be the least susceptible. In other experiments, the same three mosquito species were tested with the standard strain 2362, An. nuneztovari was the least susceptible to this insect pathogen, while An. braziliensis was the most susceptible. This latter species showed a difference in the level of LC50 concentration, when compared to the former, of 2.4, 2.5 and 1.8 in readings taken 24, 48 and 72 hours after exposure to the bacillus.

EFFECT OF BACILLUS OF CALMETTE-GUÉRIN, AVRIDINE AND Propionibacterium acnes AS IMMUNOMODULATORS ON RABIES IN MICE

The cellular and humoral immune responses of mice inoculated with rabies virus and treated with the Bacillus of Calmette-Guérin, Avridine and Propionibacterium acnes were evaluated in this paper. There was a higher percentage of surviving mice in groups submitted to P. acnes treatment. Lower levels of interferon-g (IFN-g) were found in infected mice. The intra-pad inoculation test (IPI) was not effective to detect cellular immune response, contrary to the results found in MIF reaction. The survival of mice did not present correlation with the levels of antirabies serum neutralizing (SN) antibodies titers, IFN-g concentration and MIF response.

Genetics of berry colour and anthocyanin content variation in grapevine (Vitis vinifera L.subsp. vinifera)

Dissertation presented in fulfillment of the requirements for the Degree of Doctor of Philosophy in Biology (Molecular Genetics) at the Instituto de Tecnologia Química e Biológica da Universidade Nova de Lisboa

Produção de sideróforo pela bactéria Bacillus megaterium

Os agentes quelantes, como é o caso do EDTA, são utilizados numa ampla variedade de indústrias como a indústria têxtil, da pasta de papel, alimentar, de cosméticos ou de detergentes. Contudo, os agentes complexantes sintéticos, habitualmente usados, não são biodegradáveis, pelo que a sua acumulação no meio ambiente constitui motivo de preocupação. Deste modo, existe um interesse crescente na substituição destes compostos por compostos similares biodegradáveis sendo, deste modo, ambientalmente amigáveis. Alguns microrganismos são capazes de produzir moléculas com capacidade de captar metais. Um desses exemplos são os sideróforos: compostos produzidos por bactérias, fungos e plantas gramíneas, com capacidade de formar quelatos muito estáveis com o ferro. A presente dissertação teve como objetivo estudar o efeito de diferentes condições culturais e nutricionais na produção de sideróforo pela bactéria Bacillus megaterium. A avaliação da produção de sideróforo, utilizando o método colorimétrico Chrome Azurol S (CAS), durante o crescimento da bactéria, em meio de cultura deficiente em ferro, na presença de 5 ou de 20 g/L de glucose, mostrou que o início da sua produção ocorre, durante a fase exponencial de crescimento, não está relacionada com a esporulação e não é afetada pela concentração de glucose. Contudo, o crescimento da bactéria na presença de diferentes fontes de carbono (glicerol, frutose, galactose, glucose, manose, lactose, maltose ou sacarose) evidenciou que a produção de sideróforo é afetada pelo tipo de fonte de carbono. O crescimento na presença de glicerol promoveu a maior produção de sideróforo; efeito inverso foi observado na presença de manose. A bactéria B. megaterium, quando crescida na presença de frutose, galactose, glucose, lactose, maltose ou sacarose, produziu concentrações similares de sideróforo. O aumento da concentração de arginina, no meio de cultura, não aumentou a produção de sideróforo. A agitação apresentou um efeito positivo na produção de sideróforo; o crescimento em condições estáticas atrasou e diminuiu a produção de sideróforo. Em conclusão, o glicerol parece constituir uma fonte de carbono alternativa, aos monossacáridos e dissacáridos, para a produção de sideróforo. A agitação apresenta um efeito positivo na produção de sideróforo pela bactéria B. megaterium ATCC 19213.

Inoculation with Metal-Mobilizing Plant-GrowthPromoting Rhizobacterium Bacillus sp. SC2b and Its Role in Rhizoremediation

A plant growth-promoting bacterial (PGPB) strain SC2b was isolated from the rhizosphere of Sedum plumbizincicola grown in lead (Pb)/zinc (Zn) mine soils and characterized as Bacillus sp. based on (1) morphological and biochemical characteristics and (2) partial 16S ribosomal DNA sequencing analysis. Strain SC2b exhibited high levels of resistance to cadmium (Cd) (300 mg/L), Zn (730 mg/L), and Pb (1400 mg/L). This strain also showed various plant growth-promoting (PGP) features such as utilization of 1-aminocyclopropane-1-carboxylate, solubilization of phosphate, and production of indole-3-acetic acid and siderophore. The strain mobilized high concentration of heavy metals from soils and exhibited different biosorption capacity toward the tested metal ions. Strain SC2b was further assessed for PGP activity by phytagar assay with a model plant Brassica napus. Inoculation of SC2b increased the biomass and vigor index of B. napus. Considering such potential, a pot experiment was conducted to assess the effects of inoculating the metal-resistant PGPB SC2b on growth and uptake of Cd, Zn and Pb by S. plumbizincicola in metal-contaminated agricultural soils. Inoculation with SC2b elevated the shoot and root biomass and leaf chlorophyll content of S. plumbizincicola. Similarly, plants inoculated with SC2b demonstrated markedly higher Cd and Zn accumulation in the root and shoot system, indicating that SC2b enhanced Cd and Zn uptake by S. plumbizincicola through metal mobilization or plant-microbial mediated changes in chemical or biological soil properties. Data demonstrated that the PGPB Bacillus sp. SC2b might serve as a future biofertilizer and an effective metal mobilizing bioinoculant for rhizoremediation of metal polluted soils.

Residual effect of two Bacillus thuringiensis var. israelensis products assayed against Aedes aegypti (Diptera: Culicidae) in laboratory and outdoors at Rio de Janeiro, Brazil

Resistance of the dengue vector to temephos stimulated its substitution for Bacillus thuringiensis var. israelensis (Bti) since 2001 in Brazil. The persistence of the two Bti formulations employed at that time by the Health Ministry, Vectobac G and Aquabac G, was assayed under laboratory and outdoor conditions. Both formulations were tested at 0.2 g/10 liters of water, the same concentration applied in the field for vector control. The tests were done against Ae. aegypti third instar larvae (Rockefeller strain). In the laboratory, Vectobac G and Aquabac G caused at least 95% mortality until 101 and 45 days after treatment, respectively. In the outdoor assays, test containers of different materials were treated with either formulation and placed in a shaded area. Larvae were introduced each 3-6 days and mortality was recorded 24 and 48 hours later. In the first set of assays, performed in June 2001, mortality levels of 70% or more were attained for 2-5 weeks for both formulations in all containers. The exception was for the iron one that rusted, resulting in low mortality after seven days. In the second set of assays (August 2001), 70% mortality was attained for just 1-2 weeks for all the containers and both formulations.

Active search for leprosy cases in Midwestern Brazil: a serological evaluation of asymptomatic household contacts before and after prophylaxis with bacillus Calmette-Guérin

Leprosy is a disease caused by Mycobacterium leprae that carries a high risk of disability, making early diagnosis mandatory. This study aimed to determine the applicability of anti-PGL-1 IgM antibody detection, using the ML FLOW technique, as an assistant tool for the detection of leprosy infection in asymptomatic household contacts (AHHC) of multibacillary leprosy index cases from Midwest Brazil. Serological changes induced by the prophylaxis of these household contacts with Bacillus Calmette-Guérin (BCG) were also verified. A total of 91 AHHC were assessed, among which, 18.68% (n = 17) presented both positive bacilloscopy and positive anti-PGL-1 IgM serology. Positivity concordance between these two laboratorial exams (Kappa Index = 1; p < 0.001) was indicated, however, one case did not demonstrate concordance between the semiquantitative assessment of anti-PGL-1 IgM and the bacilloscopy index (Kappa Index = 0.96; p < 0.001). Among the 17 AHHC with positive bacilloscopy, eight were reassessed after prophylaxis with BCG and two of them presented negative anti-PGL-1 IgM serology, being these patients who had presented a bacilloscopy index of < 2[+] in the initial assessment. This study shows that anti-PGL-1 IgM detection may be used as a tool to determine the bacillary load in AHHC and to detect immune changes related to prophylaxis by nonspecific vaccination.

Phylogeography, conservation genetics and parasitology of chimpanzees (Pan troglodytes versus) in Guinea-Bissau, West Africa

Tese de doutoramento em Antropologia, especialidade em Antropologia Biológica e Etnoecologia

Pyruvate kinase and glucose-6-phosphate dehydrogenase deficies and their association with malaria - population genetics and proteomic studies

A malária é reconhecida como uma das principais forças selectivas a actuar na história recente no genoma humano. Inúmeros polimorfismos genéticos têm sido descritos como protectores contra a gravidade da malária, como o alelo HbS (designado de traço falciforme) e o alelo G6PD A- (associado à deficiência de G6PD). Mais recentemente, também a deficiência de PK foi associada com a protecção contra a malária. Evidências desta associação foram obtidas em estudos com modelos de roedor e estudos in vitro utilizando GV humanos deficientes em PK. Até à data, não foram obtidos dados em populações humanas que revelem esta associação: ainda não foi identificada uma variante de PK com uma prevalência elevada em regiões endémicas de malária e não foram identificadas marcas de selecção na região do gene que codifica para a PK (gene PKLR). Além disso, os mecanismos subjacentes à protecção contra a malária por deficiências enzimáticas dos GV não estão bem esclarecidos. Assim, os objectivos do presente estudo foram: investigar os polimorfismos genéticos humanos com associação com a malária em Cabo Verde; pesquisar marcas de selecção da malária na região do gene PKLR em populações Africanas; determinar a frequência da deficiência em PK e identificar uma eventual variante da enzima que possa estar sob selecção positiva em regiões endémicas de malária; avaliar o efeito das duas deficiências enzimáticas (PK e G6PD) na invasão e maturação do parasita em culturas in vitro de Plasmodium usando GV normais e deficientes; e analisar o perfil proteómico de GV infectados e não infectados, normais e com deficiência (em PK e G6PD), bem como de parasitas isolados de GV tanto deficientes como normais. Em Cabo Verde (área epidémica), não foram identificadas marcas de selecção pela malária, através da análise dos vários polimorfismos. No entanto, quando a análise foi realizada em dois países endémicos (Angola e Moçambique), foram detectadas várias marcas de selecção: a genotipagem de microssatélites (STRs) e polimorfismos de base única (SNPs) localizados na vizinhança do gene PKLR revelou uma diferenciação consideravelmente maior entre as populações Africana e Europeia (Portuguesa), do que a diferenciação determinada aquando da utilização de marcadores genéticos neutros. Além disso, uma região genómica de maior amplitude apresentou um Desequilíbrio de Ligação (LD) significativo no grupo de malária não grave (e não no grupo de malária grave), sugerindo que a malária poderá estar a exercer pressão selectiva sobre a região do genoma humano que envolve o gene PKLR. No estudo que incidiu na determinação da prevalência da deficiência de PK no continente Africano (realizado em Moçambique), esta revelou-se elevada - 4,1% - sendo o valor mais elevado descrito até ao momento a nível mundial para esta enzimopatia. Na pesquisa de mutações que pudessem estar na causa deste fenótipo (baixa actividade de PK), foi identificada uma mutação não sinónima 829G>A (277Glu>Lys), significativamente associada à baixa actividade enzimática. Esta mutação foi também identificada em Angola, São Tomé e Príncipe e Guiné Equatorial, onde a frequência de portadores heterozigóticos foi entre 2,6 e 6,7% (valores que se encontram entre os mais elevados descritos globalmente para mutações associadas à deficiência em PK). Não foi possível concluir acerca da associação entre a deficiência de PK e o grau de severidade da malária e da associação entre o alelo 829A e a mesma, devido ao baixo número de amostras. Os resultados dos ensaios de invasão/maturação do parasita sugeriram que, nos GV com deficiência de PK ou G6PD, a invasão (onde está envolvida a membrana do GV hospedeiro e o complexo apical do parasita) é mais relevante para a eventual protecção contra a malária do que a maturação. Os resultados da análise proteómica revelaram respostas diferentes por parte do parasita nas duas condições de crescimento (GV com deficiência de PK e GV com deficiência de G6PD). Esta resposta parece ser proporcional à gravidade da deficiência enzimática. Nos parasitas que cresceram em GV deficientes em G6PD (provenientes de um indivíduo assintomático), a principal alteração observada (relativamente às condições normais) foi o aumento do número de proteínas de choque térmico e chaperones, mostrando que os parasitas responderam às condições de stress oxidativo, aumentando a expressão de moléculas de protecção. Nos parasitas que cresceram em condições de deficit de PK (GV de indivíduo com crises hemolíticas regulares, dependente de transfusões sanguíneas), houve alteração da expressão de um maior número de proteínas (relativamente ao observado em condições normais), em que a maioria apresentou uma repressão da expressão. Os processos biológicos mais representados nesta resposta do parasita foram a digestão da hemoglobina e a troca de proteínas entre hospedeiro e parasita/remodelação da superfície do GV. Além disso, uma elevada percentagem destas proteínas com expressão alterada está relacionada com as fendas de Maurer, que desempenham um papel importante na patologia da infecção malárica. É colocada a hipótese de que a protecção contra a malária em GV deficientes em PK está relacionada com o processo de remodelação da membrana dos GV pelo parasita, o que pode condicionar a invasão por novos parasitas e a própria virulência da malária. Os resultados da análise do proteoma dos GV contribuirão para confirmar esta hipótese.

Efeito residual de apresentações comerciais dos larvicidas temefos e Bacillus thuringiensis israelensis sobre larvas de Aedes aegypti em recipientes com renovação de água

Avaliou-se o efeito residual do temefos (apresentações comerciais A, B, C) e Bacillus thuringiensis israelensis (D e E) sobre larvas de Aedes aegypti, em recipientes com renovação de água. Utilizaram-se 44 béqueres de 1.000ml (8 para cada apresentação e 4 controles). Em cada béquer introduziram-se diariamente 25 larvas. Após 24 horas, contavam-se as larvas mortas, esvaziavam-se os béqueres até 200ml, repunha-se o volume original e acrescentavam-se novas larvas. A duração do efeito residual máximo (100% de mortalidade) foi: A-19; B-39; C-40; D-8; E-19 dias. A razão de mortalidade permaneceu equivalente entre todos os larvicidas durante 25 dias; B e C mostraram RM 2,40 vezes maior do que E entre 46-95 dias; B, comparado com A, mostrou RM 1,90-7,51 vezes maior entre 26-95 dias. Conclui-se pela maior eficácia de duas apresentações do temefos, mesmo em uma situação epidemiológica de longa exposição ao produto e com renovação de água dos recipientes.

Validação de metodologia para deteção de Bacillus cereus em arroz e produtos à base de cereais

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Tecnologia e Segurança Alimentar