Report on the physical, bacteriological and biochemical analyses of seawater samples collected off existing sewage outfalls in the Sierra Leone River Estuary

The studies reported were undertaken as part of a wide environmental feasibility study for the establishment of a modern sewage system in Freetown. The aim of this part of the study was to determine whether the hydrological regime of the Sierra Leone River Estuary would permit the large-scale introduction of sewage into the estuary without damaging the environment. The important factors were whether: 1) there would be sufficient dilution of the sewage; 2) fleatable particles or other substances would create significant adverse effects in the estuarine ecosystem. The outfall sites are described together with the sampling stations, methods and analyses. Results include: 1) T/S profiles; 2) chemical analysis of the water. A review of literature on the Sierra Leone River Estuary is included which provides information on the plankton, benthos and fisheries. Results suggest that at certain points where local circulations occur it would be inadvisable to locate untreated sewage outfalls. Such points are frequently observed in small embayments. These studies have been of short duration but the data can serve as baseline for more extended investigations which would give a more complete picture of the seasonal patterns in the estuary.

Detection of constitutive heterodimerization of the integrin Mac-1 subunits by fluorescence resonance energy transfer in living cells

Macrophage differentiation antigen associated with complement three receptor function (Mac-1) belongs to beta(2) subfamily of integrins that mediate important cell-cell and cell-extracellular matrix interactions. Biochemical studies have indicated that Mac-1 is a constitutive heterodimer in vitro. Here, we detected the heterodimerization of Mac-1 subunits in living cells by means of two fluorescence resonance energy transfer (FRET) techniques (fluorescence microscopy and fluorescence spectroscopy) and our results demonstrated that there is constitutive heterodimerization of the Mac-1 subunits and this constitutive heterodimerization of the Mac-1 subunits is cell-type independent. Through FRET imaging, we found that heterodimers of Mac-1 mainly localized in plasma membrane, perinuclear, and Golgi area in living cells. Furthermore, through analysis of the estimated physical distances between cyan fluorescent protein (CFP) and yellow fluorescent protein (YFP) fused to Mac-1 subunits, we suggested that the conformation of Mac-1 subunits is not affected by the fusion of CFP or YFP and inferred that Mac-1 subunits take different conformation when expressed in Chinese hamster ovary (CHO) and human embryonic kidney (HEK) 293T cells, respectively. (c) 2006 Elsevier Inc. All rights reserved.

On the Role of Delays in Biological Systems : Analysis and Design

This work quantifies the nature of delays in genetic regulatory networks and their effect on system dynamics. It is known that a time lag can emerge from a sequence of biochemical reactions. Applying this modeling framework to the protein production processes, delay distributions are derived in a stochastic (probability density function) and deterministic setting (impulse function), whilst being shown to be equivalent under different assumptions. The dependence of the distribution properties on rate constants, gene length, and time-varying temperatures is investigated. Overall, the distribution of the delay in the context of protein production processes is shown to be highly dependent on the size of the genes and mRNA strands as well as the reaction rates. Results suggest longer genes have delay distributions with a smaller relative variance, and hence, less uncertainty in the completion times, however, they lead to larger delays. On the other hand large uncertainties may actually play a positive role, as broader distributions can lead to larger stability regions when this formalization of the protein production delays is incorporated into a feedback system.

Furthermore, evidence suggests that delays may play a role as an explicit design into existing controlling mechanisms. Accordingly, the reccurring dual-feedback motif is also investigated with delays incorporated into the feedback channels. The dual-delayed feedback is shown to have stabilizing effects through a control theoretic approach. Lastly, a distributed delay based controller design method is proposed as a potential design tool. In a preliminary study, the dual-delayed feedback system re-emerges as an effective controller design.

Experimental, Numerical and Analytical Studies of the MHD-driven plasma jet, instabilities and waves

This thesis describes a series of experimental, numerical, and analytical studies involving the Caltech magnetohydrodynamically (MHD)-driven plasma jet experiment. The plasma jet is created via a capacitor discharge that powers a magnetized coaxial planar electrodes system. The jet is collimated and accelerated by the MHD forces.

We present three-dimensional ideal MHD finite-volume simulations of the plasma jet experiment using an astrophysical magnetic tower as the baseline model. A compact magnetic energy/helicity injection is exploited in the simulation analogous to both the experiment and to astrophysical situations. Detailed analysis provides a comprehensive description of the interplay of magnetic force, pressure, and flow effects. We delineate both the jet structure and the transition process that converts the injected magnetic energy to other forms.

When the experimental jet is sufficiently long, it undergoes a global kink instability and then a secondary local Rayleigh-Taylor instability caused by lateral acceleration of the kink instability. We present an MHD theory of the Rayleigh-Taylor instability on the cylindrical surface of a plasma flux rope in the presence of a lateral external gravity. The Rayleigh-Taylor instability is found to couple to the classic current-driven instability, resulting in a new type of hybrid instability. The coupled instability, produced by combination of helical magnetic field, curvature of the cylindrical geometry, and lateral gravity, is fundamentally different from the classic magnetic Rayleigh-Taylor instability occurring at a two-dimensional planar interface.

In the experiment, this instability cascade from macro-scale to micro-scale eventually leads to the failure of MHD. When the Rayleigh-Taylor instability becomes nonlinear, it compresses and pinches the plasma jet to a scale smaller than the ion skin depth and triggers a fast magnetic reconnection. We built a specially designed high-speed 3D magnetic probe and successfully detected the high frequency magnetic fluctuations of broadband whistler waves associated with the fast reconnection. The magnetic fluctuations exhibit power-law spectra. The magnetic components of single-frequency whistler waves are found to be circularly polarized regardless of the angle between the wave propagation direction and the background magnetic field.

Biochemical and Biophysical Characterization of Huntingtin

Huntington’s disease (HD) is a fatal autosomal dominant neurodegenerative disease. HD has no cure, and patients pass away 10-20 years after the onset of symptoms. The causal mutation for HD is a trinucleotide repeat expansion in exon 1 of the huntingtin gene that leads to a polyglutamine (polyQ) repeat expansion in the N-terminal region of the huntingtin protein. Interestingly, there is a threshold of 37 polyQ repeats under which little or no disease exists; and above which, patients invariably show symptoms of HD. The huntingtin protein is a 350 kDa protein with unclear function. As the polyQ stretch expands, its propensity to aggregate increases with polyQ length. Models for polyQ toxicity include formation of aggregates that recruit and sequester essential cellular proteins, or altered function producing improper interactions between mutant huntingtin and other proteins. In both models, soluble expanded polyQ may be an intermediate state that can be targeted by potential therapeutics.

In the first study described herein, the conformation of soluble, expanded polyQ was determined to be linear and extended using equilibrium gel filtration and small-angle X-ray scattering. While attempts to purify and crystallize domains of the huntingtin protein were unsuccessful, the aggregation of huntingtin exon 1 was investigated using other biochemical techniques including dynamic light scattering, turbidity analysis, Congo red staining, and thioflavin T fluorescence. Chapter 4 describes crystallization experiments sent to the International Space Station and determination of the X-ray crystal structure of the anti-polyQ Fab MW1. In the final study, multimeric fibronectin type III (FN3) domain proteins were engineered to bind with high avidity to expanded polyQ tracts in mutant huntingtin exon 1. Surface plasmon resonance was used to observe binding of monomeric and multimeric FN3 proteins with huntingtin.

Human Endogenous Retrovirus HERV-Fc1 Association with Multiple Sclerosis Susceptibility: A Meta-Analysis

Background: Human endogenous retroviruses (HERVs) are repetitive sequences derived from ancestral germ-line infections by exogenous retroviruses and different HERV families have been integrated in the genome. HERV-Fc1 in chromosome X has been previously associated with multiple sclerosis (MS) in Northern European populations. Additionally, HERV-Fc1 RNA levels of expression have been found increased in plasma of MS patients with active disease. Considering the North-South latitude gradient in MS prevalence, we aimed to evaluate the role of HERV-Fc1on MS risk in three independent Spanish cohorts. Methods: A single nucleotide polymorphism near HERV-Fc1, rs391745, was genotyped by Taqman chemistry in a total of 2473 MS patients and 3031 ethnically matched controls, consecutively recruited from: Northern (569 patients and 980 controls), Central (883 patients and 692 controls) and Southern (1021 patients and 1359 controls) Spain. Our results were pooled in a meta-analysis with previously published data. Results: Significant associations of the HERV-Fc1 polymorphism with MS were observed in two Spanish cohorts and the combined meta-analysis with previous data yielded a significant association [rs391745 C-allele carriers: p(M-H) = 0.0005; ORM-H (95% CI) = 1.27 (1.11-1.45)]. Concordantly to previous findings, when the analysis was restricted to relapsing remitting and secondary progressive MS samples, a slight enhancement in the strength of the association was observed [p(M-H) = 0.0003, ORM-H (95% CI) = 1.32 (1.14-1.53)]. Conclusion: Association of the HERV-Fc1 polymorphism rs391745 with bout-onset MS susceptibility was confirmed in Southern European cohorts.

Avaliação da função endotelial em mulheres jovens portadoras da síndrome dos ovários policísticos

A síndrome dos ovários policísticos é uma desordem frequente e complexa, com grande variabilidade fenotípica, predominando os sinais de disfunção ovariana. Alterações metabólicas, inflamatórias e vasculares vinculadas à resistência à insulina são muito prevalentes nessa desordem podendo manifestar-se precocemente. O objetivo principal deste estudo foi investigar a presença de alterações microvasculares em mulheres jovens e não obesas portadoras da síndrome dos ovários policísticos, através de videocapilaroscopia periungueal e dosagem dos níveis séricos de endotelina-1. O objetivo secundário foi verificar a existência de associações entre os achados vasculares, níveis séricos de androgênios, parâmetros clínicos, bioquímicos, metabólicos e inflamatórios relacionados ao risco cardiovascular. Em estudo observacional, transverso e controlado avaliamos 12 mulheres com diagnóstico de síndrome dos ovários policísticos, segundo os critérios estabelecidos pelo consenso de Rotterdam e nove voluntárias saudáveis. A idade (22,82,3 X 24,62,7), o índice de massa corporal (22,53,4 X 23,73,1) e a circunferência da cintura (7510,1 X 77,38,1) foram semelhantes nos dois grupos. As portadoras da síndrome apresentavam hiperandrogenismo clínico. Não foram observadas diferenças significativas entre os grupos quando analisados os níveis séricos de estradiol, testosterona total, androstenediona ou o índice de testosterona livre, entretanto a SHBG mostrou-se significativamente mais baixa no grupo de estudo (p=0,011). A glicemia de jejum, insulina, HOMA-IR e o perfil lipídico foram normais e sem diferença entre os grupos. A amostra com síndrome dos ovários policísticos não apresentava intolerância à glicose ou Diabetes Mellitus pelo teste oral de tolerância à glicose. Os níveis séricos dos marcadores inflamatórios (leucócitos, ácido úrico, adiponectina, leptina e proteína c reativa) e do marcador de função endotelial avaliado também foram similares nos dois grupos. A velocidade de deslocamento das hemácias no basal e após oclusão foram significativamente menores nas pacientes de estudo (p=0,02), mas o tempo para atingir a VDHmax e os parâmetros relativos à morfologia e densidade capilar foram semelhantes. Não observamos correlação entre a velocidade de deslocamento das hemácias e níveis plasmáticos de endotelina-1, androgênios ou parâmetros de resistência insulínica. A velocidade de deslocamento das hemácias associou-se positivamente aos níveis plasmáticos de estradiol (r= 0,45, p<0,05) e negativamente aos de colesterol total e LDL colesterol (r= -0,52, p<0,05; r=-0,47, p<0,05, respectivamente). Em conclusão nossos resultados fornecem evidência adicional de dano precoce à função microvascular em mulheres portadoras de síndrome dos ovários policísticos. Através da capilaroscopia periungueal dinâmica, demonstramos que mulheres jovens com moderado hiperandrogenismo, sem obesidade, RI, hipertensão ou dislipidemia, já apresentam disfunção microvascular nutritiva, caracterizada por redução na velocidade de fluxo das hemácias no basal e após oclusão. Estes achados micro-circulatórios não foram acompanhados de elevações nos níveis plasmáticos de endotelina-1.

Análise das dosagens do fator de crescimento endotelial vascular no plasma e fluidos peritoneais de pacientes com câncer epitelial de ovário

A carcinogênese epitelial ovariana tem sido foco de estudos científicos em todo o mundo desenvolvido. A angiogênese tumoral ovariana é um processo multifatorial que resulta em vários produtos pró-angiogênicos. Entre eles, o fator de crescimento vascular endotelial (VEGF) é predominante. Os objetivos deste estudo foram relacionar as dosagens do VEGF dos fluidos peritoneais, do plasma periférico e do infundíbulo pélvico aos níveis de citorredução em pacientes operadas de adenocarcinoma epitelial de ovário (CEO); formular um modelo probabilístico de citorredução e utilizar estas dosagens para estimar a probabilidade do desfecho de citorredução. Além disto, foi criada uma nova variável chamada carga de VEGF. Pelo procedimento step-wise a citorredução foi melhor descrita pela carga de VEGF, mas faltou Normalidade aos resíduos, não sendo possível a adequação de um modelo matemático. Porém, a curva ROC, forneceu uma área sob a curva de 0,84, com sensibilidade de 71,4 % e especificidade variando de 69,5 a 73,9%. O ponto de corte ótimo foi 15,52 log de picograma de carga de VEGF. A odds-ratio (OR) calculada para citorredução ótima descrita pela carga de VEGF foi de 11 (IC= 2,59 ; 46,78). No grupo com estágio avançado (III e IV), a OR foi de 6 (IC= 1,15; 31,22). Apesar do pequeno número de casos, esta nova variável pode vir a ser um auxiliar na determinação de situações onde cirurgia citorredutora deixa de ser a pedra fundamental do tratamento primário do CEO e a indução quimioterápica passe a ter o principal papel na citorredução química antes da cirugia nestes casos.

Biochemical biomarkers in samples processed by different methods in Environmental Specimen Banks

In the last decades the creation of new Environmental Specimen Banks (ESB) is increasing due to the necessity of knowing the effects of pollutants in both the environment and human populations. ESBs analyze and store samples in order to understand the effects of chemicals, emerging substances and the environmental changes in biota. For a correct analysis of the effect induced by these variables, there is a need to add biological endpoints, such as biomarkers, to the endpoints based on chemical approaches which have being used until now. It is essential to adapt ESB´s sampling strategies in order to enable scientists to apply new biological methods. The present study was performed to obtain biochemical endpoints from samples stored in the BBEBB (Biscay Bay Environmental Biospecimen Bank) of the Marine Station of Plentzia (PIE - UPV/EHU). The main objective of the present work was to study the variability caused in biochemical biomarkers by different processing methods in mussels (Mytilus galloprovincialis) from two localities (Plentzia and Arriluze) with different pollution history. It can be concluded that the selected biomarkers (glutathione S-transferase and acetylcholinesterase) can be accurately measured in samples stored for years in the ESBs. The results also allowed the discrimination of both sampling sites. However, in a further step, the threshold levels and baseline values should be characterized for a correct interpretation of the results in relation to the assessment of the ecosystem health status.

Biochemical and morphometric approaches to characterize farmed tilapias

Biochemical (electrophoresis and mitochondrial DNA) and morphological analysis are important tools for the characterization of strains. Reference is made to studies conducted in the framework of the Genetic Improvement of Farmed Tilapias project to establish a new base tilapia population for culture purposes, describing the basic concepts of electrophoresis and morphometric analysis.

Carcinoma epidermóide invasivo de pênis: subexpressão dos fragmentos C3 e C4A/B do sistema complemento detectado no plasma pela plataforma proteômica ClinProt/MALDI/TOF

O carcinoma epidermóide de pênis (CEP) representa 95% das neoplasias penianas e afeta quase sempre pacientes não circuncidados estando muitas vezes associado à falta de higiene local adequada e à fimose. No Brasil a sua incidência é de 2,7 % porém em algumas áreas do país pode chegar a 17% dos casos diagnosticados por ano. O tumor pode ocorrer em qualquer parte do órgão sexual masculino e o tipo de estadiamento empregado é controverso. A classificação de Broders é a mais utilizada. Estudos sugerem a relação entre o desenvolvimento do carcinoma de pênis com a infecção por HPV (Papiloma Vírus Humano). O método de avaliação dos linfonodos inguinais permanece controverso sendo difícil a diferenciação entre linfadenomegalia inflamatória reacional e metastática. O exame físico não é um preditor confiável do comprometimento linfonodal pois pacientes com linfonodos palpáveis podem não apresentar metástases. Há poucas publicações sobre os mecanismos moleculares envolvidos na gênese e progressão do CEP. Apesar de vários marcadores terem sido avaliados, atualmente a aplicação clínica destes é limitada. A maior parte dos marcadores estudados requer procedimentos invasivos para obtenção do tecido tumoral. Existe a necessidade de encontrar através de uma técnica pouco invasiva marcadores tumorais circulantes capazes de diferenciar portadores de CEP com e sem envolvimento metastático. Neste tipo de neoplasia, a descoberta de biomarcadores que avaliem o prognóstico é relevante, pois o exame físico não é um indicador confiável do comprometimento linfonodal e da sobrevida.Os objetivos foram 1) revisar e discutir a epidemiologia, a etiologia, os diversos tipos de abordagem cirúrgica e as controvérsias no tratamento cirúrgico do câncer de pênis 2) investigar através da plataforma ClinProt/ MALDI / TOF a presença de marcadores plasmáticos capazes de discriminar indivíduos saudáveis de pacientes afetados por carcinoma epidermóide de pênis (CEP) 3) avaliar a importância destes marcadores na evolução da doença. Foram coletados e analisados pela plataforma ClinProt / MALDI / TOF o plasma de 36 indivíduos saudáveis e 25 pacientes com CEP invasivo, submetidos a tratamento cirúrgico entre junho de 2010 e junho de 2011, nos serviços de urologia do Instituto Nacional de Câncer e do Hospital Mário Kröeff (Rio de Janeiro). Nossos resultados apontaram para um conjunto de dois peptídeos (A = m / z 1897,22 + -9 Da e B = m / z 2021,99 + -9 Da) que foram capazes de diferenciar pacientes com CEP de indivíduos controles. Esses peptídeos foram posteriormente identificados como fragmentos C3 e C4 A/B do sistema complemento. A validação cruzada, utilizando toda casuística apresentou 62,5% e 86,76% de sensibilidade e de especificidade, respectivamente, com uma alta sensibilidade (100%) e especificidade (97%) nos pacientes que morreram pela doença. Além disso, os pacientes com envolvimento ganglionar obtiveram uma sensibilidade e uma especificidade de 80 % e 97%, respectivamente. Ficou demonstrado que à medida que a doença progride mais subexpressos está o conjunto de peptídeos quando comparados com indivíduos saudáveis. Estes resultados podem ser úteis como ferramentas para a avaliação do prognóstico destes pacientes.

Correlação do perfil lipídico e do quadro clínico de pacientes portadores de doença falciforme no Estado do Rio de Janeiro-RJ

A doença falciforme é uma síndrome hematológica genética que faz parte das hemoglobinopatias de grande abrangência na população mundial. Estima-se que 4,5% da população apresente algum tipo de hemoglobinopatia, cujos aspectos clínicos oscilam de leve à grave. O principal fator que pode influenciar o fenótipo das doenças falciformes é o genótipo da doença; homozigose para HbS ou genótipos compostos do tipo HbSC, HbS/beta-talassemia, HbSD. Este pode desenvolver distúrbios como dislipidemia, colelitíase e transtornos cardiovasculares que podem causar o óbito. O presente estudo visa correlacionar o perfil lipídico de pacientes portadores de doença falciforme. Foram avaliados 52 pacientes do Serviço de Hematologia Clínica do Hospital Universitário Pedro Ernesto HUPE-UERJ, portadores da doença falciforme confirmada pela técnica de HPLC realizada no Laboratório de Análises Clínicas da Faculdade de Farmácia (LACFAR)-UFRJ. As análises hematológicas compostas pelo hemograma completo e dosagens bioquímicas do perfil lipídico formado pela dosagem de triglicerídeos, colesterol total, colesterol HDL, colesterol LDL e colesterol VLDL. A população estudada é composta por 52 pacientes, sendo 22 pacientes do sexo masculino, representando 42% do total de pacientes e 30 do sexo feminino, definindo 58% do total. E com objetivo comparativo, foi constituído um grupo controle de 52 pessoas com média de idade 26 anos, variando entre 5 e 63 anos. A população de Doença Falciforme apresenta grupos etários que oscilam entre 6 e 60 anos de idade, tendo média de 28 anos. Baseada nas características fenotípicas definidas por HPLC, a classificação de hemoglobina demonstra um grupo de 83% de portadores de Hemoglobina SS (n=43), 13% portadores de Hemoglobina SC (n=7) e 4% com Hemoglobina SB0 (n=2). Em relação às dosagens bioquímicas, a análise do perfil lipídico demonstra hipocolesterolemia, cuja média da população é definida por 122mg/dL quando comparada com o grupo controle (GC) com média de 201mg/dL (p<0,001). A taxa do colesterol-HDL situa-se na média de 29mg/dL e do GC 54 mg/dL (p<0,001) e do colesterol-LDL 69mg/dL enquanto o GC 120mg/dL (p<0,001). A sistematização dos resultados hematológicos define uma média de hematimetria de 2,7. 106/mm3. Na dosagem de hemoglobina obteve-se média de 8,4g/dL. Tais resultados caracterizam que é predominante neste grupo a hipocromia sem expressão de microcitose. Dentre os processos patológicos mais comuns, a litíase biliar se destacou nos pacientes com doença falciforme, onde 25% dos pacientes estudados (n=13) apresentaram este comprometimento hepatobiliar, na qual grande parte desses pacientes foram submetidos à colecistectomia. A doença Falciforme cursa com hiperplasia medular principalmente às custas da hiperproliferação dos precursores eritróides na medula óssea. O estado hiperproliferativo nessa doença possivelmente causa redução do colesterol plasmático para atender à maior demanda deste elemento para síntese de novas membranas. Esta redução na produção endógena de colesterol pode ser entendida pela disfunção hepática que habitualmente está presente em pessoas com doença falciforme. Logo se concluiu que existe uma correlação de hipocolesterolemia total e de HDL-c baixo em pacientes com doença falciforme.