Fast, scalable master equation solution algorithms. IV. Lanczos iteration with diffusion approximation preconditioned iterative inversion

In this paper we propose a second linearly scalable method for solving large master equations arising in the context of gas-phase reactive systems. The new method is based on the well-known shift-invert Lanczos iteration using the GMRES iteration preconditioned using the diffusion approximation to the master equation to provide the inverse of the master equation matrix. In this way we avoid the cubic scaling of traditional master equation solution methods while maintaining the speed of a partial spectral decomposition. The method is tested using a master equation modeling the formation of propargyl from the reaction of singlet methylene with acetylene, proceeding through long-lived isomerizing intermediates. (C) 2003 American Institute of Physics.

Primary aldosteronism: From genesis to genetics

The fact that a debate concerning the unexpectedly high prevalence of normokalaemic primary aldosteronism (PAL) attracted a large audience at the 2002 Scientific Meeting of the International Society of Hypertension makes it timely to address this issue. The affirmative case argues that PAL is the most common potentially curable and specifically treatable form of hypertension, itself the most common chronic disorder in Western societies, with significant morbidity and mortality, consuming large proportions of health budgets. Recent discoveries about the genetics of aldosterone production and of its unexpectedly broad effects on the cardiovascular system need to be placed in clinical context.

The genetics of glycosylation in Gram-negative bacteria

In recent years there has been a dramatic increase in reports of glycosylation of proteins in various Gram-negative systems including Neisseria meningitidis, Neisseria gonorrhoeae, Campylobacter jejuni, Pseudomonas aeruginosa, Escherichia coli, Caulobacter crescentus, Aeromonas caviae and Helicobacter pylori. Although this growing list contains many important pathogens (reviewed by Benz and Schmidt [Mol. Microbiol. 45 (2002) 267-276]) and the glycosylations are found on proteins important in pathogenesis such as pili, adhesins and flagella the precise role(s) of the glycosylation of these proteins remains to be determined. Furthermore, the details of the glycosylation biosynthetic process have not been determined in any of these systems. The definition of the precise role of glycosylation and the mechanism of biosynthesis will be facilitated by a detailed understanding of the genes involved. (C) 2002 Federation of European Microbiological Societies. Published by Elsevier Science B.V. All rights reserved.

On the applicability of joint inversion of gravity and resistivity data to the study of a tectonic sedimentary basin in Northern Portugal

The Chaves basin is a pull-apart tectonic depression implanted on granites, schists, and graywackes, and filled with a sedimentary sequence of variable thickness. It is a rather complex structure, as it includes an intricate network of faults and hydrogeological systems. The topography of the basement of the Chaves basin still remains unclear, as no drill hole has ever intersected the bottom of the sediments, and resistivity surveys suffer from severe equivalence issues resulting from the geological setting. In this work, a joint inversion approach of 1D resistivity and gravity data designed for layered environments is used to combine the consistent spatial distribution of the gravity data with the depth sensitivity of the resistivity data. A comparison between the results from the inversion of each data set individually and the results from the joint inversion show that although the joint inversion has more difficulty adjusting to the observed data, it provides more realistic and geologically meaningful models than the ones calculated by the inversion of each data set individually. This work provides a contribution for a better understanding of the Chaves basin, while using the opportunity to study further both the advantages and difficulties comprising the application of the method of joint inversion of gravity and resistivity data.

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).

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

Variant Rett Syndrome in a Girl with a Pericentric X-Chromosome Inversion Leading to Epigenetic Changes and Overexpression of the MECP2 Gene

Rett syndrome is a neurodevelopmental disorder caused by mutations in the MECP2 gene. We investigated the genetic basis of disease in a female patient with a Rett-like clinical. Karyotype analysis revealed a pericentric inversion in the X chromosome -46,X,inv(X)(p22.1q28), with breakpoints in the cytobands where the MECP2 and CDKL5 genes are located. FISH analysis revealed that the MECP2 gene is not dislocated by the inversion. However, and in spite of a balanced pattern of X inactivation, this patient displayed hypomethylation and an overexpression of the MECP2 gene at the mRNA level in the lymphocytes (mean fold change: 2.55±0.38) in comparison to a group of control individuals; the expression of the CDKL5 gene was similar to that of controls (mean fold change: 0.98±0.10). No gains or losses were detected in the breakpoint regions encompassing known or suspected transcription regulatory elements. We propose that the de-regulation of MECP2 expression in this patient may be due to alterations in long-range genomic interactions caused by the inversion and hypothesize that this type of epigenetic de-regulation of the MECP2 may be present in other RTT-like patients.

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.

Poly(vinylidene fluoride-co-chlorotrifluoroethylene) (PVDF-CTFE) lithium-ion battery separator membranes prepared by phase inversion

Separator membranes based on poly(vinylidene fluoride-co-chlorotrifluoroethylene) (PVDF-CTFE) were prepared by solvent casting technique based on its phase diagram in N,Ndimethylformamide (DMF) solvent. The microstructure of the PVDF-CTFE separator membranes depends on the initial position (temperature and concentration) of the solution in the phase diagram of the PVDF-CTFE/DMF system. A porous microstructure is achieved for PVDF-CTFE membranes with solvent evaporation temperature up to 50 ºC for a polymer/solvent relative concentration of 20 wt%. The ionic conductivity of the separator depends on the degree of porosity and electrolyte uptake, the highest room temperature value being 1.5 mS.cm-1 for the sample with 20 wt% of polymer concentration and solvent evaporation temperature at 25 ºC saturated with 1 mol L-1 lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (LiTFSI) in propylene carbonate (PC). This PVDF-CTFE separator membrane in Li/C-LiFePO4 half-cell shows good cyclability and rate capability, showing a discharge value after 50 cycles of 92 mAh.g-1 at 2 C, which is still 55% of the theoretical value. PVDF-CTFE separators are thus excellent candidates for high-power and safety lithium-ion batteries applications.