Positive Epistasis Drives the Acquisition of Multidrug Resistance

The evolution of multiple antibiotic resistance is an increasing global problem. Resistance mutations are known to impair fitness, and the evolution of resistance to multiple drugs depends both on their costs individually and on how they interact-epistasis. Information on the level of epistasis between antibiotic resistance mutations is of key importance to understanding epistasis amongst deleterious alleles, a key theoretical question, and to improving public health measures. Here we show that in an antibiotic-free environment the cost of multiple resistance is smaller than expected, a signature of pervasive positive epistasis among alleles that confer resistance to antibiotics. Competition assays reveal that the cost of resistance to a given antibiotic is dependent on the presence of resistance alleles for other antibiotics. Surprisingly we find that a significant fraction of resistant mutations can be beneficial in certain resistant genetic backgrounds, that some double resistances entail no measurable cost, and that some allelic combinations are hotspots for rapid compensation. These results provide additional insight as to why multi-resistant bacteria are so prevalent and reveal an extra layer of complexity on epistatic patterns previously unrecognized, since it is hidden in genome-wide studies of genetic interactions using gene knockouts.

UMA ABORDAGEM YEAST TWO-HYBRID PARA O ESTUDO DA REPLICAÇÃO E PATOGÉNESE DO VÍRUS DA HEPATITE DELTA

O vírus da hepatite delta (HDV) é o agente etiológico de uma das formas mais graves de hepatite viral e é ainda endémico em diversas regiões do globo, nomeadamente em África, na Amazónia e no Extremo Oriente. O HDV co-infecta ou super-infecta hepatócitos infectados com o vírus da hepatite B (HBV) aumentando em cerca de 10 vezes o risco de cirrose e hepatite fulminante. A associação clínica entre os dois vírus deve-se ao facto do invólucro do HDV ser constituído pelos antigénios de superfície do HBV (HBsAgs) que são necessários para a propagação da infecção. O genoma do HDV é constituído por uma molécula de RNA de cadeia simples, circular, com cerca de 1.7 Kb, que possui cerca de 70% de emparelhamento interno. Foi identificada uma única grelha de leitura aberta (ORF) no RNA viral que codifica para o antigénio delta (HDAg). A ocorrência de um mecanismo de editing do RNA, resulta na expressão de duas formas do HDAg, a pequena (S-HDAg) e a grande (L-HDAg). Várias funções essenciais para a replicação do HDV têm sido atribuídas a ambas as formas do HDAg, sendo a S-HDAg essencial para a acumulação de RNA viral e a L-HDAg responsável pela interacção com os HBsAgs para formar partículas virais. No entanto, dada a simplicidade dos seus componentes, admite-se que a replicação viral depende das interacções estabelecidas entre os HDAgs e factores celulares do hospedeiro. Apesar do número considerável de factores celulares descritos como interactores dos HDAgs ou RNA virais, a importância de muitas destas interacções não foi elucidada e muitas etapas do ciclo de replicação do HDV permanecem pouco claras. Para além disso, dado o número limitado de factores do hospedeiro que estão envolvidos na sua replicação, é muito provável que um número elevado de interactores do HDV permaneça por identificar. Este trabalho teve como objectivo a identificação de proteínas de fígado humano capazes de interagir com os HDAgs, utilizando o sistema yeast Two-Hybrid (YTH). Identificaram-se trinta proteínas com capacidade de interagir com a S-HDAg no sistema YTH, sendo que estas proteínas se encontram envolvidas em diferentes processos celulares. Com base nas características funcionais, foram seleccionadas três destas proteínas e as suas interacções com a S-HDAg foram investigadas com maior detalhe. As três proteínas seleccionadas foram a ribonucleoproteína nuclear heterogénea C (hnRNPC), a embryonic lethal abnormal vision like1 (ELAVL1/HuR) e a proteína 2 de ligação a EBNA1 (EBP2). As duas primeiras são proteínas de ligação a RNA, previamente descritas como envolvidas em processos de replicações de outros vírus com genoma RNA, enquanto a EBP2, é uma proteína de localização preferencialmente nucleolar, tal como por vezes acontece com os HDAgs. As interacções foram analisadas recorrendo a vários ensaios bioquímicos. No caso da hnRNPC e da HuR, após validação no sistema YTH, a capacidade de interacção com a S-HDAg foi confirmada quer in vitro por blot overlay quer in vivo por co-imunoprecipitação em células de hepatoma humano. Nas mesmas células, observou-se uma co-localização considerável entre os HDAgs e os RNAs virais. Finalmente, de modo a investigar a contribuição das proteínas hnRNPC e HuR na replicação do HDV, procedeu-se ao silenciamento destas proteínas pela utilização de short hairpin RNAs (shRNAs) específicos para os mRNAs correspondentes Observou-se que o silenciamento de ambas as proteínas hnRNPC e HuR endógenas, individualmente resultou numa diminuição acentuada nos níveis de expressão dos HDAgs. No que respeita à EBP2, a interacção com a S-HDAg foi confirmada em condições in vitro com recurso a ensaios de blot overlay e de cromatografia de afinidade. A análise por imunofluorescência indirecta e microscopia confocal revelou co-localização elevada entre os HDAgs e a EBP2, principalmente nos nucléolos de células de hepatoma humano. Finalmente, foi ainda utilizado o sistema YTH para estudar os mecanismos de importação dos HDAgs. Assim, este sistema foi utilizado com o propósito de identificar proteínas celulares capazes de interagir com um domínio específico dos HDAgs, o sinal de localização nuclear (NLS). Na pesquisa YTH realizada obtiveram-se 161 clones positivos, sendo que um deles mostrou codificar para a carioferina α4 (KPNA4). A interacção da KPNA4 com a S-HDAg foi reproduzida em condições in vitro através de um ensaio de cromatografia de afinidade tendo sido utilizadas formas recombinantes das duas proteínas. Este trabalho permitiu identificar várias proteínas celulares que interagem com a S-HDAg. Obtiveram-se evidências sugestivas de que algumas das proteínas identificadas podem desempenhar funções importantes no ciclo de replicação do HDV e que abrem novas perspectivas para o estudo do ciclo de replicação do vírus.

Conventional and molecular typing of Salmonella typhi strains from Brazil

Phenotypic and genotypic characteristics of Salmonella Typhi were studied in 30 strains, isolated in different years, from some areas in Brazil. Conventional typing methods were performed by biochemical tests, Vi phage-typing scheme, and antimicrobial susceptibility test. Molecular typing methods were performed by analysis of plasmid DNA and by random amplified polymorphic DNA (RAPD-PCR). For the latter, an optimization step was performed to ensure the reproducibility of the process in genetic characterization of S. Typhi. The predominance of 76.7% of biotype I (xylose +, arabinose -) was noticed in all studied areas. Three phage types were recognized, with prominence for the phage types A (73.3%) and I+IV (23.3%). All the strains were susceptible to the drugs used. However, 36.7% of the strains contained plasmids, with predominance of the 105 Kb plasmid. RAPD was capable of grouping the strains in 8 genotypic patterns using primer 784, in 6, using primer 787 and in 7, using primer 797. Conventional phenotypic typing methods, as well as the DNA plasmid analysis, presented nonsignificant discriminatory power; however, RAPD-PCR analysis showed discriminatory power, reproducibility, easy interpretation and performance, being considered as a promising alternative typing method for S. Typhi.

Plasmid profile in oral Fusobacterium nucleatum from humans and Cebus apella monkeys

Fusobacterium nucleatum is a strict anaerobe and is indigenous of the human oral cavity. This organism is commonly recovered from different monomicrobial and mixed infections in humans and animals. In this study, the plasmid profile, the plasmid stability and the penicillin-resistance association in oral F. nucleatum isolated from periodontal patients, healthy subjects and Cebus apella monkeys were evaluated. Forty-five F. nucleatum strains from patients, 38 from healthy subjects and seven from C. apella were identified and analyzed. Plasmid extraction was performed in all the isolated strains. These elements were found in 26.7% strains from patients and one strain from C. apella. Strains from healthy subjects did not show any plasmid. Most of strains showed two plasmid bands ranging from 4 to 16 Kb, but digestions with endonucleases showed that they belonged to a single plasmid. The plasmid profile was similar and stable in human and monkey strains. Also, plasmids were classified into three groups according to size. Two strains were positive to beta-lactamase production and no plasmid DNA-hybridization with a beta-lactamase gene probe was observed, suggesting a chromosomal resistance.

Amostragem Adaptativa em Redes de Sensores

Uma nova área tecnológica está em crescente desenvolvimento. Esta área, denominada de internet das coisas, surge na necessidade de interligar vários objetos para uma melhoria a nível de serviços ou necessidades por parte dos utilizadores. Esta dissertação concentra-se numa área específica da tecnologia internet das coisas que é a sensorização. Esta rede de sensorização é implementada pelo projeto europeu denominado de Future Cities [1] onde se cria uma infraestrutura de investigação e validação de projetos e serviços inteligentes na cidade do Porto. O trabalho realizado nesta dissertação insere-se numa das plataformas existentes nessa rede de sensorização: a plataforma de sensores ambientais intitulada de UrbanSense. Estes sensores ambientais que estão incorporados em Data Collect Unit (DCU), também denominados por nós, medem variáveis ambientais tais como a temperatura, humidade, ozono e monóxido de carbono. No entanto, os nós têm recursos limitados em termos de energia, processamento e memória. Apesar das grandes evoluções a nível de armazenamento e de processamento, a nível energético, nomeadamente nas baterias, não existe ainda uma evolução tão notável, limitando a sua operacionalidade [2]. Esta tese foca-se, essencialmente, na melhoria do desempenho energético da rede de sensores UrbanSense. A principal contribuição é uma adaptação do protocolo de redes Ad Hoc OLSR (Optimized Link State Routing Protocol) para ser usado por nós alimentados a energia renovável, de forma a aumentar a vida útil dos nós da rede de sensorização. Com esta contribuição é possível obter um maior número de dados durante períodos de tempo mais longos, aproximadamente 10 horas relativamente às 7 horas anteriores, resultando numa maior recolha e envio dos mesmos com uma taxa superior, cerca de 500 KB/s. Existindo deste modo uma aproximação analítica dos vários parâmetros existentes na rede de sensorização. Contudo, o aumento do tempo de vida útil dos nós sensores com recurso à energia renovável, nomeadamente, energia solar, incrementa o seu peso e tamanho que limita a sua mobilidade. Com o referido acréscimo a determinar e a limitar a sua mobilidade exigindo, por isso, um planeamento prévio da sua localização. Numa primeira fase do trabalho analisou-se o consumo da DCU, visto serem estes a base na infraestrutura e comunicando entre si por WiFi ou 3G. Após uma análise dos protocolos de routing com iv suporte para parametrização energética, a escolha recaiu sobre o protocolo OLSR devido à maturidade e compatibilidade com o sistema atual da DCU, pois apesar de existirem outros protocolos, a implementação dos mesmos, não se encontram disponível como software aberto. Para a validação do trabalho realizado na presente dissertação, é realizado um ensaio prévio sem a energia renovável, para permitir caracterização de limitações do sistema. Com este ensaio, tornou-se possível verificar a compatibilidade entre os vários materiais e ajustamento de estratégias. Num segundo teste de validação é concretizado um ensaio real do sistema com 4 nós a comunicar, usando o protocolo com eficiência energética. O protocolo é avaliado em termos de aumento do tempo de vida útil do nó e da taxa de transferência. O desenvolvimento da análise e da adaptação do protocolo de rede Ad Hoc oferece uma maior longevidade em termos de tempo de vida útil, comparando ao que existe durante o processamento de envio de dados. Apesar do tempo de longevidade ser inferior, quando o parâmetro energético se encontra por omissão com o fator 3, a realização da adaptação do sistema conforme a energia, oferece uma taxa de transferência maior num período mais longo. Este é um fator favorável para a abertura de novos serviços de envio de dados em tempo real ou envio de ficheiros com um tamanho mais elevado.

Unveiling the mating system and genetic variability in the yeast Kwoniella mangroviensis using molecular approaches

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Genética Molecular e Biomedicina

Deletions within COL11A1 in Type 2 Stickler Syndrome Detected by Multiplex Ligation - Syndrome Detected by Multiplex Ligation Dependent Probe Amplification (MLPA)

Background: COL11A1 is a large complex gene around 250 kb in length and consisting of 68 exons. Pathogenic mutations in the gene can result in Stickler syndrome, Marshall syndrome or Fibrochondrogenesis. Many of the mutations resulting in either Stickler or Marshall syndrome alter splice sites and result in exon skipping, which because of the exon structure of collagen genes usually leaves the message in-frame. The mutant protein then exerts a dominant negative effect as it co-assembles with other collagen gene products. To date only one large deletion of 40 kb in the COL11A1, which was detected by RT-PCR, has been characterized. However, commonly used screening protocols, utilizing genomic amplification and exon sequencing, are unlikely to detect such large deletions. Consequently the frequency of this type of mutation is unknown. Case presentations: We have used Multiplex Ligation-Dependent Probe Amplification (MLPA) in conjunction with exon amplification and sequencing, to analyze patients with clinical features of Stickler syndrome, and have detected six novel deletions that were not found by exon sequencing alone. Conclusion: Exon deletions appear to represent a significant proportion of type 2 Stickler syndrome. This observation was previously unknown and so diagnostic screening of COL11A1 should include assays capable of detecting both large and small deletions, in addition to exon sequencing.

Mechanism of interleukin-8 induction by human cytomegalovirus UL76 protein

Dissertation presented to obtain the Ph.D degree in Biology

Clinical and Genetic Characterization of Portuguese Patients with Pseudohypoparathyroidism Type Ib

Patients with pseudohypoparathyroidism type Ib (PHP-Ib) present hypocalcemia and hyperphosphatemia, as a consequence of a resistance to PTH action, through its G-protein-coupled receptor, in the renal tubules. This resistance results from tissue-specific silencing of the G-protein alpha-subunit (G(s)α), due to imprinting disruption of its encoding locus--GNAS. In familial PHP-Ib, maternally inherited deletions at the STX16 gene are associated to a regional GNAS methylation defect. In sporadic PHP-Ib, broad methylation changes at GNAS arise from unknown genetic causes. In this study, we describe the clinical presentation of PHP-Ib in four Portuguese patients (two of whom were siblings), and provide further insight for the management of patients with this disease. The diagnosis of PHP-Ib was made after detection of GNAS imprinting defects in each of the cases. In the siblings, a regional GNAS methylation change resulted from a known 3.0 kb STX16 deletion. In the other two patients, the broad methylation defects at GNAS, which were absent in their relatives, resulted from genetic alterations that remain to be identified. We report the first clinical and genetic study of Portuguese patients with PHP-Ib. The genetic identification of a hereditary form of this rare disease allowed an early diagnosis, and may prevent hypocalcemia-related complications.

Emergência da múltipla resistência a antimicrobianos em Vibrio cholerae isolados de pacientes com gastroenterite no Ceará, Brasil

Das 7058 amostras de Vibrio cholerae isoladas de pacientes com suspeita de síndrome coleriforme, no período de 1991 a 1993, no Estado do Ceará, foram detectadas duas com as características de múltipla resistência aos antimicrobianos (tetraciclina, ampicilina, eritromicina, sulfametoxazol-trimetoprima) e ao composto vibriostático O/129 (2,4-diamino-6,7-diisopropilpteridina). Do ponto de vista bacteriológico uma amostra foi identificada como V. cholerae sorogrupo O:1, biotipo El Tor e sorovar Inaba e a outra, caracterizada como V. cholerae sorogrupo O:22, classificada bioquimicamente no tipo II de Heiberg. Foi demonstrado que apenas na amostra do sorogrupo O:1, a multirresistência era codificada por um plasmídio, transferível por conjugação para Escherichia coli K12 e amostras sensíveis de V. cholerae O1 e não O1, numa freqüência entre 8x10-2 a 5x10-6. O plasmídio responsável pela multirresistência apresentou um peso molecular de 147 Kb, compatível com as descrições em outras partes do mundo.

Molecular characterization of a de novo t (11;18) translocation associated with Peter´s anomaly

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Genética Molecular e Biomedicina

Assessment of a novel Cu (II) complex as a potential anticancer agent

Widely used in cancer treatment, chemotherapy still faces hindering challenges, ranging from severe induced toxicity to drug resistance acquisition. As means to overcome these setbacks, newly synthetized compounds have recently come into play with the basis of improved pharmacokinetic/pharmacodynamic properties. With this mind-set, this project aimed towards the antiproliferative potential characterization of a group of metallic compounds. Additionally the incorporation of the compounds within a nanoformulation and within new combination strategies with commercial chemotherapeutic drugs was also envisaged. Cell viability assays presented copper (II) compound (K4) as the most promising, presenting an IC50 of 6.10 μM and 19.09 μM for HCT116 and A549 cell line respectively. Exposure in fibroblasts revealed a 9.18 μM IC50. Hoechst staining assays further revealed the compound’s predisposition to induce chromatin condensation and nuclear fragmentation in HCT116 upon exposure to K4 which was later demonstrated by flow cytometry and annexin V-FITC/propidium iodide double staining analysis (under 50 % cell death induction). The compound further revealed the ability to interact with major macromolecules such as DNA (Kb = 2.17x105 M-1), inducing structural brakes and retardation, and further affecting cell cycle progression revealing delay in S-phase. Moreover BSA interactions were also visible however not conclusive. Proteome profiling revealed overexpression of proteins involved in metabolic activity and underexpression of proteins involved in apoptosis thus corroborating Hoechst and apoptosis flow cytometry data. K4 nanoformulation suffered from several hindrances and was ill succeeded in part due to K4’s poor solubility in aqueous buffers. Other approaches were considered in this regard. Combined chemotherapy assays revealed high cytotoxicity for afatinib and lapatinib strategies. Lapatinib and K4 proteome profiling further revealed high apoptosis rates, high metabolic activity and activation of redundant proteins as part of compensatory mechanisms.

O uso da cultura celular (Hela) para triagem de novas drogas com ação "antitumoral"

A descoberta de novas drogas (produtos naturais e substâncias sintéticas) com atividade antineoplástica vem sendo dificultada devido ao teste de laboratório "in vitro". Optou-se, então por usar para triagem dessas drogas antitumorais a cultura de cálula humana neoplástica cultivada de modo contínuo: a linhagem de célula Hela derivada por Gey de uma carcinoma uterino humano. Foi utilizada uma cultura de célula estacionária, diluída 0-20 mcg/ml (conteúdo proteico celular, segundo técnica de Oyama e Eagle) em meio basal de Eagle com 10% de soro de vitelo, acrescido de penicilina 100 unidades/ml, estreptomicina 100 mcg/ml e fungizon 5 mcg/ml. A essa cultura adicionou-se o material a ser testado em doses compreendidas entre 0,001 mcg/ml a 100 mcg/ml. Após 72 horas, os resultados foram analisados para determinar-se a DI 50 (dose que inibe 50% do crescimento celular comparado ao controle). O numero de experimentos foram constantes para uma mesma droga. Foram testados 18 substâncias sintéticas e 16 produtos naturais. Consideraram-se ativas as amostras com DI 50≤40 mcg/ml para produtos naturais e com DI 50≤8 mcg/ml para substâncias sintéticas devido a menor sensibilidade da referida linhagem celular em relação a KB (derivada de carcinoma epidermóide de nasofaringe humana) cultura utilizada pelo National Cancer Institute (U.S.A) para objetivos similares ao proposto no presente trabalho.

Modelo in vitro de ateroesclerosis: Efecto de la infección con Trypanosoma cruzi, lípidos y lipoproteínas sobre la expresión de receptores Toll-like y scavengers en la formación de células espumosas derivadas de macrófagos

Los receptores Toll-like (TLRs) son receptores ancestrales que reconocen modelos moleculares asociados a patógenos y nos defienden de los microorganismos. Su activación por vías de señalización que involucran al factor de transcripción NF-kB, estimula la producción de citoquinas inflamatorias, quimioquinas, moléculas de adhesión y procoagulantes. Recientemente se ha documentado la participación de TLR 2 y 4 en el desarrollo /progresión del ateroma en modelos experimentales in vivo, siendo postulados como nexo entre inflamación, infecciones y ateroesclerosis. Infecciones bacterianas y virales han demostrado jugar un papel en su desarrollo. Sin embargo, el rol de parásitos intracelulares obligados -Trypanosoma cruzi- ha sido escasamente explorado. Los macrófagos, células claves del sistema inmune innato, que pueden ser infectadas in vivo e in vitro por este parásito, expresan en su superficie receptores multiligando scavenger (SR) clase B. Entre ellos, CD 36, capta lipoproteínas de baja densidad (LDL) oxidadas y este mecanismo endocítico no controlado por feedback favorecería la formación de células espumosas, la lesión más temprana de ateroesclerosis. El objetivo general de este proyecto es contribuir a esclarecer el conocimiento de los mecanismos bioquímicos, celulares y moleculares que participan en la formación de células espumosas derivadas de macrófagos. Determinar el efecto de potenciales factores aterogénicos sobre receptores Toll-like and SR-CD 36, permitiría diseñar terapias alternativas tendientes a modular su actividad con la finalidad de disminuir la elevada morbilidad/mortalidad que ocasiona la ateroesclerosis en la sociedad occidental. En nuestro modelo proponemos los siguientes objetivos específicos: -Dilucidar el compromiso de TLRs y SR-clase B en el proceso de aterogenésis, específicamente en la formación de células espumosas.-Investigar la influencia de la infección por T. cruzi, ácidos grasos y LDL modificadas como factores aditivos en la formación de estas células. -Evaluar el efecto de ligandos agonistas de TLR2/4 y SR-CD 36. -Determinar el perfil de citoquinas inflamatorias liberadas en el sobrenadante de los cultivos celulares. -Estudiar el efecto metabólico de las hormonas insulina y adipoquinas en el proceso bioquímico y celular que permite la formación de células espumosas.

Polimorfismo del general del receptor de vitamina D y densidad mineral ósea en mujeres porstmenopáusicas sanas u osteoporóticas de la Ciudad de Córdoba

La osteoporosis es considerada en la actualidad como uno de los problemas de salud humana más preocupantes en varias partes del mundo. El incremento de las expectativas de la vida promedio de los individuos tiende a incrementar el número de casos, lo cual hace que el problema pueda ser mayor en el futuro. Esta enfermedad compleja, relacionada con la edad, se caracteriza por una disminución de la densidad mineral ósea (conocida con la sigla inglesa BMD que significa bone mineral density), rigidez muscular, inestabilidad postural y alteraciones que conducen a fracturas o riesgo de fracturas. Una BMD baja parecería ser el principal factor de riesgo para el desarrollo de la osteoporosis y fracturas relacionadas. La enfermedad se confirma cuando el valor de BMD se encuentra 2,5 desviaciones estándar por debajo de la BMD correspondiente a individuos normales jóvenes. La densidad mineral ósea promedio es mayor en el hombre que en la mujer; se incrementa durante la adolescencia, se mantiene constante en la adultez. (...) (...) En la osteoporosis, el metabolismo del calcio también está alterado, de allí que el gen de VDR es considerado como uno de los factores a tener en cuenta en el desarrollo de esta enfermedad. El gen del VDR humano está localizado en el cromosoma 12, está constituido por 11 exones dispuestos en 75 Kb de ADN que da origen a un transcripto ARNm de aproximadamente 4800 nucleótidos que codifican por una proteína de 427 aa. El exón 9 es el más grande y contiene una larga región 3´ no traducida que produce un importante polimorfismo de secuencias en la región no codificante. Objetivos específicos: 1. Establecer la correlación entre el genotipo del receptor de vitamina D y la densidad mineral ósea en mujeres postmenopáusicas sanas y osteoporóticas en una muestra de población de la ciudad de Córdoba. 2. Analizar las frecuencias genotípicas del gen del receptor de vitamina D para Bsm-1 en mujeres sanas y osteoporóticas en relación a la edad y a los años después de la menopausia. 3. Determinar la relación entre marcadores óseos bioquímicos, el status de vitamina D y el genotipo Bsm-1. 4. Interpretar la utilidad del estudio del genotipo del receptor de vitamina D en el diagnóstico y pronóstico del desarrollo de la osteoporosis en la población femenina de la ciudad de Córdoba.