Tapping the wealth of microbial data in high-throughput metabolic model reconstruction

Genome-scale metabolic models are valuable tools in the metabolic engineering process, based on the ability of these models to integrate diverse sources of data to produce global predictions of organism behavior. At the most basic level, these models require only a genome sequence to construct, and once built, they may be used to predict essential genes, culture conditions, pathway utilization, and the modifications required to enhance a desired organism behavior. In this chapter, we address two key challenges associated with the reconstruction of metabolic models: (a) leveraging existing knowledge of microbiology, biochemistry, and available omics data to produce the best possible model; and (b) applying available tools and data to automate the reconstruction process. We consider these challenges as we progress through the model reconstruction process, beginning with genome assembly, and culminating in the integration of constraints to capture the impact of transcriptional regulation. We divide the reconstruction process into ten distinct steps: (1) genome assembly from sequenced reads; (2) automated structural and functional annotation; (3) phylogenetic tree-based curation of genome annotations; (4) assembly and standardization of biochemistry database; (5) genome-scale metabolic reconstruction; (6) generation of core metabolic model; (7) generation of biomass composition reaction; (8) completion of draft metabolic model; (9) curation of metabolic model; and (10) integration of regulatory constraints. Each of these ten steps is documented in detail.

Experimental Model of Gene Transfection in Healthy Canine Myocardium: Perspectives of Gene Therapy for Ischemic Heart Disease

OBJECTIVE: To assess the transfection of the gene that encodes green fluorescent protein (GFP) through direct intramyocardial injection. METHODS: The pREGFP plasmid vector was used. The EGFP gene was inserted downstream from the constitutive promoter of the Rous sarcoma virus. Five male dogs were used (mean weight 13.5 kg), in which 0.5 mL of saline solution (n=1) or 0.5 mL of plasmid solution containing 0.5 µg of pREGFP/dog (n=4) were injected into the myocardium of the left ventricular lateral wall. The dogs were euthanized 1 week later, and cardiac biopsies were obtained. RESULTS: Fluorescence microscopy showed differences between the cells transfected and not transfected with pREGFP plasmid. Mild fluorescence was observed in the cardiac fibers that received saline solution; however, the myocardial cells transfected with pREGFP had overt EGFP expression. CONCLUSION: Transfection with the EGFP gene in healthy canine myocardium was effective. The reproduction of this efficacy using vascular endothelial growth factor (VEGF) instead of EGFP aims at developing gene therapy for ischemic heart disease.

Estrategias estadístico-computacionales avanzadas para análisis de expresión de proteínas/genes en cáncer. Advanced statistical and computational strategies for protein/gene expression analysis in cancer.

El objetivo de este proyecto, enmarcado en el área de metodología de análisis en bioingeniería-biotecnología aplicadas al estudio del cancer, es el análisis y caracterización a través modelos estadísticos con efectos mixtos y técnicas de aprendizaje automático, de perfiles de expresión de proteínas y genes de las vías metabolicas asociadas a progresión tumoral. Dicho estudio se llevará a cabo mediante la utilización de tecnologías de alto rendimiento. Las mismas permiten evaluar miles de genes/proteínas en forma simultánea, generando así una gran cantidad de datos de expresión. Se hipotetiza que para un análisis e interpretación de la información subyacente, caracterizada por su abundancia y complejidad, podría realizarse mediante técnicas estadístico-computacionales eficientes en el contexto de modelos mixtos y técnias de aprendizaje automático. Para que el análisis sea efectivo es necesario contemplar los efectos ocasionados por los diferentes factores experimentales ajenos al fenómeno biológico bajo estudio. Estos efectos pueden enmascarar la información subycente y así perder informacion relavante en el contexto de progresión tumoral. La identificación de estos efectos permitirá obtener, eficientemente, los perfiles de expresión molecular que podrían permitir el desarrollo de métodos de diagnóstico basados en ellos. Con este trabajo se espera poner a disposición de investigadores de nuestro medio, herramientas y procedimientos de análisis que maximicen la eficiencia en el uso de los recursos asignados a la masiva captura de datos genómicos/proteómicos que permitan extraer información biológica relevante pertinente al análisis, clasificación o predicción de cáncer, el diseño de tratamientos y terapias específicos y el mejoramiento de los métodos de detección como así tambien aportar al entendimieto de la progresión tumoral mediante análisis computacional intensivo.

O polimorfismo VNTR no gene codificador do antagonista do receptor da interleucina-1 está associado com a doença arterial coronariana

FUNDAMENTO: A Doença Arterial Coronariana (DAC) é a aterosclerose das artérias coronárias que transportam o sangue para o coração. A aterosclerose é uma doença inflamatória. As variações gênicas das citocinas - como as associadas à família IL1 - fazem parte da patogênese da aterosclerose. OBJETIVO: O objetivo deste estudo foi determinar a relação entre os polimorfismos da família IL1 (VNTR do IL1RN, posições -511 e +3953 do IL1B) e a DAC na população turca. MÉTODOS: Um total de 427 indivíduos foram submetidos à angiografia coronariana e em seguida divididos da seguinte forma: 170 no grupo controle e 257 no grupo de pacientes com DAC. Os sujeitos com DAC foram divididos em dois subgrupos: 91 no grupo de Doença Coronariana em um único vaso (Single Vessel Disease - SVD) e 166 no grupo Doença Coronariana em múltiplos vasos (Multiple Vessel Disease - MVD). Os genótipos de IL1RN e IL1B (-511, +3953) foram determinados por reação em cadeia da polimerase (RCP), seguida de análise da digestão por enzima de restrição. RESULTADOS: Não foram observadas diferenças significantes nas distribuições de genótipos de IL1RN e IL1B (-511 e +3953) entre os sujeitos com DAC e os controles, ou entre sujeitos com MVD e controles. No entanto, observou-se uma relação significante no genótipo IL1RN 2/2 entre sujeitos portadores de SVD e controles (P= 0,016, x2: 10,289, OR: 2,94IC 95% 1,183 - 7,229). Tampouco foi observada diferença estatisticamente significante nas freqüências dos alelos de IL1RN e IL1B (-511 e +3953) entre os sujeitos com DAC e controles, os sujeitos com MVD e controles, ou ainda os sujeitos SVD e controles. CONCLUSÃO: Não foi observada nenhuma relação na freqüência alélica e nem na distribuição genotípica dos polimorfismos de IL1RN e IL1B entre sujeitos com DAC e grupos controle. No entanto, o genótipo IL1RN 2/2 pode representar um fator de risco para sujeitos com SVD na população turca.

Polimorfismo K121Q do gene ENPP1 e cardiopatia isquêmica em pacientes com diabete melito

FUNDAMENTO: O gene ecto-nucleotídeo pirofosfatase/fosfodiesterase 1 (ENPP1) é um gene candidato à resistência insulínica. A resistência à insulina é um componente importante da síndrome metabólica e tem sido implicada no desenvolvimento de doença cardíaca isquêmica (DCI). OBJETIVO: Avaliar a associação entre o polimorfismo K121Q do gene ENPP1 e a presença da DCI em pacientes caucasianos com diabete melito (DM) tipo 2. MÉTODOS: Estudo transversal foi realizado em pacientes com DM tipo 2 (n=573; 50,6% homens; idade 59,5±10,4 anos). DCI foi definida pela presença de angina ou infarto agudo do miocárdio pelo questionário cardiovascular da Organização Mundial da Saúde e/ou alterações compatíveis no ECG (código Minnesota) ou cintilografia miocárdica. O polimorfismo K121Q foi genotipado através da técnica de PCR e digestão enzimática. RESULTADOS: DCI esteve presente em 209 (36,5%) pacientes. A frequência dos genótipos KK, KQ e QQ entre os pacientes com DCI foi 60,8%, 34,4% e 4,8%, semelhante à distribuição dos genótipos entre os pacientes sem DCI (64,0%, 32,7% e 3,3%, P = 0,574). Não se observou diferença nas características clínicas ou laboratoriais entre os três genótipos, nem em relação à presença de síndrome metabólica. CONCLUSÃO: Nenhuma associação foi encontrada entre o polimorfismo K121A do gene ENPP1 e a presença de DCI ou características fenotípicas de resistência insulínica.

Efeitos da atorvastatina e do polimorfismo T-786C do gene eNOS sobre parâmetros do metabolismo lipídico plasmático

FUNDAMENTO: A atividade do óxido nítrico sintase endotelial (eNOS) pode ser modulada pelo colesterol da lipoproteína de alta densidade (HDL-C), estatinas ou polimorfismos, como o T-786C de eNOS. OBJETIVO: Este estudo teve como objetivo avaliar se o polimorfismo T-786C está associado a alterações nos efeitos da atorvastatina no perfil lipídico, nas concentrações de metabólitos de óxido nítrico (NO) e da proteína C reativa de alta sensibilidade (PCR-as). MÉTODOS: Trinta voluntários do sexo masculino, assintomáticos, com idade entre 18-56 anos foram genotipados e classificados de acordo com a ausência (TT, n = 15) ou presença (CC, n = 15) do polimorfismo. Eles foram selecionados aleatoriamente para a utilização de placebo e atorvastatina (10 mg/dia por 14 dias). Após cada tratamento foram medidos lípides, lipoproteínas, frações HDL2 e HDL3, atividade da proteína de transferência de colesteril éster (CETP), metabólitos de NO e PCR-as. RESULTADOS: As comparações entre genótipos após a administração de placebo mostraram aumento da atividade da CETP polimorfismo-dependente (TT, 12 ± 7; CC, 22 ± 12, p < 0,05). As análises da interação entre os tratamentos indicaram que a atorvastatina tem efeito sobre colesterol, LDL, nitrito e razões lípides/proteínas (HDL2 e HDL3) (p < 0,001) em ambos os genótipos. É interessante notar as interações genótipo/droga sobre a CETP (p < 0,07) e a lipoproteína (a) [Lp(a)] (p < 0,056), levando a uma diminuição limítrofe da CETP, embora sem afetar a Lp(a). A PRC-as não mostrou alterações. CONCLUSÃO: Os resultados sugerem que o tratamento com estatinas pode ser relevante para a prevenção primária da aterosclerose em pacientes com o polimorfismo T-786C do eNOS, considerando os efeitos no metabolismo lipídico.

O polimorfismo do gene AKL7 está associado ao risco de síndrome metabólica e à remodelação cardiovascular

FUNDAMENTO: Quinase Tipo Receptor de Ativina 7 (ALK7) é um tipo de receptor I para a superfamília TGF-β e recentemente apresentou ter uma função importante na manutenção de homeostase metabólica. OBJETIVO: Investigar a associação do polimorfismo do gene ALK7 à síndrome metabólica (SMet) e remodelação cardiovascular em pacientes com SMet. MÉTODOS: O polimorfismo de nucleotídeo único rs13010956 no gene ALK7 foi genotipado em 351 indivíduos chineses submetidos à ultrassonografia cardíaca e das carótidas. As associações do polimorfismo do gene ALK7 ao fenótipo e aos parâmetros da síndrome metabólica e características ultrassônicas cardiovasculares foram analisadas. RESULTADOS: O polimorfismo de rs13010956 no gene ALK7 foi considerado significativamente relacionado ao fenótipo de SMet em mulheres (p < 0,05) e significativamente associado à pressão sanguínea em populações totais (p < 0,05) e femininas (p < 0,01). Outras análises revelaram que rs13010956 estava associado à média da espessura íntima-média de artérias carótidas em mulheres (p < 0,05). Após o controle do índice de massa corporal, pressão arterial, glicemia em jejum e triglicérides, o rs13010956 também foi considerado significativamente associado ao índice de massa do ventrículo esquerdo em populações totais (p < 0,05) e femininas (p < 0,05). CONCLUSÃO: Nossos achados sugeriram que o polimorfismo de rs13010956 do gene ALK7 estava significativamente vinculado ao risco de SMet em mulheres e pode estar envolvido na remodelação cardiovascular em pacientes com SMet.

Analyse der Informationsverarbeitung in CHL1-defizienten Mäusen mittels metabolischer Markierung, Expressionsstudien der Immediate-Early-Gene c-fos und arg3.1/arc sowie verhaltensbiologischer Tests

Close homolog of L1, neural cell recognition molecules, c-fos, arg3.1, arc, immediat early genes, novelty, information processing, behavioral tests

Effects of neural nitric oxide synthase gene inactivation on the neurodocrine stress response in mice

Neural nitric oxide synthase, neuroendocrine stress response, forced swimming, nNOS KO mice, hypothalamus, adrenal gland

APOE and LDLR Gene Polymorphisms and Dyslipidemia Tracking. Rio de Janeiro Study

Background:Studies show an association between changes in apolipoprotein E (ApoE) and LDLR receptor with the occurrence of dyslipidemia.Objectives:To investigate the association between polymorphisms of the APOE (ε2, ε3, ε4) and LDLR (A370T) genes with the persistence of abnormal serum lipid levels in young individuals followed up for 17 years in the Rio de Janeiro Study.Methods:The study included 56 individuals (35 males) who underwent three assessments at different ages: A1 (mean age 13.30 ± 1.53 years), A2 (22.09 ± 1.91 years) and A3 (31.23 ± 1.99 years). Clinical evaluation with measurement of blood pressure (BP) and body mass index (BMI) was conducted at all three assessments. Measurement of waist circumference (WC) and serum lipids, and analysis of genetic polymorphisms by PCR-RFLP were performed at A2 and A3. Based on dyslipidemia tracking, three groups were established: 0 (no abnormal lipid value at A2 and A3), 1 (up to one abnormal lipid value at A2 or A3) and 2 (one or more abnormal lipid values at A2 and A3).Results:Compared with groups 0 and 1, group 2 presented higher mean values of BP, BMI, WC, LDL-c and TG (p < 0.01) and lower mean values of HDL-c (p = 0.001). Across the assessments, all individuals with APOE genotypes ε2/ε4 and ε4/ε4 maintained at least one abnormal lipid variable, whereas those with genotype ε2/ε3 did not show abnormal values (χ2 = 16.848, p = 0.032). For the LDLR genotypes, there was no significant difference among the groups.Conclusions:APOE gene polymorphisms were associated with dyslipidemia in young individuals followed up longitudinally from childhood.

Theory and measurement of social intelligence as a cognitive performance construct

Social intelligence

mRNA metabolism: nonsense mediated mRNA decay as a tool for gene therapy and the role of human DIS3L2 in transcript degradation

Tese de mestrado em Biologia Humana e Ambiente, apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, 2015

Redirecció de l'especificitat de les cél·lules T contra epítops del VIH restringit per la HLA-A2 mitjaçant transferència genética

Existeixen creixents evidències què la resposta dels limfòcits T CD8+ alpha beta citotòxics (CTLs) és un element fonamental en la infecció produïda pel VIH. Les CTLs VIH especifiques es consideren molt importants en la reducció de la càrrega viral i en la contenció de la infecció. Encara que la combinació dels antiretrovirals (HAART) ha suposat una millora considerable en la lluita contra el VIH induint una important reducció de la càrrega viral i augmentant el nombre de cèl•lules T CD4+, diverses complicacions han fet ressaltar la necessitat de noves alternatives terapèutiques. Les complicacions inclouen: manca de recuperació d’una resposta immune sòlida contra el VIH, toxicitat a llarg termini de la teràpia i el descobriment que les cèl•lules T CD4+ constitueixen un reservori pel virus. Les noves alternatives controlaran la replicació viral i reconstituiran la immunitat. L’eficàcia de la immunoteràpia cel•lular amb transferència adoptiva de CTLs virals específics s’ha provat en diferents infeccions virals humanes, incloent el VIH. Proposem una modificació de la immunoteràpia adoptiva redirigint l’especificitat de les cèl•lules T contra el VIH mitjançant la transfecció dels gens del TCR. En aquest assaig preclínic, ens aprofitarem de la tecnologia dels animals transgènics per les molècules de HLA, amb la finalitat de generar TCRs d’alta afinitat dirigits contra epitops del VIH restringits per la molècula HLA. Aquests TCRs seran induïts in vivo i seleccionats in vitro. Les cadenes alpha i beta dels TCRs VIH específics procedents de les CTLs seran clonades mitjançant tècniques de biologia molecular. Aquests TCRs VIH específics seran transferits a cèl•lules T CD8+ humanes i la seva especificitat i capacitat citolítica contra cèl•lules diana que presentin antígens de VIH-1 s’estudiaran mitjançant la combinació de diverses tècniques noves (FCC, transfecció mitjançant Nucleoefector). Finalment, una construcció retroviral adient per la seva transducció en cèl•lules T humanes s’establirà amb un TCR òptim seleccionat.