Seafood consumption in Portugal : patterns, drivers and sustainability

Tese de doutoramento, Ciências do Mar, Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2014

Effect of plug-filling, Testing velocity and temperature on the tensile strength of strap repairs on aluminium structures

In this work, an experimental study was performed on the influence of plug-filling, loading rate and temperature on the tensile strength of single-strap (SS) and double-strap (DS) repairs on aluminium structures. Whilst the main purpose of this work was to evaluate the feasibility of plug-filling for the strength improvement of these repairs, a parallel study was carried out to assess the sensitivity of the adhesive to external features that can affect the repairs performance, such as the rate of loading and environmental temperature. The experimental programme included repairs with different values of overlap length (L O = 10, 20 and 30 mm), and with and without plug-filling, whose results were interpreted in light of experimental evidence of the fracture modes and typical stress distributions for bonded repairs. The influence of the testing speed on the repairs strength was also addressed (considering 0.5, 5 and 25 mm/min). Accounting for the temperature effects, tests were carried out at room temperature (≈23°C), 50 and 80°C. This permitted a comparative evaluation of the adhesive tested below and above the glass transition temperature (T g), established by the manufacturer as 67°C. The combined influence of these two parameters on the repairs strength was also analysed. According to the results obtained from this work, design guidelines for repairing aluminium structures were

Long-term citalopram administration reduces responsiveness of HPA axis in patients with major depression: relationship with S-citalopram concentrations in plasma and cerebrospinal fluid (CSF) and clinical response.

RATIONALE: A dysregulation of the hypothalamic-pituitary-adrenal (HPA) axis is a well-documented neurobiological finding in major depression. Moreover, clinically effective therapy with antidepressant drugs may normalize the HPA axis activity. OBJECTIVE: The aim of this study was to test whether citalopram (R/S-CIT) affects the function of the HPA axis in patients with major depression (DSM IV). METHODS: Twenty depressed patients (11 women and 9 men) were challenged with a combined dexamethasone (DEX) suppression and corticotropin-releasing hormone (CRH) stimulation test (DEX/CRH test) following a placebo week and after 2, 4, and 16 weeks of 40 mg/day R/S-CIT treatment. RESULTS: The results show a time-dependent reduction of adrenocorticotrophic hormone (ACTH) and cortisol response during the DEX/CRH test both in treatment responders and nonresponders within 16 weeks. There was a significant relationship between post-DEX baseline cortisol levels (measured before administration of CRH) and severity of depression at pretreatment baseline. Multiple linear regression analyses were performed to identify the impact of psychopathology and hormonal stress responsiveness and R/S-CIT concentrations in plasma and cerebrospinal fluid (CSF). The magnitude of decrease in cortisol responsivity from pretreatment baseline to week 4 on drug [delta-area under the curve (AUC) cortisol] was a significant predictor (p<0.0001) of the degree of symptom improvement following 16 weeks on drug (i.e., decrease in HAM-D21 total score). The model demonstrated that the interaction of CSF S-CIT concentrations and clinical improvement was the most powerful predictor of AUC cortisol responsiveness. CONCLUSION: The present study shows that decreased AUC cortisol was highly associated with S-CIT concentrations in plasma and CSF. Therefore, our data suggest that the CSF or plasma S-CIT concentrations rather than the R/S-CIT dose should be considered as an indicator of the selective serotonergic reuptake inhibitors (SSRIs) effect on HPA axis responsiveness as measured by AUC cortisol response.

Mitochondrial uncoupling prevents cold-induced oxidative stress: a case study using UCP1 knockout mice.

The relationship between metabolism and reactive oxygen species (ROS) production by the mitochondria has often been (wrongly) viewed as straightforward, with increased metabolism leading to higher generation of pro-oxidants. Insights into mitochondrial functioning show that oxygen consumption is principally coupled with either energy conversion as ATP or as heat, depending on whether the ATP-synthase or the mitochondrial uncoupling protein 1 (UCP1) is driving respiration. However, these two processes might greatly differ in terms of oxidative costs. We used a cold challenge to investigate the oxidative stress consequences of an increased metabolism achieved either by the activation of an uncoupled mechanism (i.e. UCP1 activity) in the brown adipose tissue (BAT) of wild-type mice or by ATP-dependent muscular shivering thermogenesis in mice deficient for UCP1. Although both mouse strains increased their metabolism by more than twofold when acclimatised for 4 weeks to moderate cold (12°C), only mice deficient for UCP1 suffered from elevated levels of oxidative stress. When exposed to cold, mice deficient for UCP1 showed an increase of 20.2% in plasmatic reactive oxygen metabolites, 81.8% in muscular oxidized glutathione and 47.1% in muscular protein carbonyls. In contrast, there was no evidence of elevated levels of oxidative stress in the plasma, muscles or BAT of wild-type mice exposed to cold despite a drastic increase in BAT activity. Our study demonstrates differing oxidative costs linked to the functioning of two highly metabolically active organs during thermogenesis, and advises careful consideration of mitochondrial functioning when investigating the links between metabolism and oxidative stress.

Mitochondrial reactive oxygen species generation triggers inflammatory response and tissue injury associated with hepatic ischemia-reperfusion: Therapeutic potential of mitochondrially targeted antioxidants.

Mitochondrial reactive oxygen species generation has been implicated in the pathophysiology of ischemia-reperfusion (I/R) injury; however, its exact role and its spatial-temporal relationship with inflammation are elusive. Herein we explore the spatial-temporal relationship of oxidative/nitrative stress and inflammatory response during the course of hepatic I/R and the possible therapeutic potential of mitochondrial-targeted antioxidants, using a mouse model of segmental hepatic ischemia-reperfusion injury. Hepatic I/R was characterized by early (at 2h of reperfusion) mitochondrial injury, decreased complex I activity, increased oxidant generation in the liver or liver mitochondria, and profound hepatocellular injury/dysfunction with acute proinflammatory response (TNF-α, MIP-1α/CCL3, MIP-2/CXCL2) without inflammatory cell infiltration, followed by marked neutrophil infiltration and a more pronounced secondary wave of oxidative/nitrative stress in the liver (starting from 6h of reperfusion and peaking at 24h). Mitochondrially targeted antioxidants, MitoQ or Mito-CP, dose-dependently attenuated I/R-induced liver dysfunction, the early and delayed oxidative and nitrative stress response (HNE/carbonyl adducts, malondialdehyde, 8-OHdG, and 3-nitrotyrosine formation), and mitochondrial and histopathological injury/dysfunction, as well as delayed inflammatory cell infiltration and cell death. Mitochondrially generated oxidants play a central role in triggering the deleterious cascade of events associated with hepatic I/R, which may be targeted by novel antioxidants for therapeutic advantage.

MHC class I expression dependent on bacterial infection and parental factors in whitefish embryos (Salmonidae).

Ecological conditions can influence not only the expression of a phenotype, but also the heritability of a trait. As such, heritable variation for a trait needs to be studied across environments. We have investigated how pathogen challenge affects the expression of MHC genes in embryos of the lake whitefish Coregonus palaea. In order to experimentally separate paternal (i.e. genetic) from maternal and environmental effects, and determine whether and how stress affects the heritable variation for MHC expression, embryos were produced in full-factorial in vitro fertilizations, reared singly, and exposed at 208 degree days (late-eyed stage) to either one of two strains of Pseudomonas fluorescens that differ in their virulence characteristics (one increased mortality, while both delayed hatching time). Gene expression was assessed 48 h postinoculation, and virulence effects of the bacterial infection were monitored until hatching. We found no evidence of MHC class II expression at this stage of development. MHC class I expression was markedly down-regulated in reaction to both pseudomonads. While MHC expression could not be linked to embryo survival, the less the gene was expressed, the earlier the embryos hatched within each treatment group, possibly due to trade-offs between immune function and developmental rate or further factors that affect both hatching timing and MHC expression. We found significant additive genetic variance for MHC class I expression in some treatments. That is, changes in pathogen pressures could induce rapid evolution in MHC class I expression. However, we found no additive genetic variance in reaction norms in our study population.

Localization and expression of EDS5H a homologue of the SA transporter EDS5.

BACKGROUND: An important signal transduction pathway in plant defence depends on the accumulation of salicylic acid (SA). SA is produced in chloroplasts and the multidrug and toxin extrusion transporter ENHANCED DISEASE SUSCEPTIBILITY5 (EDS5; At4g39030) is necessary for the accumulation of SA after pathogen and abiotic stress. EDS5 is localized at the chloroplast and functions in transporting SA from the chloroplast to the cytoplasm. EDS5 has a homologue called EDS5H (EDS5 HOMOLOGUE; At2g21340) but its relationship to EDS5 has not been described and its function is not known. RESULTS: EDS5H exhibits about 72% similarity and 59% identity to EDS5. In contrast to EDS5 that is induced after pathogen inoculation, EDS5H was constitutively expressed in all green tissues, independently of pathogen infection. Both transporters are located at the envelope of the chloroplast, the compartment of SA biosynthesis. EDS5H is not involved with the accumulation of SA after inoculation with a pathogen or exposure to UV stress. A phylogenetic analysis supports the hypothesis that EDS5H may be an H(+)/organic acid antiporter like EDS5. CONCLUSIONS: The data based on genetic and molecular studies indicate that EDS5H despite its homology to EDS5 does not contribute to pathogen-induced SA accumulation like EDS5. EDS5H most likely transports related substances such as for example phenolic acids, but unlikely SA.

The implications of being an international medical graduate (IMG) in Canadian society : a qualitative study of foreign-trained physicians' resettlement, sense of identity and health status

This qualitative research study used grounded theory methodology to explore the settlement experiences and changes in professional identity, self esteem and health status of foreign-trained physicians (FTPs) who resettled in Canada and were not able to practice their profession. Seventeen foreign-trained physicians completed a pre-survey and rated their health status, quality of life, self esteem and stress before and after coming to Canada. They also rated changes in their experiences of violence and trauma, inclusion and belonging, and racism and discrimination. Eight FTPs from the survey sample were interviewed in semi-structured qualitative interviews to explore their experiences with the loss of their professional medical identities and attempts to regain them during resettlement. This study found that without their medical license and identity, this group of FTPs could not fully restore their professional, social, and economic status and this affected their self esteem and health status. The core theme of the loss of professional identity and attempts to regain it while being underemployed were connected with the multifaceted challenges of resettlement which created experiences of lowered selfesteem, and increased stress, anxiety and depression. They identified the re-licensing process (cost, time, energy, few residency positions, and low success rate) as the major barrier to a full and successful settlement and re-establishment of their identities. Grounded research was used to develop General Resettlement Process Model and a Physician Re-licensing Model outlining the tasks and steps for the successfiil general resettlement of all newcomers to Canada with additional process steps to be accomplished by foreign-trained physicians. Maslow's Theory of Needs was expanded to include the re-establishment of professional identity for this group to re-establish levels of safety, security, belonging, self-esteem and self-actualization. Foreign-trained physicians had established prior professional medical identities, self-esteem, recognition, social status, purpose and meaning and bring needed human capital and skills to Canada. However, without identifying and addressing the barriers to their full inclusion in Canadian society, the health of this population may deteriorate and the health system of the host country may miss out on their needed contributions.

Secretory immunity in overweight and obese versus normal-weight early-and late-pubertal females

Obesity is a condition associated with a wide variety of health problems including hypertension, dyslipidemia, diabetes mellitus, certain forms of cancer, cardiovascular disease, and gallstones (157). TTiere is growing evidence that obesity may also be related to compromised immune function due to altered metabolic, psychological, and physical attributes (93). The aim of this study was to compare: a) immunity-related variables such as frequency of upper respiratory tract infections (URTI) and salivary secretory immunoglobulin A (sIgA) levels between overweight/obese (OB) and normal weight (NW) early-pubertal and late-pubertal girls, and b) stress-related variables such as Cortisol, melatonin, the melatonin/cortisol ratio, testosterone and the testosterone/cortisol ratio. Physical activity levels, stress indicators, and fatigue were used to explain potential differences in the dependent variables. It was hypothesized that the OB females would have lower melatonin (M) and higher Cortisol (C) and testosterone (T) levels compared with NW girls, regardless of maturity status. The altered levels of melatonin, Cortisol, and testosterone, would result in decreased M/C and T/C ratios, despite the increase in testosterone in OB females. It was hypothesized that this altered hormonal status results in a compromised immunity marked by higher frequency of upper respiratory tract infections (URTI) and decreased levels of secretory immunoglobulin A (sIgA). It was also hypothesized that OB girls would participate in less hours of physical activity than their NW counterparts and that this would relate to their stress and immunity levels. Forty (16 early- and 24 late-pubertal) overweight and obese females were compared to fifty-three (27 eariy- and 26 late-pubertal) age-matched normal-weight control subjects. Participants were categorized as early-pubertal (EP) or late-pubertal (LP) using Tanner self-staging of secondary sex characteristics. Subjects were classified into the two adiposity groups according to relative body fat (%BF), where normal weight (NW) subjects had a %BF less than 25%, and overweight and obese (OB) subjects had a %BF greater than 27.5%. Participants completed a number of questionnaires and information was collected on menstrual history, smoking history, alcohol and caffeine consumption, and medical history. Following the determination of maturity status, a complete anthropometric assessment was made including height, body mass, and body composition. All questionnaires and measurements were completed during a one-hour visit between 1 500 and 1900 hours Relative body fat was assessed using bioelectrical impedance analysis. Resting saliva samples were obtained and assayed (ELISA) for testosterone, Cortisol, melatonin and secretory immunoglobulin A. Physical activity was self-reported using the Godin- Shephard Leisure time questionnaire, and quantified using Actigraph GTIM accelerometers, which participants wore for seven consecutive days from the time they woke up in the morning, until the time they went to bed. Late-pubertal girls also completed questionnaires on their perceived stress and fatigue. Finally, all participants also filled out a one-month health log to record frequency of symptoms of upper respiratory tract infections (URTI). Significant age effects were found for testosterone, Cortisol, incidence of sickness, and sIgA when controlling for physical activity, however there were no significant effects of adiposity on any of the variables. There was a trend which neared-significance for an effect of adiposity on sIgA (p=0.01). There were no significant differences between the groups on the total selfreported leisure-time physical activity in METs per week, however EP girls recorded significantly greater levels of moderate, hard, and very hard physical activity from accelerometers. Results of the perceived stress and fatigue questionnaires in late-pubertal girls demonstrated that contrary to what was hypothesized, NW girls reported more stress and more fatigue than OB girls. Results of the present study suggest that excess adiposity in early- and latepubescent girls may not have a negative impact on immunity as hypothesized.

Exploring the Family Context Among Children Adopted From China: Perceptions of Pre-Adoption Factors, Post-Adoption Experiences, and the Quality of Parent-Child Relationships

Within the context of international adoption, previous research has focused on parentchild attachment relationships and various aspects of the adoption process. However, less is known about other aspects of parent-child relationships (e.g., cohesion, conflict) within internationally adoptive families. Additionally, there is a need for research that explores both parent and child perceptions of the process of adoption - including pre- and post-adoptive factors - and its connection to the quality of parent-child relationships. This research utilized a qualitatively-oriented methodology to conduct separate, in-depth interviews with 10 adoptive Canadian mothers and their adopted Chinese children (aged 9 to 11 years). Results highlight parent and child reports of mainly strong, positive relationships. Several pre-adoption experiences are examined, including institutionalization, age at the time of adoption, and parental stress/expectations. A key finding concerns the link that adoptive parents perceive between the quality of their child's pre-adoptive care (i.e., mainly early institutionalized care) and the quality of their relationship. Interestingly, this link is perceived in two different ways - either as a challenge for the parent-child relationship or as a means to strengthen it. Post-adoption experiences are also explored, including cultural socialization, creating a transracial family, discussing adoption, parental stress, and sibling involvement. A key finding involves parent and child reports that cultural socialization efforts (i.e., familiarizing children with Chinese culture) are linked to more positive parent-child relationships. The implications of these findings are discussed in relation to theory and practice within the context of international adoption.

The Welfare of pigs during Transport and Slaughter

The article researches "electric stunning, carbon dioxide stunning, pig behaviour during handling, return to sensibility, facility design, truck loading, density and transport stress".

Towards the nanomechanical actuation and controlled assembly of nanomaterials using charge-transfer reactions in electroactive self-assembled monolayers

Les microcantileviers fonctionnalisés offrent une plateforme idéale pour la nano- et micro-mécanique et pour le développement de (bio-) capteurs tres sensible. Le principe d’opération consiste dans des évènements physicochimiques qui se passent du côté fonctionnalisé du microcantilevier induisant une différence de stress de surface entre les deux côtés du cantilevier qui cause une déflexion verticale du levier. Par contre, les facteurs et les phénomènes interfacials qui régissent la nature et l'intensité du stress de surface sont encore méconnus. Pour éclaircir ce phénomène, la première partie de cette thèse porte sur l'étude des réactions de microcantileviers qui sont recouverts d'or et fonctionnalisés par une monocouche auto-assemblée (MAA) électroactive. La formation d'une MAA de ferrocènylundécanethiol (FcC11SH) à la surface d'or d'un microcantilevier est le modèle utilisé pour mieux comprendre le stress de surface induit par l’électrochimie. Les résultats obtenus démontrent qu'une transformation rédox de la MAA de FcC11SH crée un stress de surface qui résulte dans une déflexion verticale du microcantilevier. Dépendamment de la flexibilité du microcantilevier, cette déflexion peut varier de quelques nanomètres à quelques micromètres. L’oxydation de cette MAA de FcC11SH dans un environnement d'ions perchlorate génère un changement de stress de surface compressive. Les résultats indiquent que la déflexion du microcantilevier est due à une tension latérale provenant d'une réorientation et d'une expansion moléculaire lors du transfért de charge et de pairage d’anions. Pour vérifier cette hypothèse, les mêmes expériences ont été répéteés avec des microcantileviers qui ont été couverts d'une MAA mixte, où les groupements électroactifs de ferrocène sont isolés par des alkylthiols inactifs. Lorsqu’un potentiel est appliqué, un courant est détecté mais le microcantilevier ne signale aucune déflexion. Ces résultats confirment que la déflexion du microcantilevier est due à une pression latérale provenant du ferrocènium qui se réorganise et qui crée une pression sur ses pairs avoisinants plutôt que du couplage d’anions. L’amplitude de la déflexion verticale du microcantilevier dépend de la structure moléculaire de la MAA et du le type d’anion utilisés lors de la réaction électrochimique. Dans la prochaine partie de la thèse, l’électrochimie et la spectroscopie de résonance de plasmon en surface ont été combinées pour arriver à une description de l’adsorption et de l’agrégation des n-alkyl sulfates à l’interface FcC11SAu/électrolyte. À toutes les concentrations de solution, les molécules d'agent tensio-actif sont empilées perpendiculairement à la surface d'électrode sous forme de monocouche condensé entrecroisé. Cependant, la densité du film spécifiquement adsorbé s'est avérée être affectée par l'état d'organisation des agents tensio-actifs en solution. À faible concentration, où les molécules d'agent tensio-actif sont présentes en tant que monomères solvatés, les monomères peuvent facilement s'adapter à l’évolution de la concentration en surface du ferrocènium lors du balayage du potential. Cependant, lorsque les molécules sont présentes en solution en tant que micelles une densité plus faible d'agent tensio-actif a été trouvée en raison de l'incapacité de répondre effectivement à la surface de ferrocenium générée dynamiquement.

Étude de l’interaction entre le champignon mycorhizien Glomus irregulare et les bactéries du sol

Dans cette étude, nous avons isolé et cultivé des bactéries intimement liées aux spores du champignon mycorhizien Glomus irregulare prélevées dans la rhizosphère de plants d’Agrostis stolonifera L. récoltés dans un sol naturel. Le séquençage des 29 morphotypes isolés a révélé la présence de seulement sept taxons bactériens (Variovorax paradoxus, Microbacterium ginsengiosoli, Sphingomonas sp., Bacillus megaterium, B. simplex, B. cereus et Kocuria rhizophila). Des isolats de chacun de ces sept taxons ont ensuite été cultivés in vitro sur le mycélium de G. irregulare afin d’observer par microscopie leur capacité à croitre et à s’attacher au mycélium en absence d’éléments nutritifs autres que ceux fournis par le champignon. Tous les isolats, sauf B. cereus, ont été capables de bien croitre dans le système expérimental et de s’attacher au mycélium en formant des structures ressemblant à des biofilms sur la surface du champignon. Toutefois, B. simplex formait ces structures plus rapidement, soit en 15 jours, alors que les autres isolats les ont formés après 30 jours (K. rhizophila et B. megaterium) ou 45 jours (V. paradoxus, M. ginsengiosoli et Sphingomonas sp.). D’autre part, la technique PCR-DGGE a permis d’analyser la diversité bactérienne associée aux spores. La diversité des taxons associés aux spores de G. irregulare qu’il a été possible d’isoler et de cultiver in vitro a été nettement moindre que celle qui était présente sur la surface des spores, alors que la biodiversité bactérienne totale du sol a été encore beaucoup plus élevée. Les bactéries associées aux champignons mycorhiziens jouent probablement un rôle important dans la capacité des plantes à résister aux stress biotiques et abiotiques auxquels elles sont soumises.

Importance du stress oxydant dans le diabète secondaire à la fibrose kystique

Introduction : La fibrose kystique (FK) est une maladie génétique mortelle qui touche principalement les poumons et l’appareil digestif. Elle est causée par des mutations sur le gène codant la protéine du CFTR, un canal chlore exprimé à la surface des organes à sécrétions exocrines. Les fonctions principales du CFTR sont les suivantes: 1) la régulation de l’homéostasie ionique des sécrétions; 2) le maintien de la fluidité des sécrétions et; 3) le transport du glutathion. Le dysfonctionnement de la protéine du CFTR rend les sécrétions visqueuses et épaisses, avec des phénomènes obstructifs qui sont responsables de l’apparition de fibrose au sein des divers organes. Dans le poumon, l’accumulation du mucus épais rend difficile l’élimination des bactéries inhalées, ces dernières établissent alors des cycles d’infection qui endommagent les tissus pulmonaires à travers des processus inflammatoires. Dans le tube digestif, le mucus épais entrave l’absorption d’une quantité suffisante d’éléments nutritifs incluant les principaux antioxydants. L’infection et l’inflammation des poumons favorisent l’apparition d’un stress oxydant qui détruit davantage le tissu pulmonaire. Le déficit en glutathion, probablement lié au dysfonctionnement de la proteine du CFTR, et la malabsorption des antioxydants favorisent l’augmentation du stress oxydant. Une augmentation du stress oxydant a été démontrée au cours du diabète et les produits dérivés du stress oxydant ont été mis en évidence dans la pathogenèse des complications associées au diabète. Une augmentation du stress oxydant a également été montrée durant la FK, mais sans pour autant expliquer la survenue du diabète secondaire à la FK dont la prévalence augmente sans cesse. Objectifs : Notre étude consiste à évaluer l’impact du stress oxydant dans les anomalies du métabolisme du glucose durant la FK, et à étudier son rôle dans les mécanismes de sécrétion d’insuline induite par le glucose. Pour ce faire, nous avons déterminé l’impact de la peroxydation lipidique sur la tolérance au glucose et la défense antioxydante globale, in vivo, chez des patients FK présentant une altération du métabolisme du glucose. De plus, nous avons évalué le rôle du stress oxydatif sur la synthèse et la sécrétion d’insuline, in vitro, dans les cellules pancréatiques βTC-tet. Résultats : Dans l’étude in vivo, nous avons démontré que l’intolérance au glucose et le diabète étaient associés à une augmentation de la peroxydation lipidique, traduite par la hausse des niveaux sanguins de 4-hydroxynonenal lié aux protéines (HNE-P). La défense antioxydante évaluée par la mesure du glutathion sanguin démontre que les niveaux de glutathion oxydé restent également élevés avec l’intolérance au glucose. Dans l’étude in vitro, nos résultats ont mis en évidence que l’exposition de la cellule βTC-tet au stress oxydant: 1) induit un processus de peroxydation lipidique; 2) augmente la sécrétion basale d’insuline; 3) diminue la réponse de la sécrétion d’insuline induite par le glucose; et 4) n’affecte que légèrement la synthèse de novo de l’insuline. Nous avons aussi démontré que les cellules pancréatiques βTC-tet résistaient au stress oxydant en augmentant leur synthèse en glutathion tandis que la présence d’un antioxydant exogène pouvait restaurer la fonction sécrétoire de ces cellules. Conclusion : Le stress oxydant affecte le fonctionnement de la cellule pancréatique β de plusieurs manières : 1) il inhibe le métabolisme du glucose dont les dérivés sont nécessaires à la sécrétion d’insuline; 2) il active la voie de signalisation impliquant les gènes pro-inflammatoires et; 3) il affecte l’intégrité membranaire en induisant le processus de peroxydation lipidique.

Semisynthetic aminoglycoside antibiotics : toward biomimetic synthesis, evasion of bacterial resistance and reduced toxicity

Les antibiotiques aminoglycosidiques sont des agents bactéricides de grande valeur et d’efficacité à large spectre contre les pathogènes Gram-positifs et Gram-négatifs, dont plusieurs membres naturels et semisynthétiques sont importants dans l’histoire clinique depuis 1950. Des travaux crystallographiques sur le ribosome, récompensés par le prix Nobel, ont démontré comment leurs diverses structures polyaminées sont adaptées pour cibler une hélice d’ARN dans le centre de codage de la sous-unité 30S du ribosome bactérien. Leur interférence avec l’affinité et la cinétique des étapes de sélection et vérification des tARN induit la synthèse de protéines à basse fidélité, et l’inhibition de la translocation, établissant un cercle vicieux d’accumulation d’antibiotique et de stress sur la membrane. En réponse à ces pressions, les pathogènes bactériens ont évolué et disséminé une panoplie de mécanismes de résistance enzymatiques et d’expulsion : tels que les N acétyltransférases, les O phosphotransférases et les O nucleotidyltransférases qui ciblent les groupements hydroxyle et amino sur le coeur des aminoglycosides; des méthyl-transférases, qui ciblent le site de liaison ribosomale; et des pompes d’expulsion actives pour l’élimination sélective des aminoglycosides, qui sont utilisés par les souches Gram-négatives. Les pathogènes les plus problématiques, qui présentent aujourd’hui une forte résilience envers la majorité des classes d’antibiotiques sur le bord de la pan-résistance ont été nommés des bactéries ESKAPE, une mnémonique pour Enterococcus faecium, Staphylococcus aureus, Klebsiella pneumoniae, Acinetobacter baumannii, Pseudomonas aeruginosa et Enterobacteriaceae. La distribution globale des souches avec des mécanismes de résistance envers les standards cliniques aminoglycosides, tels que la tobramycine, l’amikacine et la gentamicine, est comprise entre 20 et 60% des isolées cliniques. Ainsi, les aminoglycosides du type 4,6-disubstitués-2-deoxystreptamine sont inadéquats comme thérapies anti-infectieuses à large spectre. Cependant, la famille des aminoglycosides 4,5-disubstitués, incluant la butirosine, la neomycine et la paromomycine, dont la structure plus complexe, pourrait constituter une alternative. Des collègues dans le groupe Hanessian et collaborateurs d’Achaogen Inc. ont démontré que certains analogues de la paraomomycine et neomycine, modifiés par désoxygénation sur les positions 3’ et 4’, et par substitution avec la chaîne N1-α-hydroxy-γ-aminobutyramide (HABA) provenant de la butirosine, pourrait produire des antibiotiques très prometteurs. Le Chapitre 4 de cette dissertation présente la conception et le développement d’une stratégie semi-synthétique pour produire des nouveaux aminoglycosides améliorés du type 4,5 disubstitués, inspiré par des modifications biosynthétiques de la sisomicine, qui frustrent les mécanismes de résistance bactérienne distribuées globalement. Cette voie de synthèse dépend d’une réaction d’hydrogénolyse de type Tsuji catalysée par palladium, d’abord développée sur des modèles monosaccharides puis subséquemment appliquée pour générer un ensemble d’aminoglycosides hybrides entre la neomycine et la sisomicine. Les études structure-activité des divers analogues de cette nouvelle classe ont été évaluées sur une gamme de 26 souches bactériennes exprimant des mécanismes de résistance enzymatique et d’expulsion qui englobe l’ensemble des pathogènes ESKAPE. Deux des antibiotiques hybrides ont une couverture antibacterienne excellente, et cette étude a mis en évidence des candidats prometteurs pour le développement préclinique. La thérapie avec les antibiotiques aminoglycosidiques est toujours associée à une probabilité de complications néphrotoxiques. Le potentiel de toxicité de chaque aminoglycoside peut être largement corrélé avec le nombre de groupements amino et de désoxygénations. Une hypothèse de longue date dans le domaine indique que les interactions principales sont effectuées par des sels des groupements ammonium, donc l’ajustement des paramètres de pKa pourrait provoquer une dissociation plus rapide avec leurs cibles, une clairance plus efficace et globalement des analogues moins néphrotoxiques. Le Chapitre 5 de cette dissertation présente la conception et la synthèse asymétrique de chaînes N1 HABA β substitutées par mono- et bis-fluoration. Des chaînes qui possèdent des γ-N pKa dans l’intervalle entre 10 et 7.5 ont été appliquées sur une neomycine tétra-désoxygénée pour produire des antibiotiques avancés. Malgré la réduction considérable du γ N pKa, le large spectre bactéricide n’a pas été significativement affecté pour les analogues fluorés isosteriques. De plus, des études structure-toxicité évaluées avec une analyse d’apoptose propriétaire d’Achaogen ont démontré que la nouvelle chaîne β,β difluoro-N1-HABA est moins nocive sur un modèle de cellules de rein humain HK2 et elle est prometteuse pour le développement d’antibiotiques du type neomycine avec des propriétés thérapeutiques améliorées. Le chapitre final de cette dissertation présente la proposition et validation d’une synthèse biomimétique par assemblage spontané du aminoglycoside 66-40C, un dimère C2 symétrique bis-imine macrocyclique à 16 membres. La structure proposée du macrocycle a été affinée par spectroscopie nucléaire à un système trans,trans-bis-azadiène anti-parallèle. Des calculs indiquent que l’effet anomérique de la liaison α glycosidique entre les anneaux A et B fournit la pré-organisation pour le monomère 6’ aldéhydo sisomicine et favorise le produit macrocyclique observé. L’assemblage spontané dans l’eau a été étudié par la dimérisation de trois divers analogues et par des expériences d’entre croisement qui ont démontré la généralité et la stabilité du motif macrocyclique de l'aminoglycoside 66-40C.