Carbon materials as new generation of new electron shuttles for the anaerobic degradation of environmental xenobiotics

Tese de Doutoramento em Engenharia Química e Biológica

Female hippocampus vulnerability to environmental stress, a precipitating factor in tau aggregation pathology

Tau-mediated neurodegeneration is a central event in Alzheimer's disease (AD) and other tauopathies. Consistent with suggestions that lifetime stress may be a clinically-relevant precipitant of AD pathology, we previously showed that stress triggers tau hyperphosphorylation and accumulation; however, little is known about the etiopathogenic interaction of chronic stress with other AD risk factors, such as sex and aging. This study focused on how these various factors converge on the cellular mechanisms underlying tau aggregation in the hippocampus of chronically stressed male and female (middle-aged and old) mice expressing the most commonly found disease-associated Tau mutation in humans, P301L-Tau. We report that environmental stress triggers memory impairments in female, but not male, P301L-Tau transgenic mice. Furthermore, stress elevates levels of caspase-3-truncated tau and insoluble tau aggregates exclusively in the female hippocampus while it also alters the expression of the molecular chaperones Hsp90, Hsp70, and Hsp105, thus favoring accumulation of tau aggregates. Our findings provide new insights into the molecular mechanisms through which clinically-relevant precipitating factors contribute to the pathophysiology of AD. Our data point to the exquisite sensitivity of the female hippocampus to stress-triggered tau pathology.

Persistent organic chemicals of emerging environmental concern

The use of chemicals and chemical derivatives in agriculture and industry has contributed to their accumulation and persistence in the environment. Persistent organic pollutants (POPs) are among the environmental pollutants of most concern since, when improperly handled and disposed, they can persist in the environment, bioaccumulate through the food web, and may create serious public health and environmental problems. Development of an effective degradation process has become an area of intense research. The physical/chemical methods employed, such as volatilization, evaporation, photooxidation, adsorption, or hydrolysis, are not always effective, are very expensive, and, sometimes, lead to generation/disposal of other contaminants. Biodegradation is one of the major mechanisms by which organic contaminants are transformed, immobilized, or mineralized in the environment. A clear understanding of the major processes that affect the interactions between organic contaminants, microorganisms, and environmental matrix is, thus, important for determining persistence of the compounds, for predicting in situ transformation rates, and for developing site remediation. Information on their risks and impact and occurrence in the different environmental matrices is also important, in order to attenuate their impact and apply the appropriate remediation process. This chapter provides information on the fate of pesticides and polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), their impact, bioavailability, and biodegradation. © Springer Science+Business Media Dordrecht 2014.

Zebrafish embryos as in vivo model for toxicity evaluation: screening of nanoparticle formulations DODAB:MO and DODAC:MO

Dissertação de mestrado em Molecular Genetics

Evaluation of antimicrobial strategies against biomaterial-associated infections: impact of the surrounding environmental conditions

Dissertação de mestrado em Bioengenharia

Sensibilización a Anfetamina y Cocaína: Mecanismos Neurobiológicos involucrados y factores ambientales que la modulan. Amphetamine and cocaine sensitization: neurobiological mechanisms involved and modulation by environmental factors.

La exposición a drogas de abuso, estrés o noxas perinatales puede producir una respuesta sensibilizada a las propiedades estimulantes y reforzantes de la droga. Este proceso de sensibilización, que comparte muchas de las características de otras formas de plasticidad neural, ha sido asociado con etapas tempranas de la adicción o reincidencia a la misma. El objetivo primario de este proyecto es identificar si los mecanismos neurobiológicos que median la sensibilización inducida por cocaína también ocurren en un modelo de sensibilización inducido por estrés de inmovilización y una noxa perinatal tal como la exposición a plomo, y determinar la relevancia de estas adaptaciones mediante intervenciones farmacológicas o manipulación de los productos génicos. Se estudiaran neuroadaptaciones identificadas en un modelo de sensibilización inducido por cocaína, en núcleos específicos del cerebro relevantes para el proceso de sensibilización, Núcleo Accumbens (NAc) y Corteza prefrontal (CPf). Neuropéptidos como met-encefalina y el sistema renina-angiotensina (RAS), interactúan con dopamina (DA) y glutamato (GLU) en este circuito. Considerando que la liberación de GLU, la expresión de receptores AMPA (GluR1) y los metabotrópicos mGluR2/3 como cambios en el remodelado del citoesqueleto de actina de NAc y CPf, han sido afectados por la administración repetida de cocaína en forma no contingente o por autoadministración, determinaremos los niveles o el estado de fosforilación proteínas y de GLU, en los distintos modelos de sensibilización. Además, la participación de RAS cerebral ser evaluada en el desarrollo y expresión del fenómeno de sensibilización a anfetamina y cocaína. Se utilizarán técnicas de inmunoblotting, inmunoprecipitación y de microdiálisis, y pruebas conductuales para determinar las propiedades estimulantes y reforzantes de las drogas. Encontrar un paralelo en los mecanismos neurobiológicos que median la sensibilización inducida por estrés, drogas o noxas perinatales es muy relevante para entender como redes celulares comunes pueden ejercer un rol en la adicción. La identificación de nuevas moléculas que modulen la sensibilización abre una perspectiva sumamente interesante para el estudio de futuros blancos terapéuticos a ser probados para el tratamiento de la adicción a sicoestimulantes.

Diseño y desarrollo de superficies modificadas. Aplicaciones ambientales, biomédicas y farmacéuticas. Design and development of modified surfaces. Environmental, biomedical and pharmaceutical applications.

El objetivo general de este proyecto de investigación es diseñar, desarrollar y optimizar superficies con propiedades especificas para ser utilizadas como sensores y biosensores, materiales biocompatibles, columnas para separaciones por electroforesis capilar, matrices para la liberación controlada de fármacos y sorbentes para remediación ambiental. Para concretar este objetivo, se propone específicamente modificar superficies o particulas apuntando a optimizar un sistema concreto relevante en aplicaciones farmaceuticas, ambientales o biomedicas: 1. Modificacion de arcillas naturales o sinteticas para desarrollar matrices portadoras de farmacos o sorbentes para remediacion ambiental:1.1 Estudiar ilitas modificadas con Fe(III) para maximizar las propiedades adsortivas frente a aniones contaminantes como arsenico. 1.2 Sintetizar LDH de Al y Mg modificados con compuestos de interés farmacéutico para diseñar sistemas de liberación controlada.2. Modificación de canales de chips y electrodos para optimizar la separación, detección y cuantificación de compuestos farmacéutico: 2.1 Diseñar y construir microchips para la separación por EC de compuestos de base fenólica.2.2 Evaluar polímeros que mejoren la respuesta y/o estabilidad de electrodos de Carbono para ser usados como detectores amperométrico de compuestos de base fenólica en sistemas FIA y miniaturizados de análisis integrados.3. Modificación de superficies sólidas con biomoléculas para el desarrollo y optimización de superficies de bio-reconocimiento:3.1 Evaluar el comportamiento de superficies de titanio modificadas con TiO2 y depósitos inorgánicos frente a la interacción con proteínas plasmáticas (PP) para el análisis de la biocompatibilidad superficial.3.2 Diseñar y desarrollar superficies biofuncionales para el reconocimiento especifico de D-aminoácidos, anticuerpos en pacientes chagásicos y simple hebra de ADN. Las técnicas que se emplearán para llevar a cabo el proyecto dependen del tipo de sistema de estudio. En particular los estudios correspondientes al objetivo 1 se realizarán mediante análisis químicos, térmico, DXR, SEM, IR, BET así como mediante titulaciones ácido-base potenciométricas, movilidades electroforéticas, cinética e isotermas de adsorción.En general para desarrollar el objetivo 2 se utilizarán técnicas electroquímicas clásicas para la caracterización de los electrodos, los que luego se utilizarán como detectores en un sistema FIA amperométrico, mientras que los microchips se emplearán en electroforesis capilar para la separación de diferentes compuestos de interés farmacéutico.Finalmente, el objetivo 3 se llevará a cabo por un lado modificando electrodos de titanio con distintos depósitos (electroquímicas, sol-gel, térmicas) de TiO2 e hidroxiapatita y evaluando la interacción con proteínas plasmáticas para analizar la biocompatibilidad de los materiales preparados. Por otro lado, se estudiará el proceso de adsorción-desorción de D-aminoácido oxidasa, antígenos del T. Cruzi y ADN de simple hebra para optmizar la capacidad de bio-reconocimiento superficial de D-aminoácidos, anticuerpos de chagásicos y de cadena complementaria de ADN. Para concretar este objetivo se utilizarán técnicas electroquímicas, espectroscópicas y microscopias.Debido al carácter multidisciplinario del presente proyecto de investigación, su ejecución se llevara a cabo a través de la colaboración de investigadores pertenecientes a distintas áreas de la Química y permitirá continuar con la formación de recursos humanos mediante la realización de tesis doctorales y estadías postdoctorales.

Búsqueda de nuevos extractos y compuestos obtenidos a partir de plantas del centro de Argentina con acción inhibidora de enzimas asociadas a patologías y a la supervivencia de organismos perjudiciales. Search for new extracts and compounds obtained from plants of central Argentina with inhibitoryactivity on enzymes associated with diseases and survival of harmful organisms.

La inhibición en la actividad de ciertas enzimas esenciales puede generar disturbios en la fisiología de algunos organismos como insectos, plantas y microorganismos y en muchos casos puede conducir a su muerte. Por otro lado, la inhibición de estas proteínas logra modificar factores implicados en la manifestación de determinadas enfermedades. Entre las enzimas que muestran estas características podemos mencionar a tirosinasa, p-hidroxifenilpiruvato dioxigenasa (HPPD) y acetilcolinesterasa (AChE). Debido a la necesidad de nuevas drogas con acción inhibidora de las mencionadas enzimas,los investigadores están explorando el mundo vegetal con el fin de obtenerlas,ya que se ha comprobado que las plantas son capaces de sintetizar esta clase de moléculas. Plantas nativas de nuestra región presentan esta propiedad. Continuando con la búsqueda de compuestos bioactivos obtenidos de plantas, se propone en este proyecto obtener nuevos agentes naturales altamente efectivos en inhibir las nombradas enzimas a partir de 100 plantas nativas de la región central de Argentina. Los compuestos aislados pueden ser utilizados directamente o servir como modelo para la síntesis de análogos. En primer lugar se determinará la efectividad de los extractos obtenidos a partir de las plantas seleccionadas como inhibidores de HPPD (utilizando el método del enol-borato) con el fin de seleccionar el más potente. A partir de este extracto y de aquellos seleccionados como más potentes en inhibir tirosinasa y AChE se aislarán, mediante aislamiento bioguiado, e identificarán el/los compuesto/s responsables. Este proceso será llevado a cabo por técnicas cromatográficas y espectroscópicas y el seguimiento de actividad se realizará mediante el método de enol-borato, dopacromo y Ellman para HPPD, tirosinasa y AChE,respectivamente. Posterior a determinar el nivel de actividad (IC50) de cada compuesto aislado se estudiará el posible efecto sinergista que pudieran ejercer al combinarlos entre ellos (si más de un compuesto es aislado de una planta) y con compuestos comerciales. Si los resultados muestran que los extractos ensayados y los metabolitos activos presentes en ellos exhiben alta efectividad en inhibir las enzimas, ellos pueden surgir como agentes terapéuticos eficaces para el tratamiento de ciertas enfermedades que las involucran y de esta manera mejorar la calidad de vida de los pacientes afectados. Estos productos pueden dar lugar a las compañías farmaceúticas a producir drogas no convencionales como nuevas alternativas medicinales. Por otro lado estas sustancias pueden derivar en novedosos herbicidas, antimicrobianos o insecticidas.Dado que todas las plantas propuestas crecen fácilmente en Argentina, la producción de estos medicamentos significaría nuevas fuentes laborales para nuestro país. El hecho de poder obtener y posteriormente utilizar estos productos aumenta en forma sustancial el aprovechamiento que podemos darle a nuestra rica flora nativa.

Los objetos técnicos y los organismos tecnificados. Reflexiones filosóficas, estéticas y políticas sobre la técnica. Technical objects and technified organisms. Philosophical, aesthetical and political approaches on technique

El presente proyecto se propone como parte inicial de una investigación sobre la relación entre naturaleza/cultura/técnica. Tradicionalmente la naturaleza y la cultura se han considerado como ámbitos diferenciados y opuestos. Y es en esta distinción donde la técnica adquiere un lugar central. El pensamiento occidental sobre la técnica ha recibido diversas interpretaciones: desde una subordinación con respecto al conocimiento verdadero (episteme) en la filosofía clásica, un optimismo sobre la técnica como posibilidad de dominación de la naturaleza en el Renacimiento y la Ilustración, y la ambigüedad y desasosiego romántico (Mitcham, 1979). Durante el siglo XX se distinguen dos posiciones antagónicas sobre la técnica. Por un lado, una actitud “crítica” donde pueden identificarse los trabajos de filósofs de diferentes tradiciones como Ortega y Gasset (1939), Heidegger (1954), Mumford (1971) Ellul (1960) y la Escuela de Frankfurt. Por otro lado, una filosofía de la técnica “ingenieril” que consiste en el análisis de la tecnología como un paradigma de pensamiento y acción humana. Esta dicotomía ha sido interpretada por Eco como “apocalípticos e integrados”. Más allá de las mencionadas diferencias, lo que tienen en común ambas posiciones es que parten de una dicotomía entre cultura y naturaleza. Nuestra perspectiva rechaza esta dicotomía, por el contrario, evidenciamos una creciente imbricación entre ambas donde las fronteras entre una y otra se hacen difusas. La noción de “objeto técnico” propuesta por Simondon (2007) hace referencia a la inserción del objeto técnico en la cultura, donde debe reconocerse la “realidad humana” presente en el mismo. Ahora bien, esto no significa “humanizar el objeto técnico”, sino más bien indagar sobre el lugar que este ocupa en la cultura como también establecer su relación con la naturaleza. En el siglo XVII el hombre mismo es reinterpretado como máquina (La Mettrie, 2000). En la actualidad pueden identificarse dos tendencias en la concepción de la técnica: los «humanos-máquinas» y las «máquinas-humanas», en otras palabras, la disposición del humano hacia la máquina y la tendencia de la máquina hacia lo humano. No obstante, ambas posiciones siguen manteniendo una distinción taxonómica entre el cuerpo –o lo orgánico- y lo maquínico, lo que implica una consideración de esta relación de manera extrínseca. Frente a esta tensión Haraway propone el concepto de cyborg: «un organismo cibernético» (1995). Los desarrollos tecnológicos han producido una modificación tal en la vida de los seres orgánicos en los cuales ya no puede concebirse su cuerpo independientemente de la tecnología. Esto conduce a replantear la distinción entre “animales/hombres/máquinas”, entendiendo a los mismos como expresiones de naturaleza, cultura y tecnología respectivamente. Nuestra investigación parte de la hipótesis que la técnica diluye diferencias de orden natural y cultural a través de los objetos técnicos que son productos culturales. La estética se ocupa de la percepción sensible del mundo no puede eludir su dimensión técnica. Al margen de la crítica a la “Industria cultural” consideramos relevante la aproximación de Benjamin al problema de la técnica porque aborda la imbricación antes mencionada en el campo de la percepción. Según Benjamin la irrupción de la técnica al mismo tiempo que posibilita una estetización de la política que confluye en el fascismo como punto extremo también abre la posibilidad de desmontar la ideología del progreso infinito (1967). Una integración entre aproximaciones estéticas y políticas a la técnica Flusser (1983) propone la “caja negra” como metáfora de la técnica contemporánea. Su propuesta es la “apertura de la caja negra” que consiste en tomar conocimiento del funcionamiento del dispositivo. Nuestra propuesta de investigación aborda la técnica desde una consideración filosófica/estética/política, donde redefiniremos la técnica partiendo de la imbricación entre cultura y naturaleza. This project will set the basis for a sustained research on the relation nature/culture/technique. They have been traditionally considered as separate and even opposite fields. And it is on the brink of this distinction where technique plays a central role. In Western thought technique has received many interpretations since the beginnings of philosophy: from a subordination to true knowledge (episteme) in classic philosophy, or the optimism which sees in technique the possibility of dominating nature in the Renaissance and in the Enlightenment, to the Romantic ambiguity and uneasiness towards technological change (Mitcham, 1979). During the twentieth century two opposed approach on technique prevail. On one hand, a “critical” attitude such defines the work of philosophers of different traditions such as Ortega y Gasset (1939), Heidegger (1954), Mumford (1971) Ellul (1960) and the Frankfurt School. On the other hand there is an “engineering” philosophy of technique that consists in the analisis of technology as a paradigm to understand human action and thought. Besides their differences, both positions have in common a dichotomy between nature and culture. We reject such dichotomy. On the contrary we consider there is a growing intertwinement between both which blurs the borders of the concepts. Simondon’s notion of “technical object” refers to the insertion of the technique in culture where the “human reality” in it must be recognised. This does not imply “humanising the technical object”, but investigate on the role it plays on culture and establishing its relation to nature. To articulate this relation we will work with unorthodox approaches on technique such as Benjamin (1967), Flusser (1983) and others. The hypothesis of our project is that the traditional distinction of “animal/man/machine” must be re-thought, therefore raising the question on the blurring line between nature, culture and technique and its effects in philosophy, politics and aesthetics.

Environmental management systems implementation

All organisations make some contribution to the degradation of the environment through their use of resources and production of waste. Environmental management systems (EMS) standards can provide a tool for companies to systematically reduce their environmental impacts. ISO 14001 was published in 1996. This fitted in with plans of the case study company to take proactive action in this area, even though there was no legislative requirement for them to do so. As EMS implementation was a new area at the time, appropriate methodologies were developed to address different aspects of the implementation, and ISO 14001 was successfully implemented in the company. The results of the primary research included: ♦ Drawing up a methodology for identifying and interpreting the environmental legislation that may have an impact on the organisation and compiling a register of such regulations. ♦ Developing a robust methodology for assessing significant environmental aspects and impacts and applying this to the software company. ♦ Establishing objectives and targets for those aspects identified as significant and implementing environmental management programmes to meet these. ♦ Developing an internal environmental audit procedure based on auditing against the significant aspects. ♦ Integrating areas of the EMS with the existing quality management system in order to avoid duplication of effort. ♦ Undergoing an external assessment process in order to achieve certification of the system. The thesis concludes that the systematic approach defined in ISO 14001 provided a mechanism that the organisation was able to adopt to bring about improvement in its environmental performance. The system was based on a thorough evaluation of the organisation's significant environmental aspects in order to bring about a reduction in its negative impacts. The ISO 14001 requirement for continual improvement is the key driver of the system, and this is what differentiates it from ISO 9000.

A comparison of environmental licensing systems in operation in the wood panel manufacturing industry in the Northern Hemisphere

The objective of this thesis is to compare and contrast environmental licensing systems, for the wood panel industry, in a number of countries in order to determine which system is the best from an environmental and economic point of view. The thesis also examines the impact which government can have on industry and the type of licensing system in operation in a country. Initially, the thesis investigates the origins of the various environmental licensing systems which are in operation in Ireland, Scotland, Wales, France, USA and Canada. It then examines the Environmental Agencies which control and supervise industry in these countries. The impact which the type of government (i.e. unitary or federal) in charge in any particular country has on industry and the Regulatory Agency in that country is then described. Most of the mills in the thesis make a product called OSB (Oriented Strand Board) and the manufacturing process is briefly described in order to understand where the various emissions are generated. The main body of the thesis examines a number of environmental parameters which have emission limit values in the licenses examined, although not all of these parameters have emission limit values in all of the licenses. All of these parameters are used as indicators of the potential impact which the mill can have on the environment. They have been set at specific levels by the Environmental Agencies in the individual countries to control the impact of the mill. Following on from this, the two main types of air pollution control equipment (WESPs and RTOs) are described in regard to their function and capabilities. The mill licenses are then presented in the form of results tables which compare air results and water results separately. This is due to the fact that the most significant emission from this type of industry is to air. A matrix system is used to compare the licenses so that the comparison can be as objective as possible. The discussion examines all of the elements previously described and from this it was concluded that the IPC licensing system is the best from an environmental and economic point of view. It is a much more expensive system to operate than the other systems examined, but it is much more comprehensive and looks at the mill as a whole rather than fragmenting it. It was also seen that the type of environmental licensing system which is in place in a country can play a role in the locating of an industry as certain systems were seen to have more stringent standards attached to them. The type of standard in place in a country is in turn influenced by the type of government which is in place in that country.

Energy from waste (EfW): a feasibility study on the economic and the environmental co-benefits of biogas production within rural communities

Energy from waste (E/W) technologies in the form o f biogas plants, CHP plants and other municipal solid waste (MSW) conversion technologies, have been gaining steady ground in the provision o f energy throughout Europe and the UK. Urban Waste Water Treatment Plants (UWWTP) are utilising much o f the same biochemical processes common to these E/W plants. Previous studies on Centralised Anaerobic Digestion (CAD) within Ireland found that the legislative and economic conditions were not conducive to such an operation on the grounds o f low energy price for electric and heat energy, and due to the restrictive nature o f the allowable feedstocks. Recent changes to the Irish REFIT tariff on energy produced from Anaerobic digestion; alterations to the regulation o f the allowable use o f animal by products(ABP); the recent enactment o f the Renewable Energy D irective (09/28/EC) and a subsequent review o f the draft Biowaste Directive (2001) required that the issue o f decentralised energy production in Ireland be reassessed. In this instance the feasibility study is based on a extant rural community, centred around the village o f Woodford Co Galway. The review found that the prevailing conditions were now such that it was technically and economically feasible for this biochemical process to provide energy and waste treatment facilities at the above location. The review also outlines the last item which is preventing this process from becoming achievable, specifically the lack o f a digestate regulation on land spreading which deals specifically with biowaste. The study finds that the implementation o f the draft EU biowaste regulations, with amendments for Cr and Hg levels to match the proposed Irish regulation for compost, would ensure that Ireland has some o f the most restrictive regulations in Europe for this application. The delay in completing this piece o f legislation is preventing national energy and waste issues from being resolved in a planned and stepwise fashion. A proposed lay out for the new Integrated Waste from Energy Plant (IW/EP) is presented. Budget economic projections and alternative revenue streams are outlined. Finally a review o f the national policies regarding the Rural Development Plan (RDP), the Rural Planning Guidelines (RPG) and the National Renewable Energy Action Plan (NREAP) are examined against the relevant EU directives.

The use of forensic polycyclic aromatic hydrocarbon signatures and Compound Ratio Analysis Techniques (CORAT) for the source characterisation of petrogenic/pyrogenic environmental releases.

This study utilised recent developments in forensic aromatic hydrocarbon fingerprint analysis to characterise and identify specific biogenic, pyrogenic and petrogenic contamination. The fingerprinting and data interpretation techniques discussed include the recognition of: The distribution patterns of hydrocarbons (alkylated naphthalene, phenanthrene, dibenzothiophene, fluorene, chrysene and phenol isomers), • Analysis of “source-specific marker” compounds (individual saturated hydrocarbons, including n-alkanes (n-C5 through 0-C40) • Selected benzene, toluene, ethylbenzene and xylene isomers (BTEX), • The recalcitrant isoprenoids; pristane and phytane and • The determination of diagnostic ratios of specific petroleum / non-petroleum constituents, and the application of various statistical and numerical analysis tools. An unknown sample from the Irish Environmental Protection Agency (EPA) for origin characterisation was subjected to analysis by gas chromatography utilising both flame ionisation and mass spectral detection techniques in comparison to known reference materials. The percentage of the individual Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAIIs) and biomarker concentrations in the unknown sample were normalised to the sum of the analytes and the results were compared with the corresponding results with a range of reference materials. In addition, to the determination of conventional diagnostic PAH and biomarker ratios, a number of “source-specific markers” isomeric PAHs within the same alkylation levels were determined, and their relative abundance ratios were computed in order to definitively identify and differentiate the various sources. Statistical logarithmic star plots were generated from both sets of data to give a pictorial representation of the comparison between the unknown sample and reference products. The study successfully characterised the unknown sample as being contaminated with a “coal tar” and clearly demonstrates the future role of compound ratio analysis (CORAT) in the identification of possible source contaminants.