Development of triplet repeat primed PCR (TP-PCR) technique as a support of molecular test in Machado-Joseph disease

Dissertação de Mestrado, Ciências Biomédicas, 3 de Fevereiro de 2016, Universidade dos Açores.

Host-symbiont interactions in the deep-sea vent mussel Bathymodiolus azoricus : a molecular approach

Tese de Doutoramento, Ciências do Mar, especialidade de Biologia Marinha, 19 de Dezembro de 2015, Universidade dos Açores.

Molecular screening of 246 Portuguese Aspergillus isolates among different clinical and environmental sources

Clinical and environmental samples from Portugal were screened for the presence of Aspergillus and the distributions of the species complexes were determined in order to understand how their distributions differ based on their source. Fifty-seven Aspergillus isolates from clinical samples were collected from 10 health institutions. Six species complexes were detected by internal transcribed spacer sequencing; Fumigati, Flavi, and Nigri were found most frequently (50.9%, 21.0%, and 15.8%, respectively). β-tubulin and calmodulin sequencing resulted in seven cryptic species (A. awamorii, A. brasiliensis, A. fructus, A. lentulus, A. sydowii, A. tubingensis, Emericella echinulata) being identified among the 57 isolates. Thirty-nine isolates of Aspergillus were recovered from beach sand and poultry farms, 31 from swine farms, and 80 from hospital environments, for a total 189 isolates. Eleven species complexes were found in these 189 isolates, and those belonging to the Versicolores species complex were found most frequently (23.8%). There was a significant association between the different environmental sources and distribution of the species complexes; the hospital environment had greater variability of species complexes than other environmental locations. A high prevalence of cryptic species within the Circumdati complex was detected in several environments; from the isolates analyzed, at least four cryptic species were identified, most of them growing at 37ºC. Because Aspergillus species complexes have different susceptibilities to antifungals, knowing the species-complex epidemiology for each setting, as well as the identification of cryptic species among the collected clinical isolates, is important. This may allow preventive and corrective measures to be taken, which may result in decreased exposure to those organisms and a better prognosis.

Síntese de derivados de ácidos fenólicos e estudo da sua actividade antioxidante

A peroxidação lipídica, além de causar sérios danos no corpo humano, é a principal causa da deterioração dos alimentos afectando a sua cor, aroma e valor nutricional, o que conduz a uma diminuição do seu ciclo de vida. O fenómeno de oxidação pode ser retardado com recurso a antioxidantes, de origem natural ou sintética, que inibam a formação de espécies reactivas, ou que reajam com estas, formando posteriormente radicais com menor grau de reactividade. Nesta dissertação procedeu-se à síntese e elucidação estrutural de novos antioxidantes, derivados dos ácidos 3,4-diidroxibenzóico (PCA) e 3,4-diidroxifenilacético (DOPAC), e à avaliação da sua actividade anti-radicalar e antioxidante. Os novos antioxidantes sintetizados foram caracterizados usando RMN de 1H e de 13C, FTIR e EM-IE. A avaliação da actividade antioxidante foi realizada com base no método do radical 2,2- difenil-1-picrilhidrazilo (DPPH·) e por técnicas electroquímicas (voltametria de impulso diferencial e voltametria cíclica). Os resultados obtidos permitiram concluir que a eficácia anti-radicalar (AE) é determinada por aspectos da estrutura molecular dos compostos, nomeadamente pela presença de grupos hidroxilo no anel aromático e também de grupos extensores relativamente à posição do grupo carboxílico. Os resultados permitiram verificar que o DOPAC apresenta a mais elevada eficiência anti-radicalar dos compostos em estudo, incluindo o trolox e o ácido gálhico (compostos de referência). Com base nos resultados obtidos concluiu-se que, um menor potencial de oxidação conduz a uma melhor actividade anti-radicalar dos compostos. De facto, verificou-se para o PCA e respectivos ésteres o maior potencial de oxidação e também a menor eficiência anti-radicalar. Em contrapartida, os antioxidantes com maior eficiência anti-radicalar, DOPAC, trolox e ácido gálhico, apresentaram menor potencial de oxidação.

Comparação da fixação em formalina e em fixador molecular e sua influência em técnicas histoquímicas em tecido hepático

A Formalina 10% Tamponada (FNT 10%) é considerada o fixador de eleição nos Laboratórios de Anatomia Patológica. Contudo, a exposição a esta substância acarreta riscos para a saúde dos técnicos. A International Agency for Research on Cancer (IARC) classificou-a como cancerígeno humano e estudos relevam uma correlação positiva entre a exposição a formaldeído e o desenvolvimento de leucemia e leucemia mielóide. Torna-se relevante alterar o processo de fixação substituindo a FNT 10% por outros fixadores melhorando estas questões. Como tal, desenvolveram-se fixadores à base de outros compostos químicos que não formaldeído, como o Fixador Molecular Universal (UMFIX) que tem como base metanol e polietilenoglicol e que é usualmente utilizado com um processador rápido de micro-ondas. Pretende-se comparar as diferenças entre a fixação por FNT 10% e a fixação por UMFIX, em tecido hepático processado em processador rápido de micro-ondas, para as colorações de Hematoxilina-Eosina (H&E), Tricrómio de Gomori, Reticulina e PAS, através da qualidade final das lâminas testadas. A coloração de H&E foi a única que apresentou diferenças estatisticamente significativas entre os dois fixadores (p=0,032; α<0,05; Mann-Whitney). O UMFIX apresenta-se como um substituto da FNT 10% para o processamento rápido em micro-ondas, pois além de apresentar lâminas com uma qualidade final semelhante ou superior às da FNT 10%, ultrapassa os riscos referidos.

Novel potentiometric sensors of molecular imprinted polymers for specific binding of chlormequat

Molecularly imprinted polymers (MIP) were used as potentiometric sensors for the selective recognition and determination of chlormequat (CMQ). They were produced after radical polymerization of 4-vinyl pyridine (4-VP) or methacrylic acid (MAA) monomers in the presence of a cross-linker. CMQwas used as template. Similar nonimprinted (NI) polymers (NIP) were produced by removing the template from reaction media. The effect of kind and amount of MIP or NIP sensors on the potentiometric behavior was investigated. Main analytical features were evaluated in steady and flow modes of operation. The sensor MIP/4-VP exhibited the best performance, presenting fast near-Nernstian response for CMQover the concentration range 6.2×10-6 – 1.0×10-2 mol L-1 with detection limits of 4.1×10-6 mol L-1. The sensor was independent from the pH of test solutions in the range 5 – 10. Potentiometric selectivity coefficients of the proposed sensors were evaluated over several inorganic and organic cations. Results pointed out a good selectivity to CMQ. The sensor was applied to the potentiometric determination of CMQin commercial phytopharmaceuticals and spiked water samples. Recoveries ranged 96 to 108.5%.

Ecotoxicological aspects related to the presence of pharmaceuticals in the aquatic environment

Pharmaceuticals are biologically active and persistent substances which have been recognized as a continuing threat to environmental stability. Chronic ecotoxicity data as well as information on the current distribution levels in different environmental compartments continue to be sparse and are focused on those therapeutic classes that are more frequently prescribed and consumed. Nevertheless, they indicate the negative impact that these chemical contaminants may have on living organisms, ecosystems and ultimately, public health. This article reviews the different contamination sources as well as fate and both acute and chronic effects on non-target organisms. An extensive review of existing data in the form of tables, encompassing many therapeutic classes is presented.

Molecular epidemiology of Aspergillus collected from cystic fibrosis patients

Background - Aspergillus respiratory infection is a common complication in cystic fibrosis (CF) and is associated with loss of pulmonary function and allergic disease. Methods - Fifty-three Aspergillus isolates recovered from CF patients were identified to species by Internal Transcribed Spacer Region (ITS), β-tubulin, and calmodulin sequencing. Results - Three species complexes (Terrei, Nigri, and Fumigati) were found. Identification to species level gave a single Aspergillus terreus sensu stricto, one Aspergillus niger sensu stricto and 51 Aspergillus fumigatus sensu stricto isolates. No cryptic species were found. Conclusions - To our knowledge, this is the first prospective study of Aspergillus species in CF using molecular methods. The paucity of non-A. fumigatus and of cryptic species of A. fumigatus suggests a special association of A. fumigatus sensu stricto with CF airways, indicating it likely displays unique characteristics making it suitable for chronic residence in that milieu. These findings could refine an epidemiologic and therapeutic approach geared to this pathogen.

Potential pathogenic fungi assessment through molecular biology in cork industry

Portugal has been the world leader in the cork sector in terms of exports, employing ten thousands of workers. In this working activity, the permanent contact with cork may lead to the exposure to fungi, raising concerns as potential occupational hazards in cork industry. The application of molecular tools is crucial in this setting, since fungal species with faster growth rates may hide other species with clinical relevance, such as species belonging to P. glabrum and A. fumigatus complexes. A study was developed aiming at assessing fungal contamination due to Aspergillus fumigatus complex and Penicillium glabrum complex by molecular methods in three cork industries in the outskirt of Lisbon city.

Mathematical aspects of the Heisenberg uncertainty principle within local fractional Fourier analysis

In this paper, we discuss the mathematical aspects of the Heisenberg uncertainty principle within local fractional Fourier analysis. The Schrödinger equation and Heisenberg uncertainty principles are structured within local fractional operators.

Caracterização molecular da resistência a antimicrobianos em Escherichia coli produtoras de β-lactamases de espectro alargado isoladas em cães e estudo da partilha de clones bacterianos entre animais de companhia e coabitantes humanos

A pressão seletiva originada pelo uso excessivo de antimicrobianos na medicina humana e veterinária tem contribuído para a emergência de estirpes bacterianas multirresistentes, sendo os estudos mais escassos relativamente à sua presença nos animais de companhia. Porque os animais e os seus proprietários partilham o mesmo espaço habitacional, apresentando comportamentos de contacto próximo, existe uma hipótese elevada de transferência microbiana inter-espécie. Ante esta possibilidade é importante escrutinar o papel dos animais de companhia enquanto reservatórios de estirpes e de genes de resistência, bem como a sua envolvência na disseminação de estirpes bacterianas multirresistentes. Importa também, investigar o papel das superfícies e objetos domésticos partilhados por ambos, como potenciadores deste fenómeno. O objetivo deste trabalho foi, identificar o filogrupo e fazer a caracterização molecular dos genes que conferem resistência aos β-lactâmicos e às quinolonas, em quarenta isolados de Escherichia coli produtoras de β-lactamases de espectro alargado (ESBL), obtidas em zaragatoas fecais de cães consultados no Hospital Veterinário do ICBAS-UP. Complementarmente pretendeu-se inferir sobre a partilha de clones de Escherichia coli e Enterococcus spp. com elevadas resistências, em cinco agregados familiares (humanos e seus animais de companhia) assim como avaliar a potencial disseminação de estirpes multirresistentes no ambiente doméstico. Previamente foram recolhidas zaragatoas de fezes, pelo e mucosa oral dos animais e em alguns casos, dos seus proprietários, e ainda do ambiente doméstico. As zaragatoas foram processadas e as estirpes isoladas com base em meios seletivos. Foram realizados testes de suscetibilidade antimicrobiana de modo a estabelecer o fenótipo de resistência de cada isolado. O DNA foi extraído por varias metodologias e técnicas de PCR foram utilizadas para caracterização de filogrupos (Escherichia coli) e identificação da espécie (Enterococcus spp.). A avaliação da proximidade filogenética entre isolados foi efetuada por ERIC PCR e PFGE. No conjunto de quarenta isolados produtores de ESBL e/ou resistentes a quinolonas verificou-se que 47,5% pertenciam ao filogrupo A, havendo uma menor prevalência do filogrupo D (25,0%), B1 (17,5%), e B2 (10,0%).A frequência de resistência nestes isolados é factualmente elevada, sendo reveladora de uma elevada pressão seletiva. Com exceção de dois isolados, os fenótipos foram justificados pela presença de β-lactamases. A frequência da presença de genes foi: 47% blaTEM, 34% blaSHV, 24% blaOXA , 18% blaCTX-M-15, 8% blaCTX-M-2, 3% blaCTX-M-9. Nos isolados resistentes às quinolonas verificou-se maioritariamente a presença de mutações nos genes cromossomais gyrA e parC, e em alguns casos a presença de um determinante de resistência mediado por plasmídeo – qnrS. Nos cinco “agregados familiares” (humanos e animais) estudados foi observada uma partilha frequente de clones de E. coli e Enterococcus faecalis com múltiplas resistências, isolados em fezes e mucosa oral de cães e gatos e fezes e mãos dos respetivos proprietários, evidenciando-se assim uma possível transferência direta entre coabitantes (agregados A, C, D, E). Ficou também comprovado com percentagens de similaridade genotípica superiores a 94% que essa disseminação também ocorre para o ambiente doméstico, envolvendo objetos dos animais e de uso comum (agregados A, E). Os resultados obtidos reforçam a necessidade de um uso prudente dos antimicrobianos, pois elevados padrões de resistências terão um impacto não só na qualidade de vida dos animais mas também na saúde humana. Adicionalmente importa sensibilizar os proprietários para a necessidade de uma maior vigilância relativamente às formas de interação com os animais, bem como para a adoção de medidas higiénicas cautelares após essa mesma interação.

Ligand-Induced structural changes in TEM‑1 probed by molecular dynamics and relative binding free energy calculations

The TEM family of enzymes has had a crucial impact on the pharmaceutical industry due to their important role in antibiotic resistance. Even with the latest technologies in structural biology and genomics, no 3D structure of a TEM- 1/antibiotic complex is known previous to acylation. Therefore, the comprehension of their capability in acylate antibiotics is based on the protein macromolecular structure uncomplexed. In this work, molecular docking, molecular dynamic simulations, and relative free energy calculations were applied in order to get a comprehensive and thorough analysis of TEM-1/ampicillin and TEM-1/amoxicillin complexes. We described the complexes and analyzed the effect of ligand binding on the overall structure. We clearly demonstrate that the key residues involved in the stability of the ligand (hot-spots) vary with the nature of the ligand. Structural effects such as (i) the distances between interfacial residues (Ser70−Oγ and Lys73−Nζ, Lys73−Nζ and Ser130−Oγ, and Ser70−Oγ−Ser130−Oγ), (ii) side chain rotamer variation (Tyr105 and Glu240), and (iii) the presence of conserved waters can be also influenced by ligand binding. This study supports the hypothesis that TEM-1 suffers structural modifications upon ligand binding.

Transport mechanism in ionic liquid membranes and the study of thiomersal biodegradation

The initial goal of this work was the development of a supported liquid membrane (SLM) bioreactor for the remediation of vaccine production effluents contaminated with a highly toxic organomercurial – thiomersal. Therefore, two main aspects were focused on: 1) the development of a stable supported liquid membrane – using room temperature ionic liquids (RTILs) – for the selective transport of thiomersal from the wastewater to a biological compartment, 2) study of the biodegradation kinetics of thiomersal to metallic mercury by a Pseudomonas putida strain. The first part of the work focused on the evaluation of the physicochemical properties of ionic liquids and on the SLMs’ operational stability. The results obtained showed that, although it is possible to obtain a SLM with a high stability, water possesses nonnegligible solubility in the RTILs studied. The formation of water clusters inside the hydrophobic ionic liquid was identified and found to regulate the transport of water and small ions. In practical terms, this meant that, although it was possible to transport thiomersal from the vaccine effluent to the biological compartment, complete isolation of the microbial culture could not be guaranteed and the membrane might ultimately be permeable to other species present in the aqueous vaccine wastewater. It was therefore decided not to operate the initially targeted integrated system but, instead, the biological system by itself. Additionally, attention was given to the development of a thorough understanding of the transport mechanisms involved in the solubilisation and transport of water through supported liquid membranes with RTILs as well as to the evaluation of the effect of water uptake by the SLM in the transport mechanisms of water-soluble solutes and its effect on SLM performance. The results obtained highlighted the determinant role played by water – solubilised inside the ionic liquids – on the transport mechanism. It became clear that the transport mechanism of water and water-soluble solutes through SLMs with [CnMIM][PF6] RTILs was regulated by the dynamics of water clusters inside the RTIL, rather than by molecular diffusion through the bulk of the ionic liquid. Although the stability tests vi performed showed that there were no significant losses of organic phase from the membrane pores, the formation of water clusters inside the ionic liquid, which constitute new, non-selective environments for solute transport, leads to a clear deterioration of SLM performance and selectivity. Nevertheless, electrical impedance spectroscopy characterisation of the SLMs showed that the formation of water clusters did not seem to have a detrimental effect on the SLMs’ electrical characteristics and highlighted the potential of using this type of membranes in electrochemical applications with low resistance requirements. The second part of the work studied the kinetics of thiomersal degradation by a pure culture of P. putida spi3 strain, in batch culture and using a synthe tic wastewater. A continuous ly stirred tank reactor fed with the synthetic wastewater was also operated and the bioreactor’s performance and robustness, when exposed to thiomersal shock loads, were evaluated. Finally, a bioreactor for the biological treatment of a real va ccine production effluent was set up and operated at different dilution rates. Thus it was possible to treat a real thiomersal-contaminated effluent, lowering the outlet mercury concentration to values below the European limit for mercury effluent discharges.

Practical aspects of slot-based task- splitting dispatching in its schedulability analysis

Consider the problem of scheduling a set of sporadic tasks on a multiprocessor system to meet deadlines using a tasksplitting scheduling algorithm. Task-splitting (also called semipartitioning) scheduling algorithms assign most tasks to just one processor but a few tasks are assigned to two or more processors, and they are dispatched in a way that ensures that a task never executes on two or more processors simultaneously. A certain type of task-splitting algorithms, called slot-based task-splitting, is of particular interest because of its ability to schedule tasks at high processor utilizations. We present a new schedulability analysis for slot-based task-splitting scheduling algorithms that takes the overhead into account and also a new task assignment algorithm.

Molecular mobility of n-ethylene glycol dimethacrylate glass formers upon free radical polymerization

Quando um líquido evita a cristalização durante o arrefecimento, diz-se que entra no estado sobrearrefecido. Se a temperatura continuar a diminuir, o consequente aumento da viscosidade reflecte-se na mobilidade molecular de tal maneira que os tempos característicos se tornam da mesma ordem de grandeza que os tempos acessíveis experimentalmente. Se o arrefecimento continuar, o líquido altamente viscoso acaba por vitrificar, i.e. entra no estado vítreo onde apenas os movimentos locais são permitidos. Os monómeros da família n -etileno glicol dimetacrilato ( n -EGDMA, para n = 1 até 4, que constituem o objecto deste estudo, facilmente evitam a cristalização, sendo pois bons candidatos para estudar a mobilidade molecular nos estados sobrearrefecido e vítreo. A Espectroscopia de Relaxação Dieléctrica (DRS) foi a técnica escolhida para obter informação detalhada sobre a sua dinâmica molecular (Capítulos 1 e 2). A primeira parte deste trabalho consistiu na caracterização dieléctrica dos processos de relaxação existentes acima e abaixo da temperatura de transição vítrea (g T ), a qual aumenta com o aumento do peso molecular (w M ), sendo este resultado confirmado por Calorimetria Diferencial de Varrimento (DSC). No que respeita ao processo cooperativo a , associado à transição vítrea, e ao processo secundário b, observa-se uma dependência com w M , enquanto que o outro processo secundário, g , aparenta ser independente deste factor (Capítulo 3). Nos capítulos seguintes, foram levadas a cabo diferentes estratégias com o objectivo de clarificar os mecanismos que estão na origem destas duas relaxações secundárias (b e g ), assim como conhecer a sua respectiva relação com a relaxação principal (a ). Do estudo, em tempo real, da polimerização isotérmica via radicais livres do TrEGDMA por Calorimetria de Varrimento Diferencial com Modulação de Temperatura (TMDSC), levado a cabo a temperaturas abaixo da g T do polímero final, concluem-se entre outros, dois importantes aspectos: i) que a vitrificação do polímero em formação conduz a graus de conversão relativamente baixos, e ii) que o monómero que está por reagir é expulso da rede polimérica que se forma, dando lugar a uma clara separação de fases (Capítulo 4). Com base nesta informação, o passo seguinte foi estudar separadamente a polimerização isotérmica do di-, tri- e tetra-EGDMA, dando especial atenção às alterações de mobilidade do monómero ainda por reagir. Com as restrições impostas pela formação de ligações químicas, as relaxações a e b detectadas no monómero tendem a desaparecer no novo polímero formado, enquanto que a relaxação g se mantém quase inalterada. Os diferentes comportamentos que aparecem durante a polimerização permitiram a atribuição da origem molecular dos processos secundários: o processo g foi associado ao movimento twisting das unidades etileno glicol, enquanto que a rotação dos grupos carboxilo foi relacionada com a relaxação b (Capítulo 5). No que respeita ao próprio polímero, um processo de relaxação adicional foi detectado, pol b , no poly-DEGDMA, poly-TrEGDMA e poly-TeEGDMA, com características similares ao encontrado nos poli(metacrilato de n -alquilo). Este processo foi confirmado e bem caracterizado aquando do estudo da copolimerização do TrEGDMA com acrilato de metilo (MA) para diferentes composições (Capítulo 6). Para finalizar, o EGDMA, o elemento mais pequeno da família de monómeros estudada, além de vitrificar apresenta uma marcada tendência para cristalizar quer a partir do estado líquido ou do estado vítreo. Durante a cristalização, a formação de uma fase rígida afecta principalmente o processo a , cuja intensidade diminui sem no entanto se observarem modificações significativas na dependência do tempo de relaxação característico com a temperatura. Por outro lado, o processo secundário b torna-se melhor definido e mais estreito, o que pode ser interpretado em termos de uma maior homogeneidade dos micro-ambientes associados aos movimentos locais(Capítulo 7).