Rapid Evolution of the Sequences and Gene Repertoires

Proteins secreted to the extracellular environment or to the periphery of the cell envelope, the secretome, play essential roles in foraging, antagonistic and mutualistic interactions. We hypothesize that arms races, genetic conflicts and varying selective pressures should lead to the rapid change of sequences and gene repertoires of the secretome. The analysis of 42 bacterial pan-genomes shows that secreted, and especially extracellular proteins, are predominantly encoded in the accessory genome, i.e. among genes not ubiquitous within the clade. Genes encoding outer membrane proteins might engage more frequently in intra-chromosomal gene conversion because they are more often in multi-genic families. The gene sequences encoding the secretome evolve faster than the rest of the genome and in particular at non-synonymous positions. Cell wall proteins in Firmicutes evolve particularly fast when compared with outer membrane proteins of Proteobacteria. Virulence factors are over-represented in the secretome, notably in outer membrane proteins, but cell localization explains more of the variance in substitution rates and gene repertoires than sequence homology to known virulence factors. Accordingly, the repertoires and sequences of the genes encoding the secretome change fast in the clades of obligatory and facultative pathogens and also in the clades of mutualists and free-living bacteria. Our study shows that cell localization shapes genome evolution. In agreement with our hypothesis, the repertoires and the sequences of genes encoding secreted proteins evolve fast. The particularly rapid change of extracellular proteins suggests that these public goods are key players in bacterial adaptation.

Evolution of Drug Resistance: Insight on TEM β-Lactamases Structure and Activity and β-Lactam Antibiotics

Since the discovery of the first penicillin bacterial resistance to β-lactam antibiotics has spread and evolved promoting new resistances to pathogens. The most common mechanism of resistance is the production of β-lactamases that have spread thorough nature and evolve to complex phenotypes like CMT type enzymes. New antibiotics have been introduced in clinical practice, and therefore it becomes necessary a concise summary about their molecular targets, specific use and other properties. β-lactamases are still a major medical concern and they have been extensively studied and described in the scientific literature. Several authors agree that Glu166 should be the general base and Ser70 should perform the nucleophilic attack to the carbon of the carbonyl group of the β-lactam ring. Nevertheless there still is controversy on their catalytic mechanism. TEMs evolve at incredible pace presenting more complex phenotypes due to their tolerance to mutations. These mutations lead to an increasing need of novel, stronger and more specific and stable antibiotics. The present review summarizes key structural, molecular and functional aspects of ESBL, IRT and CMT TEM β-lactamases properties and up to date diagrams of the TEM variants with defined phenotype. The activity and structural characteristics of several available TEMs in the NCBI-PDB are presented, as well as the relation of the various mutated residues and their specific properties and some previously proposed catalytic mechanisms.

Estudo e Coordenação das Principais Protecções Eléctricas de Geradores e Transformadores de uma Central de Cogeração

O Sector eléctrico possui uma grande importância nas sociedades modernas. Dados os elevados custos de produção de energia e o grande impacto que esta tem na nossa economia e na sociedade, em geral, a utilização mais eficiente da energia é um factor fulcral. Com a evolução da electrónica e consequente aumento das capacidades dos computadores, as protecções eléctricas são cada vez mais eficazes e com índices de fiabilidade mais elevados, algo muito importante em instalações de elevado custo de investimento e manutenção. No entanto, o seu bom funcionamento está dependente do correcto dimensionamento das protecções e de uma análise técnica capaz de prever necessidades futuras. Após uma breve introdução no capítulo 1 é efectuado no capítulo 2 um breve estudo de protecções eléctricas e o seu estado de arte. Nos Capítulos 3 e 4 é efectuado o dimensionamento e estudo da selectividade das protecções de grupo de Alternador e Transformador escolhidos para a nova central de cogeração da refinaria de Matosinhos da Galp. No presente estudo foram apenas consideradas as protecções típicas de alternador e apenas a protecção diferencial do transformador. Todas as protecções foram dimensionadas com base no tutorial de protecções de geradores do IEE e com informação referente ao manual de instruções do relé G60 da GE industrial systems, o DTP-B da GE multilin e o ELIN Power Plant Automation. No Capítulo 5 é demonstrada a importância da análise Safety Instruments Systems (SIS), o seu modo de aplicação e necessidade de implementação em locais industriais como o caso em estudo. Por último, é efectuado um pequeno estudo económico onde é efectuada a comparação dos custos dos diversos equipamentos, protecções e manutenções efectuadas.

Implementação de uma Interface Homem-máquina baseada em Eletroculografia

A constante evolução da tecnologia permitiu ao ser humano a utilização de dispositivos electrónicos nas suas rotinas diárias. Estas podem ser afetadas quando os utilizadores sofrem de deficiências ou doenças que afetam as suas capacidades motoras. Com o intuito de minimizar este obstáculo surgiram as Interfaces Homem-Computador (HCI). É neste panorama que os sistemas HCI baseados em Eletroculografia (EOG) assumem um papel preponderante na melhoria da qualidade de vida destes indivíduos. A Eletroculografia é o resultado da aquisição do movimento ocular, que pode ser adquirido através de diversos métodos. Os métodos mais convencionais utilizam elétrodos de superfície para aquisição dos sinais elétricos, ou então, utilizam sistemas de gravação de vídeo, que gravam o movimento ocular. O objetivo desta tese é desenvolver um sistema HCI baseado em Eletroculografia, que adquire o sinal elétrico do movimento ocular através de elétrodos de superfície. Para tal desenvolveu-se um circuito eletrónico para a aquisição do sinal de EOG, bem como um algoritmo em Python para análise do mesmo. O circuito foi desenvolvido recorrendo a seis módulos diferentes, cada um deles com uma função específica. Para cada módulo foi necessário desenhar e implementar placas de circuito impresso, que quando conectadas entre si permitem filtrar, amplificar e digitalizar os sinais elétricos, adquiridos através de elétrodos de superfície, originados pelo movimento ocular. O algoritmo criado em Python permite analisar os dados provenientes do circuito e converte-os para coordenadas. Através destas foi possível determinar o sentido e a amplitude do movimento ocular.

The genetic basis of morphological change in convergent evolution of natural populations: identifying candidate genes behind convergent evolution in blind cavefish astyanax mexicanus

Dissertation presented to obtain the Ph.D. degree in Biology at the Instituto de Tecnologia Química e Biológica, Universidade Nova de Lisboa.

Heparin-antivenom association: differential neutralization effectiveness in Bothrops atrox and Bothrops erythromelas envenoming

Heparin, in some regions of Brazil has been used in the treatment of bothropic accidents, but the data found in the literature are inconclusive about its effectiveness. The venoms of Bothrops atrox and of B. erythromelas were characterized according to their biological activities. The capacity of heparin in neutralizing these activities was tested with doses of 3 and 6 IU in isolated form and associated to Antibothropic Serum (ABS). It was verified that heparin, in doses of 3 and 6 IU, was not effective in neutralizing the desfibrinating and edema-forming activities of B. atrox venom and the hemorrhagic and coagulant actions of both venoms. Heparin diminished the effectiveness of the ABS in the neutralization of the hemorrhagic and edema-forming activities of the B. atrox venom. However, heparin in the 6 IU dose was capable of neutralize the edema-forming of the B. erythromelas and increase the effectiveness of the ABS. Heparin also neutralized the phospholipasic A2 activity of B. atrox (14.3%) and B. erythromelas (28.0%) venoms. For B. erythromelas venom, the associated treatment, heparin and ABS, was more effective in the neutralization of its lethal activity.

An agent-based evolutionary approach for manufacturing system layout design

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Geodupa - a geography-driven partial membership algorithm

Trabalho apresentado no âmbito do Mestrado em Engenharia Informática, como requisito parcial para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Informática

Efficient Legendre spectral tau algorithm for solving two-sided space-time Caputo fractional advection-dispersion equation

In this paper we present the operational matrices of the left Caputo fractional derivative, right Caputo fractional derivative and Riemann–Liouville fractional integral for shifted Legendre polynomials. We develop an accurate numerical algorithm to solve the two-sided space–time fractional advection–dispersion equation (FADE) based on a spectral shifted Legendre tau (SLT) method in combination with the derived shifted Legendre operational matrices. The fractional derivatives are described in the Caputo sense. We propose a spectral SLT method, both in temporal and spatial discretizations for the two-sided space–time FADE. This technique reduces the two-sided space–time FADE to a system of algebraic equations that simplifies the problem. Numerical results carried out to confirm the spectral accuracy and efficiency of the proposed algorithm. By selecting relatively few Legendre polynomial degrees, we are able to get very accurate approximations, demonstrating the utility of the new approach over other numerical methods.

Evolution of genotypes of Group A streptococci from colonization and infection

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Biologia

Clinical characteristics and evolution of syphilis in 24 HIV+ individuals in Rio de Janeiro, Brazil

A total of 24 patients with syphilis and HIV infection were treated from January 1997 to March 2003 at the Infectious Dermatology Outpatient Clinic of the Evandro Chagas Clinical Research Institute, Oswaldo Cruz Foundation, Rio de Janeiro, Brazil. The caseload consisted of 20 males (83.3%) and four females (16.7%), with a mean age of 38.04 years and mean T CD4+ count of 389.5 cells/mL. Syphilis was diagnosed as secondary in 16 (62.5%) patients, late latent in eight (33.3%), and tertiary in one (4.2%). Manifestations of secondary syphilis were palmar and plantar erythematopapulous cutaneous lesions in nine (37.5%), papulous exanthema in four (16.7%), patchy alopecia in 3 (12.5%) and osteochondritis in one patient (4.2%). Tertiary syphilis was characterized by verrucous lesions. Neurosyphilis was diagnosed in four patients (16.7%), with headache as the only manifestation in two patients. Drugs used in treatment included benzathine penicillin, ceftriaxone, erythromycin, and crystalline penicillin. Cure was achieved in 18 patients (75%). Five patients (20.8%) were retreated, three of whom presented a history of re-exposure. This study confirms the importance of establishing the diagnosis of neurosyphilis in patients with HIV infection, in addition to performing follow-up on treatment for syphilis.

Abdominal angiostrongyliasis: a case with severe evolution

A case of acute abdomen disease caused by abdominal angiostrongyliasis is reported. A 42-year-old otherwise healthy patient presented with a complaint of nine days of abdominal pain, constipation, disury, fever and right iliac fossa palpable mass. Exploratory laparotomy was performed. After surgical treatment the patient presented serious complications.

Reconstrução de Superfícies usando um Scanner 3D de Luz Estruturada

Ao longo dos últimos anos, os scanners 3D têm tido uma utilização crescente nas mais variadas áreas. Desde a Medicina à Arqueologia, passando pelos vários tipos de indústria, ´e possível identificar aplicações destes sistemas. Essa crescente utilização deve-se, entre vários factores, ao aumento dos recursos computacionais, à simplicidade e `a diversidade das técnicas existentes, e `as vantagens dos scanners 3D comparativamente com outros sistemas. Estas vantagens são evidentes em áreas como a Medicina Forense, onde a fotografia, tradicionalmente utilizada para documentar objectos e provas, reduz a informação adquirida a duas dimensões. Apesar das vantagens associadas aos scanners 3D, um factor negativo é o preço elevado. No âmbito deste trabalho pretendeu-se desenvolver um scanner 3D de luz estruturada económico e eficaz, e um conjunto de algoritmos para o controlo do scanner, para a reconstrução de superfícies de estruturas analisadas, e para a validação dos resultados obtidos. O scanner 3D implementado ´e constituído por uma câmara e por um projector de vídeo ”off-the-shelf”, e por uma plataforma rotativa desenvolvida neste trabalho. A função da plataforma rotativa consiste em automatizar o scanner de modo a diminuir a interação dos utilizadores. Os algoritmos foram desenvolvidos recorrendo a pacotes de software open-source e a ferramentas gratuitas. O scanner 3D foi utilizado para adquirir informação 3D de um crânio, e o algoritmo para reconstrução de superfícies permitiu obter superfícies virtuais do crânio. Através do algoritmo de validação, as superfícies obtidas foram comparadas com uma superfície do mesmo crânio, obtida por tomografia computorizada (TC). O algoritmo de validação forneceu um mapa de distâncias entre regiões correspondentes nas duas superfícies, que permitiu quantificar a qualidade das superfícies obtidas. Com base no trabalho desenvolvido e nos resultados obtidos, é possível afirmar que foi criada uma base funcional para o varrimento de superfícies 3D de estruturas, apta para desenvolvimento futuro, mostrando que é possível obter alternativas aos métodos comerciais usando poucos recursos financeiros.

Indications of carbapenem resistance evolution through heteroresistance as an intermediate stage in Acinetobacter baumannii after carbapenem administration

We describe an in vivo evolution of an antimicrobial profile from susceptibility to full-resistance to carbapenems, with heteroresistance as an intermediate stage, in an Acinetobacter baumannii strain. Heteroresistance was characterized by the growth of sub-populations within the susceptibility halo in both disk-diffusion and Etest. PCRs for the main A. baumannii carbapenemases were negative. The exact resistance mechanism, diagnostic methods and clinical relevance of heteroresistance in A. baumannii warrant further investigations. This is the first description of such phenomenon in vivo and the second report of heteroresistance to carbapenems in A. baumannii.