Lovastatin biosynthesis depends on the carbon-nitrogen proportion: model development and controller design

Lovastatin biosynthesis depends on the relative concentrations of dissolved oxygen and the carbon and nitrogen resources. An elucidation of the underlying relationship would facilitate the derivation of a controller for the improvement of lovastatin yield in bioprocesses. To achieve this goal, batch submerged cultivation experiments of lovastatin production by Aspergillus flavipus BICC 5174, using both lactose and glucose as carbon sources, were performed in a 7 liter bioreactor and the data used to determine how the relative concentrations of lactose, glucose, glutamine and oxygen affected lovastatin yield. A model was developed based on these results and its prediction was validated using an independent set of batch data obtained from a 15-liter bioreactor using five statistical measures, including the Willmott index of agreement. A nonlinear controller was designed considering that dissolved oxygen and lactose concentrations could be measured online, and using the lactose feed rate and airflow rate as process inputs. Simulation experiments were performed to demonstrate that a practical implementation of the nonlinear controller would result in satisfactory outcomes. This is the first model that correlates lovastatin biosynthesis to carbon-nitrogen proportion and possesses a structure suitable for implementing a strategy for controlling lovastatin production.

Anatomy and Neurophysiology of Coughing: CHEST Guideline and Expert Panel Report

Bronchopulmonary C-fibers and a subset of mechanically sensitive, acid-sensitive myelinated sensory nerves play essential roles in regulating cough. These vagal sensory nerves terminate primarily in the larynx, trachea, carina and large intrapulmonary bronchi. Other bronchopulmonary sensory nerves, sensory nerves innervating other viscera as well as somatosensory nerves innervating the chest wall, diaphragm and abdominal musculature regulate cough patterning and cough sensitivity. The responsiveness and morphology of the airway vagal sensory nerve subtypes and the extrapulmonary sensory nerves that regulate coughing are described. The brainstem and higher brain control systems that process this sensory information are complex, but our current understanding of them is considerable and increasing. The relevance of these neural systems to clinical phenomena, such as urge to cough and psychological methods for treatment of dystussia, is high and modern imaging methods have revealed potential neural substrates for some features of cough in the human.

Optical coherence tomography for the diagnosis, monitoring and guiding of treatment for neovascular age-related macular degeneration:a systematic review and economic evaluation

BACKGROUND: Age-related macular degeneration is the most common cause of sight impairment in the UK. In neovascular age-related macular degeneration (nAMD), vision worsens rapidly (over weeks) due to abnormal blood vessels developing that leak fluid and blood at the macula.

OBJECTIVES: To determine the optimal role of optical coherence tomography (OCT) in diagnosing people newly presenting with suspected nAMD and monitoring those previously diagnosed with the disease.

DATA SOURCES: Databases searched: MEDLINE (1946 to March 2013), MEDLINE In-Process & Other Non-Indexed Citations (March 2013), EMBASE (1988 to March 2013), Biosciences Information Service (1995 to March 2013), Science Citation Index (1995 to March 2013), The Cochrane Library (Issue 2 2013), Database of Abstracts of Reviews of Effects (inception to March 2013), Medion (inception to March 2013), Health Technology Assessment database (inception to March 2013).

REVIEW METHODS: Types of studies: direct/indirect studies reporting diagnostic outcomes.

INDEX TEST: time domain optical coherence tomography (TD-OCT) or spectral domain optical coherence tomography (SD-OCT).

COMPARATORS: clinical evaluation, visual acuity, Amsler grid, colour fundus photographs, infrared reflectance, red-free images/blue reflectance, fundus autofluorescence imaging, indocyanine green angiography, preferential hyperacuity perimetry, microperimetry. Reference standard: fundus fluorescein angiography (FFA). Risk of bias was assessed using quality assessment of diagnostic accuracy studies, version 2. Meta-analysis models were fitted using hierarchical summary receiver operating characteristic curves. A Markov model was developed (65-year-old cohort, nAMD prevalence 70%), with nine strategies for diagnosis and/or monitoring, and cost-utility analysis conducted. NHS and Personal Social Services perspective was adopted. Costs (2011/12 prices) and quality-adjusted life-years (QALYs) were discounted (3.5%). Deterministic and probabilistic sensitivity analyses were performed.

RESULTS: In pooled estimates of diagnostic studies (all TD-OCT), sensitivity and specificity [95% confidence interval (CI)] was 88% (46% to 98%) and 78% (64% to 88%) respectively. For monitoring, the pooled sensitivity and specificity (95% CI) was 85% (72% to 93%) and 48% (30% to 67%) respectively. The FFA for diagnosis and nurse-technician-led monitoring strategy had the lowest cost (£39,769; QALYs 10.473) and dominated all others except FFA for diagnosis and ophthalmologist-led monitoring (£44,649; QALYs 10.575; incremental cost-effectiveness ratio £47,768). The least costly strategy had a 46.4% probability of being cost-effective at £30,000 willingness-to-pay threshold.

LIMITATIONS: Very few studies provided sufficient information for inclusion in meta-analyses. Only a few studies reported other tests; for some tests no studies were identified. The modelling was hampered by a lack of data on the diagnostic accuracy of strategies involving several tests.

CONCLUSIONS: Based on a small body of evidence of variable quality, OCT had high sensitivity and moderate specificity for diagnosis, and relatively high sensitivity but low specificity for monitoring. Strategies involving OCT alone for diagnosis and/or monitoring were unlikely to be cost-effective. Further research is required on (i) the performance of SD-OCT compared with FFA, especially for monitoring but also for diagnosis; (ii) the performance of strategies involving combinations/sequences of tests, for diagnosis and monitoring; (iii) the likelihood of active and inactive nAMD becoming inactive or active respectively; and (iv) assessment of treatment-associated utility weights (e.g. decrements), through a preference-based study.

STUDY REGISTRATION: This study is registered as PROSPERO CRD42012001930.

FUNDING: The National Institute for Health Research Health Technology Assessment programme.

Concomitant osmotic and chaotropicity-induced stresses in Aspergillus wentii: compatible solutes determine the biotic window

Whereas osmotic stress response induced by solutes has been well-characterized in fungi, less is known about the other activities of environmentally ubiquitous substances. The latest methodologies to define, identify and quantify chaotropicity, i.e. substance-induced destabilization of macromolecular systems, now enable new insights into microbial stress biology (Cray et al. in Curr Opin Biotechnol 33:228–259, 2015a, doi:10.​1016/​j.​copbio.​2015.​02.​010; Ball and Hallsworth in Phys Chem Chem Phys 17:8297–8305, 2015, doi:10.​1039/​C4CP04564E; Cray et al. in Environ Microbiol 15:287–296, 2013a, doi:10.​1111/​1462-2920.​12018). We used Aspergillus wentii, a paradigm for extreme solute-tolerant fungal xerophiles, alongside yeast cell and enzyme models (Saccharomyces cerevisiae and glucose-6-phosphate dehydrogenase) and an agar-gelation assay, to determine growth-rate inhibition, intracellular compatible solutes, cell turgor, inhibition of enzyme activity, substrate water activity, and stressor chaotropicity for 12 chemically diverse solutes. These stressors were found to be: (i) osmotically active (and typically macromolecule-stabilizing kosmotropes), including NaCl and sorbitol; (ii) weakly to moderately chaotropic and non-osmotic, these were ethanol, urea, ethylene glycol; (iii) highly chaotropic and osmotically active, i.e. NH4NO3, MgCl2, guanidine hydrochloride, and CaCl2; or (iv) inhibitory due primarily to low water activity, i.e. glycerol. At ≤0.974 water activity, Aspergillus cultured on osmotically active stressors accumulated low-M r polyols to ≥100 mg g dry weight−1. Lower-M r polyols (i.e. glycerol, erythritol and arabitol) were shown to be more effective for osmotic adjustment; for higher-M r polyols such as mannitol, and the disaccharide trehalose, water-activity values for saturated solutions are too high to be effective; i.e. 0.978 and 0.970 (25 ºC). The highly chaotropic, osmotically active substances exhibited a stressful level of chaotropicity at physiologically relevant concentrations (20.0–85.7 kJ kg−1). We hypothesized that the kosmotropicity of compatible solutes can neutralize chaotropicity, and tested this via in-vitro agar-gelation assays for the model chaotropes urea, NH4NO3, phenol and MgCl2. Of the kosmotropic compatible solutes, the most-effective protectants were trimethylamine oxide and betaine; but proline, dimethyl sulfoxide, sorbitol, and trehalose were also effective, depending on the chaotrope. Glycerol, by contrast (a chaotropic compatible solute used as a negative control) was relatively ineffective. The kosmotropic activity of compatible solutes is discussed as one mechanism by which these substances can mitigate the activities of chaotropic stressors in vivo. Collectively, these data demonstrate that some substances concomitantly induce chaotropicity-mediated and osmotic stresses, and that compatible solutes ultimately define the biotic window for fungal growth and metabolism. The findings have implications for the validity of ecophysiological classifications such as ‘halophile’ and ‘polyextremophile’; potential contamination of life-support systems used for space exploration; and control of mycotoxigenic fungi in the food-supply chain.

Identification of lactic acid bacteria strains modulating incretin hormone secretion and gene expression in enteroendocrine cells

Glucagon-like peptide-1 (GLP-1) and glucose-dependent insulinotropic polypeptide (GIP) are incretin hormones released from intestinal enteroendocrine (EE) cells and have well-established glucose-lowering actions. Lactic acid bacteria (LAB) colonise the human intestine, but it is unknown whether LAB and EE cells interact. Acute co-culture of LAB with EE cells showed that certain LAB strains elicit GLP-1 and GIP secretion (13-194-fold) and upregulate their gene expression. LAB-induced incretin hormone secretion did not appear to involve nutrient mechanisms, nor was there any evidence of cytolysis. Instead PCR array studies implicated signalling agents of the toll-like receptor system, e.g. adaptor protein MyD88 was decreased 23-fold and cell surface antigen CD14 was increased 17-fold. Mechanistic studies found that blockade of MyD88 triggered significant GLP-1 secretion. Furthermore, blocking of CD14 completely attenuated LAB-induced secretion. A recent clinical trial clearly shows that LAB have potential for alleviating type 2 diabetes, and further characterisation of this bioactivity is warranted.

Increasing Fruit and Vegetable Intake Has No Dose-Response Effect on Conventional Cardiovascular Risk Factors in Overweight Adults at High Risk of Developing Cardiovascular Disease

BACKGROUND: Improving diet and lifestyle is important for prevention of cardiovascular disease (CVD). Observational evidence suggests that increasing fruit and vegetable (FV) consumption may lower CVD risk, largely through modulation of established risk factors, but intervention data are required to fully elucidate the mechanisms by which FVs exert benefits on vascular health.

OBJECTIVE: The aim of this study was to examine the dose-response effect of FV intake on cardiovascular risk factors in adults at high CVD risk.

METHODS: This was a randomized controlled parallel group study involving overweight adults (BMI: >27 and ≤35 kg/m(2)) with a habitually low FV intake (≤160 g/d) and a high total risk of developing CVD (estimated ≥20% over 10 y). After a 4-wk run-in period where FV intake was limited to <2 portions/d (<160 g/d), 92 eligible participants were randomly assigned to 1 of 3 groups: to consume either 2, 4, or 7 portions (equivalent to 160 g, 320 g, or 560 g, respectively) of FVs daily for 12 consecutive weeks. Fasting venous blood samples were collected at baseline (week 4) and post-intervention (week 16) for analysis of lipid fractions and high-sensitivity C-reactive protein (hsCRP) concentrations. Compliance with the FV intervention was determined with use of self-reported FV intake and biomarkers of micronutrient status. Ambulatory blood pressure and body composition were also measured pre- and post-intervention.

RESULTS: A total of 89 participants completed the study and body composition remained stable throughout the intervention period. Despite good compliance with the intervention, no significant difference was found between the FV groups for change in measures of ambulatory blood pressure, plasma lipids, or hsCRP concentrations.

CONCLUSIONS: There was no evidence of a dose-response effect of FV intake on conventional CVD risk factors measured in overweight adults at high CVD risk. This trial was registered at clinicaltrials.gov as NCT00874341.

Epidemiology of Dysglycemia in Pregnant Oklahoma American Indian Women

CONTEXT: Minority communities are disproportionately affected by diabetes, and minority women are at an increased risk for glucose intolerance (dysglycemia) during pregnancy.

OBJECTIVES: In pregnant American Indian women, the objectives of the study were to use current criteria to estimate the prevalence of first-trimester (Tr1) dysglycemia and second-trimester (Tr2) incidence of gestational diabetes mellitus (GDM) and to explore new candidate measures and identify associated clinical factors.

DESIGN: This was a prospective cohort study. In Tr1 we performed a 75-g, 2-hour oral glucose tolerance test (OGTT) and glycated hemoglobin (HbA1c) to determine the following: fasting insulin; homeostasis model assessment of insulin resistance; serum 1,5-anhydroglucitol; noninvasive skin autofluorescence (SCOUT). We defined dysglycemia by American Diabetes Association and Endocrine Society criteria and as HbA1c of 5.7% or greater. In Tr2 in an available subset, we performed a repeat OGTT and SCOUT.

PARTICIPANTS: Pregnant American Indian women (n = 244 at Tr1; n = 114 at Tr2) participated in the study.

OUTCOMES: The prevalence of dysglycemia at Tr1 and incidence of GDM at Tr2 were measured.

RESULTS: At Tr1, one woman had overt diabetes; 36 (15%) had impaired glucose tolerance (American Diabetes Association criteria and/or abnormal HbA1c) and 59 (24%) had GDM-Tr1 (Endocrine Society criteria). Overall, 74 (30%) had some form of dysglycemia. Associated factors were body mass index, hypertension, waist/hip circumferences, SCOUT score, fasting insulin, and homeostasis model assessment of insulin resistance. At Tr2, 114 of the Tr1 cohort underwent a repeat OGTT and SCOUT, and 26 (23%) had GDM. GDM-Tr2 was associated with increased SCOUT scores (P = .029) and Tr1 body mass index, waist/hip circumferences, diastolic blood pressure, fasting insulin, and triglyceride levels. Overall, dysglycemia at Tr1 and/or Tr2 affected 38% of the women.

CONCLUSIONS: Dysglycemia at some point during pregnancy was common among American Indian women. It was associated with features of insulin resistance and may confer long-term health risks for mother and child.

The ETS family member GABPα modulates androgen receptor signalling and mediates an aggressive phenotype in prostate cancer

In prostate cancer (PC), the androgen receptor (AR) is a key transcription factor at all disease stages, including the advanced stage of castrate-resistant prostate cancer (CRPC). In the present study, we show that GABPα, an ETS factor that is up-regulated in PC, is an AR-interacting transcription factor. Expression of GABPα enables PC cell lines to acquire some of the molecular and cellular characteristics of CRPC tissues as well as more aggressive growth phenotypes. GABPα has a transcriptional role that dissects the overlapping cistromes of the two most common ETS gene fusions in PC: overlapping significantly with ETV1 but not with ERG target genes. GABPα bound predominantly to gene promoters, regulated the expression of one-third of AR target genes and modulated sensitivity to AR antagonists in hormone responsive and castrate resistant PC models. This study supports a critical role for GABPα in CRPC and reveals potential targets for therapeutic intervention.

EARLY RADIO AND X-RAY OBSERVATIONS OF THE YOUNGEST NEARBY TYPE Ia SUPERNOVA PTF 11kly (SN 2011fe)

On 2011 August 24 (UT) the Palomar Transient Factory (PTF) discovered PTF11kly (SN 2011fe), the youngest and most nearby Type Ia supernova (SN Ia) in decades. We followed this event up in the radio (centimeter and millimeter bands) and X-ray bands, starting about a day after the estimated explosion time. We present our analysis of the radio and X-ray observations, yielding the tightest constraints yet placed on the pre-explosion mass-loss rate from the progenitor system of this supernova. We find a robust limit of from sensitive X-ray non-detections, as well as a similar limit from radio data, which depends, however, on assumptions about microphysical parameters. We discuss our results in the context of single-degenerate models for SNe Ia and find that our observations modestly disfavor symbiotic progenitor models involving a red giant donor, but cannot constrain systems accreting from main-sequence or sub-giant stars, including the popular supersoft channel. In view of the proximity of PTF11kly and the sensitivity of our prompt observations, we would have to wait for a long time (a decade or longer) in order to more meaningfully probe the circumstellar matter of SNe Ia.

Efeitos genotóxicos e bioquímicos de xenobióticos em animais aquáticos

No presente trabalho, foi estudado um largo espectro de efeitos genotóxicos e bioquímicos na tainha-garrento (Liza aurata). Nos Capítulos II e III são descritos os efeitos de exposição de curta duração ao fenantreno, um hidrocarboneto aromático policíclico (HAP). A exposição de curta duração (16 horas) demonstrou a capacidade deste composto induzir a actividade da enzima de fase I da biotransformação, etoxiresorufina O-desetilase (EROD), provocar decréscimos de integridade no ADN hepático e aumento de anomalias nucleares eritrocíticas (ANE). Em termos de respostas de stresse, os níveis plasmáticos de cortisol e glucose aumentaram face à exposição a este HAP. A exposição ao fenantreno induziu o decréscimo da glutationa peroxidase (GPx) nas guelras, enquanto que no fígado a actividade da GPx aumentou. No rim, a actividade da glutationa S-transferase (GST) foi inibida. Nas guelras, verificou-se um aumento da catalase. O fenantreno demonstrou igualmente a capacidade de induzir um aumento dos níveis de glutationa nas guelras e fígado. Estas respostas demonstraram a sensibilidade de L. aurata, a este HAP, realçando a especificidade das respostas em termos de órgãos. Apesar dos aumentos das defesas antioxidantes, o potencial tóxico deste composto foi demonstrado pelo aumento da peroxidação lipídica nos três órgãos. Nos capítulos seguintes, são descritas as respostas de L. aurata capturada na Ria de Aveiro, em locais com diferentes perfis de contaminação, inicialmente no Outono de 2005 (Capítulos III a IX) e posteriormente analisando respostas sazonais (Capítulos X e XI). A análise de respostas de stresse (cortisol, glucose e lactato) revelou que L. aurata capturada em Vagos (local contaminado por HAPs) apresentava níveis baixos de cortisol, enquanto que no Laranjo (local contaminado por mercúrio) apresentavam elevados níveis de glucose e lactato. Relativamente às hormonas do eixo hipotálamo – hipófise – tiróide (HHT), foram observados elevados níveis plasmáticos da hormona estimuladora da tiróide (TSH) nos organismos capturados no Laranjo, baixos níveis de tiroxina (T4) nos organismos da Barra (local sujeito a tráfego naval) e baixos níveis de triiodotironina (T3) no Rio Novo do Príncipe (próximo de um antigo efluente de pasta de papel), Laranjo e Vagos. A avaliação das defesas antioxidantes, dano oxidativo e genotóxico nas guelras, rim e fígado revelou diferenças significativas nas respostas dos órgãos. L. aurata capturada na Barra apresentou dano oxidativo nas guelras (Capítulo V). No rim foi detectada uma diminuição da integridade do ADN no Rio Novo do Príncipe e Vagos (Capítulo VI), enquanto que no fígado foi observado dano lipídico na Gafanha e Vagos (Capítulo VIII). O dano não esteve sempre associado a um decréscimo das defesas. As análises da água e do sedimento da Ria de Aveiro (Outono de 2005) revelaram elevadas concentrações de metais (Cd, Hg, Cu e Zn),principalmente, no Laranjo e Rio Novo do Príncipe. L. aurata capturada nestes locais apresentou os níveis mais elevados de metalotioninas hepáticas (Capítulo VII) que parecem responsáveis pela inexistência de danos no fígado (Capítulo VIII). O dano oxidativo no ADN, avaliado através da quantificação dos níveis plasmáticos de 8-hidroxi-2-desoxiguanosina (8-OHdG) e o dano clastogénico/aneugénico, avaliado através da quantificação da frequência de ANE, foram estudados, no Outono de 2005, em duas espécies de peixes (L. aurata e Dicentrarchus labrax - robalo) (Capítulo IX). Os resultados revelaram grande sensibilidade de D. labrax em termos de dano oxidativo no ADN na Gafanha, Rio Novo do Príncipe e Vagos, enquanto que L. aurata apresentou dano oxidativo apenas no Laranjo. O aumento da frequência de ANE apenas foi detectado em L. aurata, em Vagos, não se tendo detectado correlação entre estes dois parâmetros. O estudo sazonal (Maio de 2006 a Março de 2007) do dano oxidativo no ADN e frequência de ANE em L. aurata (Capítulo X) demonstrou a variação destes parâmetros com a estação do ano, apesar de não se ter verificado correlação com os parâmetros hidrológicos determinados. No entanto, no local de referência não se verificaram diferenças sazonais, o que sugere que estes biomarcadores reflectem variações de biodisponibilidade de contaminantes. A análise global dos resultados das diferentes estações do ano revelou que L. aurata capturada no Rio Novo do Príncipe e em Vagos apresentou maior susceptibilidade a dano oxidativo no ADN. No entanto, apenas L. aurata capturada em Vagos apresentou frequência de ANE superior à do local de referência. Os dados do estudo sazonal revelaram uma correlação entre dano oxidativo e ANE, sugerindo o stresse oxidativo como um possível mecanismo envolvido na formação de anomalias. A integridade do ADN das guelras, rim, fígado e sangue de L. aurata foi igualmente estudada ao longo de um ano (Capítulo XI), tendo-se verificado uma grande variabilidade ao longo deste período. Não foi demonstrada sensibilidade a um perfil de contaminação específico, tendo-se verificando variabilidade sazonal no local de referência. Globalmente, os resultados demonstraram a importância da utilização de uma bateria de biomarcadores na monitorização ambiental e a especificidade da resposta dos diferentes órgãos de L. aurata.

Study of oxidation and non-enzymatic glycosylation posttranslational modifications using a proteomic approach

A glicosilação não-enzimática e o stress oxidativo representam dois processos importantes visto desempenharem um papel importante no que respeita às complicações de vários processos patofisiológicos. No presente, a associação entre a glicosilação não-enzimática e a oxidação de proteínas é reconhecida como sendo um dos principais responsáveis pela acumulação de proteínas não-funcionais que, por sua vez, promove uma contínua sensibilização para um aumento do stress oxidativo ao nível celular. Embora esteja disponível bastante informação no que respeita aos dois processos e suas consequências ao nível estrutural e funcional, permanecem questões por esclarecer acerca do que se desenvolve ao nível molecular. Com o objectivo de contribuir para uma melhor compreensão da relação entre a glicosilação não-enzimática e a oxidação, proteínas modelo (albumina, insulina e histonas H2B e H1) foram submetidas a sistemas in vitro de glicosilação não-enzimática e oxidação em condições controladas e durante um período de tempo específico. A identificação dos locais de glicosilação e oxidação foi realizada através de uma abordagem proteómica, na qual após digestão enzimática se procedeu à análise por cromatografia líquida acoplada a espectrometria de massa tandem (MALDI-TOF/TOF). Esta abordagem permitiu a obtenção de elevadas taxas de cobertura das sequências proteicas, permitindo a identificação dos locais preferenciais de glicosilação e oxidação nas diferentes proteínas estudadas. Como esperado, os resíduos de lisina foram os preferencialmente glicosilados. No que respeita à oxidação, além das modificações envolvendo hidroxilações e adições de oxigénio, foram identificadas deamidações, carbamilações e conversões oxidativas específicas de vários aminoácidos. No geral, os resíduos mais afectados pela oxidação foram os resíduos de cisteína, metionina, triptofano, tirosina, prolina, lisina e fenilalanina. Ao longo do período de tempo estudado, os resultados indicaram que a oxidação teve início em zonas expostas da proteína e/ou localizadas na vizinhança de resíduos de cisteína e metionina, ao invés de exibir um comportamente aleatório, ocorrendo de uma forma nãolinear por sua vez dependente da estabilidade conformacional da proteína. O estudo ao longo do tempo mostrou igualmente que, no caso das proteínas préglicosiladas, a oxidação das mesmas ocorreu de forma mais rápida e acentuada, sugerindo que as alterações estruturais induzidas pela glicosilação promovem um estado pro-oxidativo. No caso das proteínas pré-glicosiladas e oxidadas, foi identificado um maior número de modificações oxidativas assim como de resíduos modificados na vizinhança de resíduos glicosilados. Com esta abordagem é realizada uma importante contribuição na investigação das consequências do dano ‘glico-oxidativo’ em proteínas ao nível molecular através da combinação da espectrometria de massa e da bioinformática.

Nanocomposites for SERS : synthesis, optical and analytical studies

Esta tese descreve diversas estratégias preparativas assim como estudos de caracterização de nanocompósitos e outras nanoestruturas, para a análise em espectroscopia de Raman com intensificação por superfície (SERS). Em particular foi estudada a incorporação de nanopartículas (NPs) metálicas de Ag e Au em matrizes poliméricas visando avaliar o potencial destes materiais como novos substratos para SERS na deteção de moléculas. O primeiro capítulo consiste numa revisão bibliográfica, onde é destacado o desenvolvimento de novos substratos para SERS utilizando nomeadamente nanopartículas de Ag, Au e Cu. Numa primeira fase, esta secção apresenta uma breve descrição sobre as propriedades plasmónicas dos metais utilizados e alguns conceitos básicos de espectroscopia de difusão de Raman. Posteriormente, descreve-se em mais detalhe o efeito de SERS, revendo-se sobretudo a química de materiais descrita em trabalhos recentes tendo em conta a sua utilização como novas plataformas para análise química por SERS. O capítulo 2 descreve a síntese e caracterização de nanocompósitos de poli(acrilato de butilo) obtidos através de polimerização in situ por miniemulsão na presença de nanopartículas de Ag. Os nanocompósitos Ag/PtBA foram investigados como novos substratos de SERS visando o desenvolvimento de novas plataformas versáteis para deteção molecular. Estudos como o efeito da temperatura, pH e pressão foram investigados, visando a compreensão do efeito da matriz polimérica na difusão/adsorção do analito (ácido tiossalicílico) na superfície metálica. No capítulo 3, os nanocompósitos de Ag/PtBA descritos anteriormente foram investigados detalhadamente como substratos para bio-deteção em SERS, usando a adenina como analito modelo. Os nanocompósitos foram submetidos a vários tratamentos pré-analíticos para a bio-deteção da adenina. Foram realizadas experiências nos sistemas Ag/PtBA de modo a obter informação sobre o efeito do pH na deteção deste analito em soluções aquosas diluídas. Os nanocompósitos poliméricos obtidos apresentam a vantagem de poderem ser processados utilizando tecnologia disponível. Pelo que o estudo das suas propriedades térmicas é especialmente relevante. Assim, a influência da incorporação de NPs inorgânicas na temperatura de transição vítrea (Tg) do polímero PtBA foi investigada por meio de calorimetria diferencial de varrimento (DSC) e os resultados são apresentados no capítulo 4. Estes estudos descrevem efeitos na Tg do PtBA quando analisado em nanocompósitos obtidos por diferentes métodos (métodos ex situ e in situ), contendo nanopartículas metálicas com diferentes distribuições de tamanho e presentes em quantidade variável na matriz polimérica. Estes estudos possibilitaram relacionar a influência das NPs metálicas na mobilidade das cadeias poliméricas com as propriedades térmicas observadas. O capítulo 5 descreve a preparação e caracterização de materiais compósitos de base polimérica (PtBA) e NPs de Au com morfologia de bastonetes (NRs). Estes materiais foram investigados como substratos para SERS tendo originado um bom sinal de SERS na análise de 2-2’-ditiodipiridina. Investigouse igualmente o efeito da variação da morfologia das NPs metálicas (esferas e bastonetes), a razão de aspecto (R.A.) dos bastonetes e o tipo de matriz polimérica (PtBA e PnBA) no sinal de SERS. No capítulo 6 é descrita a utilização da técnica de SERS como método alternativo para a monitorização de alterações morfológicas de coloides de NRs de Au. Os NRs de Au foram recolhidos em diferentes fases de oxidação promovida pela presença de K2S2O8 e a sua sensibilidade como substratos de SERS foi avaliada utilizando o anião dietilditiocarbamato (DTC) como analito modelo. Os estudos foram realizados utilizando as linhas de excitação a 1064 nm e 633 nm. Este estudo demonstrou que a sensibilidade dos NRs de Au como substratos de SERS diminui à medida que a sua R.A. diminui devido à competitividade do CTAB (estabilizante) e o DTC pela superfície dos NRs. É de salientar que este processo é acompanhado por um diferente comportamento em termos de adsorção dos dois tautómeros do DTC à superfície do metal. O capítulo 7 introduz um novo tipo de compósitos para SERS, utilizando matrizes biopoliméricas. Assim, descreve-se a preparação e caracterização de nanocompósitos de carragenano e NPs de Ag. Nesta secção é avaliada a utilização destes materiais como novos substratos para a análise em SERS, utilizando a 2-2’-ditiodipiridina como molécula modelo. Descrevem-se estudos pioneiros que procuram relacionar a dependência do sinal de SERS com a força do gel. Para tal, realizou-se um estudo sistemático aos nanobiocompósitos usados como substratos de SERS em diferentes condições analíticas e investigaram-se as suas propriedades reológicas. No capitulo 8 é descrita a investigação de nanocompósitos de Ag/Gelatina como substratos para SERS, utilizando o anião dietilditiocarbamato como analito modelo. Realizaram-se várias experiências para correlacionar a variação da força do gel com o aumento do sinal de SERS bem como a diferente adsorção dos dois tautómeros do DTC à superfície do metal. Ao longo desta dissertação são apresentados metodologias distintas para a preparação e obtenção de nanocompósitos com base em polímeros (sintéticos ou naturais) e NPs metálicas (Ag e Au). Esta investigação não só permitiu a síntese e estudo de novos substratos para SERS mas também a compreensão do efeito matriz/NPs metálicas no sinal de SERS e na formação de “hot spots”. Este trabalho contribui para o enriquecimento na área da Nanociência e Nanotecnologia demonstrando a eficácia e reprodutibilidade de nanocompósitos com base em polímeros como novos substratos para SERS. Embora as propriedades óticas apresentadas por estes materiais serem aqui direcionadas para a deteção molecular pela técnica de SERS, estes materiais podem ser investigados em outras área tecnológicas.

Characterization of pro- and anti-angiogenic factors in models of diabetic retinopathy

Dissertação de mestrado, Ciências Biomédicas, Departamento de Ciências Biomédicas e Medicina, Universidade do Algarve, 2015

Étude sur l’endocytose du récepteur de l’insuline : rôle du noeud de signalisation ATIC / PTPLAD1

La cellule utilise des nœuds d’interactions protéiques relativement stables, conservés et souvent constitués d’adaptateurs moléculaires pour gérer des signaux reçus (synthèse, sécrétion, traffic, métabolisme, division), des problèmes de sécurité et de niveaux d’énergie. Nos résultats montrent que la cellule utilise aussi des nœuds relativement petits et dynamiques où des informations propres concernant des voies métaboliques apparemment indépendantes sont évaluées. Ces informations y sont intégrées localement et une décision y est prise pour action immédiate. Cette idée est supportée par notre étude sur le récepteur de l’insuline (RI). Ce récepteur transmembranaire à activité tyrosine kinase reconnaît un signal externe (insuline circulante) et engage la signalisation de l’insuline, les réponses métaboliques et le contrôle du glucose circulant. Le RI est aussi impliqué dans l’internalisation de l’insuline et sa dégradation dans les endosomes (clairance). Il régule donc indirectement la sécrétion de l’insuline par les cellules du pancréas endocrine. La signification pathophysiologique de l’endocytose du RI ainsi que les bases moléculaires d’une telle coordination sont peu connues. Nous avons construit un réseau d’interactions du RI (IRGEN) à partir d’un protéome de fractions Golgi-endosomales (G/E) hépatiques. Nous démontrons une forte hétérogénéité fonctionnelle autour du RI avec la présence des protéines ATIC, PTPLAD1, AMPKα et ANXA2. ANXA2 est une protéine impliquée dans la biogénèse et le transport endosomal. Nos résultats identifient un site de SUMOylation régulé par l’insuline dans sa région N-terminale. ATIC est une enzyme de la voie de synthèse des purines de novo dont le substrat AICAR est un activateur de l’AMPKα. Des analyses biochimiques in vitro et in vivo nous montrent que ATIC favorise la tyrosine phosphorylation du RI par opposition fonctionnelle à PTPLAD1. Une délétion partielle d’ATIC stimule l’activation de l’AMPK dont la sous-unité AMPKα2 apparaît déterminante pour le trafic du RI. Nous démontrons que ATIC, PTPLAD1, AMPKα, AICAR et ANXA2 contrôlent l’endocytose du RI à travers le cytosquelette d’actine et le réseau de microtubules. Nous ressortons un nœud de signalisation (ATIC, PTPLAD1, AMPKα) capable de détecter les niveaux d’activation du RI, d’énergie cellulaires (rapports AMP/ATP) et aussi d’agir sur la signalisation et l’endocytose du RI. Cette proximité moléculaire expliquerait le débat sur le mécanisme primaire du diabète de type 2 (DT2), notamment entre la sensibilité à l’insuline et sa clairance. Nous avons calculé un enrichissement de 61% de variants communs du DT2 parmi les protéines fonctionnellement proches du RI incluant RI, ATIC, AMPKα, KIF5A et GLUT2. Cet enrichissement suggère que l’hétérogénéité génétique révélée par les consortiums sur études génomiques (GWAS) converge vers des mécanismes peu étudiés de biologie cellulaire.

Polymerase Chain Reaction Screening for Fungemia and/or Invasive Fungal Infections in Patients with Hematologic Malignancies

INTRODUCTION: Invasive fungal infections (IFIs) are a life-threatening complication in patients with hematologic malignancies, mainly in acute leukemia patients, following chemotherapy. IFI incidence is increasing, and associated mortality remains high due to unreliable diagnosis. Antifungal drugs are often limited by inadequate antimicrobial spectrum and side effects. Thus, the detection of circulating fungal DNA has been advocated as a rapid, more sensitive diagnostic tool. PATIENTS AND METHODS: Between June 01 and January 03, weekly blood samples (1,311) were screened from 193 patients undergoing intensive myelosuppressive or immunosuppressive therapy. IFI cases were classified according to European Organization for Research and Treatment of Cancer/Mycoses Study Group criteria. Fungal DNA was extracted from whole blood and amplified using polymerase chain reaction (PCR) published primers that bind to the conserved regions of the fungal 18S rRNA gene sequence. In our study, two or more consecutive positive samples were always associated with fungal disease. RESULTS: PCR screening predicted the development of IFI to be 17 days (median). This test had a specificity of 91.1% and a sensitivity of 75%. IFI incidence was 7.8%. DISCUSSION: Therefore, our results confirm the potential usefulness of PCR serial screening and the clinical applicability in everyday routine. PCR screening offers a noninvasive repeatable aid to the diagnosis of IFI.