Microbiology of membrane bioreactors for wastewater treatment: a molecular approach

Dissertation presented to obtain the Ph.D degree in Engineering and Technology Sciences, Biotechnology.

Caracterização do papel do gene bola: consequências na motilidade bacteriana e formação de biofilmes

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Microbiologia Médica

Avaliação da resposta imune celular em pacientes com candidíase recorrente

A candidíase recorrente cutânea ou mucosa é caracterizada pela ocorrência de, no mínimo, 4 episódios de candidíase no período de um ano. Não são conhecidos os fatores que levam à recorrência desta infecção. O presente estudo avaliou a resposta linfoproliferativa e a produção de IFN-g de pacientes com candidíase recorrente. Os índices de estimulação da resposta linfoproliferativa em culturas de células de pacientes com candidíase recorrente estimuladas com antígeno de Candida albicans, PPD e TT foram respectivamente de 6±8, 17±20 e 65±30. A adição de anticorpo monoclonal anti-IL-10 às culturas de células de 6 pacientes aumentou a resposta linfoproliferativa de 735±415 para 4143±1746 cpm. A produção de IFN-g em culturas de células estimuladas com antígeno de Candida, foi 162±345pg/ml. Pacientes com candidíase recorrente apresentam uma deficiência na resposta linfoproliferativa e na produção de IFN-g, podendo a resposta imune celular ao antígeno de Candida ser restaurada parcialmente através da neutralização da IL-10 in vitro.

Optimização da produção biológica de polihidroxialcanoatos por aplicação de processos de separação com membranas

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Química e Bioquímica

Optimization of randomly amplified polymorphic DNA-polymerase chain reaction for molecular typing of Salmonella enterica serovar Typhi

Optimization of the RAPD reaction for characterizing Salmonella enterica serovar Typhi strains was studied in order to ensure the reproducibility and the discriminatory power of this technique. Eight Salmonella serovar Typhi strains isolated from various regions in Brazil were examined for the fragment patterns produced using different concentrations of DNA template, primer, MgCl2 and Taq DNA polymerase. Using two different low stringency thermal cycle profiles, the RAPD fingerprints obtained were compared. A set of sixteen primers was evaluated for their ability to produce a high number of distinct fragments. We found that variations associated to all of the tested parameters modified the fingerprinting patterns. For the strains of Salmonella enterica serovar Typhi used in this experiment, we have defined a set of conditions for RAPD-PCR reaction, which result in a simple, fast and reproducible typing method.

Estudo molecular de Vibrio cholerae não-O1 isolado de zooplâncton da Baía de São Marcos/São Luis - MA, Brasil

O estudo foi desenvolvido com o objetivo de analisar o perfil plasmidial, pesquisar genes de virulência e identificar os perfis genéticos de 31 cepas de Vibrio cholerae não O1 isoladas de zooplâncton dos estuários dos rios Anil e Bacanga em São Luis MA. O estudo do DNA plasmidial revelou a presença de 2 a 3 plasmídeos em 10 cepas, com pesos moleculares variando de 5,5 a 40 kilobases. A ribotipagem revelou um perfil comum a todas as cepas. A amplificação do DNA genômico por PCR não revelou os genes ctxA, ace e zot, mostrando tratar-se de cepas não patogênicas, enquanto a RAPD-PCR identificou múltiplos perfis genéticos, achado compatível com o grande potencial de variabilidade desta espécie.

Evidência do cão como reservatório da leptospirose humana: isolamento de um sorovar, caracterização molecular e utilização em inquérito sorológico

A leptospirose canina é conhecida como enfermidade de Stuttgard desde 1898, sendo os cães, depois dos roedores, considerados como a segunda principal fonte de infecção para o homem. O isolamento de um sorovar patogênico da urina de um cão, laboratorial e clinicamente identificado como tendo leptospirose, e sua utilização para testar amostras de soro de casos de leptospirose humana e canina, evidenciou a sua importância no ecossistema da região sul do Brasil. Os resultados do teste de soroaglutinação microscópica indicaram que 100% das amostras de soro humano de 12 pacientes do banco de soro de 2001 do Centro de Controle de Zoonoses, que haviam reagido com títulos que variaram de 25 a 3.200 para o sorovar canicola, e 72% das amostras de 105 soros caninos do mesmo banco de soro, também reagiram contra o novo isolado. O título médio e mediana dos soros humanos testados com a bateria de antígenos recomendada pela OMS, foi respectivamente 630 e 100, ao passo que os testados com o isolado foi de 1.823 e 400. Nos soros caninos, os títulos foram respectivamente de 347 e 100 para a bateria e de 1.088 e 200 para o isolado.

Viability and molecular authentication of Coccidioides immitis strains from culture collection of the Instituto Oswaldo Cruz, Rio de Janeiro, Brazil

Twenty Coccidioides immitis strains were evaluated. Only 5 of the 20 strains kept under mineral oil maintained their viability while all 5 subcultures preserved in water remained viable and none of the 13 subcultures kept in soil were viable. A 519 bp PCR product from the csa gene confirmed the identity of the strains.

Diagnosing human asymptomatic visceral leishmaniasis in an urban area of the State of Minas Gerais, using serological and molecular biology techniques

A population-based cross-sectional study was set up in Sabará country, Southeastern Brazil, to identify asymptomatic human visceral leishmaniasis in an urban area of low disease prevalence. Blood was collected on filter paper (n=1,604 inhabitants) and examined by indirect immunofluorescent test, enzyme-linked immunosorbent assay and immunochromatographic strip test. The prevalence rates of infection ranged from 2.4 to 5.6% depending on the test used. One year later, venous blood was collected in a subset of 226 participants (102 seropositive and 124 seronegative). The tests performed were IFAT, ELISA, rk39-ELISA, polymerase chain reaction and hybridization with Leishmania donovani complex probe. No clinical signs or symptoms of leishmaniasis were observed. Using hybridization as a reference test, the sensitivity and specificity of serology were respectively: 24.8 and 71% (ELISA); 26.3 and 76.3% (rk-39); 30.1 and 63.4% (IFAT). Due to disagreements, different criteria were tested to define the infection and hybridization should be considered in epidemiological studies.

Analysis of molecular biology techniques for the diagnosis of human papillomavirus infection and cervical cancer prevention

The objective of the present study was to evaluate the usefulness of molecular methodologies to access human papillomavirus genome in the genital tract. Samples from 136 women aged 17 to 52 years old obtained from the Dr. Sérgio Franco Laboratories between 2000 and 2001, were analyzed by the hybrid capture assay and amplified by PCR with generic primers MY09/MY11 and specific primers for types 16, 18, 31, 33, 35, 58. Viral genome was detected in 71.3% of the samples by hybrid capture and 75% by amplification. When cytopathology was used as a reference method for screening lesions, hybrid capture (p=0) and amplification (p=0.002) presented positive association. The 3 methods showed absolute agreement when cytopathology confirmed papillomavirus infection and high grade intraepithelial lesion. Disagreements occurred for 10 cases: seven inflammatory cases positive by PCR and negative for hybrid capture and 3 low squamous intraepithelial lesions positive for hybrid capture but negative for amplification. In conclusion, hybrid capture was shown to be sensitive and specific enough for use in clinical routines. Moreover, the evaluation of viral load values obtained by this method were shown to be related to the severity of the lesion and merit further studies to analyze the possible association with risk of progression to malignancy.

Caracterização molecular do HTLV-1 em pacientes com paraparesia espástica tropical/mielopatia associada ao HTLV-1 em Belém, Pará

O presente estudo avaliou a ocorrência da infecção pelo HTLV-1 e seus subtipos em amostras de sangue de pacientes com diagnóstico clínico de paraparesia espástica tropical/mielopatia associada ao Htlv-1. A detecção da infecção pelo HTLV realizou-se através de testes sorológico e molecular. Cinco amostras estavam infectadas pelo HTLV-1 do subtipo Cosmopolita, subgrupo Transcontinental. Os resultados obtidos confirmam a ocorrência de infecção pelo HTLV-1 em pacientes com diagnóstico clínico de paraparesia espástica tropical/mielopatia associada ao Htlv-1em Belém, Pará.

Diagnóstico molecular da taxa de infecção natural de flebotomíneos (Psychodidae, Lutzomyia) por Leishmania sp na Amazônia maranhense

A taxa de infecção natural de três diferentes espécies de flebotomíneos por Leishmania foi estudada usando a técnica de reação em cadeia da polimerase. Primers específicos para Leishmania foram designados para examinar se os pools de flebotomíneos estavam infectadas. Um total de 1.100 fêmeas separadas em pools de 10 indivíduos foram examinados, consistindo de 50 Lutzomyia whitmani, 43 Lutzomyia triacantha e 17 Lutzomyia choti. De todos os pools analisados, 4 de Lutzomyia whitmani estavam positivos, mas nenhum pool das duas espécies restantes estava infectado. Deste modo, uma taxa de infecção de 0,4% foi verificada neste estudo. Esta taxa de infecção associada a estudos anteriores sugere que Lutzomyia whitmani transmite Leishmania aos mamíferos em Buriticupu, Maranhão.

Ultrassonografia torácica : impacto no diagnóstico e estadiamento do cancro do pulmão

RESUMO:RESUMO: Nos últimos anos a ultrassonografia emergiu como um instrumento importante no diagnóstico da patologia torácica. O progresso tecnológico possibilitou a conceção de novos equipamentos como a ecoendoscopia brônquica radial e linear. Verificou-se, igualmente, o aparecimento de indicações para a realização de ecografia transtorácica. Uma das principais doenças impulsionadoras da técnica ultrassonográfica no tórax foi o cancro do pulmão, primeira causa de morte oncológica a nível mundial. A aplicabilidade e conhecimento do papel dos ultrassons no âmbito do diagnóstico e estadiamento do cancro do pulmão não se encontram esgotados, persistindo focos de controvérsia e dúvida científica que se pretendem esclarecer. A presente tese foi organizada em cinco capítulos: o primeiro abordou de forma geral e introdutória o estado da arte referente à ultrassonografia torácica, cancro do pulmão e a sua conjugação; o segundo destacou os principais objetivos; o terceiro sumarizou a metodologia utilizada; o quarto englobou os cinco estudos publicados, descritos subsequentemente, e o quinto incluiu uma discussão concisa, as principais conclusões e perspetivas futuras. O primeiro estudo avaliou a rentabilidade diagnóstica, segurança e curva de aprendizagem num coorte de 179 doentes submetidos a ecoendoscopia brônquica linear. De acordo com as indicações para este procedimento os doentes foram subdivididos em três grupos: (1) diagnóstico, (2) diagnóstico e estadiamento e (3) estadiamento. Para o primeiro, segundo e terceiro grupos a sensibilidade da ecoendoscopia foi 86.1%, 86.7% e 95% respetivamente e a precisão técnica foi 87.5%, 93.1% e 97.7% respetivamente. O treino originou um aumento progressivo do número de locais puncionados por doente, com menor duração e sem complicações, comprovando a eficácia e segurança do método quando realizado na população Portuguesa por broncologistas com experiência. O segundo estudo foi conduzido para averiguar a eficácia e custo da ecoendoscopia brônquica linear realizada através da via aérea e/ou esófago no diagnóstico de lesões sugestivas de neoplasia do pulmão, após ineficácia das técnicas convencionais. Nos doentes incluídos prospetivamente alcançou-se um diagnóstico definitivo em 106 casos (87.6%). A sensibilidade global para o diagnóstico de cancro do pulmão foi 89.8%, a especificidade foi 100%, o valor preditivo positivo foi 100%, o valor preditivo negativo foi 20% e a precisão foi 90.1%. Esta estratégia ultrassonográfica abrangente evitou intervenções cirúrgicas diagnósticas em doentes anteriormente submetidos a broncoscopia flexível ou punção aspirativa transtorácica guiada por tomografia computorizada, proporcionando uma redução significativa dos custos. No terceiro estudo investigou-se a viabilidade e papel da conjugação da ecoendoscopia brônquica linear com técnicas moleculares na avaliação de antigénios tumorais e padrões de metastização ganglionar em doentes com cancro do pulmão de não-pequenas células (CPNPC). Os marcadores citoqueratina 19 (CK-19), antigénio carcinoembrionário (CEA), molécula de adesão celular epitelial (EPCAM), sialyl-Lewis X e CD44 foram determinados nos aspirados ganglionares de 33 doentes com neoplasia e 17 controlos 10 Ultrassonografia através de citometria de fluxo (CF) e reação em cadeia da polimerase em tempo real (RTPCR). Os doentes com CPNPC possuíam um compartimento celular epitelial significativamente aumentado e com marcação superior de CK-19 comparativamente ao grupo de controlo. O compartimento imune foi também analisado nestas amostras e revelou-se alterado no CPNPC com aumento da população de monócitos e diminuição das subpopulações linfocitárias. Os transcriptos de CK-19, CEA e EPCAM estavam elevados nos doentes com cancro do pulmão, identificando-se uma correlação positiva entre estes marcadores e o tamanho da lesão primária. Concluiu-se que a identificação de CK-19, CEA e EPCAM nas amostras obtidas por ecoendoscopia e avaliadas por CF e RTPCR foi viável, podendo auxiliar na deteção de metástases ganglionares no CPNPC. O quarto estudo envolveu a combinação da ecoendoscopia brônquica radial com uma criosonda para o diagnóstico de lesões pulmonares sólidas periféricas. Foi determinada a viabilidade, rentabilidade diagnóstica, tamanho das amostras e segurança do método. Lesões inferiores a 40mm foram localizadas por ultrassonografia sendo os doentes randomizados para a realização de biópsias transbrônquicas com pinça seguidas por criosonda ou vice-versa. Nos 39 casos incluídos a lesão foi visualizada pela minisonda em 31 doentes (79.5%), com 80.6% de prevalência de cancro do pulmão na amostra. A rentabilidade diagnóstica da pinça de biópsia foi 61.3% e da criosonda foi 74.2%. O tamanho do tecido adquirido pelas criobiópsias foi significativamente maior do que o alcançado por pinça (11.17mm2 vs. 4.69mm2, p<0.001). Ocorreu um único caso de hemorragia moderada, controlada através de medidas conservadoras. As biópsias transbrônquicas com criosonda sob orientação de ecoendoscopia radial foram seguras e eficazes na obtenção de amostras histológicas. O quinto estudo determinou o valor diagnóstico da ecografia transtorácica na identificação de malignidade em doentes com derrame pleural de natureza indeterminada. Foram examinados de forma prospetiva 154 doentes. Os resultados clínicos e radiológicos de cada caso foram ocultados ao executante do exame que gerou imagens estáticas e vídeos ultrassonográficos relevantes. Estes foram posteriormente visualizados, sendo as suas características classificadas por revisores independentes e comparadas com o diagnóstico definitivo. Em 66 casos o diagnóstico foi de derrame pleural maligno (68.2% com cancro do pulmão) e em 67 de derrame benigno. A ecografia torácica obteve 80.3% de sensibilidade, 83.6% de especificidade, 81.2% de valor preditivo negativo e 82.8% de valor preditivo positivo na deteção de malignidade. A nodularidade pleural ou diafragmática, espessamento pleural superior a 10mm e sinal de swirling foram significativamente diferentes (p<0.001) sendo sugestivos de derrame maligno. A existência de nodularidade pleural e ausência de broncograma aéreo ecográfico aumentaram a probabilidade de malignidade (OR 29.0 e OR 10.4, respetivamente). A ecografia transtorácica permitiu diferenciar derrame pleural maligno do benigno. A existência de nódulos pleurais constituiu o fator discriminador mais relevante. Em conclusão, os resultados desta tese possibilitam uma melhor compreensão do papel da ecoendoscopia brônquica (linear e radial) e ecografia transtorácica no diagnóstico e estadiamento do cancro do pulmão, com implicações e aplicabilidade na prática clínica.------------- ABSTRACT: In recent years ultrasonography has emerged as an important instrument in the diagnosis of thoracic diseases. Technological progress has enabled the design of new equipment such as radial and linear endobronchial ultrasound. In addition, indications for transthoracic echography were established. One of the main diseases responsible for the progression of chest sonography was lung cancer, the leading cause of cancer mortality worldwide. The applicability and knowledge of the role of ultrasonography in diagnosing and staging lung cancer is not depleted, persisting foci of controversy and scientific doubt that we intend to elucidate. The present thesis was organized into five chapters: the first included a general introduction regarding chest ultrasound, lung cancer and their combination; the second emphasized the main objectives; the third summarized the methodology used; the fourth encompassed the five published studies, subsequently described, and the fifth included a concise discussion, the main findings and future perspectives. The first study evaluated the diagnostic yield, safety and learning curve in a cohort of 179 patients submitted to linear endobronchial ultrasound. According to procedure indications, the patients were divided into three groups: (1) diagnosis, (2) diagnosis and staging, and (3) staging. For the first, second and third groups, endobronchial ultrasound sensitivity was 86.1%, 86.7% and 95% respectively and accuracy was 87.5%, 93.1% and 97.7% respectively. Practise led to an increase number of punctured sites per patient, in a shorter period of time and without complications, proving the safety and efficacy of the method when performed in the Portuguese population by expert echoscopists. The second study was conducted to determine the efficacy and cost of linear endobronchial ultrasound performed through the airway and/or oesophagus for diagnosis of lesions suggestive of lung cancer, after failure of conventional techniques. Of the patients prospectively enrolled a definitive diagnosis was reached in 106 cases (87.6%). The overall sensitivity for the diagnosis of lung cancer was 89.8%, specificity was 100%, positive predictive value was 100%, negative predictive value was 20% and accuracy was 90.1%. In conclusion, this global ultrasonographic strategy avoided diagnostic surgical procedures in patients that had undergone flexible bronchoscopy or computed tomography-guided transthoracic needle aspiration, providing a significant cost reduction. In the third study, the feasibility and role of linear endobronchial ultrasound combined with molecular techniques in the evaluation of tumour antigens and patterns of lymph node metastasis in patients with non-small cell lung cancer (NSCLC) was investigated. Cytokeratin 19 (CK-19), carcinoembryonic antigen (CEA), epithelial cell adhesion molecule (EPCAM), sialyl Lewis-X and CD44 were determined in lymph node aspirates of 33 lung cancer patients and 17 controls, using flow cytometry (FC) and reverse transcription polymerase chain reaction (RT-PCR). In patients with NSCLC the epithelial cell compartment was significantly increased nd showed brighter CK-19 staining, compared to the control group. In NSCLC patients the immune compartment revealed an increased monocyte population and decreased lymphocyte subsets. The transcripts of CK- 19, CEA and EPCAM were higher in lung cancer patients and a positive correlation between these markers and the size of the primary lesion was also found. We concluded that the identification of CK-19, CEA and EPCAM in endobronchial ultrasound samples, using RT-PCR and FC was feasible and might aid in the detection of NSCLC lymph node metastases. The fourth study involved the combination of the radial endobronchial ultrasound with the cryoprobe for diagnosing solid peripheral lung lesions. We determined the feasibility, diagnostic yield, sample size and safety of the method. Lesions less than 40mm were located by ultrasound and forceps or cryobiopsies were performed in a randomized order. Of the 39 cases included, the lesion could be visualized by the miniprobe in 31 patients (79.5%), and lung cancer prevalence was 80.6%. The diagnostic yield of the biopsy forceps was 61.3% and for the cryobiopsy was 74.2 %. Cryobiopsies were significantly larger than forceps biopsies (11.17mm2 vs. 4.69mm2, p<0.001). There was only one case of moderate bleeding that was controlled by conservative measures. Transbronchial cryobiopsies under radial endobronchial ultrasound guidance were safe and effective in obtaining histological samples. The fifth study determined the diagnostic value of transthoracic sonography in predicting malignancy in patients with an undiagnosed pleural effusion. One hundred and fifty four patients were prospectively scanned. Relevant ultrasound images and videos were generated by an operator blinded to clinical and radiological results. These were subsequently visualized, its characteristics classified by independent reviewers and compared to the final diagnosis. A malignant pleural effusion was diagnosed in 66 cases (68.2 % with lung cancer) and a benign effusion in 67 cases. Thoracic ultrasound had a sensitivity of 80.3 %, specificity of 83.6%, negative predictive value of 81.2 % and positive predictive value of 82.8% to detect malignancy. The presence of pleural or diaphragmatic nodularity, pleural thickening greater than 10mm and swirling signal were significantly different (p<0.001 ), being suggestive of malignant effusion. The existence of pleural nodularity and absence of lung air bronchogram were more likely to indicate malignancy (OR 29.0 and OR 10.4, respectively). Transthoracic ultrasonography permits the distinction between malignant and benign pleural effusions. Pleural nodules were the most relevant feature. In conclusion, the results of this thesis provide a better understanding of the role of endobronchial ultrasound (linear and radial) and transthoracic sonography in lung cancer diagnosis and staging, with direct implications and applicability in clinical practice.

Molecular regulation of secondary gorwth: searching for SHORT-ROOT function in cork formation

The analysis of molecular regulators involved in controlling the maintenance and function of plant meristems has been the subject of many studies. Some master regulators of these processes have been identified in Arabidopsis benefiting from the array of tools available for genetic and molecular analysis in this model plant. However, aspects such as secondary growth that are more extensively observed in woody plants, have been less studied. Secondary growth is responsible for the enlargement of the plant stems and roots and results from the activity of the lateral (secondary) meristems, vascular cambium and cork cambium (phellogen), which produce two important renewable natural resources, wood and cork, respectively.(...)

Epidemiological and molecular characteristics of HIV-1 infection among female commercial sex workers, men who have sex with men and people living with AIDS in Paraguay

An HIV seroprevalence and molecular study was conducted among 935 subjects: 723 female commercial sex workers, 92 men who have sex with men and 120 HIV-positive volunteers. The reported injection drug use rates were 0.7% in female commercial sex workers and 3% in men who have sex with men. Sexually transmitted infections were reported in 265 (37%) of the female commercial sex workers and 38 (41%) of the men who have sex with men. A total of 20 (2.8%) female commercial sex workers and 12 (13%) men who have sex with men became HIV infected during the study period. A history of sexually transmitted infection increased the risk of subsequent HIV infection twofold (adjusted odds ratio of 2.5) among the female commercial sex workers, while cocaine use had an adjusted odds ratios of 6.61 among men who have sex with men. From 130 samples, and based on heteroduplex mobility assaying for the env gene, with sequencing of part of pol and/or full genomes, subtype B was the predominant subtype identified (66%); followed by subtype F (22%) and subtype C (4%). Recombinant CRF12-BF strains were identified in 6% and CRF17_BF was identified in 2%.