Effects of UV radiation exposure on DNA and DNA repair enzymes

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Biotecnologia

Treatment of T. cruzi infected human platelet concentrates with aminomethyltrimethyl psoralen (AMT) and ultravioleta (UV-A) light: preliminary results

The present measures adopted to prevent transfusion-associated Chagas' disease include screening of blood donors. and/or the inactivation of T. cruzi in collected blood using gentian violet (GV) as a trypanocidal agent. In this study, we investigated the efficacy of the combined use of AMT and UV-A in inactirating T. cruzi in infected human platelet cuncentrates. Human platelet concentrates were infected with T. cruzi (2x10/ml) of the Y strain transfered to PL 269 (Fenwal Laboratories) containers and treated with GV (250řg,/ml). and ascorbic acid (1 mg/ml); GV. ascorbic acid and UV-A; GV and UV-A; AMT (40/tG/ml) and ascorbic acid; AMT, ascorbic acid and UV-A; AMT and UV-A; UV-A alone; and untreated (control). All UV-A treated platelet concentrates were exposed to UV-A doses of 24, 92, 184, 276, 368 and 644 kj/m². and the microscopical research of active T. cruzi was performed, using the microhematocrit technique, 1, 6 and 24 hours after each treatment. A high number of active forms of T. cruzi was observed in all condictions, except when GV was used as the trypanocidal agent, providing evidence of the failure of AMT and UV-A in inactivating T cruzi in infected human platelet concentrates.

Estudo sobre a eventual utilidade de raios gama na profilaxia da malária transmissível por transfusão de sangue

O estudo foi realizado com o objetivo de avaliar a eventual utilidade de raios gama na profilaxia da malária transmissível por transfusão de sangue, tendo sido, para isso, usados camundongos infectados pelo Plasmodium berghei. Na primeira fase, quando submetemos sangue deles retirado a 2.500 e 5.000rad, com associação ou não de metronidazol, não obtivemos sucesso, já que todos os animais antes sem a parasitose apresentaram parasitemia e morreram após inoculação do sangue irradiado. Porém, ocorreu êxito parcial na segunda fase, ao serem empregados 10.000 e 15.000rad, porquanto 20% e 40% dos roedores, respectivamente, embora tenham ficado infectados, sobreviveram, com posterior negativação quanto à presença do P. berghei.

Estudo da ação danificadora do 2,2'-Bipyridyl no DNA na presença de radiação UV

Em 2008, foram estimados no mundo, cerca de 12.7 milhões de novos casos de cancro e 7,6 milhões de mortes por cancro, sendo que 56% dos casos e 64% das mortes ocorreram nos países em desenvolvimento. Estes números indicam que é necessário se encontrar novos meios de combater este flagelo. Uma das possibilidades é encontrar moléculas intercalantes do ácido desoxirribonucleico (DNA) que se degradem na presença de radiação ou partículas carregadas de baixa energia que criem condições de induzir lesões no DNA, inibidoras da replicação e que portanto contribuam para a não proliferação de células cancerígenas. Assim, nesta dissertação analisou-se a influência do agente intercalante 2,2'-Bipyridyl do DNA em presença de radiação UV, 254 nm, na degradação do DNA. Os danos criados no DNA foram analisados pelas técnicas de espectroscopia de ultravioleta-visível e de infravermelho. Os resultados obtidos permitiram inferir que a cinética de degradação do DNA é mais eficiente na presença do composto 2,2'-Bipyridyl e que o ataque pelos produtos da decomposição do 2,2'-Bipyridyl é feito a todas as bases, embora com constantes características diferentes, sendo a ataque à guanina com uma constante de tempo maior. Estes resultados permitem concluir que este composto pode ser um possível candidato a indutor de lesões no DNA.

Evaluation of uv spectrophotometry for estimation of nitrite and nitrate in nitrified urine

Water is a limited resource for which demand is growing. Contaminated water from inadequate wastewater treatment provides one of the greatest health challenges as it restricts development and increases poverty in emerging and developing countries. Therefore, the connection between wastewater and human health is linked to access to sanitation and to human waste disposal. Adequate sanitation is expected to create a barrier between disposed human excreta and sources of drinking water. Different approaches to wastewater management are required for different geographical regions and different stages of economic governance depending on the capacity to manage wastewater. Effective wastewater management can contribute to overcome the challenges of water scarcity. Separate collection of human urine at its source is one promising approach that strongly reduces the economic and load demands on wastewater treatment plants (WWTP). Treatment of source-separated urine appears as a sanitation system that is affordable, produces a valuable fertiliser, reduces pollution of water resources and promotes health. However, the technical realisation of urine separation still faces challenges. Biological hydrolysis of urea causes a strong increase of ammonia and pH. Under these conditions ammonia volatilises which can cause odour problems and significant nitrogen losses. The above problems can be avoided by urine stabilisation. Biological nitrification is a suitable process for stabilisation of urine. Urine is a highly concentrated nutrient solution which can lead to strong inhibition effects during bacterial nitrification. This can further lead to process instabilities. The major cause of instability is accumulation of the inhibitory intermediate compound nitrite, which could lead to process breakdown. Enhanced on-line nitrite monitoring can be applied in biological source-separated urine nitrification reactors as a sustainable and efficient way to improve the reactor performance, avoiding reactor failures and eventual loss of biological activity. Spectrophotometry appears as a promising candidate for the development and application of on-line nitrite monitoring. Spectroscopic methods together with chemometrics are presented in this work as a powerful tool for estimation of nitrite concentrations. Principal component regression (PCR) is applied for the estimation of nitrite concentrations using an immersible UV sensor and off-line spectra acquisition. The effect of particles and the effect of saturation, respectively, on the UV absorbance spectra are investigated. The analysis allows to conclude that (i) saturation has a substantial effect on nitrite estimation; (ii) particles appear to have less impact on nitrite estimation. In addition, improper mixing together with instabilities in the urine nitrification process appears to significantly reduce the performance of the estimation model.

Estudo de uma coleção de vidros arqueológicos dos séculos XVII e XVIII do Mosteiro de Santa Maria da Vitória

Durante uma intervenção arqueológica numa conduta do Mosteiro de Santa Maria da Vitória na Batalha, foram encontrados diversos objetos de vidro e cerâmica dos quais foram escolhidos setenta e oito fragmentos de vidro datados dos séculos XVII- XVIII, com o objetivo de serem estudados e caracterizados na sua composição e a possível união dos fragmentos para a determinação das formas dos objetos, o que não se mostrou possível. Para a caracterização recorreu-se às técnicas de espetrometria de microfluorescência de raios X dispersiva de energias (μ-EDXRF) e espetroscopia de absorção UV‐Vis. A maioria dos vidros são silicatados sodo‐cálcicos, à exceção de dezasseis que são alcalinos mistos e um plúmbico. Identificaram-se dois cromóforos responsáveis pela cor azul, cobalto (encontrado apenas num objeto) e o conjunto cobre/ferro nos vidros azul-turquesa. Da coleção faz ainda parte um objeto com decoração vermelha opaca obtida com um pigmento de cobre. Os vidros com coloração natural (amarelo e verde) devem as suas tonalidades à presença de ferro. Realizou‐se a comparação das composições obtidas, formas e decorações com as coleções do Mosteiro de São João de Tarouca, com dois casos particulares do Mosteiro de Santa Clara-a-Velha, com um caso da Real Fábrica de Vidros Cristalinos de Coina e Real Fábrica da Marinha Grande e ainda com as composições publicadas de vidros venezianos e façon-de‐Venise. Esta comparação permitiu realçar semelhanças e diferenças a nível de composição e formal, entre as diferentes coleções.

Desenvolvimento de um papel de filtro de baixo custo para tratamento de água

É sabido que devido à escassez de água potável, nomeadamente em países sub-desenvolvidos, morrem milhares de pessoas por ano, com a procura de fontes de água alternativas, que por sua vez se encontram contaminadas com microrganismos patogénicos; a este facto também se salienta a possibilidade de ocorrência de catástrofes naturais, tornando-se necessário o desenvolvimento de sistemas de desinfecção prácticos, de baixo custo e eficientes. O trabalho experimental desenvolvido focou-se nestas realidades, tendo por objectivo principal o desenvolvimento de um papel bactericida, em particular, um papel de baixo custo como é o caso do papel de filtro de café, para aplicação em desinfecção de água. Este papel foi funcionalizado com nanopartículas sintetizadas de prata, óxido de zinco e com ambas, assim como com nanopartículas comerciais, cuja caracterização foi feita por Microscopia Electrónica de Varrimento (SEM, Scanning Electron Microscopy), Energia Dispersiva de Raios-X (EDS, Energy-dispersive X-ray Spectroscopy), Espectroscopia de Ultravioleta-Visível (UV-VIS Uv-Visible Spectroscopy), Difracção de Raios-X (DRX, X-Rays Diffraction), Análise Termogravimétrica (TA, Thermal Analysis), e Calorimetria Diferencial de Varrimento (DSC, Differencial Scanning Calorimetry) e a actividade anti-bacteriana dos papéis foi avaliada através de Testes de Sensibilidade aos Antibióticos, pelo Método de Kirby-Bauer, contra as bactérias S.a.ATCC25923 e E.coli ATCC25922. No decorrer das sínteses variaram-se alguns parâmetros consoante o tipo de nanopartícula, para as np´s de prata variou-se essencialmente a metodologia de síntese e o tipo de redutor, para as np´s de óxido de zinco, dado ser um composto fotossensível, submeteu-se o papel á luz ultravioleta, o que, por outro lado também esterelizava o papel, e para ter uma comparação, esterelizou-se também o papel pela autoclave, constatando-se, pelas técnicas de caracterização, nomeadamente DRX, que os papeis não continham nanopartículas de óxido de zinco mas sim de acetato de zinco. Surpreendentemente, nos papéis autoclavados já se detectou a presença de óxido de zinco. Com os papéis que evidenciararam maior actividade anti-bacteriana realizaram-se filtrações de membrana com amostras de água contaminada e a determinação da concentração de metal no filtrado foi realizada pela técnica de Espectroscopia de Absorção Atómica de Chama (Flame Atomic Absorption Spectroscopy) conseguindo-se uma taxa de redução bacteriana de practicamente 100% para E.coli NCTC 9001 e E.f NCTC775 com os papéis contendo acetato de zinco numa concentração de 50 mM e np´sAg e acetato de zinco, numa concentração de 10 mM. De forma a validar o trabalho desenvolvido a parte final consistiu em testar os filtros com melhores propriedades em águas contaminadas, tendo esse trabalho sido feito no Laboratório de Água de Consumo dos Serviços Municipalizados de Água e Saneamento de Almada.

Characterization of molecular damage induced by UV photons and carbon ions on biomimetic heterostructures

The study of the effect of radiation on living tissues is a rather complex task to address mainly because they are made of a set of complex functional biological structures and interfaces. Particularly if one is looking for where damage is taking place in a first stage and what are the underlying reaction mechanisms. In this work a new approach is addressed to study the effect of radiation by making use of well identified molecular hetero-structures samples which mimic the biological environment. These were obtained by assembling onto a solid support deoxyribonucleic acid (DNA) and phospholipids together with a soft water-containing polyelectrolyte precursor in layered structures and by producing lipid layers at liquid/air interface with DNA as subphase. The effects of both ultraviolet (UV) radiation and carbon ions beams were systematically investigated in these heterostructures, namely damage on DNA by means vacuum ultraviolet (VUV), infrared (IR), X-Ray Photoelectron (XPS) and impedance spectroscopy. Experimental results revealed that UV affects furanose, PO2-, thymines, cytosines and adenines groups. The XPS spectrometry carried out on the samples allowed validate the VUV and IR results and to conclude that ionized phosphate groups, surrounded by the sodium counterions, congregate hydration water molecules which play a role of UV protection. The ac electrical conductivity measurements revealed that the DNA electrical conduction is arising from DNA chain electron hopping between base-pairs and phosphate groups, with the hopping distance equal to the distance between DNA base-pairs and is strongly dependent on UV radiation exposure, due loss of phosphate groups. Characterization of DNA samples exposed to a 4 keV C3+ ions beam revealed also carbon-oxygen bonds break, phosphate groups damage and formation of new species. Results from radiation induced damage carried out on biomimetic heterostructures having different compositions revealed that damage is dependent on sample composition, with respect to functional targeted groups and extent of damage. Conversely, LbL films of 1,2-dipalmitoyl-sn-Glycero-3-[Phospho-rac-(1-glycerol)] (Sodium Salt) (DPPG) liposomes, alternated with poly(allylamine hydrochloride) (PAH) revealed to be unaffected, even by prolonged UV irradiation exposure, in the absence of water molecules. However, DPPG molecules were damaged by the UV radiation in presence of water with cleavage of C-O, C=O and –PO2- bonds. Finally, the study of DNA interaction with the ionic lipids at liquid/air interfaces revealed that electrical charge of the lipid influences the interaction of phospholipid with DNA. In the presence of DNA in the subphase, the effects from UV irrladiation were seen to be smaller, which means that ionic products from biomolecules degradation stabilize the intact DPPG molecules. This mechanism may explain why UV irradiation does not cause immediate cell collapse, thus providing time for the cellular machinery to repair elements damaged by UV.

Preparação e caracterização de micropartículas de polissacarídeos produzidas por secagem por atomização para libertação controlada de fármacos

Neste trabalho trabalho produziram-se micropartículas de polissacarídeos contendo um fármaco anticancerígeno, o 5-Fluorouracil, ou um anti-inflamatório, a Prednisolona, utilizando como matrizes encapsulantes o quitosano e o FucoPol. As micropartículas foram produzidas pelo método de secagem por atomização (spray-drying). Foram estudados vários reticulantes biocompatíveis: o ácido glutâmico; o ácido cítrico e a lisina. As micropartículas produzidas foram caracterizadas em termos de morfologia, tamanho, propriedades químicas, propriedades térmicas, cristalinidade e eficiência de encapsulamento recorrendo a técnicas como microscopia electrónica de varrimento (SEM), Espectro de infravermelho por transformada de Fourier (FT-IR), calorimetria diferencial de varrimento (DSC), difracção de raios-X (XRD) e espectroscopia UV. Os perfis de concentração foram obtidos realizando ensaios de libertação em dois meios distintos, em Suco Gástrico Simulado (pH=1,2) e Suco Intestinal Simulado (pH=6,8) e foram calculadas as velocidades de libertação para cada ensaio. Verificou-se que os ensaios com o fármaco modelo Prednisolona em matrizes de quitosano em meio ácido, pH=1,2, apresentam uma libertação mais lenta. Os reticulantes mais adequados para o quitosano são o ácido glutâmico para a libertação no estômago, a pH=1,2, e o ácido cítrico para a libertação no intestino, a pH=6,8. Em relação ao FucoPol, a concentração de reticulante mais adequada para ambos os meios de libertação revelou ser a de 50% em massa de lisina relativamente à massa de FucoPol.

Otimização da técnica de micro Fluorescência de Raios- X para o estudo de ossos

Nos países desenvolvidos, as doenças reumáticas são o grupo de doenças mais fre-quentes da espécie humana, sendo por isso o primeiro motivo de consulta nos cuidados de saúde primários e a principal causa de incapacidade temporária para o trabalho e de reformas antecipadas por doença/invalidez (Canhão & Branco, 2013). O estudo destas doenças torna-se cada vez mais urgente visto que estas têm tendência crescente, tendo em conta os atuais esti-los de vida e o aumento da longevidade da população. Nesta dissertação foi estudada e otimi-zada a técnica de Micro Fluorescência de Raios-X (μ-XRF) de forma a permitir um estudo de elementos maioritários e elementos traço em ossos com doenças reumáticas, tendo em espe-cial atenção a razão Ca/P, já que, por estudos até agora efetuados, esta razão é considerada um biomarcador adequado para a avaliação da saúde dos ossos. Foram então verificados os erros aleatórios e sistemáticos existentes nesta técnica e concluiu-se quais os tipos de parâme-tros que devem ser tidos em conta para este estudo, tais como corrente, tensão do tubo, filtros, entre outros. As amostras foram ainda analisadas com a técnica de PIGE (Particle Induced Gamma-ray Emission) e comparados os resultados com os de μ-XRF de forma a avaliar a in-fluência da topologia da amostra. Pretende-se que este estudo seja o início do desenvolvimen-to de um método alternativo de diagnóstico precoce de doenças reumáticas, conduzindo a um tratamento mais eficaz e melhorando assim a qualidade de vida da população.

Requalificação de um espectrómetro Kratos XSAM 800 para espectroscopia de fotoelectrões de Raios-X

A espectroscopia de fotoelectrões de raios-X (XPS - X-ray Photoelectron Spectroscopy)é uma das técnicas de análise de superfícies mais importantes e mais usadas em diversasáreas científico-tecnológicas e industriais. Com ela é possível determinar quantitativa equalitativamente a composição elementar e a composição química aproximada, respectivamente,e estrutura electrónica dos elementos presentes para diferentes tipos de materiais. O laboratório de ciência de superfícies do Departamento de Física da FCT-UNL encontra-se equipado com um sistema de ultra-alto vácuo Kratos XSAM 800 contendo a instrumentação necessária para se realizar XPS. No entanto, o equipamento precisava de uma requalificação. O controlo e aquisição de dados do espectrómetro era feito por um computador PDP11 de 16-bits que actualmente não é comercializado e não tem qualquer suporte técnico por parte do fabricante. Foi substituído por um computador moderno e por uma placa genérica de aquisição de dados. Para que a análise quantitativa pela técnica de XPS seja precisa, é necesssário fazer a caracterização do sistema. Isso implica o conhecimento de parâmetros como a função de transmissão do espectrómetro e a linearidade da resposta do sistema de detecção. Foi feito um estudo da linearidade da resposta do sistema de detecção e determinou-se experimentalmente a função de transmissão do espectrómetro. Os resultados obtidos para a função de transmissão mostraram estar qualitativamente de acordo com os resultados obtidos por outros na literatura. A transmissão da coluna óptica do analisador de energia de electrões foi posteriormente submetida a um processo de optimização, através da implementação de um algoritmo evolutivo diferencial para optimização de funções, recorrendo a linguagem de programação gráfica LabVIEWTM.

Estudo da aplicação de adesivos de cura UV em conservação e restauro de vidro e vitral

Do presente trabalho resultou a submissão de um artigo, com o título UV Curing Adhesives for Conservation of Glass- Chemical and Mechanical Stability, para comunicação oral em conferência internacional intitulada Recent Advances in Glass and Ceramics Conservation, a ocorrer em Wroclaw, Polónia, de 25 a 29 de Maio de 2016, no âmbito do ICOM-CC Glass and Ceramics Working Group Interim Meeting.

Fluorescência de raios-X aplicada ao estudo de ossadas humanas

O trabalho desenvolvido nesta dissertação visa o estudo da composição elementar de restos humanos (séculos XVIII-XIX) por fluorescência de raios-X dispersiva em energia (EDXRF). Os tecidos analisados, ossos, dentes, cabelos e massa encefálica, pertenciam a um conjunto de corpos exumadosda Ermida do Espírito Santo, em Almada (Portugal). Os resultados foram obtidos pela análise complementar de duas montagens experimentais: EDXRF com geometria triaxial e -EDXRF com geometria convencional. A primeira técnica permite obter melhores limites de deteção para matrizes de baixo Z. A configuração com um micro feixe e a análise em condições de vácuo permite melhorar os limites de deteção para os elementos mais leves. Os resultados obtidos para os indivíduos analisados puderam ser correlacionados, em alguns casos, com os hábitos alimentares e com o habitat, nomeadamente a exposição a elementos tóxicos. Adicionalmente, foi também avaliada a possibilidade de contaminação post-mortem dos corpos, a partir do local de inumação. Os elementos detetados em ambas as técnicas foram Ca, Fe, Cu, Zn, Br, Sr e Pb. Observaram-se níveis elevados de Zn e Sr para os ossos, que são indicativos de uma dieta rica em carne e peixe, respetivamente. Alguns indivíduos revelaram concentrações elevadas de Pb e Zn na polpa do dente. Estes elementos poder~ao ter sido resultado de uma da acumulação o ante-mortem e indicar o hábito do tabaco. Os resultados mostram um indivíduo que apresenta concentrações bastante elevadas de Pb, especialmente na massa encefálica, polpa do dente e ossos esponjosos. A contaminação poderá ter sido resultado da exposição ante-mortem de Pb, eventualmente devida ao trabalho efetuado numa fundição. Ademais, outro indivíduo apresentou uma concentração elevadíssima de Hg no cabelo. Neste caso, a hipótese proposta mais provável é a aplicação de um composto à base de Hg, para fins medicinais, possivelmente para a desinfestação de piolhos.