Chronic, topical exposure to benzo[a]pyrene induces relatively high steady-state levels of DNA adducts in target tissues and alters kinetics of adduct loss.

Carcinogen-DNA adduct measurements may become useful biomarkers of effective dose and/or early effect. However, validation of this biomarker is required at several levels to ensure that human exposure and response are accurately reflected. Important in this regard is an understanding of the relative biomarker levels in target and nontarget organs and the response of the biomarker under the chronic, low-dose conditions to which humans are exposed. We studied the differences between single and chronic topical application of benzo[a]pyrene (BAP) on the accumulation and removal of BAP-DNA adducts in skin, lung, and liver. Animals were treated with BAP at 10, 25, or 50 nMol topically once or twice per week for as long as 15 weeks. Animals were sacrificed either at 24, 48, or 72 hr after the last dose at 1 and 30 treatments, and after 24 hr for all other treatment groups. Adduct levels increased with increasing dose, but the slope of the dose-response was different in each organ. At low doses, accumulation was linear in skin and lung, but at high doses the adduct levels in the lung increased dramatically at the same time when the levels in the skin reached apparent steady state. In the liver adduct, levels were lower than in target tissues and apparent steady-state adduct levels were reached rapidly, the maxima being independent of dose, suggesting that activating metabolism was saturated in this organ. Removal of adducts from skin, the target organ, was more rapid following single treatment than with chronic exposure. This finding is consistent with earlier data, indicating that some areas of the genome are more resistant to repair. Thus, repeated exposure and repair cycles would be more likely to cause an increase in the proportion of carcinogen-DNA adducts in repair-resistant areas of the genome. These findings indicate that single-dose experiments may underestimate the potential for carcinogenicity for compounds that follow this pattern.

Integration of complete transferred DNA units is dependent on the activity of virulence E2 protein of Agrobacterium tumefaciens.

Agrobacterium tumefaciens transfers transferred DNA (T-DNA), a single-stranded segment of its tumor-inducing (Ti) plasmid, to the plant cell nucleus. The Ti-plasmid-encoded virulence E2 (VirE2) protein expressed in the bacterium has single-stranded DNA (ssDNA)-binding properties and has been reported to act in the plant cell. This protein is thought to exert its influence on transfer efficiency by coating and accompanying the single-stranded T-DNA (ss-T-DNA) to the plant cell genome. Here, we analyze different putative roles of the VirE2 protein in the plant cell. In the absence of VirE2 protein, mainly truncated versions of the T-DNA are integrated. We infer that VirE2 protects the ss-T-DNA against nucleolytic attack during the transfer process and that it is interacting with the ss-T-DNA on its way to the plant cell nucleus. Furthermore, the VirE2 protein was found not to be involved in directing the ss-T-DNA to the plant cell nucleus in a manner dependent on a nuclear localization signal, a function which is carried by the NLS of VirD2. In addition, the efficiency of T-DNA integration into the plant genome was found to be VirE2 independent. We conclude that the VirE2 protein of A. tumefaciens is required to preserve the integrity of the T-DNA but does not contribute to the efficiency of the integration step per se.

Complete sequence of the bithorax complex of Drosophila.

The bithorax complex (BX-C) of Drosophila, one of two complexes that act as master regulators of the body plan of the fly, is included within a sequence of 338,234 bp (SEQ89E). This paper presents the strategy used in sequencing SEQ89E and an analysis of its open reading frames. The BX-C sequence (BXCALL) contains 314,895 bp obtained by deletion of putative genes that are located at each end of SEQ89E and appear to be functionally unrelated to the BX-C. Only 1.4% of BXCALL codes for the three homeodomain-containing proteins of the complex. Principal findings include a putative ABD-A protein (ABD-AII) larger than a previously known ABD-A protein and a putative glucose transporter-like gene (1521 bp) located at or near the bithoraxoid (bxd), infra-abdominal-2 (iab-2) boundary on the opposite strand relative to that of the homeobox-containing genes.

Complete congruence between gene diversity estimates derived from genotypic data at enzyme and random amplified polymorphic DNA loci in black spruce.

Controversy still exists over the adaptive nature of variation of enzyme loci. In conifers, random amplified polymorphic DNAs (RAPDs) represent a class of marker loci that is unlikely to fall within or be strongly linked to coding DNA. We have compared the genetic diversity in natural populations of black spruce [Picea mariana (Mill.) B.S.P.] using genotypic data at allozyme loci and RAPD loci as well as phenotypic data from inferred RAPD fingerprints. The genotypic data for both allozymes and RAPDs were obtained from at least six haploid megagametophytes for each of 75 sexually mature individuals distributed in five populations. Heterozygosities and population fixation indices were in complete agreement between allozyme loci and RAPD loci. In black spruce, it is more likely that the similar levels of variation detected at both enzyme and RAPD loci are due to such evolutionary forces as migration and the mating system, rather than to balancing selection and overdominance. Furthermore, we show that biased estimates of expected heterozygosity and among-population differentiation are obtained when using allele frequencies derived from dominant RAPD phenotypes.

Modes of expression and common structural features of the complete phenylalanine ammonia-lyase gene family in parsley.

We describe a complete gene family encoding phenylalanine ammonia-lyase (PAL; EC 4.3.1.5) in one particular plant species. In parsley (Petroselinum crispum), the PAL gene family comprises two closely related members, PAL1 and PAL2, whose TATA-proximal promoter and coding regions are almost identical, and two additional members, PAL3 and PAL4, with less similarity to one another and to the PAL1 and PAL2 genes. Using gene-specific probes derived from the 5' untranslated regions of PAL1/2, PAL3, and PAL4, we determined the respective mRNA levels in parsley leaves and cell cultures treated with UV light or fungal elicitor and in wounded leaves and roots. For comparison, the functionally closely related cinnamate 4-hydroxylase (C4H) and 4-coumarate:CoA ligase (4CL) mRNAs were measured in parallel. The results indicate various degrees of differential responsiveness of PAL4 relative to the other PAL gene family members, in contrast to a high degree of coordination in the overall expression of the PAL, C4H, and 4CL genes. The only significant sequence similarities shared by all four PAL gene promoters are a TATA-proximal set of three putative cis-acting elements (boxes P, A, and L). None of these elements alone, or the promoter region containing all of them together, conferred elicitor or light responsiveness on a reporter gene in transient expression assays. The elements appear to be necessary but not sufficient for elicitor- or light-mediated PAL gene activation, similar to the situation previously reported for 4CL.

Complete reconstitution of mouse liver with xenogeneic hepatocytes.

We have developed a system for studying hepatocellular growth potential in which liver cells are introduced into the diseased livers of albumin-urokinase (Alb-uPA) transgenic mice. To use this system to study xenogeneic cell transplantation, rat liver cells were introduced into immunotolerant Alb-uPA transgenic mice. In regenerated recipient livers, up to 100% of hepatocellular gene expression was of rat origin, demonstrating the creation of a functional mouse liver in which parenchyma is derived from xenogeneic (rat) hepatocytes. Immunotolerant Alb-uPA transgenic mice provide a tool for studying hepatocellular biology of any species, including humans, in a controlled experimental setting.

Análise de acetona em ar exalado: desenvolvimento de método eletroanalítico e algoritmo para processamento de sinais

Propõe-se método novo e completo para análise de acetona em ar exalado envolvendo coleta com pré-concentração em água, derivatização química e determinação eletroquímica assistida por novo algoritmo de processamento de sinais. Na literatura recente a acetona expirada vem sendo avaliada como biomarcador para monitoramento não invasivo de quadros clínicos como diabetes e insuficiência cardíaca, daí a importância da proposta. Entre as aminas que reagem com acetona para formar iminas eletroativas, estudadas por polarografia em meados do século passado, a glicina apresentou melhor conjunto de características para a definição do método de determinação por voltametria de onda quadrada sem a necessidade de remoção de oxigênio (25 Hz, amplitude de 20 mV, incremento de 5 mV, eletrodo de gota de mercúrio). O meio reacional, composto de glicina (2 mol·L-1) em meio NaOH (1 mol·L-1), serviu também de eletrólito e o pico de redução da imina em -1,57 V vs. Ag|AgCl constituiu o sinal analítico. Para tratamento dos sinais, foi desenvolvido e avaliado um algoritmo inovador baseado em interpolação de linha base por ajuste de curvas de Bézier e ajuste de gaussiana ao pico. Essa combinação permitiu reconhecimento e quantificação de picos relativamente baixos e largos sobre linha com curvatura acentuada e ruído, situação em que métodos convencionais falham e curvas do tipo spline se mostraram menos apropriadas. A implementação do algoritmo (disponível em http://github.com/batistagl/chemapps) foi realizada utilizando programa open source de álgebra matricial integrado diretamente com software de controle do potenciostato. Para demonstrar a generalidade da extensão dos recursos nativos do equipamento mediante integração com programação externa em linguagem Octave (open source), implementou-se a técnica da cronocoulometria tridimensional, com visualização de resultados já tratados em projeções de malha de perspectiva 3D sob qualquer ângulo. A determinação eletroquímica de acetona em fase aquosa, assistida pelo algoritmo baseado em curvas de Bézier, é rápida e automática, tem limite de detecção de 3,5·10-6 mol·L-1 (0,2 mg·L-1) e faixa linear que atende aos requisitos da análise em ar exalado. O acetaldeído, comumente presente em ar exalado, em especial, após consumo de bebidas alcoólicas, dá origem a pico voltamétrico em -1,40 V, contornando interferência que prejudica vários outros métodos publicados na literatura e abrindo possibilidade de determinação simultânea. Resultados obtidos com amostras reais são concordantes com os obtidos por método espectrofotométrico, em uso rotineiro desde o seu aperfeiçoamento na dissertação de mestrado do autor desta tese. Em relação à dissertação, também se otimizou a geometria do dispositivo de coleta, de modo a concentrar a acetona num volume menor de água gelada e prover maior conforto ao paciente. O método completo apresentado, englobando o dispositivo de amostragem aperfeiçoado e o novo e efetivo algoritmo para tratamento automático de sinais voltamétricos, está pronto para ser aplicado. Evolução para um analisador portátil depende de melhorias no limite de detecção e facilidade de obtenção eletrodos sólidos (impressos) com filme de mercúrio, vez que eletrodos de bismuto ou diamante dopado com boro, entre outros, não apresentaram resposta.

Remoção de atividade estrogênica do hormônio 17β-Estradiol em processos de oxidação de águas para abastecimento

Muitos oxidantes químicos reativos acarretam na ruptura de estruturas moleculares complexas de vários tipos de compostos orgânicos decompondo-as em estruturas mais simples e propiciando condições melhores para uma efetiva ação de micro-organismos na degradação biológica. A presença de hormônios, entre eles o 17β-estradiol, em estações de tratamento de esgoto e em águas subterrâneas e superficiais mostra a necessidade de uma avaliação dos processos de tratamento convencionais. O objetivo deste trabalho foi a análise e remoção de hormônios através de técnicas de cloração e ozonização de amostras reais de águas de saída de filtro de estações de tratamento de água (ETAs), operadas pelo Serviço Autônomo de Água e Esgoto (SAAE) de São Carlos (ETA Centro), que capta águas dos ribeirão Feijão e córrego Espraiado e pela Sociedade de Abastecimento de Água e Saneamento S/A (SANASA) de Campinas (ETAs 3 e 4), que capta águas do rio Atibaia. Foram realizados ensaios contaminando-se as amostras com 17β-estradiol, que é o hormônio natural mais presente no meio ambiente, em concentração de 6.000 ng L-1, submetendo-se tratamento com dosagens em torno de 0,5 e 2,0 mg L-1 desses oxidantes, em tempos de contato de, respectivamente, 10 e 30 min. As amostras submetidas à contaminação e tratamento e as de controle (sem contaminação e tratamento) foram analisadas através da remoção do 17β-estradiol com a verificação da atividade estrogênica das amostras por ensaios de Sistema de Expressão de Estrogênio Induzida por Levedura Bioluminescente (BLYES), que apresentou-se como uma ferramenta simples. Os resultados apresentados neste trabalho demonstram que a oxidação por ozônio se mostrou mais eficiente do que aquela por cloro para a remoção da atividade estrogênica causada, única e exclusivamente, pelo 17β-estradiol para uma dosagem inicial desse hormônio relativamente alta (6.000 ng L-1). Todavia, em todos os ensaios a concentração final da atividade estrogênica permaneceu acima do limite de quantificação desses hormônio, indicando que a remoção não foi completa, mesmo em condições favoráveis, isto é, matriz limpa, com padrões de potabilidade para os parâmetros físico-químicos.

Estudo da reação de epoxidação do óleo de soja em condição de remoção de calor máxima.

Óleo de soja epoxidado (OSE) é um produto químico há muito tempo utilizado como co-estabilizante e plastificante secundário do poli (cloreto de vinila) (PVC), ou seja, como um material que tem limitações na quantidade máxima que pode ser usada no composto de PVC. A sua aplicação como plastificante primário, ou seja, como o principal elemento plastificante no composto de PVC, e como base para outros plastificantes de fontes renováveis, tem aumentado nos últimos anos, principalmente devido a melhorias de desempenho e à redução do custo do OSE em comparação com plastificantes tradicionais. A reação de epoxidação do óleo de soja é bem conhecida e ocorre em duas fases líquidas, com reações em ambas as fases, e transferência de massa entre as fases. O processo industrial mais utilizado conta com formação in-situ do ácido perfórmico, através da adição gradativa do principal reagente, o peróxido de hidrogênio a uma mistura agitada de ácido fórmico e óleo de soja refinado. Industrialmente, o processo é realizado em batelada, controlando a adição do reagente peróxido de hidrogênio de forma que a geração de calor não ultrapasse a capacidade de resfriamento do sistema. O processo tem um ciclo que pode variar entre 8 e 12 horas para atingir a conversão desejada, fazendo com que a capacidade de produção seja dependente de investimentos relativamente pesados em reatores agitados mecanicamente, que apresentam diversos riscos de segurança. Estudos anteriores não exploram em profundidade algumas potenciais áreas de otimização e redução das limitações dos processos, como a intensificação da transferência de calor, que permite a redução do tempo total de reação. Este trabalho avalia experimentalmente e propõe uma modelagem para a reação de epoxidação do óleo de soja em condições de remoção de calor máxima, o que permite que os reagentes sejam adicionados em sua totalidade no início da reação, simplificando o processo. Um modelo foi ajustado aos dados experimentais. O coeficiente de troca térmica, cuja estimativa teórica pode incorrer em erros significativos, foi calculado a partir de dados empíricos e incluído na modelagem, acrescentando um fator de variabilidade importante em relação aos modelos anteriores. O estudo propõe uma base teórica para potenciais alternativas aos processos adotados atualmente, buscando entender as condições necessárias e viáveis em escala industrial para redução do ciclo da reação, podendo inclusive apoiar potenciais estudos de implementação de um reator contínuo, mais eficiente e seguro, para esse processo.

Controlled Complete Suppression of Single-Atom Inelastic Spin and Orbital Cotunneling

The inelastic portion of the tunnel current through an individual magnetic atom grants unique access to read out and change the atom’s spin state, but it also provides a path for spontaneous relaxation and decoherence. Controlled closure of the inelastic channel would allow for the latter to be switched off at will, paving the way to coherent spin manipulation in single atoms. Here, we demonstrate complete closure of the inelastic channels for both spin and orbital transitions due to a controlled geometric modification of the atom’s environment, using scanning tunneling microscopy (STM). The observed suppression of the excitation signal, which occurs for Co atoms assembled into chains on a Cu2N substrate, indicates a structural transition affecting the dz2 orbital, effectively cutting off the STM tip from the spin-flip cotunneling path.