Robust Control of Evolutionary Dynamics

The application of principles from evolutionary biology has long been used to gain new insights into the progression and clinical control of both infectious diseases and neoplasms. This iterative evolutionary process consists of expansion, diversification and selection within an adaptive landscape - species are subject to random genetic or epigenetic alterations that result in variations; genetic information is inherited through asexual reproduction and strong selective pressures such as therapeutic intervention can lead to the adaptation and expansion of resistant variants. These principles lie at the center of modern evolutionary synthesis and constitute the primary reasons for the development of resistance and therapeutic failure, but also provide a framework that allows for more effective control.

A model system for studying the evolution of resistance and control of therapeutic failure is the treatment of chronic HIV-1 infection by broadly neutralizing antibody (bNAb) therapy. A relatively recent discovery is that a minority of HIV-infected individuals can produce broadly neutralizing antibodies, that is, antibodies that inhibit infection by many strains of HIV. Passive transfer of human antibodies for the prevention and treatment of HIV-1 infection is increasingly being considered as an alternative to a conventional vaccine. However, recent evolution studies have uncovered that antibody treatment can exert selective pressure on virus that results in the rapid evolution of resistance. In certain cases, complete resistance to an antibody is conferred with a single amino acid substitution on the viral envelope of HIV.

The challenges in uncovering resistance mechanisms and designing effective combination strategies to control evolutionary processes and prevent therapeutic failure apply more broadly. We are motivated by two questions: Can we predict the evolution to resistance by characterizing genetic alterations that contribute to modified phenotypic fitness? Given an evolutionary landscape and a set of candidate therapies, can we computationally synthesize treatment strategies that control evolution to resistance?

To address the first question, we propose a mathematical framework to reason about evolutionary dynamics of HIV from computationally derived Gibbs energy fitness landscapes -- expanding the theoretical concept of an evolutionary landscape originally conceived by Sewall Wright to a computable, quantifiable, multidimensional, structurally defined fitness surface upon which to study complex HIV evolutionary outcomes.

To design combination treatment strategies that control evolution to resistance, we propose a methodology that solves for optimal combinations and concentrations of candidate therapies, and allows for the ability to quantifiably explore tradeoffs in treatment design, such as limiting the number of candidate therapies in the combination, dosage constraints and robustness to error. Our algorithm is based on the application of recent results in optimal control to an HIV evolutionary dynamics model and is constructed from experimentally derived antibody resistant phenotypes and their single antibody pharmacodynamics. This method represents a first step towards integrating principled engineering techniques with an experimentally based mathematical model in the rational design of combination treatment strategies and offers predictive understanding of the effects of combination therapies of evolutionary dynamics and resistance of HIV. Preliminary in vitro studies suggest that the combination antibody therapies predicted by our algorithm can neutralize heterogeneous viral populations despite containing resistant mutations.

Study of ion movements in isolated chicken retinas during spreading depression

Spreading depression (SD) is a phenomenon observed in several sections of vertebrate central nervous system. It can occur spontaneously or be evoked by a variety of stimuli, and consists of a wave of depression of the normal electrical activity of the nervous tissue which spreads slowly in all directions in the tissue. This wave of depression is accompanied by several concomitants including ion movements. All the concomitants of SD can be explained by an increase in the sodium permeability of the plasma membranes of cellular elements involved in this phenomenon.

In the chicken retina, SD is accompanied by a transparency change which can be detected with the naked eye. The isolated retina is a thin (0.1 mm) membrane in which the extracellular fluid quickly and completely equilibrates with the incubation solutions. This preparation was therefore used to study the ion movements during SD by measuring and comparing the ion contents and the extracellular space (ECS) of retinas incubated in various solutions of which some inhibited SD, whereas others allowed this phenomenon to occur.

The present study has shown that during SD there is a shift of extracellular sodium into the intracellular compartment of the retina, a release of intracellular K and a decrease in the magnitude of ECS. These results are in agreement with previous postulates about SD, although the in vitro experimental condition makes the ion movements appear larger and the loss of ECS smaller than observed in the intact cortical tissue. The movements of Na and K, in opposite directions, are reversible. The development and magnitudes of SD is very little affected by deprivation of the oxygen supply.

It was established that the inward sodium shift is not a consequence of an arrest of the Na-pump. It can be prevented, together with SD by the membrane stabilizers, magnesium and procaine. Spreading depression and the ion movements are incompletely inhibited by tetrodotoxin, which blocks the sodium influx into nerve fibers during the action potential. The replacement of Na in the bathing solution by Li does not prevent SD, which is accompanied by Li accumulation in the intracellular compartment. From these experiments and others it was concluded that the mechanism underlying SD and the ion shifts is an increase in the sodium permeability of cell membranes.

Relações sociais, atividade física de lazer e obesidade: evidências longitudinais

A influências das relações sociais na saúde vem sendo largamente investigada em diferentes contextos. No que concerne a influência das relações sociais na atividade física de lazer (AFL) e na obesidade, abordagens multidimensionais e longitudinais, são escassas. O primeiro artigo objetivou investigar o efeito de quatro dimensões do apoio social no engajamento, manutenção, tipo e tempo gasto na prática de AFL em adultos durante um período de dois anos de seguimento (1999-2001). Enquanto que o segundo artigo visou investigar o efeito de cinco indicadores das relações sociais sobre a obesidade e potenciais diferenças de sexo nesta associação, após nove anos de seguimento (1991-2000). Para o primeiro artigo, foram analisados dados longitudinais obtidos através de questionários autopreenchidos aplicados em 3.253 funcionários de uma universidade no Rio de Janeiro (Estudo Pró-Saúde). Enquanto que para o segundo artigo, dados longitudinais do Swedish Level of Living Survey (LNU) foram utilizados. Os resultados do primeiro artigo mostraram associações estatisticamente significativas (p<0,05) entre as dimensões de apoio social e AFL coletiva no grupo de engajamento. Além disso, a dimensão emocional/informação associou-se com o tempo em AFL (OR=2,0; IC95% 1,2-3,9). No grupo de manutenção, o apoio material associou-se com AFL coletiva (OR=1,8; IC95% 1,1-3,1) e a dimensão interação social positiva foi associado com o tempo gasto em AFL (OR=1,65; IC95% 1,1-2,7). Os resultados do segundo artigo mostraram que após o ajuste por fatores de confusão, a falta de apoio emocional (RR = 1,98; 95% IC 1,1-3,8) associou-se à incidência de obesidade entre os homens. Além disso, homens no nível mais baixo de IRS (índice de relações sociais) tiveram risco aumentado de desenvolver obesidade (RR = 2,22; 95% IC 1,1-4,4). Entre as mulheres o IRS não esteve significativamente associado com a obesidade. Contudo, um efeito protetor na obesidade para as mulheres que mudaram o estado civil de casada para nãocasada tenha sido encontrado (RR = 0,39; 95% IC 0,2-0,9). Ao que tange o primeiro artigo, conclui-se que todas as dimensões de apoio social influenciaram o tipo ou o tempo gasto em atividade física de lazer. No entanto, nossos resultados sugerem que o apoio social é mais importante no engajamento do que na situação de manutenção. Esse achado é importante, pois sugere que a manutenção da AFL deve estar associada a outros fatores além do nível individual de apoio social, como um ambiente adequado e políticas de saúde/sociais voltadas para a prática da AFL. Em relação ao segundo artigo, o presente estudo fornece evidências de uma associação inversa entre as relações sociais e a incidência de obesidade, evidenciando diferenças de sexo. Além disso, foi sugerido que preocupações com a imagem corporal entre mulheres poderia ser uma explicação para as diferenças de sexo.

Práticas religiosas Afro-Brasileiras, marco regulatório e uso do meio ambiente e do espaço urbano da cidade do Rio de Janeiro

A Constituição Federal brasileira relaciona dentre as garantias do cidadão o direito ao meio ambiente sadio e a liberdade religiosa e de liturgia. Também prevê como valor constitucional a ser defendido pelo Estado brasileiro as matrizes culturais africanas. A problemática da presente pesquisa é o conflito entre esses valores e garantias em um Estado democrático de direito, conflito este que indentificamos no caso selecionado para estudo: a proibição de oferendas das religiões afrobrasileiras no Parque Nacional da Tijuca, no Rio de Janeiro, pela administração da entidade gestora do Parque. A partir deste estudo de caso, propomos questionar: 1) como o conflito é construído numa perspectiva multidimensional (da geografia cultural, da teologia, da sociologia etc); 2) se e por que as religiões de matrizes africanas foram excluídas do arcabouço jurídico ambiental brasileiro; 3) se este arcabouço pode ser interpretado de modo a favorecer a prática de oferendas e 4) se há uma consciência e uma ética ambientais emergentes naquelas comunidades religiosas, facilitadoras do argumento defensivo da prática de oferendas em áreas verdes públicas. Assim, o objetivo da presente pesquisa é contribuir para a solução exitosa deste conflito, de modo que esta solução seja válida e exeqüível em qualquer área verde sob administração pública. Desse modo, advogamos a tese de que é possível ponderar as duas garantias constitucionais em conflito, de forma que as oferendas, ao invés de proibidas, sejam aceitas de modo disciplinado, não agressivo ou menos agressivo ao meio ambiente, pela negociação dos atores envolvidos. Através da metodologia qualitativa demonstraremos que há um conflito entre atores que dão distintos significados ao meio ambiente, a partir de racionalidades distintas, sendo a da administração ambiental fortemente ancorada na própria doutrina formatadora dos parques nacionais. Aditaremos que o conflito poderia ter sido evitado ou minorado se as comunidades religiosas urbanas afrobrasileiras tivessem sido reconhecidas como populações tradicionais pelo movimento socioambientalista, fortemente inspirador da legislação brasileira. Demonstraremos ainda que, apesar desta lacuna, a legislação que já está dada pode ser interpretada de modo a chancelar a prática das oferendas, e que a proibição seria um equívoco legal da administração ambiental, tendo em vista que o direito ambiental oferece um sistema principiológico favorável à prática das oferendas, tarefa facilitada por uma emergente ética ambiental naqueles grupos religiosos. Não obstante, uma proposta de inclusão de um artigo na Lei do Sistema Nacional de Unidades de Conservação será elaborada, para evitar que a solução do conflito dependa de interpretações. Por fim, recomendaremos que a interdição no Parque da Tijuca seja exemplarmente substituída por uma negociação entre as partes envolvidas, de modo a que sejam preservados todos os interesses constitucionais envolvidos, proporcionando o avanço da democracia brasileira.

Efeito da restrição protéica materna durante a lactação sobre a resposta de timócitos da prole jovem de ratos Wistar

Neste estudo investigamos as consequências da restrição protéica materna durante a lactação sobre a resposta de timócitos da prole jovem de ratos Wistar (grupo D), identificando o papel da leptina nas alterações encontradas. Observamos que, quando comparados ao grupo controle, os animais do grupo D apresentaram, aos 30 dias de vida, uma diminuição significativa tanto do peso corporal quanto do timo. Contudo, não observamos alterações no número de timócitos, no perfil de células CD4/CD8 ou na resposta proliferativa destas células. Sistemicamente, o grupo D não apresentou alterações nos níveis séricos de corticosterona ou no conteúdo nuclear do seu receptor (GR) em timócitos. Apesar dos animais D não apresentarem alterações nos níveis circulantes de leptina, a expressão do seu receptor, ObRb, estava aumentada nos timócitos. Esta alteração foi acompanhada pela amplificação da resposta de sinalização da leptina nestas células, observada por um aumento na ativação de JAK2 e STAT3 após a incubação com leptina. Os timócitos isolados do grupo D apresentaram uma diminuição significativa na taxa de apoptose espontânea quando comparados ao grupo controle. Corroborando estes resultados, demonstramos que os timócitos dos animais D apresentam um aumento na expressão da proteína antiapoptótica Bcl-2 e uma redução da expressão da proteína próapoptótica Bax, além de um maior conteúdo de Pró-caspase-3, entretanto, não encontramos alterações no conteúdo de Bad. Além disso, timócitos do grupo D apresentaram um maior conteúdo da subunidade p65 do NFĸB no núcleo, associado a uma menor expressão de IĸBα no citoplasma. Finalmente, observamos um aumento na expressão do RNAm para o gene ob (leptina) mas não para o gene db (receptor) no microambiente tímico dos animais D. Em conjunto, nossos dados mostram que a restrição protéica durante a lactação afeta a homeostase tímica, induzindo uma maior atividade de leptina, que protege os timócitos da apoptose na prole jovem, sugerindo que esses animais poderiam ser mais suscetíveis a alterações na resposta imune na vida aduta.

Efeitos da privação de sono paradoxal na nocicepção e ansiedade em ratos

A privação de sono paradoxal (PSP) provoca diversas alterações neuroquímicas e comportamentais relacionadas a mudanças nas funções de sistemas de neurotransmissores. São descritas na literatura respostas aumentadas a estímulos álgicos em animais privados desta fase de sono. Os métodos de PSP frequentemente utilizados têm sido associados à geração de ansiedade nos animais, e a hiperalgesia observada poderia, portanto, ser conseqüência aos estímulos ansiogênicos gerados pelo método. Neste trabalho tivemos como objetivos avaliar se o método utilizado para a PSP é ansiogênico e investigar o efeito dos fármacos ansiolítico, diazepam e analgésico, ácido acetilsalicílico sobre a ansiedade e resposta a estímulos térmicos álgicos em animais PSP. Ratos machos Wistar com 90 dias de vida foram privados de sono paradoxal por 96 horas, sendo a resposta álgica avaliada pelo tempo de retirada da pata traseira em ratos expostos à placa quente (46C). A avaliação do nível de ansiedade dos animais foi feita através do teste do campo aberto, através da relação entre a permanência nos quadrantes centrais e nos quadrantes periféricos, e também pelo teste do labirinto em cruz elevado, sendo quantificado o número de vezes que o animal entrava nos braços abertos do labirinto e o tempo gasto pelo animal nos mesmos braços. Os animais PSP apresentaram aumento no índice de locomoção em relação aos animais controles (+314,8%, p<0,05), aumento no número de entradas (+257,1%) e no tempo gasto nos braços abertos do labirinto em cruz elevado (+319,2%, p<0,05), e redução na latência de retirada da pata traseira da placa quente (-64,2%, p<0,05). O fármaco diazepam, não influenciou nas respostas apresentadas pelos animais PSP no teste de campo aberto e no teste da placa quente, mas influenciou nas repostas apresentadas por estes animais no teste do labirinto em cruz elevado tanto no tempo (+308, p<0,05), quanto no número de entradas (+316,6%, p<0,05). O fármaco ácido acetilsalicílico promoveu uma diminuição do índice de locomoção nos animais PSP submetidos ao teste de campo aberto que também foram administrados com o diazepam (-99,5%, p<0,05). No teste da placa quente o ácido acetilsalicílico não apresentou nenhuma influência na percepção de dor nos animais. Os resultados obtidos neste trabalho indicam que o método de privação de sono paradoxal por período de 96 horas não induz ansiedade, e a redução farmacológica dos níveis de ansiedade não influencia na resposta álgica induzida pela privação de sono paradoxal.

Religious Coping, Social Support and Subjective Severity as Predictors of Posttraumatic Growth in People Affected by the Earthquake in Chile on 27/2/2010

The aim of this research is to study the impact of religious coping, social support and subjective severity on Posttraumatic Growth (PTG) in people who lost their homes after the earthquake in Chile in 2010 and who now live in transitional shelters. One hundred sixteen adult men and women were evaluated using a subjective severity scale, the Posttraumatic Growth Inventory (PTGI), the Multidimensional Scale of Perceived Social Support (MSPSS) scale of social support and the Brief RCOPE scale of religious coping. The multiple linear regression analysis shows that social support and positive religious coping have an impact on PTG. On using a bootstrap estimate, it was found that positive religious coping fully mediates the relationship between subjective severity and PTG.