Cortical, but not posterior subcapsular, cataract shows significant familial aggregation in an older population after adjustment for possible shared environmental factors.

PURPOSE:

To quantify the risk for age-related cortical cataract and posterior subcapsular cataract (PSC) associated with having an affected sibling after adjusting for known environmental and personal risk factors.

DESIGN:

Sibling cohort study.

PARTICIPANTS:

Participants in the ongoing Salisbury Eye Evaluation (SEE) study (n = 321; mean age, 78.1+/-4.2 years) and their locally resident siblings (n = 453; mean age, 72.6+/-7.4 years) were recruited at the time of Rounds 3 and 4 of the SEE study. INTERVENTION/TESTING METHODS: Retroillumination photographs of the lens were graded for the presence of cortical cataract and PSC with the Wilmer grading system. The residual correlation between siblings' cataract grades was estimated after adjustment for a number of factors (age; gender; race; lifetime exposure to ultraviolet-B light; cigarette, alcohol, estrogen, and steroid use; serum antioxidants; history of diabetes; blood pressure; and body mass index) suspected to be associated with the presence of cataract.

RESULTS:

The average sibship size was 2.7 per family. Multivariate analysis revealed the magnitude of heritability (h(2)) for cortical cataract to be 24% (95% CI, 6%-42%), whereas that for PSC was not statistically significant (h(2) 4%; 95% CI, 0%-11%) after adjustment for the covariates. The model revealed that increasing age, female gender, a history of diabetes, and black race increased the odds of cortical cataract, whereas higher levels of provitamin A were protective. A history of diabetes and steroid use increased the odds for PSC.

CONCLUSIONS:

This study is consistent with a significant genetic effect for age-related cortical cataract but not PSC.

Associations between near work, outdoor activity, and myopia among adolescent students in rural China: the Xichang Pediatric Refractive Error Study report no. 2.

OBJECTIVE:

To study the associations between near work, outdoor activity, and myopia among children attending secondary school in rural China.

METHODS:

Among a random cluster sample of 1892 children in Xichang, China, subjects with an uncorrected acuity of 6/12 or less in either eye (n = 984) and a 25% sample of children with normal vision (n = 248) underwent measurement of refractive error. Subjects were administered a questionnaire on parental education, time spent outdoors, and weekly time spent engaged in and preferred working distance for a variety of near-work activities.

RESULTS:

Among 1232 children with refraction data, 998 (81.0%) completed the near-work survey. Their mean age was 14.6 years (SD, 0.8 years), 55.6% were girls, and 83.1% had myopia of -0.5 diopters or less (more myopia) in both eyes. Time and diopter-hours spent on near activities did not differ between children with and without myopia. In regression models, time spent on near activities and time outdoors were unassociated with myopia, adjusting for age, sex, and parental education.

CONCLUSIONS:

These and other recent results raise some doubts about the association between near work and myopia. Additional efforts to identify other environmental factors associated with myopia risk and that may be amenable to intervention are warranted.

Heritability of peripheral refraction in Chinese children and adolescents: the Guangzhou Twin Eye study.

PURPOSE:

To estimate the heritability of peripheral refraction in Chinese children and adolescents.

METHODS:

The authors examined 72 monozygotic (MZ) twins and 48 dizygotic (DZ) twins aged 8 to 20 years from a population-based twin registry. Temporal and nasal peripheral refraction, each 40° from the visual axis, and axial refraction were measured using an autorefractor. Relative peripheral refractive error (RPRE) was defined as the peripheral refraction minus the axial refraction. Heritability was assessed by structural equation modeling after adjustment for age and sex.

RESULTS:

The mean and SD of temporal refraction (T(40)), nasal refraction (N(40)), RPRE-T(40), RPRE-N(40), and T(40)-N(40) asymmetry were -0.27 ± 2.0 D, 0.36 ± 2.19 D, 1.18 ± 1.39 D, 1.80 ± 1.69 D, and -0.62 ± 1.58 D, respectively. The intraclass correlations for T(40) refraction, N(40) refraction, RPRE-T(40), RPRE-N(40), and T(40)-N(40) asymmetry were 0.87, 0.83, 0.65, 0.74, and 0.58 for MZ pairs and 0.49, 0.42, 0.30, 0.41, and 0.32 for DZ pairs, respectively. A model with additive genetic and unique environmental effects was the most parsimonious, with heritability values estimated as 0.84, 0.76, 0.63, 0.70, and 0.55, respectively, for the peripheral refractive parameters.

CONCLUSIONS:

Additive genetic effects appear to explain most of the variance in peripheral refraction and relative peripheral refraction when adjusting for the effects of axial refraction.

EFFECTS OF ENVIRONMENTAL ANTIOXIDANTS ON PRO-ANGIOGENIC ROS SIGNALLING IN ENDOTHELIAL COLONY FORMING CELLS IN VITRO

Introduction. Endothelial colony-forming cells (ECFCs) hold great cytotherapeutic potential for ischaemic disease. Whilst increasing evidence supports a key role for reactive oxygen species (ROS), specifically those derived from Nox NADPH oxidases, in the underlying angiogenic processes of these and other endothelial cells, such studies investigating the role of redox signalling may be hampered by the standard inclusion of antioxidant agents in endothelial cell media, such as phenol red. Aims. To study the effects of antioxidants present in culture media on pro-angiogenic function of ECFCs in vitro. Methods. Human ECFCs isolated from umbilical cord blood were maintained in media with and without antioxidant components (EGM2 and phenol red-free DMEM, respectively) prior to treatment with pro-oxidant PMA and assessment of their in vitro migratory capacity using a scratch-wound assay to measure pro-angiogenic activity. Results. Our previous work in our group indicated that PMA (500nM) increased ECFC migration in a both a superoxide and NADPH oxidase-dependent manner (control 18.6±2.8, PMA 32.7±6.6% wound closure; n=6, P<0.05), as indicated by attenuation with PEG-SOD and VAS2870. However, inconsistencies in the data generated under varying experimental conditions led us to hypothesise that antioxidant agents in the standard ECFC media may be influencing these effects. Indeed, a direct comparison of cell migration between ECFCs incubated in EGM2 DMEM demonstrated a clear trend towards higher migration in the latter (EGM2 9.0±4.5, DMEM 22.7±6.4%; n=3, P=NS). Similar to our previous EGM2 studies, cell migration was potentiated by PMA (control 11.6±1.6, PMA 25.1±2.8%; n=3, P<0.05), but at a lower dose (100nM), which is consistent with a reduction in media antioxidants. Notably, this response was attenuated by VAS2870 (PMA 37.6±7.3, PMA+VAS2870 10.3±2.9%; n=6, P<0.05), underlining a likely role for Nox NADPH oxidases. Conclusion. Taken together, these data indicate that ECFC migration is sensitive to different endothelial cell growth media, which appears to be dependent upon their antioxidant content. Although further experiments, such as quantification of cellular superoxide generation by dihydroethidium fluorescence may be required to confirm a specific role for antioxidants, such blunting of ROS signalling in vitro is clearly an important consideration which may significantly impact upon data interpretation.

Integrated techno-economic and environmental assessments of sixty scenarios for co-firing biomass with coal and natural gas

Displacement of fossil fuel-based power through biomass co-firing could reduce the greenhouse gas (GHG) emissions from fossil fuels. In this study, data-intensive techno-economic models were developed to evaluate different co-firing technologies as well as the configurations of these technologies. The models were developed to study 60 different scenarios involving various biomass feedstocks (wood chips, wheat straw, and forest residues) co-fired either with coal in a 500 MW subcritical pulverized coal (PC) plant or with natural gas in a 500 MW natural gas combined cycle (NGCC) plant to determine their technical potential and costs, as well as to determine environmental benefits. The results obtained reveal that the fully paid-off coal-fired power plant co-fired with forest residues is the most attractive option, having levelized costs of electricity (LCOE) of $53.12–$54.50/MW h and CO2 abatement costs of $27.41–$31.15/tCO2. When whole forest chips are co-fired with coal in a fully paid-off plant, the LCOE and CO2 abatement costs range from $54.68 to $56.41/MW h and $35.60 to $41.78/tCO2, respectively. The LCOE and CO2 abatement costs for straw range from $54.62 to $57.35/MW h and $35.07 to $38.48/tCO2, respectively.

Infrared and Raman screening of seized novel psychoactive substances: A large scale study of >200 samples

The potential of IR absorption and Raman spectroscopy for rapid identification of novel psychoactive substances (NPS) has been tested using a set of 221 unsorted seized samples suspected of containing NPS. Both IR and Raman spectra showed large variation between the different sub-classifications of NPS and smaller, but still distinguishable, differences between closely related compounds within the same class. In initial tests, screening the samples using spectral searching against a limited reference library allowed only 41% of the samples to be fully identified. The limiting factor in the identification was the large number of active compounds in the seized samples for which no reference vibrational data were available in the libraries rather than poor spectral quality. Therefore, when 33 of these compounds were independently identified by NMR and mass spectrometry and their spectra used to extend the libraries, the percentage of samples identified by IR and Raman screening alone increased to 76%, with only 7% of samples having no identifiable constituents. This study, which is the largest of its type ever carried out, therefore demonstrates that this approach of detecting non-matching samples and then identifying them using standard analytical methods has considerable potential in NPS screening since it allows rapid identification of the constituents of the majority of street quality samples. Only one complete feedback cycle was carried out in this study but there is clearly the potential to carry out continuous identification/updating when this system is used in operational settings.

Progressing from internal to supply chain level environmental strategies: The influence of internal support processes

The need for companies to consider the environmental impact of their operations and supply chains has been highlighted in the literature. However, few studies appear to consider how companies’ progress from proactive environmental strategies implemented at the internal, operations level to proactive environmental strategies implemented at the supply chain level. This study assesses the implementation process through the lens of the natural resource-based view and dynamic capabilities perspective. First, the link between the internal strategy ‘pollution prevention’ and the supply chain strategy ‘process stewardship’ is assessed. Second, the mediating influence of the internal support processes ‘integration’ and ‘learning’ on the implementation process is considered. Data collected from a sample of 1200 UK-based food manufacturing companies is analysed using multiple regression analysis. The findings suggest that the progression to environmental efforts at the supply chain level begins with internally-based environmental efforts and that the integration of these efforts and experience gained from them are important supporting factors in this progression.

Lake Kumphawapi revisited – The complex climatic and environmental record of a tropical wetland in NE Thailand

Kumphawapi, which is Thailand’s largest natural freshwater lake, contains a >10,000-year-long climatic and environmental archive. New data sets (stratigraphy, chronology, hydrogen isotopes, plant macrofossil and charcoal records) for two sedimentary sequences are here combined with earlier multi-proxy studies to provide a comprehensive reconstruction of past climatic and environmental changes for Northeast Thailand. Gradually higher moisture availability due to a strengthening of the summer monsoon led to the formation of a large shallow lake in the Kumphawapi basin between >10,700 and c. 7000 cal. BP. The marked increase in moisture availability and lower evaporation between c. 7000 and 6400 cal. BP favoured the growth and expansion of vegetation in and around the shallow lake. The increase in biomass led to gradual overgrowing and infilling, to an apparent lake level lowering and to the development of a wetland. Multiple hiatuses are apparent in all investigated sequences between c. 6500 and 1400 cal. BP and are explained by periodic desiccation events of the wetland and erosion due to the subsequent lake level rise. The rise in lake level, which started c. 2000 cal. BP and reached shallower parts c. 1400 cal. BP, is attributed to an increase in effective moisture availability. The timing of hydroclimatic conditions during the past 2000 years cannot be resolved because of chronological limitations.

Study of pesticide effects on non-target organisms

A utilização insustentável de pesticidas, especialmente em zonas com elevado valor ecológico constitui uma ameaça à integridade dos ecossistemas. Sendo um problema à escala mundial, e também no contexto nacional, o presente trabalho pretende ser um contributo para a avaliação dos efeitos de pesticidas em organismos não alvo terrestres e, principalmente, aquáticos, em contextos de progressiva relevância ecológica. Neste sentido, o estudo foi direccionado para áreas (A1 e A2) integradas numa zona agrícola extensa em Portugal, utilizada para a produção de milho e, principalmente, de arroz (Baixo Mondego), a qual sustenta uma elevada biodiversidade. O estudo teve início na área A1, onde a monitorização físico-química e os ensaios com amostras naturais (ensaios WET - whole effluent tests) provenientes desta área evidenciaram que, apesar da ausência de pesticidas, as amostras de água colhidas no canal que atravessava os arrozais foram as mais nocivas para o crescimento de Pseudokirchneriella subcapitata e Chlorella vulgaris. Uma vez que outras fontes de contaminação (produção de gado) actuavam em A1, o estudo prosseguiu apenas na área A2. Assim, em A2, começou-se por determinar a toxicidade individual e da mistura de dois herbicidas formulados aplicados nos campos de arroz (Viper®) e milho (Mikado®) em condições laboratoriais. Viper® foi o herbicida mais tóxico, tanto para o crescimento de P. subcapitata e C. vulgaris, como para a sobrevivência, reprodução e crescimento de Daphnia longispina e Daphnia magna. Adicionalmente, estimou-se que a mistura Viper®/Mikado® induz efeitos antagonistas no crescimento de P. subcapitata e efeitos sinérgicos no crescimento de C. vulgaris e na sobrevivência dos dafnídeos. A avaliação da toxicidade destes herbicidas formulados e seus ingredientes activos no comportamento de minhocas terrestres (Eisenia andrei), usando solos naturais, demonstrou que Viper® e penoxsulam causaram uma % de evitamento superior nos organismos expostos. Contudo, o risco para E. andrei será à partida reduzido se as taxas de aplicação dos herbicidas forem respeitadas. Ensaios WET foram novamente usados para testar amostras naturais da área A2. Verificou-se que a qualidade do sistema aquático e do arrozal diminuiu durante a estação agrícola, em paralelo com a presença de nutrientes e pesticidas. O crescimento algal foi inibido, apesar dos parâmetros de história de vida dos dafnídeos terem sido estimulados. O resultado desta avaliação subestimou, em certos casos, os impactos reais causados pela aplicação de pesticidas. A avaliação in situ simultânea à aplicação de herbicidas nos arrozais demonstrou que os efeitos registados foram de facto restritos aos pulsos de herbicidas. A inibição das taxas de alimentação de D. longispina e D. magna forneceram um sinal precoce de alterações no sistema, seguido pela diminuição da sua sobrevivência e do crescimento de P. subcapitata. Em suma, as diferentes fases da avaliação efectuada confirmaram a existência de condições desfavoráveis devido às práticas agrícolas, reforçando a necessidade de se conjugar ensaios laboratoriais com avaliações in situ de maior relevância ecológica, para reduzir o grau de incerteza aliado à determinação dos riscos.

Environmental occurrence and fate of psychiatric pharmaceuticals

Os fármacos são importantes contaminantes ambientais. Nas últimas duas décadas, o número de estudos sobre a ocorrência destes poluentes emergentes em matrizes ambientais aumentou significativamente. Esta ocorrência generalizada preocupa a comunidade científica devido a evidências que comprovam a sua capacidade de interferir nos ecossistemas, mesmo em concentrações muito baixas. No caso particular dos fármacos psiquiátricos é expectável que constituam um risco ecológico significativo. Para uma melhor compreensão do impacto real destes poluentes é essencial que se proceda a uma avaliação extensiva da sua persistência e destino em matrizes ambientais. Os estudos apresentados nesta tese pretendem contribuir para melhorar o conhecimento acerca da ocorrência, persistência e destino ambiental de fármacos psiquiátricos. Para este efeito, foram seleccionados, como objecto de estudo, dois grupos de fármacos: anti-epilépticos (carbamazepina) e fármacos com efeitos ansiolíticos e sedativos (as benzodiazepinas diazepam, oxazepam, lorazepam e alprazolam). A fotodegradação é o principal processo que afecta a persistência de poluentes orgânicos em ambientes aquáticos. Consequentemente, a persistência dos cinco fármacos seleccionados foi avaliada através de estudos de fotodegradação directa e indirecta, tendo em consideração a influência de parâmetros relevantes tais como pH, nível de oxigenação e matéria orgânica dissolvida. Os estudos de fotodegradação aqui descritos foram seguidos por cromatografia micelar electrocinética com a aplicação de um capilar com revestimento dinâmico. Adicionalmente, os fotoprodutos resultantes de fotodegradação directa foram identificados por espectrometria de massa. O estudo da carbamazepina no ambiente é particularmente relevante uma vez que esta foi proposta como um potencial marcador de poluição antropogénica. A sua ocorrência em água superficiais, de sub-solo e residuais foi investigada através da implementação de um ensaio imunológico (ELISA), optimizado para a aplicação a triagens ambientais e amostras com matrizes complexas. O destino deste fármaco na interface água/solo foi também investigado usando solos agrícolas submetidos a fertilizações de longo prazo; este estudo permitiu tirar conclusões acerca da contaminação de águas adjacentes por solos contaminados. O trabalho aqui descrito constitui uma abordagem multidisplinar à problemática da ocorrência de fármacos psiquiátricos no ambiente, contribuindo de forma relevante para esta área de estudo.

Analytical methods to study fate of organic pollutants in environment

Environmental transport of pollutants comprises distinct processes such as volatilization, leaching and surface runoff. Sorption is one of the most important phenomena that affects leaching, and thus the fate of hydrophobic organic pollutants in soils and also control their distribution in the soil/water environment. The work developed focuses the optimization of analytical techniques for monitoring the sorption behaviour of organic pollutants, 17α- ethinylestradiol (EE2) and atrazine, and their fate in aqueous environment. Initially, the development of several analytical techniques, such as micellar electrokinetic chromatography, spectral deconvolution, using UV-Vis and fluorescence spectroscopy, and also enzyme linked immunosorbent assay was performed. Optimization, method performance and recovery tests are described and results discussed. Moreover, in order to evaluate the applicability of the previously optimized method, atrazine and EE2 sorption to soil samples was performed. The work developed provide several options, in terms of methodology to follow sorption of atrazine onto soils, however the choice depends on the laboratory conditions and on the analyst preferences. The advantages and disadvantages of each methodology should be evaluated first. The second part of this work consisted in the sorption behaviour study of those two different hydrophobic organic pollutants onto different soil samples. Soil organic matter chemical characterization, being essential to understand the binding mechanism responsible for the interactions, was made. The results of atrazine binding to organic matter pointed out that carboxyl units and aromaticrich organic matter are the most efficient binding agents for atrazine. EE2 adsorbs strongly to soil organic matter and is mainly stabilized by hydrophobic interactions, through aromatic nuclei face to face with surface and/or another EE2 molecule association. Farmyard manure soil contains higher aromatic and carboxyl units, indicating that this type of manure can be effectively used to minimize the residual toxicity of EE2 and atrazine present in soils, increasing the sorption and reducing leaching onto water resources. Since the final destination of organic pollutants can be ground, surface and/or waste water, atrazine and 17α-ethinylestradiol were quantified in several water samples.

The role of environmental stress on protein synthesis fidelity

Estudos recentes estabelecem uma ligação entre erros na tradução do mRNA e cancro, envelhecimento e neurodegeneração. RNAs de transferência mutantes que introduzem aminoácidos em locais errados nas proteínas aumentam a produção de espécies reactivas de oxigénio e a expressão de genes que regulam autofagia, ribofagia, degradação de proteínas não-funcionais e protecção contra o stress oxidativo. Erros na tradução do mRNA estão portanto relacionados com stress proteotóxico. Sabe-se agora que o mecanismo de toxicidade do crómio está associado à diminuição da fidelidade de tradução e à agregação de proteínas com malformações que destabilizam a sua estrutura terciária. Desta forma, é possível que os efeitos do stress ambiental ao nível da degeneração celular possam estar relacionados com a alteração da integridade da maquinaria da tradução. Neste estudo procedeu-se a uma avaliação alargada do impacto do stress ambiental na fidelidade da síntese de proteínas, utilizando S. cerevisiae como um sistema modelo. Para isso recorreu-se a repórteres policistrónicos de luciferase que permitiram quantificar especificamente a supressão de codões de terminação e o erro na leitura do codão AUG em células exposta a concentações não letais de metais pesados, etanol, cafeína e H2O2. Os resultados sugerem que a maquinaria de tradução é na generalidade muito resistente ao stress ambiental, devido a uma conjugação de mecanismos de homeostase que muito eficientemente antagonizam o impacto negativo dos erros de tradução. A nossa abordagem quantitativa permitiu-nos a identificar genes regulados por uma resposta programada ao stress ambiental que são também essenciais para mitigar a ocorrência de erros de tradução, nomeadamente, HSP12, HSP104 e RPN4. A exposição prolongada ao stress ambiental conduz à saturação dos mecanismos de homeostase, contribuindo para a acumulação de proteínas contendo erros de tradução e diminuindo a disponibilidade de proteínas funcionais directamente envolvidas na manutenção da fidelidade de tradução e integridade celular. Ao contrário de outras Hsps, a Hsp12p adopta normalmente uma localização membranar em condições de stress, que pode modular a fluidez e estabilidade membranar, sugerindo que a membrana plasmática é um alvo preferencial da perda de fidelidade da tradução. Para melhor compreender as respostas celulares aos erros de tradução, células contendo deleções em genes codificadores das Hsps foram transformadas com tRNAs mutantes que introduzem alterações no proteoma. Os nossos resultados demonstram que para além da resposta geral ao stress, estes tRNAs induzem alterações a nível do metabolismo celular e um aumento de aminoacilação com Metionina em vários tRNAs, sugerindo um mecanismo de protecção contra espécies reactivas de oxigénio. Em conclusão, este estudo sugere um papel para os erros de tradução na gestão de recursos energéticos e na adaptação das células a ambientes desfavoráveis.

Study of the Cd complexation mechanism by glutathione in Rhizobium leguminosarum

A associação simbiótica de plantas leguminosas com bactérias do género Rhizobium é o maior e mais eficiente contribuinte de azoto fixado biologicamente (Somasegaran e Hoben, 1994; Zahran, 1999). No entanto, o constante aumento da poluição em solos agrícolas, nomeadamente a contaminação por metais devido à aplicação de fertilizantes e de lamas, está a tornar-se um problema ambiental cada vez mais preocupante (Alloway, 1995a; Giller et al., 1998; Permina et al., 2006; Thorsen et al., 2009; Wani et al., 2008), influenciando de forma negativa a persistência destas bactérias nos solos agrícolas, assim como a sua eficácia de nodulação (Broos et al., 2005; Wani et al., 2008;. Zhengwei et al., 2005). Desta forma, o estudo dos mecanismos de tolerância de Rhizobium a metais tornou-se uma área de investigação de elevada importância. Com o trabalho apresentado nesta tese pretendeu-se perceber melhor a tolerância Rhizobium leguminosarum ao cádmio (Cd), dando particular atenção a um mecanismo de tolerância previamente descrito em R. leguminosarum (Lima et al., 2006): a complexação intracelular de Cd pelo tripéptido glutationa (GSH). Assim, o principal objectivo deste trabalho foi perceber melhor qual a importância deste mecanismo nos níveis de tolerância de rizóbio ao Cd. Como já tinha sido descrito em trabalhos anteriores (Figueira et al., 2005; Lima et al., 2006), foi possível verificar que a estirpe mais tolerante ao metal apresenta níveis mais elevados de Cd e GSH intracelulares. Demonstrou-se ainda que a tolerância ao Cd está dependente da maior eficiência no mecanismo de complexação observada na estirpe tolerante, logo durante as primeiras 12 h de crescimento. Gomes et al. (2002) verificou que a acumulação de complexos GSH-Cd no citoplasma inibe a entrada de metal na célula. Como neste trabalho se observou um aumento nos níveis de Cd intracelular na estirpe tolerante ao longo do tempo, surgiu a hipótese dos complexos serem excretados para o espaço periplasmático. Os elevados níveis de GSH e de Cd determinados no espaço periplasmático corroboraram esta hipótese. Neste trabalho demonstrou-se ainda que a eficácia do mecanismo de complexação, depende da actividade enzimática de uma isoforma específica de GST, que apresentou um elevado acréscimo de actividade na presença do metal. Desta forma, os resultados desta tese indicam que, a maior tolerância de R. leguminosarum ao Cd, depende da capacidade das estirpes para induzir a síntese de GSH na presença de Cd e, simultaneamente aumentar a actividade enzimática da GST específica, optimizando assim o mecanismo de complexação de Cd intracelular.

Ecological interactions in populations facing environmental stress

O zooplâncton, particularmente os cladóceros, são organismos de água doce importantes na regulação da produção primária dos ecossistemas de água doce. No entanto, também podem adaptar-se a condições salobras. Tendo em conta as previsões no âmbito das alterações climáticas, a intrusão salina pode ocorrer a par com a subida de temperatura. As populações de água doce podem ficar vulneráveis aos efeitos interativos da salinidade e da temperatura, de acordo com os seus limites de tolerância e capacidade de adaptação ao stress ambiental. Assim, a presente tese analisou as interações resultantes das alterações destes agentes de stress em populações de cladóceros de água doce. Primeiro, comparou-se a halotolerância de diferentes genótipos de Simocephalus vetulus provenientes de populações de água doce e de água salobra de modo a avaliar a existência de uma componente genética de resistência à salinidade. A sensibilidade aguda dos genótipos variou na mesma gama de concentrações; todavia, todos os genótipos da população salobra, exceto um, foram mais tolerantes do que os de água doce, em termos de tempo à imobilização. Contudo, não foi possível estabelecer uma relação entre a performance reprodutiva em condições salobras e o contexto ambiental de origem destes genótipos. Mais, estes ensaios mostraram que as populações de água doce têm potencial para tolerar incrementos de salinidade. Como tal, pode-se concluir que a seleção a que os genótipos estão sujeitos no seu local de origem foi mais fraca do que o esperado. Segundo, investigou-se a capacidade de aclimatação de Daphnia galeata à salinidade e temperatura, de modo a avaliar a halotolerância de Daphnia a duas temperaturas num cenário de aclimatação multigeracional. O objetivo foi compreender se a pré-adaptação ao stress ambiental (20ºC e 25ºC versus 0 g/L e 1 g/L de NaCl) influenciou posteriormente as respostas a estes agentes de stress. Verificou-se uma tendência para um aumento de sensibilidade ao NaCl, a temperaturas mais elevadas. No entanto, este efeito foi anulado após nove gerações, mas apenas quando os organismos foram aclimatados aos dois agentes de stress em simultâneo (salinidade e temperatura elevada). Terceiro, demonstrou-se experimentalmente que a salinidade interferiu com a competição interespecífica, alterando a composição das comunidades zooplanctónicas. Este conjunto de evidências permitiu-nos refletir nos múltiplos impactos de agentes de stress, particularmente os relacionados com as previsões de alterações climáticas. Em paralelo aos estudos de natureza experimental, e numa perspetiva de Educação para o Desenvolvimento Sustentável (EDS), importa também promover o desenvolvimento de competências necessárias à compreensão de mudanças ambientais globais (e.g., o impacto da salinidade e da temperatura) para implementar estratégias de mitigação e adaptação. Neste contexto, foi realizada uma atividade com estudantes do ensino secundário, que se tornou uma boa oportunidade para a sua aprendizagem e aquisição de competências de interpretação de dados experimentais, assim como de sensibilização para as questões ambientais.

Photodynamic inactivation of bacteria by cationic porphyrins : their cellular targets and potential environmental applications

Photodynamic inactivation (PDI) is defined as the process of cell destruction by oxidative stress resulting from the interaction between light and a photosensitizer (PS), in the presence of molecular oxygen. PDI of bacteria has been extensively studied in recent years, proving to be a promising alternative to conventional antimicrobial agents for the treatment of superficial and localized infections. Moreover, the applicability of PDI goes far beyond the clinical field, as its potential use in water disinfection, using PS immobilized on solid supports, is currently under study. The aim of the first part of this work was to study the oxidative modifications in phospholipids, nucleic acids and proteins of Escherichia coli and Staphylococcus warneri, subjected to photodynamic treatment with cationic porphyrins. The aims of the second part of the work were to study the efficiency of PDI in aquaculture water and the influence of different physicalchemical parameters in this process, using the Gram-negative bioluminescent bacterium Vibrio fischeri, and to evaluate the possibility of recycling cationic PS immobilized on magnetic nanoparticles. To study the oxidative changes in membrane phospholipids, a lipidomic approach has been used, combining chromatographic techniques and mass spectrometry. The FOX2 assay was used to determine the concentration of lipid hydroperoxides generated after treatment. The oxidative modifications in the proteins were analyzed by one-dimensional polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE). Changes in the intracellular nucleic acids were analyzed by agarose gel electrophoresis and the concentration of doublestranded DNA was determined by fluorimetry. The oxidative changes of bacterial PDI at the molecular level were analyzed by infrared spectroscopy. In laboratory tests, bacteria (108 CFU mL-1) were irradiated with white light (4.0 mW cm-2) after incubation with the PS (Tri-Py+-Me-PF or Tetra-Py+-Me) at concentrations of 0.5 and 5.0 μM for S. warneri and E. coli, respectively. Bacteria were irradiated with different light doses (up to 9.6 J cm-2 for S. warneri and up to 64.8 J cm-2 for E. coli) and the changes were evaluated throughout the irradiation time. In the study of phospholipids, only the porphyrin Tri-Py+-Me-PF and a light dose of 64.8 J cm-2 were tested. The efficiency of PDI in aquaculture has been evaluated in two different conditions: in buffer solution, varying temperature, pH, salinity and oxygen concentration, and in aquaculture water samples, to reproduce the conditions of PDI in situ. The kinetics of the process was determined in realtime during the experiments by measuring the bioluminescence of V. fischeri (107 CFU mL-1, corresponding to a level of bioluminescence of 105 relative light units). A concentration of 5.0 μM of Tri-Py+-Me-PF was used in the experiments with buffer solution, and 10 to 50 μM in the experiments with aquaculture water. Artificial white light (4.0 mW cm-2) and solar irradiation (40 mW cm-2) were used as light sources.