Densidade, genética e saúde populacional como ferramentas para propor um plano de controle e erradicação de invasão biológica: o caso de Callithrix aurita (Primates) no Parque Nacional da Serra dos Órgãos, RJ, Brasil

A introdução de espécies em locais fora de sua distribuição natural é uma preocupação importante na conservação da biodiversidade. A espécie Callithrix aurita é endêmica das regiões de floresta de altitude da Mata Atlântica do Sudeste do Brasil. Os critérios mais relevantes que a enquadram como espécie ameaçada de extinção são: destruição do habitat, incapacidade de adaptação a florestas secundárias degradadas, declínio populacional, distribuição restrita e introdução de espécies exóticas invasoras. Estes critérios, aliados à evidente raridade, explicam a sua inclusão na Lista Oficial de Espécies da Fauna Brasileira Ameaçadas de Extinção. Os objetivos do trabalho são: estimar o tamanho populacional de C. aurita, C. penicillata e seus híbridos no Parque Nacional da Serra dos Órgãos, avaliar a hibridação entre as espécies por caracteres morfológicos e laboratoriais, verificar o estado de saúde e confirmar a participação de C. aurita na paternidade dos animais capturados, propor um plano de erradicação e de controle de invasão de C. penicillata no Parque. Os tamanhos populacionais das duas espécies de primatas foram estimados através do método Distance Sampling. Um total de sete sagüis foi capturado com armadilhas de captura viva para a contenção física e química e posterior realização dos procedimentos. Para o hemograma, as dosagens bioquímicas e as análises genéticas, o sangue foi recolhido em um tubo de ensaio contendo anticoagulante e mantido em temperatura de refrigeração até o momento da manipulação / processamento das amostras. Callithrix aurita parece estar bem preservada apenas na área do Parque correspondente ao trecho situado no município de Petrópolis. As análises citogenéticas e moleculares dos híbridos são uma ferramenta útil para confirmar se há ou não hibridação, identificando as espécies envolvidas e verificando se há tendência nos retrocruzamentos. Pode-se sugerir que existe uma tendência à diferenciação das espécies e identificação de indivíduos híbridos pelo padrão hematológico e bioquímico, a ser confirmada com uma amostragem maior de animais da espécie C. aurita, preferencialmente da mesma localidade e nas mesmas condições. No caso de C. aurita, as principais recomendações para sua conservação incluem pesquisas para o registro de outras populações em áreas de distribuição livres de invasão, para que se possa avaliar as chances de recuperação populacional e sobrevivência da espécie. A criação de novas Unidades de Conservação deve ser estimulada, assim como estudos mais aprofundados sobre a espécie nos locais já conhecidos de ocorrência, além de um programa seguro de criação em cativeiro.

A. An investigation of the relation between the tensile strength and (Brinell) hardness of non-ferrous alloys. B. A design of a fatigue testing machine for a college laboratory

[no abstract]

Structure-, stereochemistry-, and metal-regulated DNA binding/cleaving molecules

In the cell, the binding of proteins to specific sequences of double helical DNA is essential for controlling the processes of protein synthesis (at the level of DNA transcription) and cell proliferation (at the level of DNA replication). In the laboratory, the sequence-specific DNA binding/cleaving properties of restriction endonuclease enzymes (secreted by microorganisms to protect them from foreign DNA molecules) have helped to fuel a revolution in molecular biology. The strength and specificity of a protein:DNA interaction depend upon structural features inherent to the protein and DNA sequences, but it is now appreciated that these features (and therefore protein:DNA complexation) may be altered (regulated) by other protein:DNA complexes, or by environmental factors such as temperature or the presence of specific organic molecules or inorganic ions. It is also now appreciated that molecules much smaller than proteins (including antibiotics of molecular weight less than 2000 and oligonucleotides) can bind to double-helical DNA in sequence-specific fashion. Elucidation of structural motifs and microscopic interactions responsible for the specific molecular recognition of DNA leads to greater understanding of natural processes and provides a basis for the design of novel sequence-specific DNA binding molecules. This thesis describes the synthesis and DNA binding/cleaving characteristics of molecules designed to probe structural, stereochemical, and environmental factors that regulate sequence-specific DNA recognition.

Chapter One introduces the DNA minor groove binding antibiotics Netropsin and Distamycin A, which are di- and tri(N-methylpyrrolecarboxamide) peptides, respectively. The method of DNA affinity cleaving, which has been employed to determine DNA binding properties of designed synthetic molecules is described. The design and synthesis of a series of Netropsin dimers linked in tail-to-tail fashion (by oxalic, malonic, succinic, or fumaric acid), or in head-to-tail fashion (by glycine, β-alanine, and γ-aminobutanoic acid (Gaba)) are presented. These Bis(Netropsin)s were appended with the iron-chelating functionality EDTA in order to make use of the technique of DNA affinity cleaving. Bis(Netropsin)-EDTA compounds are analogs of penta(N-methylpyrrolecarboxamide)-EDTA (P5E), which may be considered a head-to-tail Netropsin dimer linked by Nmethylpyrrolecarboxamide. Low- and high-resolution analysis of pBR322 DNA affinity cleaving by the iron complexes of these molecules indicated that small changes in the length and nature of the linker had significant effects on DNA binding/cleaving efficiency (a measure of DNA binding affinity). DNA binding/cleaving efficiency was found to decrease with changes in the linker in the order β-alanine > succinamide > fumaramide > N-methylpyrrolecarboxamide > malonamide >glycine, γ-aminobutanamide > oxalamide. In general, the Bis(Netropsin)-EDTA:Fe compounds retained the specificity for seven contiguous A:T base pairs characteristic of P5E:Fe binding. However, Bis(Netropsin)Oxalamide- EDTA:Fe exhibited decreased specificity for A:T base pairs, and Bis(Netropsin)-Gaba-EDT A:Fe exhibited some DNA binding sites of less than seven base pairs. Bis(Netropsin)s linked with diacids have C₂-symmmetrical DNA binding subunits and exhibited little DNA binding orientation preference. Bis(Netropsin)s linked with amino acids lack C₂-symmetrical DNA binding subunits and exhibited higher orientation preferences. A model for the high DNA binding orientation preferences observed with head-to-tail DNA minor groove binding molecules is presented.

Chapter Two describes the design, synthesis, and DNA binding properties of a series of chiral molecules: Bis(Netropsin)-EDTA compounds with linkers derived from (R,R)-, (S,S)-, and (RS,SR)-tartaric acids, (R,R)-, (S,S)-, and (RS,SR)-tartaric acid acetonides, (R)- and (S)-malic acids, N ,N-dimethylaminoaspartic acid, and (R)- and (S)-alanine, as well as three constitutional isomers in which an N-methylpyrrolecarboxamide (P1) subunit and a tri(N-methylpyrrolecarboxamide)-EDTA (P3-EDTA) subunit were linked by succinic acid, (R ,R)-, and (S ,S)-tartaric acids. DNA binding/cleaving efficiencies among this series of molecules and the Bis(Netropsin)s described in Chapter One were found to decrease with changes in the linker in the order β-alanine > succinamide > P1-succinamide-P3 > fumaramide > (S)-malicamide > N-methylpyrrolecarboxamide > (R)-malicamide > malonamide > N ,N-dimethylaminoaspanamide > glycine = Gaba = (S,S)-tartaramide = P1-(S,S)-tanaramide-P3 > oxalamide > (RS,SR)-tartaramide = P1- (R,R)-tanaramide-P3 > (R,R)-tartaramide (no sequence-specific DNA binding was detected for Bis(Netropsin)s linked by (R)- or (S)-alanine or by tartaric acid acetonides). The chiral molecules retained DNA binding specificity for seven contiguous A:T base pairs. From the DNA affinity cleaving data it could be determined that: 1) Addition of one or two substituents to the linker of Bis(Netropsin)-Succinamide resulted in stepwise decreases in DNA binding affinity; 2) molecules with single hydroxyl substituents bound DNA more strongly than molecules with single dimethylamino substituents; 3) hydroxyl-substituted molecules of (S) configuration bound more strongly to DNA than molecules of (R) configuration. This stereochemical regulation of DNA binding is proposed to arise from the inherent right-handed twist of (S)-enantiomeric Bis(Netropsin)s versus the inherent lefthanded twist of (R)-enantiomeric Bis(Netropsin)s, which makes the (S)-enantiomers more complementary to the right-handed twist of B form DNA.

Chapter Three describes the design and synthesis of molecules for the study of metalloregulated DNA binding phenomena. Among a series of Bis(Netropsin)-EDTA compounds linked by homologous tethers bearing four, five, or six oxygen atoms, the Bis(Netropsin) linked by a pentaether tether exhibited strongly enhanced DNA binding/cleaving in the presence of strontium or barium cations. The observed metallospecificity was consistent with the known affinities of metal cations for the cyclic hexaether 18-crown-6 in water. High-resolution DNA affinity cleaving analysis indicated that DNA binding by this molecule in the presence of strontium or barium was not only stronger but of different sequence-specificity than the (weak) binding observed in the absence of metal cations. The metalloregulated binding sites were consistent with A:T binding by the Netropsin subunits and G:C binding by a strontium or barium:pentaether complex. A model for the observed positive metalloregulation and novel sequence-specificity is presented. The effects of 44 different cations on DNA affinity cleaving by P5E:Fe were examined. A series of Bis(Netropsin)-EDTA compounds linked by tethers bearing two, three, four, or five amino groups was also synthesized. These molecules exhibited strong and specific binding to A:T rich regions of DNA. It was found that the iron complexes of these molecules bound and cleaved DNA most efficiently at pH 6.0-6.5, while P5E:Fe bound and cleaved most efficiently at pH 7.5-8.0. Incubating the Bis(Netropsin) Polyamine-EDTA:Fe molecules with K₂PdCl₄ abolished their DNA binding/cleaving activity. It is proposed that the observed negative metalloregulation arises from kinetically inert Bis(Netropsin) Polyamine:Pd(II) complexes or aggregates, which are sterically unsuitable for DNA complexation. Finally, attempts to produce a synthetic metalloregulated DNA binding protein are described. For this study, five derivatives of a synthetic 52 amino acid residue DNA binding/cleaving protein were produced. The synthetic mutant proteins carried a novel pentaether ionophoric amino acid residue at different positions within the primary sequence. The proteins did not exhibit significant DNA binding/cleaving activity, but they served to illustrate the potential for introducing novel amino acid residues within DNA binding protein sequences, and for the development of the tricyclohexyl ester of EDTA as a superior reagent for the introduction of EDT A into synthetic proteins.

Chapter Four describes the discovery and characterization of a new DNA binding/cleaving agent, [SalenMn(III)]OAc. This metal complex produces single- and double-strand cleavage of DNA, with specificity for A:T rich regions, in the presence of oxygen atom donors such as iodosyl benzene, hydrogen peroxide, or peracids. Maximal cleavage by [SalenMn(III)]OAc was produced at pH 6-7. A comparison of DNA singleand double-strand cleavage by [SalenMn(III)]⁺ and other small molecules (Methidiumpropyl-EDTA:Fe, Distamycin-EDTA:Fe, Neocarzinostatin, Bleomycin:Fe) is presented. It was found that DNA cleavage by [SalenMn(III)]⁺ did not require the presence of dioxygen, and that base treatment of DNA subsequent to cleavage by [SalenMn(III)]⁺ afforded greater cleavage and alterations in the cleavage patterns. Analysis of DNA products formed upon DNA cleavage by [SalenMn(III)] indicated that cleavage was due to oxidation of the sugar-phosphate backbone of DNA. Several mechanisms consistent with the observed products and reaction requirements are discussed.

Chapter Five describes progress on some additional studies. In one study, the DNA binding/cleaving specificities of Distamycin-EDTA derivatives bearing pyrrole N-isopropyl substituents were found to be the same as those of derivatives bearing pyrrole N-methyl substituents. In a second study, the design of and synthetic progress towards a series of nucleopeptide activators of transcription are presented. Five synthetic plasmids designed to test for activation of in vitro run-off transcription by DNA triple helix-forming oligonucleotides or nucleopeptides are described.

Chapter Six contains the experimental documentation of the thesis work.

Avaliação de proposições matemáticas para interpretação do comportamento de solos residuais não saturados

Nas últimas décadas, teorias têm sido formuladas para interpretar o comportamento de solos não saturados e estas têm se mostrado coerentes com resultados experimentais. Paralelamente, várias técnicas de campo e de laboratório têm sido desenvolvidas. No entanto, a determinação experimental dos parâmetros dos solos não saturados é cara, morosa, exige equipamentos especiais e técnicos experientes. Como resultado, essas teorias têm aplicação limitada a pesquisas acadêmicas e são pouco utilizados na prática da engenharia. Para superar este problema, vários pesquisadores propuseram equações para representar matematicamente o comportamento de solos não saturados. Estas proposições são baseadas em índices físicos, caracterização do solo, em ensaios convencionais ou simplesmente em ajustes de curvas. A relação entre a umidade e a sucção matricial, convencionalmente denominada curva característica de sucção do solo (SWCC) é também uma ferramenta útil na previsão do comportamento de engenharia de solos não saturados. Existem muitas equações para representar matematicamente a SWCC. Algumas são baseadas no pressuposto de que sua forma está diretamente relacionada com a distribuição dos poros e, portanto, com a granulometria. Nestas proposições, os parâmetros são calibrados pelo ajuste da curva de dados experimentais. Outros métodos supõem que a curva pode ser estimada diretamente a partir de propriedades físicas dos solos. Estas propostas são simples e conveniente para a utilização prática, mas são substancialmente incorretas, uma vez que ignoram a influência do teor de umidade, nível de tensões, estrutura do solo e mineralogia. Como resultado, a maioria tem sucesso limitado, dependendo do tipo de solo. Algumas tentativas têm sido feitas para prever a variação da resistência ao cisalhamento com relação a sucção matricial. Estes procedimentos usam, como uma ferramenta, direta ou indiretamente, a SWCC em conjunto com os parâmetros efetivos de resistência c e . Este trabalho discute a aplicabilidade de três equações para previsão da SWCC (Gardner, 1958; van Genuchten, 1980; Fredlund; Xing, 1994) para vinte e quatro amostras de solos residuais brasileiros. A adequação do uso da curva característica normalizada, proposta por Camapum de Carvalho e Leroueil (2004), também foi investigada. Os parâmetros dos modelos foram determinados por ajuste de curva, utilizando técnicas de problema inverso; dois métodos foram usados: algoritmo genético (AG) e Levenberq-Marquardt. Vários parâmetros que influênciam o comportamento da SWCC são discutidos. A relação entre a sucção matricial e resistência ao cisalhamento foi avaliada através de ajuste de curva utilizando as equações propostas por Öberg (1995); Sällfors (1997), Vanapalli et al., (1996), Vilar (2007); Futai (2002); oito resultados experimentais foram analisados. Os vários parâmetros que influênciam a forma da SWCC e a parcela não saturadas da resistência ao cisalhamento são discutidos.