Cytotoxicity in L929 fibroblasts and inhibition of herpes simplex virus type 1 Kupka by estuarine cyanobacteria extracts

The cyanobacteria are known to be a rich source of metabolites with a variety of biological activities in different biological systems. In the present work, the bioactivity of aqueous and organic (methanolic and hexane) crude extracts of cyanobacteria isolated from estuarine ecosystems was studied using different bioassays. The assessment of DNA damage on the SOS gene repair region of mutant PQ37 strain of Escherichia coli was performed. Antiviral activity was evaluated against influenza virus, HRV-2, CVB3 and HSV-1 viruses using crystal violet dye uptake on HeLa, MDCK and GMK cell lines. Cytotoxicity evaluation was performed with L929 fibroblasts by MTT assay. Of a total of 18 cyanobacterial isolates studied, only the crude methanolic extract of LEGE 06078 proved to be genotoxic (IF > 1.5) in a dose-dependent manner and other four were putative candidates to induce DNA damage. Furthermore, the crude aqueous extract of LEGE 07085 showed anti- herpes type 1 activity (IC50 = 174.10 μg dry extract mL−1) while not presenting any cytotoxic activity against GMK cell lines. Of the 54 cyanobacterial extracts tested, only the crude methanolic and hexane ones showed impair on metabolic activity of L929 fibroblasts after long exposure (48–72 h). The inhibition of HSV-1 and the strong cytotoxicity against L929 cells observed emphasizes the importance of evaluating the impact of those estuarine cyanobacteria on aquatic ecosystem and on human health. The data also point out their potential application in HSV-1 treatment and pharmacological interest.

Crystallographic studies on molybdopterin-dependent enzymes

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Bioquímica, Especialidade Bioquímica Estrutural

Effects of treatment, awareness and condom use in a coinfection model for HIV and HCV in MSM

We develop a new a coinfection model for hepatitis C virus (HCV) and the human immunodeficiency virus (HIV). We consider treatment for both diseases, screening, unawareness and awareness of HIV infection, and the use of condoms. We study the local stability of the disease-free equilibria for the full model and for the two submodels (HCV only and HIV only submodels). We sketch bifurcation diagrams for different parameters, such as the probabilities that a contact will result in a HIV or an HCV infection. We present numerical simulations of the full model where the HIV, HCV and double endemic equilibria can be observed. We also show numerically the qualitative changes of the dynamical behavior of the full model for variation of relevant parameters. We extrapolate the results from the model for actual measures that could be implemented in order to reduce the number of infected individuals.

A new CuZ active form in the catalytic reduction of N2O by nitrous oxide reductase from Pseudomonas nautica

J Biol Inorg Chem (2010) 15:967–976 DOI 10.1007/s00775-010-0658-6

Structural and electron paramagnetic resonance (EPR) studies of mononuclear molybdenum enzymes from sulfate-reducing bacteria

Acc. Chem. Res., 2006, 39 (10), pp 788–796 DOI: 10.1021/ar050104k

The role of electron transfer in DNA building blocks: evaluation of strand breaks and their implications

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Engenharia Física

STRUCTURE-FUNCTION ANALYSIS OF MULTI-COPPER OXIDASES

Dissertation presented to obtain the Ph.D degree in Biochemistry, Structural Biochemistry

Predicting the impacts of climate change on the distribution and conservation of endemic forest land snails of Madeira Island

Climate change is emerging as one of the major threats to natural communities of the world’s ecosystems; and biodiversity hotspots, such as Madeira Island, might face a challenging future in the conservation of endangered land snails’ species. With this thesis, progresses have been made in order to properly understand the impact of climate on these vulnerable taxa; and species distribution models coupled with GIS and climate change scenarios have become crucial to understand the relations between species distribution and environmental conditions, identifying threats and determining biodiversity vulnerability. With the use of MaxEnt, important changes in the species suitable areas were obtained. Laurel forest species, highly dependent on precipitation and relative humidity, may face major losses on their future suitable areas, leading to the possible extinction of several endangered species, such as Leiostyla heterodon. Despite the complexity of the biological systems, the intrinsic uncertainty of species distribution models and the lack of information about land snails’ functional traits, this analysis contributed to a pioneer study on the impacts of climate change on endemic species of Madeira Island. The future inclusion of predictions of the effect of climate change on species distribution as part of IUCN assessments could contribute to species prioritizing, promoting specific management actions and maximizing conservation investment.

Exposição profissional ao chumbo : análise da indução de efeitos genotóxicos

RESUMO - A exposição contínua a substâncias químicas tem consequências para a saúde humana, algumas das quais não estão ainda totalmente estabelecidas. A toxicologia ocupacional é uma área interdisciplinar que envolve conhecimentos de higiene e de medicina ocupacional, de epidemiologia e de toxicologia e que tem por principal objectivo prevenir a ocorrência de efeitos adversos decorrentes do ambiente ocupacional sendo um dos seus principais papéis fornecer o máximo de dados que possam contribuir para o conhecimento dos potenciais efeitos na saúde. O chumbo é um tóxico de características cumulativas que provoca na saúde efeitos principalmente sistémicos, ou seja, o efeito tóxico manifesta-se em locais afastados do contacto inicial que resultam essencialmente de exposições crónicas, resultantes de períodos de exposição mais ou menos longos ao metal (entre meses e anos). Pode interagir com diferentes órgãos e tecidos, ligando-se a moléculas e constituintes celulares. Uma vez que não possui qualquer função fisiológica, a presença do chumbo no organismo humano resulta numa série de efeitos prejudiciais que afectam diversos órgãos e sistemas. A toxicidade do chumbo manifesta-se em diversos órgãos e tecidos, nomeadamente no sistema hematopoiético, no sistema nervoso, no rim, no aparelho reprodutor, no sistema cardiovascular, no sistema endócrino e no sistema imunitário. Da interferência do chumbo com o funcionamento de alguns sistemas biológicos resultam um conjunto de alterações fundamentais ao nível dos processos de transporte através das membranas, da integridade estrutural e funcional das enzimas e de várias vias metabólicas, em especial da fosforilação oxidativa e da síntese do heme sendo os primeiros efeitos bioquímicos do chumbo detectados a partir de valores de plumbémia inferiores a 10 μg/dL. As medidas de higiene e segurança actualmente em vigor nos países desenvolvidos asseguram que os casos de intoxicação grave são cada vez menos frequentes. No entanto, o risco de exposição a nível ocupacional existe em todas as actividades que envolvem materiais que o contenham como as explorações mineiras, as fundições primária e secundária, a produção de baterias de chumbo ácido, a produção de vidro com pigmentos de chumbo, as soldaduras de reparação automóvel e a instrução de tiro. Desde 2006 o chumbo é considerado pela International Agency for Research on Cancer (IARC) uma substância carcinogénica do grupo 2A (provável carcinogénio para o ser humano). Considera-se, assim, que o chumbo tem, inequivocamente, capacidade de induzir cancro em animais experimentais mas que, embora haja fortes indícios de que os mecanismos que medeiam a carcinogénese desses compostos ocorrem no ser humano, os dados disponíveis ainda não podem assegurar essa relação. Com este estudo pretendeu-se contribuir para o conhecimento da toxicidade do chumbo através do estudo da exposição ao chumbo e da influência da susceptibilidade individual (em industrias sem co-exposição significativa a outros agentes conhecidos ou suspeitos de serem carcinogénicos). Pretendeu-se estudar o caso através de uma abordagem múltipla que permitisse relacionar diferentes tipos de marcadores biológicos uma vez que a monitorização biológica integra todas as possíveis vias de entrada no organismo (para além da via respiratória), eventuais exposições fora do contexto estritamente profissional assim como uma série de factores intrínsecos individuais (relacionados com modos de via, de natureza fisiológica e comportamentais). Sendo a co-exposição a outros compostos com propriedades genotóxicas e carcinogénicas uma questão difícil de tornear quando se quer avaliar o potencial genotóxico do chumbo em populações expostas, ocupacional ou ambientalmente este estudo tem a vantagem de ter sido efectuado em populações sem co-exposição conhecida a outras substâncias deste tipo, permitindo concluir sobre os efeitos resultantes apenas da exposição a chumbo na população humana, contribuindo para explicar algumas das aparentes inconsistências e contradições entre diferentes estudos sobre este tema. Os indicadores de exposição usados foram: indicadores de dose interna (doseamento de chumbo e de PPZ no sangue), indicadores de efeitos adversos no heme e genotóxicos (actividade da ALAD, teste do cometa e mutação em TCR) e indicadores de susceptibilidade (polimorfismos genéticos de ALAD e VDR) através de uma abordagem estatística de comparação directa de sub-grupos previamente definidos na população e da aplicação de um modelo de regressão múltipla. Este estudo revelou que os níveis de plumbémia na população portuguesa baixaram significativamente nos últimos 10 anos, tanto na população ocupacionalmente exposta como na população em geral e que a presença do genótipo B-B (do gene VDR) é preditiva das variações de plumbémia, quando comparada com o genótipo mais frequente na população, B-b; ao contrário, o genótipo b-b não aparenta ter influência em nenhum dos marcadores estudados. No que diz respeito a efeitos genotóxicos concluiu-se que estes não se manifestaram na população estudada, levando a concluir que nos níveis de exposição estudados, o chumbo não tem capacidade de induzir este tipo de efeitos per si levando ao reforço da hipótese, já levantada por outros autores, de que o mecanismo de genotoxicidade do chumbo seja essencialmente de promoção de processos de genotoxicidade desencadeados por outros agentes. A realização de estudos de efeitos genotóxicos e de stress oxidativo desenhados de forma a comparar grupos de trabalhadores expostos apenas a chumbo com grupos de trabalhadores com o mesmo nível de exposição a chumbo, mas com co-exposição a outros agentes reconhecidamente carcinogénicos poderá ajudar a aumentar o conhecimento deste efeito do chumbo na saúde humana.

Cellulose micro/nano fibers conformational effects probed by nematic liquid crystal droplets

Probing micro-/nano-sized surface conformations, which are ubiquitous in biological systems, by using liquid crystal droplets, which change their ordering and optical appearance in response to the presence of more than ten times smaller cellulose based micro/nano fibers, might find new uses in a range of biological environments and sensors. Previous studies indicate that electrospun micro/nano cellulosic fibers produced from liquid crystalline solutions could present a twisted form [1]. In this work, we study the structures of nematic liquid crystal droplets threaded by cellulose fibers prepared from liquid crystalline and isotropic solutions as well as droplets pierced by spider-made fibers [2]. Planar anchoring at the fibers and planar and homeotropic at the drop surfaces allowed probing cellulose fibers different helical structures as well as aligned filaments.

Public service culture collections of microorganisms: are they important for biotechnology?

Microbiology as a scientific discipline recognised the need to preserve microorganisms for scientific studies establishing from its very beginning research culture collections (CC). Later on, to better serve different scientific fields and bioindustries with the increasing number of strains of scientific, medical, ecological and biotechnological importance public service CC were established with the specific aims to support their user communities. Currently, the more developed public service CC are recognised as microBiological Resources Centres (mBRC). mBRC are considered to be one of the key elements for sustainable international scientific infrastructure, which is necessary to underpin successful delivery of the benefits of biotechnology, whether within the health sector, the industrial sector or other sectors, and in turn ensure that these advances help drive economic growth. In more detail, mBRCs are defined by Organisation for Economic Co-operation and Development (OECD) as service providers and repositories of the living cells, genomes of organisms, and information relating to heredity and functions of biological systems. mBRCs contain collections of culturable organisms (e.g., microorganisms, plant, animal cells), replicable parts of these (e.g. genomes, plasmids, virus, cDNAs), viable but not yet culturable organisms, cells and tissues, as well as database containing molecular, physiological and structural information relevant to these collections and related bioinformatics. Thus mBRCs are fundamental to harnessing and preserving the world’s microbial biodiversity and genetic resources and serve as an essential element of the infrastructure for research and development. mBRCs serve a multitude of functions and assume a range of shapes and forms. Some are large national centres performing a comprehensive role providing access to diverse organisms. Other centres play much narrower, yet important, roles supplying limited but crucial specialised resources. In the era of the knowledge-based bio-economy mBRCs are recognised as vital element to underpinning the biotechnology.

Carbon materials as new generation of new electron shuttles for the anaerobic degradation of environmental xenobiotics

Tese de Doutoramento em Engenharia Química e Biológica

Biorremediación de cromo y fenol mediante la aplicación de microorganismos nativos de la Provincia de Córdoba Bioremediation of chromium and phenol by the application of native microorganisms from Córdoba Province

La contaminación ambiental por metales pesados como el cromo y por compuestos orgánicos como los fenoles es un grave problema a nivel mundial debido a su toxicidad y a sus efectos adversos sobre los seres humanos, la flora y la fauna, tanto por su acumulación en la cadena alimentaria como por su continua persistencia en el medio ambiente. En un estudio preliminar, efectuado por nuestro laboratorio, se han detectado elevados niveles de estos contaminantes en sedimentos y efluentes en zonas industriales del sur de la provincia de Córdoba, lo cual plantea la necesidad de removerlos. Entre las tecnologías disponibles, la biorremediación, que se basa en el uso de sistemas biológicos, como los microorganismos, para la detoxificación y la degradación de contaminantes, se presenta como una alternativa probablemente más efectiva y de menor costo que las técnicas convencionales. Sin embargo, la aplicación de esta tecnología depende en gran parte de la influencia de las características particulares y específicas de la zona a remediar. En consecuencia, en primer lugar se caracterizará la zona de muestreo y se aislarán e identificarán microorganismos nativos de la región, tolerantes a cromo y fenol, a partir de muestras de suelo, agua y sedimentos, ya que podrían constituir una adecuada herramienta biotecnológica, mejor adaptada al sitio a tratar. Posteriormente se estudiará la biorremediación de Cr y fenol utilizando dichos microorganismos, analizando su capacidad para biotransformar, bioacumular o bioadsorber a estos contaminantes, y se determinarán las condiciones óptimas para el tratamiento. Se analizarán los posibles mecanismos fisiológicos, bioquímicos y moleculares involucrados en la remediación, que constituye una etapa crucial para el diseño de una estrategia adecuada y eficiente. Finalmente, se aplicará esta tecnología a escala reactor, como una primera aproximación al tratamiento a mayor escala. De esta manera se espera reducir los niveles de estos contaminantes y así minimizar el impacto ambiental que ellos producen en suelos y acuíferos. A futuro, la utilización de los microorganismos seleccionados, de manera individual o formando consorcios, para el tratamiento de efluentes industriales previa liberación al medio ambiente, o su uso en bioaumento, constituirían posibles alternativas de aplicación. Los principales impactos científico-tecnológicos del proyecto serán: (a) la generación de una nueva tecnología biológica de decontaminación de cromo y fenol, intentando presentar soluciones frente a una problemática ambiental que afecta a nuestra región, pero que además es común a la mayoría de los países, (b) la formación de nuevos recursos humanos en el área y (c) el trabajo en colaboración con otros grupos de investigación que se destacan en el área de biotecnología ambiental. Environmental pollution produced by heavy metals, such as chromium and organic compounds like phenolics is a serious global problem due to their toxicity, their adverse effects on human life, plants and animals, their accumulation in the food chains and also by their persistance in the environment. In a previous study performed in our laboratory, high levels of these pollutants were detected in sediments and effluents from industrial zones of the south of Cordoba Province, which determine the need to remove them. Among various technologies, bioremediation which is based on the use of biological systems, such as microorganisms, to detoxify and to degrade contaminants, is probably the most effective alternative, and it is less expensive than other conventional technologies. However, the application of this technology depends on the influence of the particular and specific characteristics of the zone to be remediate. As a consecuence, at the first time, the zone of sampling will be characterized and then, native microorganisms, tolerant to chromium and phenol, will be isolated from soils, water and sediments and identificated. These microorganisms would be an adequate biotechnological tool, more adapted to the conditions of the site to be remediate than other ones. Then, the ability of these selected microorganisms to biotransform, bioaccumulate or biosorbe chromium and phenol will be studied and the optimal conditions for the treatment will be determined. The possible physiological, biochemical and molecular mechanisms involved in bioremediation will be also analized, because this is a crucial step in the design of an adequate and efficient remediation strategy. Finally, this technology will be applied in a reactor, as an approximation to the treatment at a major scale. A reduction in the levels of these pollutants will be expected, to minimize their environmental impact on soils and aquifers.

Modelado y simulación de sistemas biológicos

En la presente memoria se ha recogido de forma escrita el conjunto de fases que se han llevado a cabo en la realización del proyecto consistente en un simulador de sistemas biológicos utilizando modelos orientados al individuo. Concretamente, el sistema biológico representado ha consistido en el movimiento y comportamiento de cohesión que poseen los peces.

Entorno gráfico para simulaciones de sistemas biológicos

Aquesta memòria conté tota l'evolució del desenvolupament del projecte a tractar, és a dir, un entorn gràfic per a simulacions de sistemes biològics. Es partirà d'uns objectius a complir, buscant quina via se'ls adapta millor. A continuació s'expliquen els requeriments establerts, i fent una abstracció d'ells, el disseny general del software per a, després, passar al desenvolupament del mateix. Finalment, es mostren les proves realitzades sobre aquest, deduint conclusions que ajudaran a la seva posterior utilització i manteniment.