FTIR, a potential tool to dementia diagnosis trough analysis of plasma

Nowadays it is still difficult to perform an early and accurate diagnosis of dementia, therefore many research focus on the finding of new dementia biomarkers that can aid in that purpose. So scientists try to find a noninvasive, rapid, and relatively inexpensive procedures for early diagnosis purpose. Several studies demonstrated that the utilization of spectroscopic techniques, such as Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) and Raman spectroscopy could be an useful and accurate procedure to diagnose dementia. As several biochemical mechanisms related to neurodegeneration and dementia can lead to changes in plasma components and others peripheral body fluids, blood-based samples and spectroscopic analyses can be used as a more simple and less invasive technique. This work is intended to confirm some of the hypotheses of previous studies in which FTIR was used in the study of plasma samples of possible patient with AD and respective controls and verify the reproducibility of this spectroscopic technique in the analysis of such samples. Through the spectroscopic analysis combined with multivariate analysis it is possible to discriminate controls and demented samples and identify key spectroscopic differences between these two groups of samples which allows the identification of metabolites altered in this disease. It can be concluded that there are three spectral regions, 3500-2700 cm -1, 1800-1400 cm-1 and 1200-900 cm-1 where it can be extracted relevant spectroscopic information. In the first region, the main conclusion that is possible to take is that there is an unbalance between the content of saturated and unsaturated lipids. In the 1800-1400 cm-1 region it is possible to see the presence of protein aggregates and the change in protein conformation for highly stable parallel β-sheet. The last region showed the presence of products of lipid peroxidation related to impairment of membranes, and nucleic acids oxidative damage. FTIR technique and the information gathered in this work can be used in the construction of classification models that may be used for the diagnosis of cognitive dysfunction.

Alterações da sinalização purinérgica gastrointestinal na Diabetes

A dismotilidade entérica é uma complicação a longo prazo da Diabetes mellitus (DM) que causa desconforto significativo em 76% dos pacientes diabéticos. Sabendo que as purinas estão envolvidas na neuromodulação colinérgica e que no SNC de animais diabéticos foram encontradas alterações na expressão de recetores purinérgicos, decidimos investigar se na dismotilidade diabética a neuromodulação purinérgica se encontra preservada. O modelo animal escolhido de diabetes tipo I resultou da administração de estreptozotocina (STZ, 55 mg/kg, IP) a ratazanas (Rattus norvegicus, Wistar). Este modelo STZ provou ser adequado para o estudo, apresentando 2 semanas após a indução polidipsia, poliúria, polifagia, hiperglicemia e um atraso da motilidade gastrointestinal. A caraterização morfológica macroscópica dos animais STZ revelou um aumento significativo do cego e do intestino. Funcionalmente, estudos preliminares indicam que as contrações espontâneas do íleo dos animais STZ perdem ritmicidade e apresentam maior amplitude que as dos animais controlo de uma forma insensível à TTX, sugerindo o comprometimento das ICC. Paralelamente, estudos imagiológicos revelaram uma perda neuronal mioentérica, principalmente de neurónios nitrérgicos, sendo os colinérgicos preservados. Contudo, a resposta muscular do íleo de animais diabéticos à acetilcolina (ACh) foi inferior à dos controlos, estando a libertação de ACh modulada pela adenosina modificada. Verificou-se que a inibição promovida pelos recetores A1 se mantinha, mas que se perdia a facilitação mediada pela ativação de recetores A2A, cuja imunorreatividade também se encontrava diminuída. Curiosamente, apesar do catabolismo do ATP e dos seus metabolitos estar aumentado nos animais STZ, não se verificou um aumento dos níveis extracelulares de adenosina. Nos animais diabéticos a adenosina é rapidamente desaminada e recaptada por transportadores de nucleósidos, com principal relevância para os concentrativos, sendo os equilibrativos responsáveis pelo transporte da adenosina em animais controlo. Os resultados apresentados nesta tese sugerem que a dismotilidade diabética pode dever-se à perda da atividade nitrérgica, das ICC e da neuromodulação purinérgica mediada por recetores A2A, comprometendo assim a libertação de ACh e consequentemente a motilidade GI.

Combinación de diferentes estrategias de aplicación de hongos entomopatógenos para el control de Spodoptera littoralis (Boisduval) (Lepidoptera: Noctuidae) y Bemisia tabaci (Gennadius) (Hemiptera:Aleyrodidae)

Los ascomicetos mitospóricos entomopatógenos, que actúan por vía tegumentaria, han sido utilizados para el control microbiano de plagas mediante distintas estrategias que permiten el contacto de sus conidios con los insectos diana. Sin embargo, se conocen nuevos aspectos sobre su función ecológica tales como su capacidad secretora de compuestos con actividad insecticida, así como su sorprendente comportamiento como endófitos, que complementan su empleo clásico y que pueden pantag ermitir el desarrollo de nuevas estrategias de control de plagas. El empleo conjunto de estos hongos y sus extractos para el control de un insecto polífago de importancia mundial Spodoptera littoralis (Boisduval) (Lepidoptera: Noctuidae) es abordado en el capítulo II, donde se pone de manifiesto la existencia de variación intra- e interespecífica en la virulencia y estrategias patogénicas de las cepas de Beauveria bassiana y Metarhizium brunneum evaluadas frente a larvas del noctuido. La aplicación conjunta de cepas con distintas estrategias patogénicas junto con sus extractos a larvas del lepidóptero tuvo efecto aditivo, y alguno antagónico, de lo que depende su empleo conjunto. Los capítulos III y IV revelan la existencia de colonización endofítica transitoria tras la aplicación foliar de suspensiones de conidios de cepas de las especies mencionadas en alfalfa, tomate y melón, así como el impacto de esta colonización sobre dos fitófagos con diferentes hábitos de alimentación, uno masticador S. littoralis y otro picador-suctor Bemisia tabaci (Gennadius) (Hemiptera: Aleyrodidae). El capítulo III muestra la contribución aditiva de la mortalidad causada por la alimentación de larvas de S. littoralis a expensas de material vegetal colonizado endofíticamente por cepas de B. bassiana y M. anisopliae con la debida al tratamiento tópico de las mismas con las suspensiones fúngicas. El origen de la mortalidad iniciada a través de la vía digestiva en larvas de este lepidóptero permanece incierto para las cepas de B. bassiana, pero podría estar asociado a la presencia en la planta de metabolitos fúngicos en las cepas de M. brunneum como denota la presencia de destruxina (dtx) A en el 11,0% de los cadáveres. El capítulo IV revela que cepas de ambas especies fúngicas pueden iniciar ciclos de infección en insectos picadores-suctores cuando se alimentan a expensas de sustrato vegetal colonizado endofíticamente, si bien, ambas especies presentan estrategias diferentes. Así, B. bassiana muestra una gran capacidad para colonizar el melón, incluso con efecto traslaminar, que causa la infección de ninfas de B. tabaci por contacto con el tegumento. Sin embargo, la mortalidad de las mismas causada por M. brunneum, de crecimiento mucho más localizado en la hoja, está relacionada una vez mas con la presencia de dtx A en el 43,0% de los cadáveres. Estos resultados deben ser considerados para la evaluación del impacto real de los tratamientos con hongos entomopatógenos, y abren nuevas vías en el control de plagas.

Pesquisa de fungos endofíticos presentes em videira (Vitis vinifera L.) com capacidade para inibir o crescimento do agente causal da podridão negra (Guignardia bidwellii)

Neste trabalho testou-se o potencial antagonista de 16 fungos endofíticos isolados de videiras (Vitis vinifera L.), de castas representativas do Alentejo produzidas em modo de proteção integrada e em modo biológico, contra Guignardia bidwellii. Os isolados identificados após ITS-PCR e sequenciação pertencem aos géneros Epicoccum, Alternaria, Botrytis, Athelia, Phoma e Gibberella. Os isolados testados mostraram atividade antagonista contra G. bidwellii quer por inibição direta, quer através da produção de compostos voláteis, à exceção dos dois isolados de B. cinerea. No entanto, todos os isolados produziram alguns compostos voláteis com reconhecida atividade antimicrobiana, tais como benzaldeído, 3-metil-1-butanol e derivados de ácido propanoico. Foi ainda observado que seis dos isolados produziram também metabolitos não voláteis com capacidade de inibir o crescimento de G. bidwellii. Os resultados obtidos vêm mostrar o potencial dos fungos endofíticos como agentes de luta biológica no controlo de G. bidwellii, podendo constituir novas alternativas no âmbito de Proteção de Plantas; ABSTRACT: Endophytic fungi present in grapevines (Vitis vinifera L.) with the ability to inhibit the growth of the causal agent of black rot (Guignardia bidwellii) In this work the antagonistic potential of 16 endophytic grapevine fungi isolates (Vitis vinifera L.), from representative cultivars of the Alentejo region produced either under integrated pest management or organic mode, was tested against Guignardia bidwellii. Isolates were identified through ITS-PCR and sequencing, as belonging to the genera Epicoccum, Alternaria, Botrytis, Athelia, Phoma and Gibberella. Isolates showed antagonist activity against G. bidwellii either by direct inhibition or through the production of volatile compounds, with the exception of two isolates of B. cinerea. Nevertheless, all isolates produced volatile compounds with known antimicrobial activity such as benzaldehyde, 3-methyl-1-butanol and propionic acid derivatives. Additionally, six isolates produced non-volatile metabolites with the ability to inhibit G. bidwellii growth. These results show the potential that endophytic fungi have as agents for biological control of G. bidwellii, opening new options in the field of Plant Protection.

QTLs mapping for primary metabolites responsible of the organoleptic and nutritional characteristics of strawberry (Fragaria x ananassa)

The cultivated strawberry (Fragaria x ananassa) is the berry fruit most consumed worldwide and is well-known for its delicate flavour and nutritional properties. However, fruit quality attributes have been lost or reduced after years of traditional breeding focusing mainly on agronomical traits. To face the obstacles encountered in the improvement of cultivated crops, new technological tools, such as genomics and high throughput metabolomics, are becoming essential for the identification of genetic factors responsible of organoleptic and nutritive traits. Integration of “omics” data will allow a better understanding of the molecular and genetic mechanisms underlying the accumulation of metabolites involved in the flavour and nutritional value of the fruit. To identify genetic components affecting/controlling? fruit metabolic composition, here we present a quantitative trait loci (QTL) analysis using a 95 F1 segregating population derived from genotypes ‘1392’, selected for its superior flavour, and ‘232’ selected based in high yield (Zorrilla-Fontanesi et al., 2011; Zorrilla-Fontanesi et al., 2012). Metabolite profiling was performed on red stage strawberry fruits using gas chromatography hyphenated to time-of-flight mass spectrometry, which is a rapid and highly sensitive approach, allowing a good coverage of the central pathways of primary metabolism. Around 50 primary metabolites, including sugars, sugars derivatives, amino and organic acids, were detected and quantified after analysis in each individual of the population. QTL mapping was performed on the ‘232’ x ‘1392’ population separately over two successive years, based on the integrated linkage map (Sánchez-Sevilla et al., 2015). First, significant associations between metabolite content and molecular markers were identified by the non-parametric test of Kruskal-Wallis. Then, interval mapping (IM), as well as the multiple QTL method (MQM) allowed the identification of QTLs in octoploid strawberry. A permutation test established LOD thresholds for each metabolite and year. A total of 132 QTLs were detected in all the linkage groups over the two years for 42 metabolites out of 50. Among them, 4 (9.8%) QTLs for sugars, 9 (25%) for acids and 7 (12.7%) for amino acids were stable and detected in the two successive years. We are now studying the QTLs regions in order to find candidate genes to explain differences in metabolite content in the different individuals of the population, and we expect to identify associations between genes and metabolites which will help us to understand their role in quality traits of strawberry fruit.

Studying the role of the strawberry Fra protein family in the flavonoid metabolism during fruit ripening

Strawberry fruits are highly appreciated worldwide due to their pleasant flavor and aroma and to the health benefits associated to their consumption. An important part of these properties is due to their content in secondary metabolites, especially phenolic compounds, of which flavonoids are the most abundant in the strawberry fruit. Although the flavonoid biosynthesis pathway is uncovered, little is known about its regulation. The strawberry Fra a (Fra) genes constitute a large family of homologs of the major birch pollen allergen Bet v 1 and for which no equivalents exist in Arabidopsis. Our group has shown that Fra proteins are involved in the formation of colored compounds in strawberries (Muñoz et al., 2010), which mainly depends on the production of certain flavonoids; that they are structurally homologs to the PYR/PYL/RCAR Arabidopsis ABA receptor, and that they are able to bind flavonoids (Casañal et al., 2013). With these previous results, our working hypothesis is that the Fra proteins are involved in the regulation of the flavonoids pathway. They would mechanistically act as the ABA receptor, binding a protein interactor and a ligand to regulate a signaling cascade and/or act as molecular carriers. The main objective of this research is to characterize the Fra family in strawberry and gain insight into their role in the flavonoid metabolism. By RNAseq expression analysis in ripening fruits we have identified transcripts for 10 members of the Fra family. Although expressed in all tissues analyzed, each family member presents a unique pattern of expression, which suggests functional specialization for each Fra protein. Then, our next approach was to identify the proteins that interact with Fras and their ligands to gain knowledge on the role that these proteins play in the flavonoids pathway. To identify the interacting partners of Fras we have performed a yeast two hybrid (Y2H) screening against cDNA libraries of strawberry fruits at the green and red stages. A protein that shares a 95% homology to the Heat stress transcription factor A-4-C like of Fragaria vesca (HSA4C) interacts specifically with Fra1 and not with other family members, which suggests functional diversification of Fra proteins in specific signaling pathways. The Y2H screening is not yet saturated, so characterization of other interacting proteins with other members of the Fra family will shed light on the functional diversity within this gene family. This research will contribute to gain knowledge on how the flavonoid pathway, and hence, the fruit ripening, is regulated in strawberry; an economically important crop but for which basic research is still very limited. References: Muñoz, C, et al. (2010). The Strawberry Fruit Fra a Allergen Functions in Flavonoid Biosynthesis. Molecular Plant, 3(1): 113–124. Casañal, A, et al (2013). The Strawberry Pathogenesis-related 10 (PR-10) Fra a Proteins Control Flavonoid Biosynthesis by Binding Metabolic Intermediates. Journal of Biological Chemistry, 288(49): 35322–35332.

Nuevos procedimientos de extracción y determinación de plaguicidas en muestras medioambientales

La agricultura ha jugado un papel fundamental en el desarrollo de la civilización humana. Se trata de una práctica antigua que raramente ha sido cuestionada debido a la necesidad de alimentar a la creciente población mundial. Las técnicas agrícolas modernas incluyen el uso masivo de fertilizantes y plaguicidas que han incrementado intensamente el rendimiento de la producción, pero que liberan al medioambiente residuos que pueden ser perjudiciales. Por ello, es de especial importancia desarrollar metodologías eficaces que, integrando una preparación de muestra eficiente con una técnica de separación sensible y robusta, sean capaces de determinar residuos de estos compuestos, así como de sus metabolitos, en muestras medioambientales a los bajos niveles demandados. En la presente Tesis Doctoral, se han desarrollado metodologías para el análisis de plaguicidas y, en algunos casos, de sus metabolitos, en muestras de aguas y suelos de diferente procedencia y distintas características fisicoquímicas. Para ello, se han utilizado técnicas de separación como la cromatografía de gases, la cromatografía líquida de alta resolución, la nanocromatografía líquida y la electroforesis capilar. Las dos últimas se han combinado con técnicas de preconcentración en línea, y todas ellas con técnicas de extracción y preconcentración fuera de línea como la extracción asistida por ultrasonidos, la extracción en fase sólida, el método QuEChERS, la microextracción líquido-líquido dispersiva y la microextracción en fase líquida con fibra hueca. Además, se ha demostrado la utilidad y efectividad del uso de nuevos materiales como los nanotubos de carbono como fases estacionarias en extracción en fase sólida, así como de los líquidos iónicos como disolventes de extracción en la microextracción líquido-líquido dispersiva. Las metodologías desarrolladas se han validado eficazmente mediante estudios de calibración, repetibilidad, precisión y exactitud, y permitieron alcanzar límites de detección adecuados para el análisis de residuos de plaguicidas y de sus metabolitos en aguas, a niveles inferiores a los límites máximos de residuos establecidos por la Unión Europea (0,1 µg/L), así como en suelos a niveles de ng/g.

Aplicações biotecnológicas do supressor de silenciamento de cucumber mosaic virus

Tese de Doutoramento, Ciências Agrárias, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2015

Evaluation of the antioxidant activity and antitumor activity of marine invertebrates extracts

Dissertação de Mestrado, Biologia Marinha, Faculdade de Ciências e Tecnologias, Universidade do Algarve, 2014

Effect of high densities on growth, stress response and plasma amino acid levels in senegalese sole (Solea senegalensis, Kaup 1858)

Dissertação de mest. em Aquacultura e Pescas, Faculdade de Ciências do Mar e do Ambiente, Univ. do Algarve, 2006

Estudo da utilizaçäo dos glúcidos em dietas para robalo (Dicentrarchus labrax)

Dissertação de mest. em Estudos Marinhos e Costeiros- Ramo de Aquacultura, Unidade de Ciências e Tecnologia dos Recursos Aquáticos, Univ. do Algarve, 1995

Sustentabilidade ambiental e humana da produção de alimentos: uma análise comparativa entre agricultura biológica e convencional

A produção e o consumo de alimentos produzidos em agricultura biológica (AB) apoiam-se na ideia da sua superior qualidade nutricional e em supostos efeitos benéficos na saúde humana, bem como no menor impacto ambiental da AB relativamente à agricultura convencional (AC). Mas serão mesmo as dietas baseadas nestes alimentos significativamente mais saudáveis para as pessoas e o ambiente e, portanto, mais sustentáveis que as dietas baseadas no modo convencional? O objetivo deste trabalho é apresentar uma síntese da informação publicada na última década referente a análises comparativas entre AB e AC, através de um conjunto de indicadores de qualidade ambiental e de saúde humana. Foram consultados diversos estudos, privilegiando aqueles que recorreram a um conjunto de indicadores de qualidade ambiental e de saúde humana. A nível ambiental, os estudos apontam para que, apesar das práticas biológicas terem, em geral, impactes menos negativos por unidade de área que as práticas convencionais, o mesmo não se verifica por unidade de produto. Os estudos sobre o impacto comparativo na biodiversidade mostram a tendência benéfica da AB, apesar de as diferenças se afigurarem pouco consistentes. A presença de resíduos de pesticidas e metais pesados em alimentos biológicos é significativamente menor que nos convencionais. A nível nutricional, os vegetais e frutas biológicos apresentam consistentemente conteúdos mais elevados em metabolitos secundários que os convencionais. Todavia, os estudos disponíveis sobre efeitos na saúde são pouco conclusivos quanto a diferenças consistentes entre modos de produção. Evidências científicas suportam a ideia geral de que a AB tende a constituir um modo de produção de alimentos ambiental e humanamente mais sustentável que a AC, embora as diferenças sejam consistentes apenas em alguns indicadores.

Análisis de la maquinaria molecular implicada en multicelularidad en Bacillus cereus

Bacillus cereus es una bacteria Gram-positiva usualmente implicada en brotes de intoxicaciones alimentarias así como en numerosas infecciones en pacientes hospitalizados que pueden ser mortales. Estos procesos infecciosos e intoxicaciones están directa o indirectamente relacionados con el ensamblaje de un biofilm que sirve de reservorio de células o protege ante condiciones adversas, las defensas del hospedador o la quimioterapia. Son numerosos los estudios sobre los genes implicados en la formación de biofilm en diversas especies, bajo condiciones de cultivo y tiempos no estandarizados, y bajo el supuesto de que unos genes de una especie se comportan de la misma forma en otras. En este trabajo analizamos en detalle y de forma comparativa el transcriptoma de las células planctónicas y las de biofilm a diferentes tiempos bajo condiciones estándar. Nuestros resultados desvelan un gran número de genes implicados en biofilm, muchos de ellos de función desconocida, y dan luz sobre este grupo de loci del genoma de Bacillus cereus, que además suelen estar bien conservados en Gram-positivos. En este trabajo nos centraremos en el grupo de los metabolitos secundarios y las toxinas, un sector del metabolismo clave en la interacción de Bacillus cereus con otras bacterias y sus hospedadores

Avaliação de nova estratégia extrativa, baseada em NTDs, combinada com dados de análise cromatigráfica e quimiométrica para a deteção de biomarcadores de diferentes tipos de cancro

A elevada incidência e mortalidade mundiais associadas ao cancro justificam o desenvolvimento e implementação de estratégias eficazes e não-invasivas conducentes a um diagnóstico precoce. Neste contexto, pretendeu-se avaliar a performance de uma metodologia inovadora, a microextração por “needle trap” (NTME), na extração de metabolitos voláteis (VOMs) da urina de pacientes oncológicos com diferentes tipos de cancro - cólon, pulmão e mama, e de indivíduos saudáveis, com a finalidade de identificar um conjunto de VOMs potenciais biomarcadores dos diferentes tipos cancros em estudo. De modo a maximizar a eficiência da extração dos VOMs, foram otimizados diferentes parâmetros experimentais, nomeadamente a natureza do sorvente, a temperatura, o tempo de equilíbrio, o volume de headspace, a força iónica, o pH do meio e o volume e a agitação da amostra. Usando como sorvente o DVB/Car1000/CarX, os melhores resultados foram obtidos com 4 mL de urina acidificada (pH= 2), 20% NaCl, 40 mL de headspace e 40 min de equilíbrio a 50 °C. Foi ainda avaliada a estabilidade dos VOMs no sorvente até 72 h após a extração. Nos quatro grupos em estudo foram identificados, por GC-MS, 259 VOMs pertencentes a diversas famílias químicas, nomeadamente cetonas, compostos sulfurados, furânicos e terpénicos. A matriz de dados obtida para cada grupo em estudo foi submetida a análise discriminante, usando o método dos mínimos quadrados parciais (PLS-DA), que resultou em clusters distintos diferenciadores de cada grupo. A aplicabilidade do modelo foi avaliada através do método de classificação SIMCA (modelagem suave e independente de analogias de classe), com elevadas taxas de classificação, sensibilidade e especificidade. Este foi o primeiro estudo usando NTME para o estabelecimento do padrão volatómico da urina. Os resultados obtidos revelam-se muito promissores originando perfis voláteis de maior expressividade, mais completos e abrangentes, que os obtidos usando metodologias de referência.

Avaliação de nova estratégia extrativa, baseada em NTDs, combinada com dados de análise cromatigráfica e quimiométrica para a deteção de biomarcadores de diferentes tipos de cancro

A elevada incidência e mortalidade mundiais associadas ao cancro justificam o desenvolvimento e implementação de estratégias eficazes e não-invasivas conducentes a um diagnóstico precoce. Neste contexto, pretendeu-se avaliar a performance de uma metodologia inovadora, a microextração por “needle trap” (NTME), na extração de metabolitos voláteis (VOMs) da urina de pacientes oncológicos com diferentes tipos de cancro - cólon, pulmão e mama, e de indivíduos saudáveis, com a finalidade de identificar um conjunto de VOMs potenciais biomarcadores dos diferentes tipos cancros em estudo. De modo a maximizar a eficiência da extração dos VOMs, foram otimizados diferentes parâmetros experimentais, nomeadamente a natureza do sorvente, a temperatura, o tempo de equilíbrio, o volume de headspace, a força iónica, o pH do meio e o volume e a agitação da amostra. Usando como sorvente o DVB/Car1000/CarX, os melhores resultados foram obtidos com 4 mL de urina acidificada (pH= 2), 20% NaCl, 40 mL de headspace e 40 min de equilíbrio a 50 °C. Foi ainda avaliada a estabilidade dos VOMs no sorvente até 72 h após a extração. Nos quatro grupos em estudo foram identificados, por GC-MS, 259 VOMs pertencentes a diversas famílias químicas, nomeadamente cetonas, compostos sulfurados, furânicos e terpénicos. A matriz de dados obtida para cada grupo em estudo foi submetida a análise discriminante, usando o método dos mínimos quadrados parciais (PLS-DA), que resultou em clusters distintos diferenciadores de cada grupo. A aplicabilidade do modelo foi avaliada através do método de classificação SIMCA (modelagem suave e independente de analogias de classe), com elevadas taxas de classificação, sensibilidade e especificidade. Este foi o primeiro estudo usando NTME para o estabelecimento do padrão volatómico da urina. Os resultados obtidos revelam-se muito promissores originando perfis voláteis de maior expressividade, mais completos e abrangentes, que os obtidos usando metodologias de referência.