Dinámica microbial del suelo asociada a diferentes estrategias de manejo de Phytophthora cinnamomi Rands en aguacate

La marchitez del aguacate es la enfermedad más limitante de este cultivo, cuyo agente causal más relevante es el oomycete Phytophthora cinnamomi Rands. Es por esto que se han desarrollado diferentes estrategias para su manejo integrado, pero aún prevalece el uso de productos químicos, como única medida de manejo, generando impactos negativos en el ambiente y la salud. Uno de los efectos perjudiciales que se ocasiona es la alteración de las poblaciones microbianas en el suelo. Este trabajo estuvo encaminado a conocer la dinámica microbiana del suelo, bajo diferentes estrategias de manejo de esta enfermedad, para lo cual se midió su dinamismo mediante unidades formadoras de colonias (UFC), para hongos, bacterias y actinomicetos, a partir de muestras de suelo y rizósfera de la raíz, bajo incubación en condiciones de anaerobiosis y aerobiosis, además se midió la actividad microbiana total, en condiciones de laboratorio, como complemento se cuantificaron microorganismos como: Trichiderma spp, bacterias formadoras de endosporas (BAFE), celulolíticos, proteolíticos, amilolíticos, solubilizadores de fosfato, fijadores asimbióticos de nitrógeno y promotores del crecimiento, como Pseudomonas spp., fluorescentes. Los resultados encontrados en esta investigación, sugieren que el uso individual y combinado de mantillo orgánico, material compostado de estiércol bovino, enmienda mineral y cascarilla de arroz y la propuesta de integración; incrementan significativamente la población y actividad microbiana aerobia, en la cual se identificaron microorganismos antagonistas como, Trichiderma spp., celulolíticos, Pseudomonas spp. fluorescentes y BAFE.

Fungal and microbial volatile organic compounds exposure assessment in a waste sorting plant

In the management of solid waste, pollutants over a wide range are released with different routes of exposure for workers. The potential for synergism among the pollutants raises concerns about potential adverse health effects, and there are still many uncertainties involved in exposure assessment. In this study, conventional (culture-based) and molecular real-time polymerase chain reaction (RTPCR) methodologies were used to assess fungal air contamination in a waste-sorting plant which focused on the presence of three potential pathogenic/toxigenic fungal species: Aspergillus flavus, A. fumigatus, and Stachybotrys chartarum. In addition, microbial volatile organic compounds (MVOC) were measured by photoionization detection. For all analysis, samplings were performed at five different workstations inside the facilities and also outdoors as a reference. Penicillium sp. were the most common species found at all plant locations. Pathogenic/toxigenic species (A. fumigatus and S. chartarum) were detected at two different workstations by RTPCR but not by culture-based techniques. MVOC concentration indoors ranged between 0 and 8.9 ppm (average 5.3 ± 3.16 ppm). Our results illustrated the advantage of combining both conventional and molecular methodologies in fungal exposure assessment. Together with MVOC analyses in indoor air, data obtained allow for a more precise evaluation of potential health risks associated with bioaerosol exposure. Consequently, with this knowledge, strategies may be developed for effective protection of the workers.

Exposure to microbial volatile organic compounds in a waste-handling unit

The production of MVOC by fungi has been taken into account especially from the viewpoint of indoor pollution with microorganisms but the relevance of fungal metabolites in working environments has not been sufficiently studied. The purpose of this study was to assess exposure to MVOCs in a waste-handling unit. It was used Multirae equipment (RAE Systems) to measured MVOCs concentration with a 10.6 eV lamps. The measurements were done near workers nose and during the normal activities. All measurements were done continuously and had the duration of 5 minutes at least. It was consider the higher value obtained in each measurement. In addition, for knowing fungi contamination, five air samples of 50 litres were collected through impaction method at 140 L/minute, at one meter tall, on to malt extract agar with the antibiotic chloramphenicol (MEA). MVOCs results range between 4.7 ppm and 8.9 ppm in the 6 locations consider. These results are eight times higher than normally obtained in indoor settings. Considering fungi results, two species were identified in air, being the genera Penicillium found in all the samples in uncountable colonies and Rhizopus only in one sample (40 UFC/m3). These fungi are known as MVOCs producers, namely terpenoids, ketones, alcohols and others. Until now, there has been no evidence that MVOCs are toxicologically relevant, but further epidemiological research is necessary to elucidate their role on human’s health, particularly in occupational settings where microbiological contamination is common. Additionally, further research should concentrate on quantitative analyses of specific MVOCs.

Gamma radiation effects on microbial inactivation of two medicinal plants

The consumption of natural products has become a public health problem, since these medicinal teas are prepared using natural plants without an effective hygienic and sanitary control. The aim of this study was to assess the effects of gamma radiation, on the microbial burden of two medicinal plants: Melissa officinalis and Lippia citriodora. Dried samples of the two plants were irradiated at a Co-60 experimental equipment. The applied gamma radiation doses were 1, 3, and 5 kGy at a dose rate of 1.34 kGy/h. Non-irradiated samples followed all the experiments. Bacterial and fungal counts were assessed before and after irradiation by membrane filtration method. Challenging tests with Escherichia coli were performed in order to evaluate the disinfection efficiency of gamma radiation treatment. Characterization of M. officinalis and L. citriadora microbiota indicated an average bioburden value of 102CFU/g. The inactivation studies of the bacterial mesophilic population of both dried plants pointed out to a one log reduction of microbial load after irradiation at 5 kGy. Regarding the fungal population, the initial load of 30 CFU/g was only reduced by 0.5 log by an irradiation dose of 5 kGy. The dynamics with radiation doses of plants microbial population’s phenotypes indicated the prevalence of gram-positive rods for M. officinalis before and after irradiation, and the increase of the frequency of gram-negative rods with irradiation for L. citriadora. Among fungal population of both plants, Mucor, Neoscytalidium, Aspergillus and Alternaria were the most isolated genera. The results obtained in the challenging tests with E. coli on plants pointed out to an inactivation efficiency of 99.5% and 99.9% to a dose of 2 kGy, for M.officinalis and L. citriadora, respectively. The gamma radiation treatment can be a significant tool for the microbial control in medicinal plants.

Mediterranean spotted fever and identification of new agents of rickettsioses in Portugal : epidemiological determinants, host and microbial features in portuguese patients

Resumo: a febre botonosa, também conhecida por febre escaro-nodular (FEN) é uma doença endémica nos Países da bacia do Mediterrâneo, África, Médio Oriente, Índia e Paquistão. O agente etiológico responsável por esta patologia é a bactéria Rickettsia conorii. Contudo, em alguns países, como Portugal e Itália, esta patologia é causada por duas estirpes diferentes: R conorii Malish e R conorii Israeli spotted fever strain. O principal vector e reservatório é o ixodídeo Rhipicephalus sanguineus. Mesmo com uma elevada taxa de subnotificação detectada no nosso País, a taxa incidência da FEN é de 8.4/105 habitantes (1989-2005), uma das mais altas quando comparada coom a de outros países da bacia do Mediterrâneo. De todos os distritos portugueses, Bragança e Beja são aqueles que apresentam as taxas de incidência mais elevadas, 56,8/105 habitantes e 47,4 / 105 habitantes respectivamente. Em Portugal, as alterações climáticas verificadas na última década, nomeadamente a subida das temperaturas médias anuais, parecem ter influenciado o ciclo de vida do vector e a sua dinâmica sazonal, permitindo ao R. sanguineus completar mais de um ciclo de vida por ano. Este facto, e a possibilidade deste vector se manter activo noutros meses do ano, nomeadamente nos meses de inverno, tem influenciado consequentemente o padrão de distribuição anual dos casos de FEN. A febre escaro-nodular caracteriza-se clinicamente como uma doença exantemática, com um processo de vasculite generalizado. Apesar de na generalidade ser considerada uma doença benigna (quando tratada atempadamente e com terapêutica adequada e específica)e de estarem descritos casos graves em cerca de 5-6% dos doentes, em Portugal essa percentagem aumentou e consequentemente levou a um aumento de casos fatais. Este facto tornou-se mais evidente em 1997, no Hospital Distrital de Beja e no Hospital Garcia de Orta, onde a taxa de letalidade atingiu os 32% e 18% respectivamente.Para além dos factores de co-morbilidade encontrados nos doentes mais graves, como diabetes mellitus, ou o atraso na instituição da terapêutica específica, foi colocada de que a estirpe R. conorii Israel spotted fever strain pudesse ser mais virulenta ou então estivesse associada a diferentes manifestações clínicas que dificultassem o diagnóstico clínico e a instituição atempada da terapêutica. Houve ainda a necessidade de avaliar alguns parâmetros imunológicos dos doentes e tentar identificar que factores, nomeadamente que citoquinas, poderiam estar envolvidos na resposta a uma infecção por R.conorii.Face a estas questões foi avaliada e comparada a epidemiologia, manifestações clínicas e laboratoriais de 140 doentes (71 infectados com R. conorii Malish e 69 infectados com R. conorii Israel spotted fever strain). Concluiu-se que existe uma sobreposição de manifestações clinicas entre os dois grupos de doentes, mas que a percentagem da escara de inoculação é significativamente inferior em doentes infectados com R. conorii Israel spotted fever strain. Dos resultados mais importantes encontrados neste estudo concluiu-se que a estirpe R. conorii Malish e é demonstrado, pela primeira vez, estatisticamente que o alcoolismo é um factor de risco para a morte de doentes com FEN. Associadas a factores de um mau prognósitco da doença, estão as manifestações gastrointestinais, que poderão ser ou não reflexo de alterações do sistema nervoso central, e ainda a alteração de parâmetros laboratoriais como a presença de hiperbilirubinemia e aumento dos valores da ureia.A maior parte dos estudos realizados sobre os mecanismos da resposta imunitária à infecção por R. conorii e as interacções hospedeiro - agente etiológico têm sido elucidados com base em modelos animais. Poucos estudos têm sido efectuados em doentes e nenhum estudo prévio tinha sido realizado no sentido de avaliar localmente (escara/pele) quais os mediadores ou outras moléculas envolvidas na resposta imunitária às rickettsioses. Foi avaliado o nível de expressão génica de RNA mensageiro (RNAm)de diferentes citoquinas em amostras de pele de doentes com FEN pela técnica de PCR em tempo real.Os resultados deste estudo mostraram que, quando comparado com o grupo controlo, os 23 doentes analisados apresentavam níveis estatisticamente significativos, mais elevados de expressão génica de interferão (IFN-γ, Tumor necrosis factor (TFN-α, interleucina 10 (IL-10, RANTES (regulated by activation, normal T-cell-expressed and secreted chemokine)e indolamina 2-3 desoxigenase (IDO),uma enzima envolvida no controlo e limitação do crescimento intracelular das rickettsias, através da degradação do triptofano. Seis dos 23 doentes apresentaram ainda niveis de expressão elevados de óxido nítrico indutível (iNOS)que actua como microbicida. Encontrou-se uma correlação positiva entre a expressão de RNAm de TNF-α, γ, iNOS e IDO e os casos menos graves de FEN sugerindo um tipo de resposta imunitária tipo Th1, i.e. com papel protector na resposta à infecção.Verificou-se também que os valores de expressão genética do RNAm de IL-10, estavam inversamente correlacionados com a expressão do RNAm de TNF-α e IFN-γ. Os casos menos graves de FEN parecem assim envolver um balanço entre a resposta pró-inflamatória e anti-inflamatória. Já os níveis de expressão génica do RNAm de IL-10 estavam inversamente correlacionados com a expressão RNAm de TNF-α e IFN-γ. Os casos menos graves de FEN parecem assim envolver um balanço entre uma resposta pró-inflamatória e anti-inflamatória. Já os níveis de expressão RNAm da quimoquina RANTES foram estatisticamente mais elevados em doentes graves.Nesta dissertação é ainda descrita uma nova rickettsiose presente em Portugal, causada pela bactéria R. sibirica mongolitimonae, que foi identificada laboratorialmente por isolamento do agente, e por detecção do DNA em biopsia de pele. A presença deste agente foi ainda corroborada pela detecção em paralelo do mesmo agente no ixodídeos como R. africae like e em pulgas como R. felis e R.typhi alertam para a possibilidade de existência de outras rickettsioses que possam estar diagnosticadas em Portugal. Abstract: Mediterranean spotted fever (MSF), a tick-borne disease caused by Rickettsia conorii, is widley distributed in the Old World, being endemic in the southern Europe, Africa, Middle East, India and Pakistan. In Portugal two strains cause disease: R.conorii Malish and R.conorii Israeli spotted fever.Rhipicephalus sanguineus, the brown dog tick, is considered the main vector and reservoir. MSF is characterized by seasonality, and most of cases are encountered in late spring and summer, peaking in July and August. However, CEVDI/INSA laboratory has observed that the incidence of MSF cases has changed during winter season.The increasing annual averages of air temperatures and warmer and drier winters might have influenced the dynamics of the life cycle and activity of R. sanguineus, and indirectley the number MSF cases during the so called MSF off-season.In the period of 1989-2005, the incidence rate of MSF was 8.4/105 inhabitants, one of the highest rates compared with other endemic countries. In the Portugal during the same period, the highest incidence rates were reported in the districts of Bragança, with 56.8/105 inhabitants, and Beja, with 47.4/105 inhabitants. Severe cases of MSF are reported in 6% of the patients, but it seems that this pattern of disease in Portugal has been changing.This factor became more evident in 1997, with a reported case fatality rate of 32% and 18% in patients with MSF admited at Beja and Garcia Orta Hospitals, respectively. Although it was found that diabetes mellitus and delay in therapy have been implicated as a risk factor for death, the hypothesis was considered, that the new ISF strain isolated from Portugueses patients in the same year (1997)causes different or atypical clinical conorii Malish strain. The local (skin biopsies) immune response to R. conorii infection was also evaluated.A prospective study was performed to characterized epidemiological, clinical, laboratory features and determined risk factors for a fatal outcome. One hundred forty patients (51% patients were infected with Rickettsia conorii Malish stain and 49% with Israeli spotted fever strain)with diagnosis documented with identification of the causative rickettsial strain were admitted to 13 Portugueses Hospitals during 1994-2006.Comparison of the clinical manifestations of MSF caused by Malish and ISF strains revealed tremendous overlap that would not permit clinical recognition of the strain envolved, but an eschar was observed in a significantly higher percentage of patients with Malish than ISF strain.A fatal outcome was significantly more likely for patients with ISF strain infection meaning that ISF strain was more virulent than Malish strain, and also alcoholism was a host risk factor for a fatal outcome.The pathophysiology of a fatal outcome involved significantly greater incidence of petechial rash, gastrointestinal symptoms, confusion/obtundation, dehydration, tachypnea, hepatomegaly, leukocytosis, coagulopathy, azotemia, hyperbilirubinemia, and elevated hepatic enzymes and creatine kinase. Multivariate analysis revealed that acute renal failure and hyperbilirubinemia were most strong associated with a fatal oucome of infections with both strains.The immune response to R. conorii infection determined with both strains. The immune response to R. conorii infection determined by the expression levels of inflammatory and immune mediators in skin biopsies collected from untreated patients with Mediterranean spotted fever reveal that intralesional expression of mRNA of TNF-α, IFN-γ, IL-10, RANTES, and indoleamine-2, 3-dioxygenase (IDO)an enzyme involved in limiting rickettsial growth by tryptophan degradation, were elevated in skin of MSF patients compared to controls. Six patients had elevated levels of inducible nitric oxide synthase (NOS2, a source microbicidal nitric oxide.Positive correlations among TNF-α, IFN-γ, NOS2,IDO and mild-to-moderate disease suggested that type 1 polarization plays a protective role. Significantly high levels of intralesional IL-10 were inversely correlated with IFN-γ and TNF-α. The chemokine RANTES was significantly higher in patients with several MSF. It seems that MSF patients with mild-to-moderate disease have a strong and balanced intralesional pro-inflammatory and anti-inflammatory response, while severe disease is associated with higher chemokine expression.Whether these findings are simply a correlate of mild and severe disease or contribute to anti-rickettsial immunity and pathogenesis remains to be determined.In this dissertation is also described a new rickettsiois present in Portugal caused by R.sibirica mongolitimonae strain, identified based on agent isolation and DNA detection by PCR technique in a skin biopsy.The presence of this agent corroborated by its detection also in Rhipicephalus pusillus tick. Also, pathogenic tick and flea-borne rickettsial agents such as R. africae strain detected in Rhipicephalus bursa tick, and R.felis and R.typhi detected in different fleas species raise the alert for the possible existence of other rickettsioses in Portugal that might be underdiagnosed.

Studies on the genetics of artemisinin resistance in malaria

A existência de estirpes de Plasmodium falciparum resistentes a multiplos fármacos é um dos problemas mais graves no controlo da malária. Novos fármacos, como a artemisinina (ART) e seus derivados são cada vez mais utilizados no tratamento da malaria e muito embora até ao momento não haja registos de fármaco-resistência estável à ART o seu surgimento seria desastroso devido á falta de alternativas. A investigação apresentada nesta tese descreve a selecção de resistência estável à ART e ao artesunato (ATN) utilizando um modelo roedor de malária, o parasita Plasmodium chabaudi chabaudi (Plasmodium chabaudi). Dois clones de Plasmodium chabaudi diferentes, AS-15CQ e AS-30CQ, foram inoculados em murganhos que por sua vez foram tratados na presença de concentrações sucessivamente crescentes de ATN e ART, sendo que no final do processo de seleção de resistência, os parasitas obtidos apresentavam uma resistência de 6 e 15 vezes superior ao ATN e à ART, respectivamente, em relação aos parasitas iniciais. Os clones obtidos foram nomeados respectivamente AS-ATN (obtido a partir de AS-15CQ por seleção com pressão de ATN) e AS-ART (obtido a partir de AS-30CQ por seleção com pressão de ART). A resistência obtida durante o processo de seleção é estável após clonagem, congelamento/descongelamento, passagem sanguínea na ausência de pressão de fármaco e transmissão natural através do mosquito vector. A sequência nucleotídica e o número de cópias dos genes previamente descritos na literatura como moduladores putativos de resistência à ART e seus derivados: mdr1, cg10, tctp e atp6; foi comparada entre parasitas resistentes e sensíveis, não tendo sido encontradas nenhumas alterações, quer na sequência quer no número de cópias destes genes. Posteriormente, numa tentativa de identificar os genes envolvidos na resistância à ART e ao ATN a técnica de Linkage Group Selection (LGS) foi utilizada. Para tal dois cruzamentos genéticos foram realizados. Estes cruzamentos foram realizados entre os clones fármaco-resistentes; AS-ART e AS-ATN e um clone geneticamente distinto dos anteriores e sensível aos fármacos em estudos, AJ. Após realização do LGS quatro loci genéticos; nos cromossomas de P. chabaudi 1, 2, 6 e 8 foram encontrados associados à resistência. Atendendo a que, a selecção no cromossoma 2 era a mais forte, este locus foi submetido a subsequentes análises genéticas, tendo sido encontradas duas mutações diferentes (V739F e V770F) num gene que codifica para um enzima de desubiquitinação (gene ubp-1).

Studies on the genetics of artemisinin resistance in malaria

A existência de estirpes de Plasmodium falciparum resistentes a multiplos fármacos é um dos problemas mais graves no controlo da malária. Novos fármacos, como a artemisinina (ART) e seus derivados são cada vez mais utilizados no tratamento da malaria e muito embora até ao momento não haja registos de fármaco-resistência estável à ART o seu surgimento seria desastroso devido á falta de alternativas. A investigação apresentada nesta tese descreve a selecção de resistência estável à ART e ao artesunato (ATN) utilizando um modelo roedor de malária, o parasita Plasmodium chabaudi chabaudi (Plasmodium chabaudi). Dois clones de Plasmodium chabaudi diferentes, AS-15CQ e AS-30CQ, foram inoculados em murganhos que por sua vez foram tratados na presença de concentrações sucessivamente crescentes de ATN e ART, sendo que no final do processo de seleção de resistência, os parasitas obtidos apresentavam uma resistência de 6 e 15 vezes superior ao ATN e à ART, respectivamente, em relação aos parasitas iniciais. Os clones obtidos foram nomeados respectivamente AS-ATN (obtido a partir de AS-15CQ por seleção com pressão de ATN) e AS-ART (obtido a partir de AS-30CQ por seleção com pressão de ART). A resistência obtida durante o processo de seleção é estável após clonagem, congelamento/descongelamento, passagem sanguínea na ausência de pressão de fármaco e transmissão natural através do mosquito vector. A sequência nucleotídica e o número de cópias dos genes previamente descritos na literatura como moduladores putativos de resistência à ART e seus derivados: mdr1, cg10, tctp e atp6; foi comparada entre parasitas resistentes e sensíveis, não tendo sido encontradas nenhumas alterações, quer na sequência quer no número de cópias destes genes. Posteriormente, numa tentativa de identificar os genes envolvidos na resistância à ART e ao ATN a técnica de Linkage Group Selection (LGS) foi utilizada. Para tal dois cruzamentos genéticos foram realizados. Estes cruzamentos foram realizados entre os clones fármaco-resistentes; AS-ART e AS-ATN e um clone geneticamente distinto dos anteriores e sensível aos fármacos em estudos, AJ. Após realização do LGS quatro loci genéticos; nos cromossomas de P. chabaudi 1, 2, 6 e 8 foram encontrados associados à resistência. Atendendo a que, a selecção no cromossoma 2 era a mais forte, este locus foi submetido a subsequentes análises genéticas, tendo sido encontradas duas mutações diferentes (V739F e V770F) num gene que codifica para um enzima de desubiquitinação (gene ubp-1).

New Strategies on Molecular Biology Applied to Microbial Systematics

Systematics is the study of diversity of the organisms and their relationships comprising classification, nomenclature and identification. The term classification or taxonomy means the arrangement of the organisms in groups (rate) and the nomenclature is the attribution of correct international scientific names to organisms and identification is the inclusion of unknown strains in groups derived from classification. Therefore, classification for a stable nomenclature and a perfect identification are required previously. The beginning of the new bacterial systematics era can be remembered by the introduction and application of new taxonomic concepts and techniques, from the 50’s and 60’s. Important progress were achieved using numerical taxonomy and molecular taxonomy. Molecular taxonomy, brought into effect after the emergence of the Molecular Biology resources, provided knowledge that comprises systematics of bacteria, in which occurs great evolutionary interest, or where is observed the necessity of eliminating any environmental interference. When you study the composition and disposition of nucleotides in certain portions of the genetic material, you study searching their genome, much less susceptible to environmental alterations than proteins, codified based on it. In the molecular taxonomy, you can research both DNA and RNA, and the main techniques that have been used in the systematics comprise the build of restriction maps, DNA-DNA hybridization, DNA-RNA hybridization, sequencing of DNA sequencing of sub-units 16S and 23S of rRNA, RAPD, RFLP, PFGE etc. Techniques such as base sequencing, though they are extremely sensible and greatly precise, are relatively onerous and impracticable to the great majority of the bacterial taxonomy laboratories. Several specialized techniques have been applied to taxonomic studies of microorganisms. In the last years, these have included preliminary electrophoretic analysis of soluble proteins and isoenzymes, and subsequently determination of deoxyribonucleic acid base composition and assessment of base sequence homology by means of DNA-RNA hybrid experiments beside others. These various techniques, as expected, have generally indicated a lack of taxonomic information in microbial systematics. There are numberless techniques and methodologies that make bacteria identification and classification study possible, part of them described here, allowing establish different degrees of subspecific and interspecific similarity through phenetic-genetic polymorphism analysis. However, was pointed out the necessity of using more than one technique for better establish similarity degrees within microorganisms. Obtaining data resulting from application of a sole technique isolatedly may not provide significant information from Bacterial Systematics viewpoint

Genetics of berry colour and anthocyanin content variation in grapevine (Vitis vinifera L.subsp. vinifera)

Dissertation presented in fulfillment of the requirements for the Degree of Doctor of Philosophy in Biology (Molecular Genetics) at the Instituto de Tecnologia Química e Biológica da Universidade Nova de Lisboa

Role of ß-lactamase operon on mecA expression in Staphylococcus aureus

RESUMO: Os Staphylococcus aureus resistentes à meticilina (MRSA, do inglês “methicillin-resistant Staphylococcus aureus”) são um dos principais agentes responsáveis por infeções hospitalares. Os MRSA são resistentes a praticamente todos os antibióticos β-lactâmicos devido a dois mecanismos principais: produção de β-lactamase (bla), codificada pelo gene blaZ, e produção de uma proteína de ligação à penicilina (PBP2a, do inglês “penicillin binding protein 2”), codificada pelo gene mecA. Estes dois genes são regulados por sistemas homólogos, constituídos por um sensor-transdutor (BlaR1 e MecR1) e um repressor (BlaI e MecI), de tal modo que ambos os sistemas são capazes de co-regular os genes mecA e blaZ, embora com eficiências de indução muito diferentes. De facto, a indução mediada pelo sistema mecI-mecR1 é tão lenta que se acredita que este sistema não está funcional na maioria das estirpes MRSA. No entanto, dados recentes do nosso laboratório, demonstram a ausência de relação entre a presença do gene mecI e o nível de resistência à meticilina em estirpes MRSA epidémicas, e também que, o fenótipo de resistência da grande maioria das estirpes não é perturbado pela sobre-expressão em trans do repressor mecI. Curiosamente, as duas estirpes em que a expressão da resistência foi afetada pela sobre-expressão do mecI são negativas para o locus da β-lactamase, o que sugere que este locus pode interferir diretamente com a repressão do gene mecA mediada pelo MecI. Nesta tese de mestrado esta hipótese foi explorada usando estratégias de biologia molecular e ensaios fenotípicos da resistência aos -lactâmicos. Os resultados obtidos demonstram que a presença do plasmídeo nativo da β-lactamase não só anula a repressão mediada pelo MecI, como também aumenta o nível de resistência das estirpes parentais. Várias hipóteses foram então formuladas para explicar estas observações. Dados preliminares, em conjunto com evidências experimentais publicadas, sugerem que o BlaI forma hetero-dímeros com o MecI que, após a indução, são inativados eficientemente pelo BlaR1. Em conclusão, estes resultados apresentam novas perspetivas para o mecanismo de regulação do mecA e para uma nova importante função do operão da β-lactamase para o fenótipo das estirpes MRSA.-------------------ABSTRACT: Methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) is an important nosocomial pathogen and is also emerging in the community. MRSA is cross-resistant to virtually all β-lactam antibiotics and has acquired two main resistance mechanisms: production of β-lactamase (bla), coded by blaZ, and production of penicillin binding protein 2a (PBP2a), coded by mecA. Both genes are regulated by homologous sensor-transducers (BlaR1 and MecR1) and repressors (BlaI and MecI), and coregulation of mecA and blaZ by both systems has been demonstrated, although with remarkable different efficiencies. In fact, induction of mecA by mecI-mecR1 is so slow that it is believed it is not functional in most MRSA strains. However, recent data from our laboratory has unexpectedly demonstrated that not only there is no correlation between the presence of mecI gene and the resistance level in epidemic MRSA strains, but also that for most strains there were no significant changes on the resistance phenotype upon the mecI overexpression in trans. Interestingly, the two strains in which mecI overexpression affected the resistance expression were negative for the bla locus, suggesting that this locus may interfere directly with the MecI-mediated repression of mecA and account for those puzzling observations. In this master thesis we have explored this hypothesis using molecular biology strategies and phenotypic analysis of -lactam resistance. The data obtained demonstrate that the presence of a wild-type plasmid containing the bla locus not only disrupts the MecImediated repression, but also significantly enhances the expression of resistance. Several preliminary hypotheses were formulated to explain these observations and preliminary data, together with published evidence, support the working model that BlaI forms functional hetero-dimers with MecI, which upon induction are readily inactivated by BlaR1. These results provide new insights into the regulatory mechanism(s) of mecA and open new perspectives for the role of β-lactamase operon in the MRSA phenotype.

The influence of the human genome on chronic viral hepatitis outcome

The mechanisms that determine viral clearance or viral persistence in chronic viral hepatitis have yet to be identified. Recent advances in molecular genetics have permitted the detection of variations in immune response, often associated with polymorphism in the human genome. Differences in host susceptibility to infectious disease and disease severity cannot be attributed solely to the virulence of microbial agents. Several recent advances concerning the influence of human genes in chronic viral hepatitis B and C are discussed in this article: a) the associations between human leukocyte antigen polymorphism and viral hepatic disease susceptibility or resistance; b) protective alleles influencing hepatitis B virus (HBV) and hepatitis C virus (HCV) evolution; c) prejudicial alleles influencing HBV and HCV; d) candidate genes associated with HBV and HCV evolution; d) other genetic factors that may contribute to chronic hepatitis C evolution (genes influencing hepatic stellate cells, TGF-beta1 and TNF-alpha production, hepatic iron deposits and angiotensin II production, among others). Recent discoveries regarding genetic associations with chronic viral hepatitis may provide clues to understanding the development of end-stage complications such as cirrhosis or hepatocellular carcinoma. In the near future, analysis of the human genome will allow the elucidation of both the natural course of viral hepatitis and its response to therapy.

Bioelectrochemically-assisted reductive dechlorination of 1,2-dichloroethane by a Dehalococcoides-enriched microbial culture

The aim of this study was to verify the possibility to use a polarized graphite electrode as an electron donor for the reductive dechlorination of 1,2-dichloroethane, an ubiquitous groundwater contaminant. The rate of 1,2-DCA dechlorination almost linearly increased by decreasing the set cathode potential over a broad range of set cathode potentials (i.e., from −300 mV to −900 mV vs. the standard hydrogen electrode). This process was primarily dependent on electrolytic H2 generation. On the other hand, reductive dechlorination proceeded (although quite slowly) with a very high Coulombic efficiency (near 70%) at a set cathode potential of −300 mV, where no H2 production occurred. Under this condition, reductive dechlorination was likely driven by direct electron uptake from the surface of the polarized electrode. Taken as a whole, this study further extends the range of chlorinated contaminants which can be treated with bioelectrochemical systems.

Advances on the production of polyhydroxyalkanoates (PHA) by mixed microbial cultures from sugar cane molasses

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Biotecnologia

Full-scale biological phosphorus removal: quantification of storage polymers, microbial performance and metabolic modelling

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Engenharia Química e Bioquímica

Two Novel CMY-2-Type β-Lactamases Encountered in Clinical Escherichia Coli Isolates

BACKGROUND: Chromosomally encoded AmpC β-lactamases may be acquired by transmissible plasmids which consequently can disseminate into bacteria lacking or poorly expressing a chromosomal bla AmpC gene. Nowadays, these plasmid-mediated AmpC β-lactamases are found in different bacterial species, namely Enterobacteriaceae, which typically do not express these types of β-lactamase such as Klebsiella spp. or Escherichia coli. This study was performed to characterize two E. coli isolates collected in two different Portuguese hospitals, both carrying a novel CMY-2-type β-lactamase-encoding gene. FINDINGS: Both isolates, INSRA1169 and INSRA3413, and their respective transformants, were non-susceptible to amoxicillin, amoxicillin plus clavulanic acid, cephalothin, cefoxitin, ceftazidime and cefotaxime, but susceptible to cefepime and imipenem, and presented evidence of synergy between cloxacilin and cefoxitin and/or ceftazidime. The genetic characterization of both isolates revealed the presence of bla CMY-46 and bla CMY-50 genes, respectively, and the following three resistance-encoding regions: a Citrobacter freundii chromosome-type structure encompassing a blc-sugE-bla CMY-2-type -ampR platform; a sul1-type class 1 integron with two antibiotic resistance gene cassettes (dfrA1 and aadA1); and a truncated mercury resistance operon. CONCLUSIONS: This study describes two new bla CMY-2-type genes in E. coli isolates, located within a C. freundii-derived fragment, which may suggest their mobilization through mobile genetic elements. The presence of the three different resistance regions in these isolates, with diverse genetic determinants of resistance and mobile elements, may further contribute to the emergence and spread of these genes, both at a chromosomal or/and plasmid level.