Hardware paralelo reconfigurável para identificação de alinhamentos de sequências de DNA.

Amostras de DNA são encontradas em fragmentos, obtidos em vestígios de uma cena de crime, ou coletados de amostras de cabelo ou sangue, para testes genéticos ou de paternidade. Para identificar se esse fragmento pertence ou não a uma sequência de DNA, é necessário compará-los com uma sequência determinada, que pode estar armazenada em um banco de dados para, por exemplo, apontar um suspeito. Para tal, é preciso uma ferramenta eficiente para realizar o alinhamento da sequência de DNA encontrada com a armazenada no banco de dados. O alinhamento de sequências de DNA, em inglês DNA matching, é o campo da bioinformática que tenta entender a relação entre as sequências genéticas e suas relações funcionais e parentais. Essa tarefa é frequentemente realizada através de softwares que varrem clusters de base de dados, demandando alto poder computacional, o que encarece o custo de um projeto de alinhamento de sequências de DNA. Esta dissertação apresenta uma arquitetura de hardware paralela, para o algoritmo BLAST, que permite o alinhamento de um par de sequências de DNA. O algoritmo BLAST é um método heurístico e atualmente é o mais rápido. A estratégia do BLAST é dividir as sequências originais em subsequências menores de tamanho w. Após realizar as comparações nessas pequenas subsequências, as etapas do BLAST analisam apenas as subsequências que forem idênticas. Com isso, o algoritmo diminui o número de testes e combinações necessárias para realizar o alinhamento. Para cada sequência idêntica há três etapas, a serem realizadas pelo algoritmo: semeadura, extensão e avaliação. A solução proposta se inspira nas características do algoritmo para implementar um hardware totalmente paralelo e com pipeline entre as etapas básicas do BLAST. A arquitetura de hardware proposta foi implementada em FPGA e os resultados obtidos mostram a comparação entre área ocupada, número de ciclos e máxima frequência de operação permitida, em função dos parâmetros de alinhamento. O resultado é uma arquitetura de hardware em lógica reconfigurável, escalável, eficiente e de baixo custo, capaz de alinhar pares de sequências utilizando o algoritmo BLAST.

Identificação e diferenciação do Mycobacterium tuberculosis pela amplificação do DNA das regiões intergênicas dos operons inhA e pIC

Entre as doenças causadas por bactérias do gênero Mycobacterium, a tuberculose por M. tuberculosis é a mais conhecida. O diagnóstico da doença é feito utilizando-se um conjunto de exames que possibilitam a identificação da mesma (WATT, 2000). Contudo, sabe-se que o diagnóstico combinado de microscopia direta e com o posterior isolamento em meio de cultivo é o “padrão-ouro”. A principal desvantagem desse método é que tal bactéria possui um crescimento lento (cerca de 8 semanas). Recentemente, a detecção de doenças através da técnica de reação em cadeia da polimerase (PCR) tem proporcionado avanços significativos no diagnóstico. O uso da amplificação específica de genes, para identificar a M. tuberculosis, tais como rDNA 16S, IS6110 ou a região intergênica senX3-regX3, tem apresentado algumas restrições, ao nível de confiabilidade e sensibilidade, para a aplicação da técnica de PCR. O presente estudo mostra a construção e a aplicação de um novo alvo para a aplicação da PCR no diagnóstico da tuberculose, baseado no ensaio da diferença de organização gênica do operon plcA, B e C diferenciando a M. tuberculosis das demais micobactérias. Neste trabalho, foram examinadas 273 amostras de pacientes com suspeita de tuberculose, sendo estas submetidas ao estudo comparativo da técnica de PCR versus cultivo (padrão ouro). A PCR amplificou fragmentos de 439pb. Os resultados mostram 93,7% de acurácia para PCR/Cultivo (p<000,1), 93,1% de sensibilidade com intervalo de confiança de 88,7-96,0 e especificidade de 96,4% com intervalo de confiança de 96,4-99,4. O valor da estatística Kappa (k) foi de 0,82 com erro padrão de 0,041, demonstrando um alinhamento quase perfeito para a verificação do grau de concordância entre os testes. Desta forma, o uso desta nova região para a amplificação da PCR se mostra uma importante e confiável ferramenta no diagnóstico específico da tuberculose. Outra região que compreende parte dos genes mbaA e inhA foi utilizada para diferenciar o Complexo tuberculosis do Complexo avium. Porém, novos experimentos serão necessários para o emprego desta região como uma ferramenta de diagnóstico.

Ceramic membranes for separation of proteins and DNA by in situ growth of alumina nanofibres with a nanomesh of metal oxide nanofibres

Ceramic membranes were fabricated by in situ synthesis of alumina nanofibres in the pores of an alumina support as a separation layer, and exhibited a high permeation selectivity for bovine serum albumin relative to bovine hemoglobin (over 60 times) and can effectively retain DNA molecules at high fluxes.

Synchronous fluorescence and UV–vis spectroscopic studies of interactions between the tetracycline antibiotic, aluminium ions and DNA with the aid of the Methylene Blue dye probe

Synchronous fluorescence spectroscopy (SFS) was applied for the investigation of interactions of the antibiotic, tetracycline (TC), with DNA in the presence of aluminium ions (Al3+). The study was facilitated by the use of the Methylene Blue (MB) dye probe, and the interpretation of the spectral data with the aid of the chemometrics method, parallel factor analysis (PARAFAC). Three-way synchronous fluorescence analysis extracted the important optimum constant wavelength differences, Δλ, and showed that for the TC–Al3+–DNA, TC–Al3+ and MB dye systems, the associated Δλ values were different (Δλ = 80, 75 and 30 nm, respectively). Subsequent PARAFAC analysis demonstrated the extraction of the equilibrium concentration profiles for the TC–Al3+, TC–Al3+–DNA and MB probe systems. This information is unobtainable by conventional means of data interpretation. The results indicated that the MB dye interacted with the TC–Al3+–DNA surface complex, presumably via a reaction intermediate, TC–Al3+–DNA–MB, leading to the displacement of the TC–Al3+ by the incoming MB dye probe.

Enhancement of DNA repair using topical T4 endonuclease V does not inhibit melanoma formation in Cdk4R24C/R24C/Tyr-NrasQ61K mice following neonatal UVR

To further investigate the use of DNA repair-enhancing agents for skin cancer prevention, we treated Cdk4R24C/R24C/NrasQ61K mice topically with the T4 endonuclease V DNA repair enzyme (known as Dimericine) immediately prior to neonatal ultraviolet radiation (UVR) exposure, which has a powerful effect in exacerbating melanoma development in the mouse model. Dimericine has been shown to reduce the incidence of basal-cell and squamous cell carcinoma. Unexpectedly, we saw no difference in penetrance or age of onset of melanoma after neonatal UVR between Dimericine-treated and control animals, although the drug reduced DNA damage and cellular proliferation in the skin. Interestingly, epidermal melanocytes removed cyclobutane pyrimidine dimers (CPDs) more efficiently than surrounding keratinocytes. Our study indicates that neonatal UVR-initiated melanomas may be driven by mechanisms other than solely that of a large CPD load and/or their inefficient repair. This is further suggestive of different mechanisms by which UVR may enhance the transformation of keratinocytes and melanocytes.

Discrepancies between metabolic activity and DNA content as tool to assess cell proliferation in cancer research

Cell proliferation is a critical and frequently studied feature of molecular biology in cancer research. Therefore, various assays are available using different strategies to measure cell proliferation. Metabolic assays such as AlamarBlue, WST-1, and MTT, which were originally developed to determine cell toxicity, are being used to assess cell numbers. Additionally, proliferative activity can be determined by quantification of DNA content using fluorophores, such as CyQuant and PicoGreen. Referring to data published in high ranking cancer journals, 945 publications applied these assays over the past 14 years to examine the proliferative behaviour of diverse cell types. Within this study, mainly metabolic assays were used to quantify changes in cell growth yet these assays may not accurately reflect cellular proliferation rates due to a miscorrelation of metabolic activity and cell number. Testing this hypothesis, we compared metabolic activity of different cell types, human cancer cells and primary cells, over a time period of 4 days using AlamarBlue and fluorometric assays CyQuant and PicoGreen to determine their DNA content. Our results show certain discrepancies in terms of over-estimation of cell proliferation with respect to the metabolic assay in comparison to DNA binding fluorophores.

Human papillomavirus DNA detected in peripheral blood samples from healthy Australian male blood donors

Recent studies have shown that human papillomavirus (HPV) DNA can be found in circulating blood, including peripheral blood mononuclear cells (PBMCs), sera, plasma, and arterial cord blood. In light of these findings, DNA extracted from PBMCs from healthy blood donors were examined in order to determine how common HPV DNA is in blood of healthy individuals. Blood samples were collected from 180 healthy male blood donors (18-76 years old) through the Australian Red Cross Blood Services. Genomic DNA was extracted and specimens were tested for HPV DNA by PCR using a broad range primer pair. Positive samples were HPV-type determined by cloning and sequencing. HPV DNA was found in 8.3% (15/180) of the blood donors. A wide variety of different HPV types were isolated from the PBMCs; belonging to the cutaneous beta and gamma papillomavirus genera and mucosal alpha papillomaviruses. High-risk HPV types that are linked to cancer development were detected in 1.7% (3/180) of the PBMCs. Blood was also collected from a healthy HPV-positive 44-year-old male on four different occasions in order to determine which blood cell fractions harbor HPV. PBMCs treated with trypsin were negative for HPV, while non-trypsinized PBMCs were HPV-positive. This suggests that the HPV in blood is attached to the outside of blood cells via a protein-containing moiety. HPV was also isolated in the B cells, dendritic cells, NK cells, and neutrophils. To conclude, HPV present in PBMCs could represent a reservoir of virus and a potential new route of transmission.