A produção e emissão de poluentes é geralmente derivada da alta atividade humana, por meio da utilização dos recursos naturais, desenvolvimento de infraestrutura e construção, atividades agrícolas, desenvolvimento industrial, urbanização, turismo e uma série de outras atividades. Poluente é tudo o que é introduzido pelo homem, de forma direta ou indireta, de substâncias ou energia que resultem ou possam resultar em efeitos adversos a vida. As principais classes de poluentes são os pesticidas, poluentes orgânicos, nutrientes, óleos, isótopos radioativos, metais pesados, patogênicos, sedimentares, lixo e escombros entre outros. O descarte em efluentes aquáticos é uma prática antiga no modo como lidamos com nossos dejetos e em consequência disso, a maioria dos ambientes aquáticos encontram-se poluídos em maior ou menor grau. Dentre os poluentes orgânicos, encontramos uma classe de moléculas denominadas de hidrocarbonetos policíclicos aromáticos (HPA). Os HPAs são uma grande família de compostos derivados da fusão de anéis benzênicos que contém dois anéis benzeno fundidos e seus derivados, até estruturas contendo 10 anéis. A toxicidade dos HPAs é resultado de sua hidrofobicidade. Estes compostos podem induzir mudanças conformacionais na estrutura de biomembranas resultando em aumento em sua permeabilidade. Como consequência, a capacidade fotossintética desses organismos é prejudicada podendo levar a sérios distúrbios na cadeia de transporte de elétrons e desacoplamento da fosforilação oxidativa. O Antraceno (ANT) é uma molécula formada pela fusão de 3 anéis benzênicos e é um dos 16 HPAs prioritários segunda a US EPA, e é classificado como muito tóxico para organismos aquáticos e que pode causar efeitos adversos de longo prazo no ambiente aquático. Além disso, ANT é facilmente fotoxidado a produtos ainda mais tóxicos, especialmente quinonas, que interferem na respiração e na fotossíntese, causando problemas no desenvolvimento das algas levando a falência do ecossistema devido à diminuição da biomassa, deficiência de oxigênio e inibição de processos de desintoxicação. A quantidade de informações referentes aos efeitos causados ao metabolismos destes organismos fotossintetizantes é bastante limitada e para suprir esta carência, utilizamos a microalga modelo Chlamydomonas reinhardtii com a finalidade de ampliar o conhecimento dos efeitos tóxicos de antraceno no metabolismo destes organismos utilizando uma abordagem de metabolômica que utiliza GC-MS. Como resposta metabólica a exposição de ANT, ácidos graxos acumularam em C. reinhardtii. De forma semelhante, outra resposta encontrada foi acumulo de aminoácidos. Com exceção de valina, todos os aminoácidos encontrados em nossa análise por GC-MS se acumularam nas culturas expostas a ANT. Outra molécula importante encontrada em nossas análises foi a glutationa, possivelmente causada pela produção de EROs. Muitos ácidos carboxílicos foram encontrados em nossas análises e entre estes, a via metabólica mais impactada foi o ciclo do glioxilato. Juntamente com acumulo de glioxilato, muitos intermediários do ciclo do ácido cítrico foram encontrados tais como succinato e malato. Para tanto, o acumulo de malato é dependente de glioxilato e acetato, presente no meio de cultura. O produto deste gene catalisa a reação entre glioxilato e acetil-CoA formando malato como produto final. Com estes dados, podemos sugerir que para compensar pela fotossíntese deficiente, o metabolismo heterotrófico de acetato produzindo acetil-CoA é uma fonte importante de energia, e a via de glioxilato tem um papel central durante o estresse causado por ANT. Além disso, a incorporação de carbonos através do ciclo do glioxilato pode permitir a síntese de outras moléculas mais complexas como aminoácidos, lipídeos e carboidratos. / The production and emission of pollutant are often derived from human activities, such as utilizing natural resources, developing infrastructure, agriculture and industry among others. Pollutant is defined as substances or energy introduced into the environment by man, directly or indirectly that may result in adverse effects on life. Pollutants can be divided into various classes including organic, nutrients, oils, radioactive isotopes, heavy metals, pathogenic, sediments, garbage among others. Disposal of sewage on water bodies is an old habit of how we deal with our wastes. Consequently, great part of the aquatic environment becomes polluted in various extents. Among the organic pollutants, polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) represents a class of molecules consisting from two or more fused benzene rings and its by-products. Members of this class of compounds have been identified as exhibiting toxic and hazardous properties. Their toxicity is also due to its hydrophobic property that induces conformational changes on membranes, increasing their permeability. Consequently, the photosynthetic capacity of exposed organisms can be harmed, leading to serious imbalances on their electron chain transport and uncoupling oxidative phosphorylation. Anthracene (ANT) is a PAH formed by three fused benezenic rings and is one of the 16 prioritary PAH according to American and European regulatory agencies. ANT is classified as highly toxic for aquatic organisms causing long term effects on environment. Besides, ANT can be easily photooxidated and its products can be even more toxic, specially quinones, that can interfere on respiration and photosynthesis, leading to problems on algae development and ecosystem collapse caused by low biomass, oxygen deficiency and inhibition of detoxification processes. The amount of information about the effects on metabolism of the photosynthetic organisms is limited. Therefore our main goal was to use the model organism Chlamydomonas reinhardtii in order to gain insights on the toxic effects caused by ANT through GC-MS metabolomics approach. A metabolic response to ANT exposure, lipid accumulates in C. reinhardtii. Similarly to fatty acids, another marked physiological response was amino acids accumulation. With the exception of valine, all amino acids found in our GC-MS analysis showed a marked relative accumulation in cultures exposed to ANT. Another important finding was the high level of glutathione, possibly caused by ROS production. Carboxylic acids were also found in our analysis and among them a highly impacted pathway found was glyoxylate cycle. Toghether with the increase accumulation of glyoxylate, many TCA cycle intermediates, like succinate and malate were found. Furthermore, malate accumulation is dependent of glyoxylate and acetate, present in culture media. The product of this gene catalyse the reaction between glyoxylate and acetyl-CoA forming malate as a final product. Taken all together, our findings suggest that to compensate the photosynthesis inhibition, heterotrophic acetate metabolism was activated producing acetyl-CoA an important energy source, and glyoxylate cycle plays a central role during stress caused by ANT. Furthermore, incorporation of carbon through glyoxylate cycle can enable synthesis of more complex molecules like amino acids, lipids and carbohydrates.

A lesão renal aguda (LRA) é uma séria complicação dos pacientes hospitalizados, causada principalmente pela isquemia/reperfusão (I/R). Ela é definida como um abrupto declínio da função renal baseada em alterações agudas da creatinina sérica e débito urinário. Porém, alterações na creatinina sérica são tardias e variam com o gênero, idade, massa muscular, metabolismo e hidratação do indivíduo. Novos biomarcadores para um diagnóstico mais preciso e precoce da doença são necessários. No entanto, devido em humanos a LRA ser uma doença, em sua maioria, secundária a outras doenças, o desenvolvimento de modelos animais com resposta similar aos humanos é de extrema importância. Assim, o presente estudo tem como objetivo o desenvolvimento e caracterização de um modelo suíno de I/R renal, seguido da identificação de alterações nos perfis metabólicos séricos durante à I/R renal aguda. Além de colaborar com o melhor entendimento da fisiopatologia da doença, pode prover novos biomarcadores com potencial uso no diagnóstico e prognóstico através do monitoramento dos pacientes hospitalizados. Primeiramente, foi desenvolvido um modelo controlado e percutâneo, com único insulto de I/R renal, sem nefrectomia contralateral usando suínos como modelo. A isquemia foi induzida por um cateter-balão inflado por 120min na artéria renal direita seguida de 24 horas de reperfusão. Amostras seriadas de soro e urina foram coletadas. A caracterização do modelo foi feita por análises histológicas e bioquímicas, e a identificação de novos biomarcadores, através da ressonância magnética nuclear (600MHz) seguida da análise por PLS-DA e biologia de sistemas. A necrose tubular aguda foi identificada em todos os animais, porém apenas dois deles apresentaram níveis de creatinina sérica acima de 150% dos seus valores basais. Como esperado, a I/R elevou os níveis de uréia e creatinina e ainda modulou a excreção de Na+, K+, Cl-, bicarbonato e glicose. A NGAL e as proteínas nitradas séricas apresentaram dois perfis: diminuíram com a isquemia e aumentaram com a reperfusão. Este declínio foi associado com o aumento da excreção de proteínas durante a isquemia e início da reperfusão. A partir deste modelo de I/R renal desenvolvido, selecionamos 8 marcadores metabólicos: L-glutamato, L-serina, N-isovaleroilglicina, L-metionina, L-prolina, 2-aminobutirato, colina e creatinina. Estes metabólitos foram capazes de distinguir indivíduos saudáveis e isquêmicos, restaurando seus valores após 11 horas da reperfusão. Através da análise de biologia de sistemas, estes metabólitos se mostraram altamente representativos da via dos aminoácidos, se relacionaram com alterações no transporte iônico e foram associados às vias do fator nuclear kappa B (NF?B), huntingtina (HTT) e pró-insulina. Assim, foi possível desenvolver um modelo de I/R renal percutâneo em modelo suíno, capaz de permitir o desenvolvimento de estudos para explorar respostas fisiopatológicas e novos biomarcadores isquêmicos renais. A partir dele, com ferramentas metabolômicas, foi possível elaborar um painel metabólico que contribui para o estudo da fisiopatologia da isquemia e pode tornar-se uma ferramenta promissora para a identificação precoce de pacientes com LRA geradas pela I/R renal / Acute kidney injury (AKI) is a serious complication in hospitalized patients mainly caused by ischemia/reperfusion. AKI is defined as the abrupt decrease in kidney function based on acute alterations in serum creatinine or urine output. Nevertheless, changes in serum creatinine are late and vary with muscular mass, age, gender, metabolism and hydration of individuals. In this sense, new biomarkers for the accurate and early diagnosis are needed. In humans LRA is a secondary disease, related to the progress of other diseases. Thus, the development of animal models with similar response to humans is extremely important. This study aimed to develop and characterize a swine model of renal ischemia/reperfusion (I/R), followed by the identification of changes in serum metabolic profiles during acute renal I/R. In addition to collaborating with a better understanding of the physiopathology of the disease, these findings may provide new biomarkers with potential use in diagnosis and prognosis through the monitoring hospitalized patients. Here we report the development of a controlled, single-insult model of unilateral renal I/R without contralateral nephrectomy, using a suitable model, the pig. Animals underwent renal ischemia by balloon catheter placed and inflated into the right renal artery for 120 minutes and reperfusion over 24 hours. Serial serum and urine were sampled. The characterization of the renal I/R model was made by histological and biochemical analyzes. Identification of new biomarkers was performed by nuclear magnetic resonance (600MHz) followed by PLS-DA analysis and systems biology. Acute tubular necrosis (ATN) was identified in every animal, but only two animals showed levels of serum creatinine above 150% of baseline values. As expected, I/R increased serum creatinine and BUN. Fractional sodium, potassium, chloride, bicarbonate and glucose excretion were modulated during ischemia. Serum nitrated proteins and NGAL presented two profiles: decreased with ischemia and increased after reperfusion. This decline was associated with increased protein excretion during ischemia and early reperfusion. From this renal I/R model developed, eight metabolites were selected: L-glutamate, L-serine, N-isovaleroylglicine, L-methionine, L-proline, 2-aminobutyrated, choline and creatinine. PLS-DA analysis for these metabolites resulted in an accurate separation between pre ischemia and ischemia groups. All selected metabolites recovered to baseline conditions after 11 hours of reperfusion. Through network analysis we found changes in H+, Na+ and Cl- ion transport pathways and association with Nuclear Factor-KappaB (NF?B), Huntingtin (HTT) and proinsulin (insulin) pathways. Thus, it was possible to develop a percutaneous model of renal I/R in swine model, allowing the development of studies to explore physiopathology responses and new renal ischemic biomarkers. With this model and metabolomic tools, it was possible to develop a metabolic panel that contributes to the study of ischemia physiopathology and may become a promising tool for the early identification of patients with AKI generated by renal I/R

A lesão renal aguda (LRA) é uma séria complicação dos pacientes hospitalizados, causada principalmente pela isquemia/reperfusão (I/R). Ela é definida como um abrupto declínio da função renal baseada em alterações agudas da creatinina sérica e débito urinário. Porém, alterações na creatinina sérica são tardias e variam com o gênero, idade, massa muscular, metabolismo e hidratação do indivíduo. Novos biomarcadores para um diagnóstico mais preciso e precoce da doença são necessários. No entanto, devido em humanos a LRA ser uma doença, em sua maioria, secundária a outras doenças, o desenvolvimento de modelos animais com resposta similar aos humanos é de extrema importância. Assim, o presente estudo tem como objetivo o desenvolvimento e caracterização de um modelo suíno de I/R renal, seguido da identificação de alterações nos perfis metabólicos séricos durante à I/R renal aguda. Além de colaborar com o melhor entendimento da fisiopatologia da doença, pode prover novos biomarcadores com potencial uso no diagnóstico e prognóstico através do monitoramento dos pacientes hospitalizados. Primeiramente, foi desenvolvido um modelo controlado e percutâneo, com único insulto de I/R renal, sem nefrectomia contralateral usando suínos como modelo. A isquemia foi induzida por um cateter-balão inflado por 120min na artéria renal direita seguida de 24 horas de reperfusão. Amostras seriadas de soro e urina foram coletadas. A caracterização do modelo foi feita por análises histológicas e bioquímicas, e a identificação de novos biomarcadores, através da ressonância magnética nuclear (600MHz) seguida da análise por PLS-DA e biologia de sistemas. A necrose tubular aguda foi identificada em todos os animais, porém apenas dois deles apresentaram níveis de creatinina sérica acima de 150% dos seus valores basais. Como esperado, a I/R elevou os níveis de uréia e creatinina e ainda modulou a excreção de Na+, K+, Cl-, bicarbonato e glicose. A NGAL e as proteínas nitradas séricas apresentaram dois perfis: diminuíram com a isquemia e aumentaram com a reperfusão. Este declínio foi associado com o aumento da excreção de proteínas durante a isquemia e início da reperfusão. A partir deste modelo de I/R renal desenvolvido, selecionamos 8 marcadores metabólicos: L-glutamato, L-serina, N-isovaleroilglicina, L-metionina, L-prolina, 2-aminobutirato, colina e creatinina. Estes metabólitos foram capazes de distinguir indivíduos saudáveis e isquêmicos, restaurando seus valores após 11 horas da reperfusão. Através da análise de biologia de sistemas, estes metabólitos se mostraram altamente representativos da via dos aminoácidos, se relacionaram com alterações no transporte iônico e foram associados às vias do fator nuclear kappa B (NF?B), huntingtina (HTT) e pró-insulina. Assim, foi possível desenvolver um modelo de I/R renal percutâneo em modelo suíno, capaz de permitir o desenvolvimento de estudos para explorar respostas fisiopatológicas e novos biomarcadores isquêmicos renais. A partir dele, com ferramentas metabolômicas, foi possível elaborar um painel metabólico que contribui para o estudo da fisiopatologia da isquemia e pode tornar-se uma ferramenta promissora para a identificação precoce de pacientes com LRA geradas pela I/R renal / Acute kidney injury (AKI) is a serious complication in hospitalized patients mainly caused by ischemia/reperfusion. AKI is defined as the abrupt decrease in kidney function based on acute alterations in serum creatinine or urine output. Nevertheless, changes in serum creatinine are late and vary with muscular mass, age, gender, metabolism and hydration of individuals. In this sense, new biomarkers for the accurate and early diagnosis are needed. In humans LRA is a secondary disease, related to the progress of other diseases. Thus, the development of animal models with similar response to humans is extremely important. This study aimed to develop and characterize a swine model of renal ischemia/reperfusion (I/R), followed by the identification of changes in serum metabolic profiles during acute renal I/R. In addition to collaborating with a better understanding of the physiopathology of the disease, these findings may provide new biomarkers with potential use in diagnosis and prognosis through the monitoring hospitalized patients. Here we report the development of a controlled, single-insult model of unilateral renal I/R without contralateral nephrectomy, using a suitable model, the pig. Animals underwent renal ischemia by balloon catheter placed and inflated into the right renal artery for 120 minutes and reperfusion over 24 hours. Serial serum and urine were sampled. The characterization of the renal I/R model was made by histological and biochemical analyzes. Identification of new biomarkers was performed by nuclear magnetic resonance (600MHz) followed by PLS-DA analysis and systems biology. Acute tubular necrosis (ATN) was identified in every animal, but only two animals showed levels of serum creatinine above 150% of baseline values. As expected, I/R increased serum creatinine and BUN. Fractional sodium, potassium, chloride, bicarbonate and glucose excretion were modulated during ischemia. Serum nitrated proteins and NGAL presented two profiles: decreased with ischemia and increased after reperfusion. This decline was associated with increased protein excretion during ischemia and early reperfusion. From this renal I/R model developed, eight metabolites were selected: L-glutamate, L-serine, N-isovaleroylglicine, L-methionine, L-proline, 2-aminobutyrated, choline and creatinine. PLS-DA analysis for these metabolites resulted in an accurate separation between pre ischemia and ischemia groups. All selected metabolites recovered to baseline conditions after 11 hours of reperfusion. Through network analysis we found changes in H+, Na+ and Cl- ion transport pathways and association with Nuclear Factor-KappaB (NF?B), Huntingtin (HTT) and proinsulin (insulin) pathways. Thus, it was possible to develop a percutaneous model of renal I/R in swine model, allowing the development of studies to explore physiopathology responses and new renal ischemic biomarkers. With this model and metabolomic tools, it was possible to develop a metabolic panel that contributes to the study of ischemia physiopathology and may become a promising tool for the early identification of patients with AKI generated by renal I/R