The introduction of N2-fixing trees in mixed forest systems is a recent strategy that can reduce the use of external inputs and increase the Eucalyptus plantations sustainability. In these systems, there is a strong interconnection between the trees, which occurs through a complex network of interactions between microorganisms, above and belowground. These interactions result in innumerable biological functions and ecosystem services, which are essential for soil and plant health. Moreover, the result of the Eucalyptus-microbiome-Acacia interaction has been pointed out as essential in achieving higher Eucalyptus productivity indexes in mixed systems. Our aim was to explore the dynamics of microbiome related to nutrient cycling in pure and mixed Eucalyptus grandis and Acacia mangium plantations. Specifically, our efforts were focused on the microbiome benefits to the biological functions improvement in commercial Eucalyptus plantations driving by Acacia introduction in the system. We also give details regarding as the knowledge of the microbiome diversity, composition and functions can help us to understand their close relationship with carbon (C) and nitrogen (N) cycling in soil and litter layers. We believe that holistic approaches in which we can explore the biological interactions in systems using plants of high ecological value (Acacia) and high economic value (Eucalyptus) will be inevitable in the near future. If we learn how to manipulate important processes mediated by the microbiome involved in these interactions, we will take an important step to overcome the current resource constraints, combining increased productivity with the ecological intensification of forest plantations and the environmental sustainability. / A inserção de árvores fixadoras de nitrogênio (N2) em sistemas florestais mistos é uma estratégia recente que pode reduzir o uso de inputs externos e aumentar a sustentabilidade das plantações de Eucalipto. Nesses sistemas, existe uma forte interconexão entre as árvores, a qual ocorre por uma complexa rede de interações entre micro-organismos, acima e abaixo do solo. Essas interações resultam em inúmeros processos biológicos e serviços ecossistêmicos, os quais são essenciais para a saúde do solo e das plantas. Além do mais, o resultado da interação Eucalipto-microbioma-Acácia tem sido apontado como essencial no alcance de maiores índices de produtividade do Eucalipto em sistemas mistos. Nosso objetivo foi explorar a dinâmica do microbioma relacionado à ciclagem de nutrientes em plantações puras e mistas de Eucalyptus grandis e Acacia mangium. Especificamente, nossos esforços focaram nos benefícios do microbioma para a melhoria de funções biológicas, principalmente aquelas promovidas pela introdução da Acácia em plantações comerciais de Eucalipto. Por exemplo, abordamos detalhes como o conhecimento da diversidade, composição e funções desse microbioma pode nos ajudar a compreender sua íntima relação com a ciclagem de carbono (C) e nitrogênio (N) no solo e na serapilheira. Acreditamos que abordagens holísticas, com as quais possamos explorar as interações biológicas em sistemas com plantas de alto valor ecológico (Acácia) e alto valor econômico (Eucalipto) serão inevitáveis no futuro. Se aprendermos a manipular alguns processos mediados pelo microbioma envolvido nessas interações, daremos um passo importante para superar as atuais limitações de recursos, aliando o aumento da produtividade com a intensificação ecológica das plantações florestais e a sustentabilidade do meio ambiente.

Os micro-organismos que habitam o trato digestivo dos ruminantes têm uma profunda influência no desenvolvimento e funcionamento do animal hospedeiro. O rúmen abriga comunidades microbianas complexas dominadas por bactérias que participam de um processo eficiente de degradação dos materiais que compõem a parede celular vegetal. Por esta razão, o microbioma do rúmen representa uma fonte inexplorada de enzimas hidrolíticas com potencial aplicação na produção de combustíveis a partir da biomassa lignocelulósica. Nós usamos a plataforma Ion Torrent (PGM) para acessar o microbioma do rúmen de quatro animais da raça Santa Inês submetidos a uma dieta base. A fim de descrever a estrutura da comunidade microbiana no rúmen de ovinos e explorar o seu potencial como uma fonte de genes de degradação da biomassa, usamos a abordagem de sequenciamento do gene RNA ribossomal 16S (rRNA), utilizando Ion Tags, e a abordagem de sequenciamento metagenômico shotgun (DNA total), respectivamente. Além disso, medimos parâmetros químicos do ambiente do rúmen, relacionados a cada animal, incluindo pH, Degradabilidade da Matéria Orgânica (OMD), Produção total de Gás (GP) e Emissões de Metano (CH4), a fim de buscar correlações entre estas variáveis químicas e os grupos bacterianos. Em termos de estrutura da comunidade microbiana (bacteriana), encontramos Bacteroidetes como o filo dominante, seguido por Firmicutes, Proteobacteria e Actinobacteria. Alguns táxons foram correlacionados com os parâmetros químicos, como as famílias Corynebacteriaceae e Streptococcaceae, que foram positivamente correlacionadas com OMD; e a família Streptomycetaceae, negativamente correlacionada com GP e CH4. Algumas glicosil hidrolases conhecidas foram identificadas, como Endo-1,4-beta-glucanases, Beta-D-glicosídioglicohidrolases e outras foram designadas como putativas. Estas descobertas mostram interações ecológicas entre os grupos microbianos e funções importantes do rúmen, assim como o potencial do rúmen de ovinos para a descoberta de novas enzimas celulolíticas. / The microorganisms inhabiting the digestive tracts of ruminants have a profound influence on the host animal development and functioning. The rumen harbors complex microbial communities dominated by bacteria, which participate in an efficient process to digest plant cell wall materials. For this reason, the rumen microbiome represents an untapped source of hydrolytic enzymes with potential application for fuel production from lignocellulosic biomass. We used the Ion Torrent (PGM) platform to access the rumen microbiome of four animals of Santa Inês breed under a base diet. In order to describe the structure of the microbial community in the sheep rumen and explore its potential as a source of biomass-degrading genes, we used 16S ribosomal RNA (rRNA) Ion Tags sequencing approach and shotgun metagenomic sequencing (total DNA) approach, respectively. Furthermore, we measured rumen chemical environmental parameters related to each animal, including pH, Organic Matter Degradability (OMD), Total Gas Production (GP) and Methane emissions (CH4) in order to search for correlations between these chemical variables and bacterial groups. In terms of microbial (bacterial) community structure, we found Bacteroidetes as the dominant phylum in sheep rumen microbiome, followed by Proteobacteria, Firmicutes and Actinobacteria. Some taxa were correlated with the environmental parameters, like the Corynebacteriaceae and Streptococcaceae families, which was positively correlated with OMD, and the Streptomycetaceae family, negatively correlated with GP and CH4. Some known glycoside hydrolases were identified, such as Endo-1,4-betaglucanases, Beta-D-glucoside glucohydrolases and others were designated as putative ones. These findings show ecological interactions among microbial groups and important rumen functions, as well as the potential of the sheep rumen for the discovery of new cellulolytic enzymes.

Os micro-organismos que habitam o trato digestivo dos ruminantes têm uma profunda influência no desenvolvimento e funcionamento do animal hospedeiro. O rúmen abriga comunidades microbianas complexas dominadas por bactérias que participam de um processo eficiente de degradação dos materiais que compõem a parede celular vegetal. Por esta razão, o microbioma do rúmen representa uma fonte inexplorada de enzimas hidrolíticas com potencial aplicação na produção de combustíveis a partir da biomassa lignocelulósica. Nós usamos a plataforma Ion Torrent (PGM) para acessar o microbioma do rúmen de quatro animais da raça Santa Inês submetidos a uma dieta base. A fim de descrever a estrutura da comunidade microbiana no rúmen de ovinos e explorar o seu potencial como uma fonte de genes de degradação da biomassa, usamos a abordagem de sequenciamento do gene RNA ribossomal 16S (rRNA), utilizando Ion Tags, e a abordagem de sequenciamento metagenômico shotgun (DNA total), respectivamente. Além disso, medimos parâmetros químicos do ambiente do rúmen, relacionados a cada animal, incluindo pH, Degradabilidade da Matéria Orgânica (OMD), Produção total de Gás (GP) e Emissões de Metano (CH4), a fim de buscar correlações entre estas variáveis químicas e os grupos bacterianos. Em termos de estrutura da comunidade microbiana (bacteriana), encontramos Bacteroidetes como o filo dominante, seguido por Firmicutes, Proteobacteria e Actinobacteria. Alguns táxons foram correlacionados com os parâmetros químicos, como as famílias Corynebacteriaceae e Streptococcaceae, que foram positivamente correlacionadas com OMD; e a família Streptomycetaceae, negativamente correlacionada com GP e CH4. Algumas glicosil hidrolases conhecidas foram identificadas, como Endo-1,4-beta-glucanases, Beta-D-glicosídioglicohidrolases e outras foram designadas como putativas. Estas descobertas mostram interações ecológicas entre os grupos microbianos e funções importantes do rúmen, assim como o potencial do rúmen de ovinos para a descoberta de novas enzimas celulolíticas. / The microorganisms inhabiting the digestive tracts of ruminants have a profound influence on the host animal development and functioning. The rumen harbors complex microbial communities dominated by bacteria, which participate in an efficient process to digest plant cell wall materials. For this reason, the rumen microbiome represents an untapped source of hydrolytic enzymes with potential application for fuel production from lignocellulosic biomass. We used the Ion Torrent (PGM) platform to access the rumen microbiome of four animals of Santa Inês breed under a base diet. In order to describe the structure of the microbial community in the sheep rumen and explore its potential as a source of biomass-degrading genes, we used 16S ribosomal RNA (rRNA) Ion Tags sequencing approach and shotgun metagenomic sequencing (total DNA) approach, respectively. Furthermore, we measured rumen chemical environmental parameters related to each animal, including pH, Organic Matter Degradability (OMD), Total Gas Production (GP) and Methane emissions (CH4) in order to search for correlations between these chemical variables and bacterial groups. In terms of microbial (bacterial) community structure, we found Bacteroidetes as the dominant phylum in sheep rumen microbiome, followed by Proteobacteria, Firmicutes and Actinobacteria. Some taxa were correlated with the environmental parameters, like the Corynebacteriaceae and Streptococcaceae families, which was positively correlated with OMD, and the Streptomycetaceae family, negatively correlated with GP and CH4. Some known glycoside hydrolases were identified, such as Endo-1,4-betaglucanases, Beta-D-glucoside glucohydrolases and others were designated as putative ones. These findings show ecological interactions among microbial groups and important rumen functions, as well as the potential of the sheep rumen for the discovery of new cellulolytic enzymes.

Introdução: O trato gastrointestinal humano é composto por uma comunidade microbiana diversificada que atua no controle da saúde. Estudos recentes demonstraram que o equilíbrio da microbiota intestinal é afetado na doença renal crônica (DRC), ocasionando o quadro de disbiose intestinal. Estes estudos sugeriram uma associação da disbiose intestinal com complicações metabólicas como acúmulo de toxinas urêmicas, progressão da DRC, inflamação e risco cardiovascular. Diante disso, medidas com o objetivo de restaurar o equilíbrio da microbiota intestinal são sugeridas, tais como a ingestão oral de probióticos, mas poucos estudos têm abordado o efeito destes suplementos na progressão da DRC e no risco cardiovascular destes pacientes. Objetivo: Avaliar o efeito do consumo de probióticos em fatores associados com progressão da DRC e risco cardiovascular de pacientes com DRC. Material e métodos: Trata-se de um estudo clínico controlado por placebo registrado no Clinical Trials NCT03400228. O estudo incluiu 30 pacientes adultos com DRC nos estágios 3 a 5 não em diálise, com função renal estável e proteinúria igual ou superior a 500 mg. A coleta de dados ocorreu entre novembro de 2015 até dezembro de 2017. O protocolo do estudo constou de período de washout de 4 semanas e randomização dos pacientes para o grupo de intervenção (GI, suplemento com probiótico) ou para o grupo controle (GC, maltodextrina). Foi realizado avaliação basal e após 24 semanas de consumo de probiótico ou placebo. Todos os pacientes receberam a orientação de consumir 2 sachês por dia do probiótico ou do placebo (maltodextrina). Foram avaliadas variáveis demográficas, clínicas, nutricionais, hábito intestinal e exames laboratoriais com amostras sanguíneas e urinárias. Resultados: Dos 30 pacientes incluídos, 20 completaram as 24 semanas do estudo, sendo 10 no grupo intervenção e 10 no grupo placebo. Após o uso de probiótico houve aumento na taxa de filtração glomerular estimada (p<0,001) e diminuição nos níveis séricos de creatinina (p<0,001), ureia (p=0,015), proteína C reativa (p=0,03), hormônio da paratireóide (p=0,03) e potássio (p=0,012), em comparação ao grupo placebo. Os efeitos positivos do probiótico na taxa de filtração glomerular estimada e na diminuição dos níveis séricos de creatinina e ureia permaneceram após análise de regressão multivariada. Não houveram diferenças significativas nos parâmetros urinários entre os grupos. Sintomas de constipação (p<0,001) e consistência fecal (p=0,016) apresentaram melhora no grupo intervenção versus placebo. Conclusão: A suplementação de probióticos melhorou os marcadores de função renal e reduziu inflamação, além de auxiliar na melhora dos sintomas de constipação intestinal em pacientes com DRC. / Introduction: The human gastrointestinal tract is colonized by a diversified microbial community that acts in control of health. Recent studies have shown that intestinal microbiota balance is affected in chronic kidney disease (CKD) leading to intestinal dysbiosis. These studies have suggested association of intestinal dysbiosis with several metabolic disorders such as accumulation of uremic toxins, progression of CKD, inflammation and cardiovascular risk. Therefore, interventional measurement that improve intestinal microbiota balance are suggested such as supplementation of probiotics, however few studies evaluated the effect of these supplements on the progression of CKD and cardiovascular risk in CKD patients. Aim: The purpose of the study was to evaluate the effects of probiotic supplementation on the factors associated with progression of CKD and cardiovascular risk in patients with CKD. Desing and Methods: This was a randomized, double-blind, placebo-controlled study. Thirty patients with CKD stages 3 to 5 not on dialysis, with stable renal function and protein-creatinine ratio > 0.50 were included. Data collection was between November 2015 and December 2017. Study protocol was 4-week washout period, patients randomized to intervention group (IG, probiotic supplement) or control group (CG, maltodextrin), and follow for 24 weeks. Renal function, C-reactive protein (CRP), bone and mineral metabolism, nutritional, and lipid profile markers and intestinal habit were measured at baseline and 24 weeks of study. Results: From 30 patients included in this study, 20 completed the 24 study weeks, 10 in the TG and 10 in PG. After probiotic supplementation, there was increase in estimated glomerular filtration rate (p<0.001) and decrease in serum creatinine 8 (p<0.001), urea (p=0.015), C-reactive protein (p=0.030), parathyroid hormone (p=0.03), and potassium (p=0.012) levels compared to CG. The beneficials effects of probiotics on estimated glomerular filtration rate and serum creatinine, urea, and Creactive protein remained after multivariate linear regression. There were no significant differences in the urinary parameters between the two groups. Symptoms of constipation (p<0.001) and stool consistency (p=0.016) improved in IG compared to CG. Conclusion: Probiotic supplementation improved markers of renal function and reduced inflammation. In addition, it improved the symptoms of intestinal constipation in patients with CKD.

Introdução: O trato gastrointestinal humano é composto por uma comunidade microbiana diversificada que atua no controle da saúde. Estudos recentes demonstraram que o equilíbrio da microbiota intestinal é afetado na doença renal crônica (DRC), ocasionando o quadro de disbiose intestinal. Estes estudos sugeriram uma associação da disbiose intestinal com complicações metabólicas como acúmulo de toxinas urêmicas, progressão da DRC, inflamação e risco cardiovascular. Diante disso, medidas com o objetivo de restaurar o equilíbrio da microbiota intestinal são sugeridas, tais como a ingestão oral de probióticos, mas poucos estudos têm abordado o efeito destes suplementos na progressão da DRC e no risco cardiovascular destes pacientes. Objetivo: Avaliar o efeito do consumo de probióticos em fatores associados com progressão da DRC e risco cardiovascular de pacientes com DRC. Material e métodos: Trata-se de um estudo clínico controlado por placebo registrado no Clinical Trials NCT03400228. O estudo incluiu 30 pacientes adultos com DRC nos estágios 3 a 5 não em diálise, com função renal estável e proteinúria igual ou superior a 500 mg. A coleta de dados ocorreu entre novembro de 2015 até dezembro de 2017. O protocolo do estudo constou de período de washout de 4 semanas e randomização dos pacientes para o grupo de intervenção (GI, suplemento com probiótico) ou para o grupo controle (GC, maltodextrina). Foi realizado avaliação basal e após 24 semanas de consumo de probiótico ou placebo. Todos os pacientes receberam a orientação de consumir 2 sachês por dia do probiótico ou do placebo (maltodextrina). Foram avaliadas variáveis demográficas, clínicas, nutricionais, hábito intestinal e exames laboratoriais com amostras sanguíneas e urinárias. Resultados: Dos 30 pacientes incluídos, 20 completaram as 24 semanas do estudo, sendo 10 no grupo intervenção e 10 no grupo placebo. Após o uso de probiótico houve aumento na taxa de filtração glomerular estimada (p<0,001) e diminuição nos níveis séricos de creatinina (p<0,001), ureia (p=0,015), proteína C reativa (p=0,03), hormônio da paratireóide (p=0,03) e potássio (p=0,012), em comparação ao grupo placebo. Os efeitos positivos do probiótico na taxa de filtração glomerular estimada e na diminuição dos níveis séricos de creatinina e ureia permaneceram após análise de regressão multivariada. Não houveram diferenças significativas nos parâmetros urinários entre os grupos. Sintomas de constipação (p<0,001) e consistência fecal (p=0,016) apresentaram melhora no grupo intervenção versus placebo. Conclusão: A suplementação de probióticos melhorou os marcadores de função renal e reduziu inflamação, além de auxiliar na melhora dos sintomas de constipação intestinal em pacientes com DRC. / Introduction: The human gastrointestinal tract is colonized by a diversified microbial community that acts in control of health. Recent studies have shown that intestinal microbiota balance is affected in chronic kidney disease (CKD) leading to intestinal dysbiosis. These studies have suggested association of intestinal dysbiosis with several metabolic disorders such as accumulation of uremic toxins, progression of CKD, inflammation and cardiovascular risk. Therefore, interventional measurement that improve intestinal microbiota balance are suggested such as supplementation of probiotics, however few studies evaluated the effect of these supplements on the progression of CKD and cardiovascular risk in CKD patients. Aim: The purpose of the study was to evaluate the effects of probiotic supplementation on the factors associated with progression of CKD and cardiovascular risk in patients with CKD. Desing and Methods: This was a randomized, double-blind, placebo-controlled study. Thirty patients with CKD stages 3 to 5 not on dialysis, with stable renal function and protein-creatinine ratio > 0.50 were included. Data collection was between November 2015 and December 2017. Study protocol was 4-week washout period, patients randomized to intervention group (IG, probiotic supplement) or control group (CG, maltodextrin), and follow for 24 weeks. Renal function, C-reactive protein (CRP), bone and mineral metabolism, nutritional, and lipid profile markers and intestinal habit were measured at baseline and 24 weeks of study. Results: From 30 patients included in this study, 20 completed the 24 study weeks, 10 in the TG and 10 in PG. After probiotic supplementation, there was increase in estimated glomerular filtration rate (p<0.001) and decrease in serum creatinine 8 (p<0.001), urea (p=0.015), C-reactive protein (p=0.030), parathyroid hormone (p=0.03), and potassium (p=0.012) levels compared to CG. The beneficials effects of probiotics on estimated glomerular filtration rate and serum creatinine, urea, and Creactive protein remained after multivariate linear regression. There were no significant differences in the urinary parameters between the two groups. Symptoms of constipation (p<0.001) and stool consistency (p=0.016) improved in IG compared to CG. Conclusion: Probiotic supplementation improved markers of renal function and reduced inflammation. In addition, it improved the symptoms of intestinal constipation in patients with CKD.

Orientador: Gláucia Maria Pastore / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-21T02:44:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Lemos_AdrianeCristinaGarcia_D.pdf: 1535863 bytes, checksum: be0f41cf63bbd79b46b680df59cba450 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Galacto-oligosacarídeos (GOS) são prebióticos obtidos via transgalactosilação enzimática da lactose. Dentre os vários benefícios associados ao consumo de GOS destaca-se a capacidade de estimular o crescimento e atividade de bactérias benéficas no cólon. O objetivo deste estudo foi avaliar as propriedades prebióticas dos GOS sintetizados, a partir da lactose, por ß-galactosidase de Scopulariopsis sp. A digestibilidade e a fermentabilidade foram avaliadas in vitro, enquanto os efeitos prebióticos foram avaliados in vivo em um conjunto de experimentos com ratos Wistar. Os resultados observados in vitro demonstraram que os GOS produzidos neste estudo são indigeríveis, altamente fermentáveis e convertidos em ácidos graxos de cadeia curta (acetato, propionato e butirato). Estudos in vivo demonstraram que o consumo de diferentes doses de GOS por 42 dias não produziu efeitos tóxicos nos animais, evidenciado a partir de avaliações clínicas, exames hematológicos, bioquímicos, necroscópicos e histológicos. Os ratos suplementados com GOS apresentaram maior (p<0.05) população cecal de bifidobactérias (log10 10,05 ± 0,27 UFC/g) e lactobacilos (log10 8,92 ± 0,16 UFC/g). Para os ratos não suplementados com GOS estas proporções foram de log10 8,22 ± 0,33 e 7,2 ± 0,15 UFC/g, para bifidobacterias e lactobacilos,respectivamente. Por outro lado, a população de Escherichia coli foi significativamente reduzida (p<0.05), sendo 24,75% menor, quando comparada ao grupo controle sem GOS. Além disso, a fermentação dos GOS pelas bactérias intestinais resultou em um aumento na produção de ácidos graxos de cadeia curta de 2,73 vezes, em relação aos animais sem acréscimo de GOS na dieta.Observou-se, ainda, que o grupo suplementado com GOS apresentou maiores valores de espessura total da mucosa, altura dos vilos e profundidade das criptas,evidenciado pela maior relação altura de vilosidades:profundidade de cripta em relação ao grupo controle / Abstract: Galacto-oligosaccharides (GOS) are prebiotics obtained via transgalactosylation enzymatic of lactose. Among the many benefits associated with consumption of GOS stands the ability to stimulate growth and activity of beneficial bacteria in the colon. The objective of this study was to evaluate the properties of prebiotic GOS synthesized from lactose by ß-galactosidase from Scopulariopsis sp. The digestibility and fermentability were evaluated in vitro, while the prebiotic effects were evaluated in vivo in a series of experiments with Wistar rats. The results observed in vitro showed that the GOS produced by this study are indigestible highly fermentable and converted into short-chain fatty acids (acetate,propionate and butyrate). In vivo studies have showed that consumption of different doses of GOS for 42 days produced no toxic effects in animals, as evidenced from clinical, hematological, biochemical, and histological necropsy. The rats supplemented with GOS had higher (p<0.05) cecal populations of bifidobacteria (log10 10.05 ± 0.27 UFC/g) and lactobacillus (log10 8.92 ± 0.16 UFC/g). For rats not supplemented with GOS these proportions were log10 8.22 ± 0.33 and 7.2 ± 0.15 UFC/g, for bifidobacteria and lactobacillus, respectively.Furthermore, the population of Escherichia coli was significantly reduced (p<0.05) and 24.75% less when compared to controls without GOS. Furthermore, the GOS fermentation by intestinal bacteria resulted in an increase in the production of short chain fatty acids from 2.73 times in compared with those without the addition of GOS diet.It was observed also the supplemented group with GOS showed higher values of total mucosal thickness, villous height and crypt depth, evidenced by the higher ratio of villus height: crypt depth in the control group / Doutorado / Ciência de Alimentos / Doutora em Ciência de Alimentos

Orientadores: Jaime Amaya-Farfan, Fernanda de Pace / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-27T02:35:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Monteiro_NaiceEleidianeSantana_M.pdf: 1835989 bytes, checksum: ec62cf398adabcdca614249ae2d4692b (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: Caracterizada como um dos mais importantes problemas que a saúde pública enfrenta atualmente no Brasil e no mundo, a obesidade está associada a um quadro de inflamação subclínica, que predispõe à resistência à insulina e ao desenvolvimento de diabetes mellitus, além de representar fator etiológico para diversas outras doenças crônicas não transmissíveis. Sabendo da importância que os alimentos com propriedades bioativas podem ter no tratamento da obesidade é que a utilização das proteínas do soro do leite na dieta vem sendo alvo de diversos estudos, devido aos benefícios que podem trazer à saúde humana. Dentre as propriedades da whey protein, citam-se a capacidade de regular a função imune, atuar como agente antimicrobiano, estimular a síntese de proteína muscular, suprimir o apetite e atuar na redução da gordura corporal, além das propriedades de aumentar a expressão gênica de proteínas anti-estresse (HSPs) e de ativar o transportador de glicose GLUT4, ambas descobertas pelo nosso grupo da FEA. O presente estudo teve como objetivo investigar o impacto que as proteínas do soro do leite, seja na sua forma íntegra ou na forma hidrolisada, possam exercer sobre a homeostase e a proteção do organismo de camundongos, contra os danos causados por uma dieta hiperlipídica. Para alcançar este objetivo, 34 camundongos C57BL/6 recém-desmamados foram divididos em quatro grupos de forma aleatória e alimentados com as seguintes dietas: grupo controle normolipídico (AIN93-G), grupo controle hiperlipídico (HFCAS), grupo hiperlipídico com substituição da caseína pela proteína do soro de leite concentrada (HFWPC), e grupo hiperlipídico, com adição da proteína do soro do leite hidrolisada (HFWPH), por 9 semanas. Os camundongos foram acompanhados quanto ao consumo alimentar e ganho de peso por meio de avaliação poderal em dias alternados, parâmetros bioquímicos e de endotoxemia avaliados por técnicas convencionais, biomarcadores inflamatórios analisados por western blot, além da avaliação do perfil histopatológico do fígado e do estudo metagenômico da microbiota intestinal. Os resultados demonstraram que alimentação com a formulação contendo whey protein, em ambas as formas, por 9 semanas, não diminuiu ganho de peso em comparação aos demais tratamentos, mas foi efetiva em reverter a disbiose causada pela dieta gordurosa, reduzir o processo inflamatório para níveis indistinguíveis do controle, em atenuar a infiltração gordurosa no tecido hepático, além de modular a microbiota intestinal. A caseína não mostrou tais propriedades / Abstract: Recognized as one of the most important issues currently facing public health in Brazil and in the world, obesity is associated to a subclinical inflammation framework, which predisposes to insulin resistance and the development of diabetes mellitus, in addition to representing an etiological factor for several other chronic diseases. Owing to the bioactive properties that the milk whey proteins may have on human health, such as the ability to regulate immune function, act as an antimicrobial agent, stimulate protein synthesis, suppress appetite thus helping to reduce body fat, besides the two newly discovered functions from our laboratory regarding the up-regulation of protective HSPs and activation of the glucose transporter 4 (GLUT4), it is thought that these proteins may also have anti-inflammatory action and, therefore, this study was designed to investigate the impact that whey protein, either in its normal form or in the hydrolyzed form, may exert on homeostasis protecting the mouse from the adverse effects of a high-fat diet. To accomplish this, 34 C57BL/6 male mice were randomly divided into four groups that received the following diets for 9 weeks: Normolipidic control (AIN93-G), Hyperlipidic control (HFCAS), Hyperlipidic with whey protein concentrate instead of casein (HFWPC) and a Hyperlipidic group with hydrolyzed whey protein (HFWPH) as the only source of protein. Diet intake and weight gain were monitored and recorded every other day. Biochemical parameters and endotoxemia were evaluated using commercial kits, and inflammatory biomarkers were analyzed by western blotting, besides the evaluation of histopathological liver profile and metagenomic study of the intestinal microbiota. The results showed that feeding the formulation contendowheyprotein, in both its forms, for 9 weeks, not decreased weight gain compared to the other treatments, but was effective in reversing dysbiosis caused by high-fat diet, reduce inflammation to levels indistinguishable control and mitigate the fatty infiltration of the casein hepático, in addition to modulate the gut microbiota. Casein did not show such properties / Mestrado / Nutrição Experimental e de Alimentos / Mestra em Alimentos e Nutrição

Introdução: O trato gastrointestinal humano é composto por uma comunidade microbiana diversificada que atua no controle da saúde. Estudos recentes demonstraram que o equilíbrio da microbiota intestinal é afetado na doença renal crônica (DRC), ocasionando o quadro de disbiose intestinal. Estes estudos sugeriram uma associação da disbiose intestinal com complicações metabólicas como acúmulo de toxinas urêmicas, progressão da DRC, inflamação e risco cardiovascular. Diante disso, medidas com o objetivo de restaurar o equilíbrio da microbiota intestinal são sugeridas, tais como a ingestão oral de probióticos, mas poucos estudos têm abordado o efeito destes suplementos na progressão da DRC e no risco cardiovascular destes pacientes. Objetivo: Avaliar o efeito do consumo de probióticos em fatores associados com progressão da DRC e risco cardiovascular de pacientes com DRC. Material e métodos: Trata-se de um estudo clínico controlado por placebo registrado no Clinical Trials NCT03400228. O estudo incluiu 30 pacientes adultos com DRC nos estágios 3 a 5 não em diálise, com função renal estável e proteinúria igual ou superior a 500 mg. A coleta de dados ocorreu entre novembro de 2015 até dezembro de 2017. O protocolo do estudo constou de período de washout de 4 semanas e randomização dos pacientes para o grupo de intervenção (GI, suplemento com probiótico) ou para o grupo controle (GC, maltodextrina). Foi realizado avaliação basal e após 24 semanas de consumo de probiótico ou placebo. Todos os pacientes receberam a orientação de consumir 2 sachês por dia do probiótico ou do placebo (maltodextrina). Foram avaliadas variáveis demográficas, clínicas, nutricionais, hábito intestinal e exames laboratoriais com amostras sanguíneas e urinárias. Resultados: Dos 30 pacientes incluídos, 20 completaram as 24 semanas do estudo, sendo 10 no grupo intervenção e 10 no grupo placebo. Após o uso de probiótico houve aumento na taxa de filtração glomerular estimada (p<0,001) e diminuição nos níveis séricos de creatinina (p<0,001), ureia (p=0,015), proteína C reativa (p=0,03), hormônio da paratireóide (p=0,03) e potássio (p=0,012), em comparação ao grupo placebo. Os efeitos positivos do probiótico na taxa de filtração glomerular estimada e na diminuição dos níveis séricos de creatinina e ureia permaneceram após análise de regressão multivariada. Não houveram diferenças significativas nos parâmetros urinários entre os grupos. Sintomas de constipação (p<0,001) e consistência fecal (p=0,016) apresentaram melhora no grupo intervenção versus placebo. Conclusão: A suplementação de probióticos melhorou os marcadores de função renal e reduziu inflamação, além de auxiliar na melhora dos sintomas de constipação intestinal em pacientes com DRC. / Introduction: The human gastrointestinal tract is colonized by a diversified microbial community that acts in control of health. Recent studies have shown that intestinal microbiota balance is affected in chronic kidney disease (CKD) leading to intestinal dysbiosis. These studies have suggested association of intestinal dysbiosis with several metabolic disorders such as accumulation of uremic toxins, progression of CKD, inflammation and cardiovascular risk. Therefore, interventional measurement that improve intestinal microbiota balance are suggested such as supplementation of probiotics, however few studies evaluated the effect of these supplements on the progression of CKD and cardiovascular risk in CKD patients. Aim: The purpose of the study was to evaluate the effects of probiotic supplementation on the factors associated with progression of CKD and cardiovascular risk in patients with CKD. Desing and Methods: This was a randomized, double-blind, placebo-controlled study. Thirty patients with CKD stages 3 to 5 not on dialysis, with stable renal function and protein-creatinine ratio > 0.50 were included. Data collection was between November 2015 and December 2017. Study protocol was 4-week washout period, patients randomized to intervention group (IG, probiotic supplement) or control group (CG, maltodextrin), and follow for 24 weeks. Renal function, C-reactive protein (CRP), bone and mineral metabolism, nutritional, and lipid profile markers and intestinal habit were measured at baseline and 24 weeks of study. Results: From 30 patients included in this study, 20 completed the 24 study weeks, 10 in the TG and 10 in PG. After probiotic supplementation, there was increase in estimated glomerular filtration rate (p<0.001) and decrease in serum creatinine 8 (p<0.001), urea (p=0.015), C-reactive protein (p=0.030), parathyroid hormone (p=0.03), and potassium (p=0.012) levels compared to CG. The beneficials effects of probiotics on estimated glomerular filtration rate and serum creatinine, urea, and Creactive protein remained after multivariate linear regression. There were no significant differences in the urinary parameters between the two groups. Symptoms of constipation (p<0.001) and stool consistency (p=0.016) improved in IG compared to CG. Conclusion: Probiotic supplementation improved markers of renal function and reduced inflammation. In addition, it improved the symptoms of intestinal constipation in patients with CKD.

[ES] En esta tesis, se realizaron análisis genómicos, metagenómicos y metabolómicos en líneas de conejo seleccionadas de forma divergente para alta y baja VE del tamaño de la camada (TC). Estos animales mostraron diferencias en su potencial de resiliencia. Por ello, estas poblaciones divergentes son un excelente material biológico para estudiar la resiliencia animal a través de la VE. Se realizaron estudios de asociación del genoma (GWAS) utilizando la regresión de un solo marcador y la regresión bayesiana de múltiples marcadores. Cuatro regiones genómicas se asociaron con la VE en el cromosoma 3 de Oryctolagus cuniculus (OCU), OCU7, OCU10 y OCU14, explicando el 8,6% de la varianza genética total para la VE. Además, el estudio de huellas de selección (SS) identificó 134 regiones genómicas que podrían estar bajo selección para la VE. El solapamiento entre ambos estudios se identificó en el OCU3, donde también se encontraron mutaciones funcionales para los genes DOCK2, INSYN2B y FOXI1. Los genes candidatos de GWAS y SS fueron aquellos con mutaciones funcionales identificadas mediante el análisis de secuenciación del genoma completo (WGS) con pools de ADN. Los genes candidatos destacados mostraron funciones biológicas relacionadas con el desarrollo de estructuras sensoriales, la respuesta inmunitaria, la respuesta al estrés y el sistema nervioso. Todas ellas son funciones relevantes para modular la resiliencia de los animales. Por otra parte, los estudios metagenómicos y metabolómicos mostraron que la selección para la VE modificó el microbioma intestinal y la composición de su metaboloma. Las especies microbianas beneficiosas como Alistipes prutedinis, Alistipes shahii, Odoribacter splanchnicus y Limosilactobacillus fermentum eran más abundantes en la población resiliente. En cambio, las especies microbianas nocivas, como Acetatifactor muris y Eggerthella sp, fueron más abundantes en los animales no resistentes. Los genes relacionados con la formación de biofilms, el metabolismo de aminoácidos aromáticos (fenilalanina, triptófano y tirosina) y el metabolismo del glutamato también se expresaron de forma diferencial entre las poblaciones de conejos. Además, se identificaron 15 metabolitos intestinales como potenciales biomarcadores para discriminar y predecir adecuadamente entre las poblaciones de conejos resistentes y no resistentes. Cinco de ellos, el equol, el 3-(4-hidroxifenil)lactato, el 5-aminovalerato, la N6-acetilisina y la serina son metabolitos de origen microbiano. Este es el primer estudio que desvela importantes mecanismos biológicos de la resiliencia animal generada por la selección de la VE de TC. El genoma y el microbioma intestinal y la composición del metaboloma se modificaron a lo largo del proceso de selección, afectando a la respuesta inmunitaria y al estrés. Se encontraron resultados coincidentes entre los estudios metagenómicos y del metaboloma. Por otro lado, en esta tesis desarrollamos por primera vez una herramienta flexible para simular la coevolución del genoma y el microbioma a través de un proceso de selección. La clave de esta herramienta fue la implementación de la herencia del microbioma. Está construida en R y basada en AlphaSimR para que el usuario pueda modificar el código e implementar diferentes escenarios. Esta tesis es el primer paso para desarrollar futuras estrategias y nuevas investigaciones para mejorar la resiliencia de los animales. Una selección que combine información genómica y metagenómica puede mejorar la respuesta de selección. Además, los metabolitos derivados del intestino con evidencia de crosstalk pueden utilizarse como biomarcadores para identificar animales resilientes por plasma, evitando la extracción de muestras fecales para determinar la composición del microbioma. Si estos estudios tienen éxito, estas estrategias podrían mejorar la resiliencia de los animales con el objetivo de buscar un sistema ganadero más sostenible. / [CA] En aquesta tesi, es van realitzar anàlisis genòmiques, metagenòmiques i metabolòmiques en línies de conill seleccionades de manera divergent per a alta i baixa VE de la grandària de la ventrada (GV). Aquests animals van mostrar diferències en el seu potencial de resiliència. Per això, aquestes poblacions divergents són un excel·lent material biològic per a estudiar la resiliència animal a través de la VE. Es van realitzar estudis d'associació del genoma (GWAS) utilitzant la regressió d'un solo marcador i la regressió bayesiana de múltiples marcadors. Quatre regions genòmiques es van associar amb la VE en el cromosoma 3 de Oryctolagus cuniculus (OCU), OCU7, OCU10 i OCU14, explicant el 8,6% de la variància genètica total per a la VE. A més, l'estudi de petjades de selecció (SS) va identificar 134 regions genòmiques que podrien estar sota selecció per a la VE. El solapament entre tots dos estudis es va identificar en l'OCU3, on també es van trobar mutacions funcionals per als gens DOCK2, INSYN2B i FOXI1. Els gens candidats de GWAS i SS van ser aquells amb mutacions funcionals identificades mitjançant l'anàlisi de seqüenciació del genoma complet (WGS) amb pools d'ADN. Els gens candidats destacats van mostrar funcions biològiques relacionades amb el desenvolupament d'estructures sensorials, la resposta immunitària, la resposta a l'estrés i el sistema nerviós. Totes elles són funcions rellevants per a modular la resiliència dels animals. D'altra banda, els estudis metagenòmiques i *metabolòmiques van mostrar que la selecció per a la VE va modificar el microbioma intestinal i la composició de la seua metaboloma. Les espècies microbianes beneficioses com Alistipes prutedinis, Alistipes shahii, Odoribacter splanchnicus i Limosilactobacillus fermentum eren més abundants en la població resilient. En canvi, les espècies microbianes nocives, com Acetatifactor muris i Eggerthella sp, van ser més abundants en els animals no resistents. Els gens relacionats amb la formació de biofilms, el metabolisme d'aminoàcids aromàtics (fenilalanina, triptòfan i tirosina) i el metabolisme del glutamat també es van expressar de manera diferencial entre les poblacions de conills. A més, es van identificar 15 metabòlits intestinals com a potencials biomarcadores per a discriminar i predir adequadament entre les poblacions de conills resistents i no resistents. Cinc d'ells, el equol, el 3-(4-hidroxifenil)lactat, el 5-aminovalerato, la N6-acetilisina i la serina són metabòlits d'origen microbià. Aquest és el primer estudi que revela importants mecanismes biològics de la resiliència animal generada per la selecció de la VE de GC. El genoma i el microbioma intestinal i la composició del metaboloma es van modificar al llarg del procés de selecció, afectant la resposta immunitària i a l'estrés. Es van trobar resultats coincidents entre els estudis metagenòmiques i del metaboloma. D'altra banda, en aquesta tesi desenvolupem per primera vegada una eina flexible per a simular la coevolució del genoma i el microbioma a través d'un procés de selecció. La clau d'aquesta eina va ser la implementació de l'herència del microbioma. Està construïda en R i basada en AlphaSimR perquè l'usuari puga modificar el codi i implementar diferents escenaris. Aquesta tesi és el primer pas per a desenvolupar futures estratègies i noves investigacions per a millorar la resiliència dels animals. Una selecció que combine informació genòmica i metagenòmique pot millorar la resposta de selecció. A més, els metabòlits derivats de l'intestí amb evidència de crosstalk poden utilitzar-se com biomarcadores per a identificar animals resilients per plasma, evitant l'extracció de mostres fecals per a determinar la composició del microbioma. Si aquests estudis tenen èxit, aquestes estratègies podrien millorar la resiliència dels animals amb l'objectiu de buscar un sistema ramader més sostenible. / [EN] Disclosing the biological mechanisms of the VE can help to gain some insight into the biological basics of animal resilience. In this thesis, genomic, metagenomic, and metabolomic analyses were performed on rabbit lines divergently selected for high and low VE of litter size (LS). These animals showed differences in their resilience potential. Thus, these divergent populations are an excellent biological material for studying animal resilience through the VE. Genome-wide association studies (GWAS) were performed using single marker regression, and Bayesian multiple marker regression approaches. Four genomic regions were associated with the VE in the Oryctolagus cuniculus chromosome (OCU) 3, OCU7, OCU10, and OCU14, explaining 8.6% of the total genetic variance for the VE. In addition, the signature of selection (SS) study identified 134 genomic regions which could be under selection for VE. Overlapping between both studies was placed in the OCU3, where functional mutations for the DOCK2, INSYN2B and FOXI1 genes were also found. Candidate genes from GWAS and SS were those with functional mutations identified using whole genome sequencing (WGS) analysis with pools of DNA. Highlighted candidate genes showed biological functions related to the development of sensory structures, the immune response, the stress response, and the nervous system. All of them are relevant functions to modulate animal resilience. On the other hand, metagenomic and metabolomic studies showed that the selection for VE modified the gut microbiome and metabolome composition. Beneficial microbial species such as Alistipes prutedinis, Alistipes shahii, Odoribacter splanchnicus and Limosilactobacillus fermentum were more abundant in the resilient population. In contrast, harmful microbial species such as Acetatifactor muris and Eggerthella sp were more abundant in the non-resilient animals. Genes related to biofilm formation, aromatic amino acid metabolism (Phenylalanine, tryptophan, and tyrosine), and glutamate metabolism were also differentially expressed between the rabbit populations. Furthermore, 15 gut metabolites were identified as potential biomarkers to properly discriminate and predict between the resilient and non-resilient rabbit populations. Five of them, the equol, 3-(4-hydroxyphenyl)lactate, 5-aminovalerate, N6-acetyllisine, and serine were microbial-derived metabolites. This is the first study unravelling important biological mechanisms under the animal resilience generated by VE of LS selection. Genome and gut microbiome and metabolome composition were modified throughout the selection process, affecting the immune and stress response. Overlapping results were found between the metagenomic and metabolome studies. On the other hand, in this thesis, we developed a flexible tool for simulating the coevolution of the genome and microbiome across a selection process for the first time. The key of this tool was the implementation of the microbiome inheritance. It is constructed in R and based on AlphaSimR so the user can modify the code and implement different scenarios. This thesis is the first step to develop future strategies and further research to improve animal resilience. A selection combining genomic and metagenomic information may improve the selection response. Moreover, gut-derived metabolites with evidence of crosstalk can be used as biomarkers to identify resilient animals by plasma, avoiding the extraction of faecal samples to determine the microbiome composition. If these studies suceed, these strategies could improve animal resilience with the aim of search a more sustainable livestock system. Lastly, the simulation tool developed could help unravel the microbiome's implications in animal breeding programs. / This study was supported by projects AGL2014-5592, C2-1-P and C2-2-P, and AGL2017-86083, C2-1-P and C2-2-P, funded by the Spanish Ministerio de Ciencia e Innovación (MIC)-Agencia Estatal de Investigación (AEI) and the European Regional Development Fund (FEDER). Projects PID2020-115558GB-C21, funded by the Spanish Ministerio de Ciencia e Innovación (MIC)-Agencia Estatal de Investigación (AEI) and the European Regional Development Funds (FEDER) FPU17/01196 scholarship from the Spanish Ministry of Science, Innovation and Universities. / Casto Rebollo, C. (2023). Unravelling the Environmental Variance of Litter Size Through the Genome and Gut Microbiome [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/192460

Insects of the family Cercopidae are easily identified by the spit-like foam that they produce to surround themselves during the nymphal stage. Known as spittlebugs, these insects can be observed developing in a wide range of host plants. Among the functions attributed to the foam, there are the protection of nymphs against high temperatures, desiccation and natural enemies. However, experimental evidence to confirm these hypotheses are sparse. Mahanarva fimbriolata is an economically important spittlebug in Brazilian sugarcane crops, especially after the harvest with burning had been prohibited. The nymphs of M. fimbriolata develop on the soil surface or below ground where they suck the xylem content of exposed sugarcane roots, blocking the water and nutrients transport, eventually causing physiological disorder. In this thesis, it was evaluated the importance of foam for the thermoregulation of M. fimbriolata nymphs, its bacterial microbiome and the protective action against predators. The thesis was divided into four chapters. The Chapter 1 presented an introduction to the bioecological aspects of M. fimbriolata and the possible role of foam produced by the nymphs, which was explored in details along the other chapters. The Chapter 2 examined the importance of foam and its chemical compounds in the thermoregulation of nymphs. The Chapter 3 explored the diversity and composition of bacterial community present in the foam, in the gut of nymphs, and in the soil close to the foam. The Chapter 4 investigated whether the foam acts in protecting the nymphs against the predatory ants Solenopsis invicta, and its topical irritancy to the cockroaches Periplaneta americana. It was demonstrated that the foam produced by M. fimbriolata: (i) serves as an important thermal microhabitat, maintaining the temperature close to the ideal for the nymphs development; (ii) harbor a diversity of bacteria previously reported as protective symbionts of insects, which are probably originated from the nymphs\'s gut; and (iii) is a repellent to predators and topical irritant to another arthropod (roaches). Taken together, the foam produced by M. fimbriolata is a thermoregulatory and defensive strategy to the nymphs. In addition, this thesis serves as a background for future research that aims to investigate the importance of foam for the growth and development of spittlebugs. / Os insetos da família Cercopidae são facilmente reconhecidos pela espuma que produzem durante o desenvolvimento ninfal para recobrir o próprio corpo. Essas ninfas, conhecidas como cigarrinhas, podem ser observadas em uma ampla gama de plantas hospedeiras. Dentre as funções atribuídas à espuma estão a proteção contra elevadas temperaturas, dessecação e inimigos naturais. Contudo, evidências experimentais para confirmar estas hipóteses são escassas. Mahanarva fimbriolata é uma cigarrinha de importância econômica em áreas de produção de cana-de-açúcar no Brasil, especialmente após a proibição da colheita da cana com queima prévia. As ninfas de M. fimbriolata se desenvolvem nas raízes de cana-de-açúcar expostas na superfície ou abaixo do solo, onde sugam a seiva do xilema, bloqueando o transporte de água e nutrientes e causando desordens fisiológicas. Nesta tese foi avaliada a importância da espuma para a termorregulação de ninfas de M. fimbriolata, seu microbioma bacteriano e sua ação protetora contra predadores. A tese foi dividida em quatro capítulos. O Capítulo 1 apresenta uma introdução sobre os aspectos bioecológicos de M. fimbriolata e o possível papel da espuma produzida pelas ninfas, o qual foi explorado em detalhes ao longo dos demais capítulos. O Capítulo 2 examinou a importância da espuma e de seus compostos químicos na termorregulação das ninfas. O Capítulo 3 explorou a diversidade e composição da comunidade bacteriana presente na espuma, no intestino das ninfas, e no solo próximo à espuma. O Capítulo 4 investigou se a espuma atua na sua proteção das ninfas contra formigas predadoras Solenopsis invicta, e sua irritação tópica a baratas Periplaneta americana. A espuma produzida por M. fimbriolata demonstrou: (i) servir como um importante microhabit térmico, mantendo a temperatura próxima da ideal para o desenvolvimento das ninfas; (ii) abrigar uma diversidade de bactérias previamente reportadas como simbiontes protetivos de insetos e que, provavelmente, são provenientes do intestino das ninfas; e (iii) ser repelente a formigas predadoras e irritante a outro artrópode (baratas). Tomados em conjunto, a espuma produzida por M. fimbriolata serve como uma estratégia termorregulatória e defensiva para as ninfas. Ademais, esta tese serve como base para futuras pesquisas que visam investigar a importância da espuma para o crescimento e desenvolvimento das cigarrinhas.