Submitted by Marco Antonio Oliveira da Silva (maosilva@ipen.br) on 2016-12-22T16:50:04Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2016-12-22T16:50:04Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / O presente trabalho buscou investigar a formação da placa de aterosclerose através de caracterização da autofluorescência do tecido e do plasma na presença de marcadores fluorescentes. Para realizar o estudo, coelhos foram divididos em dois grupos: um grupo controle onde os animais foram submetidos a uma dieta normal e um grupo experimental onde os animais foram submetidos a uma dieta hipercolesterolêmica. Foram realizadas duas experimentações animais: na primeira os animais foram sendo eutanasiados ao longo do experimento e suas artérias foram coletadas. Na segunda os animais foram acompanhados por no máximo 80 dias. Durante o experimento apenas o sangue foi coletado e os animais foram eutanasiados no final do experimento. Dois marcadores fluorescentes foram utilizados no trabalho: o complexo európio-clorotetraciclina (EuCTc) e o corante tioflavina T (ThT). Analisouse inicialmente a fluorescência dos marcadores na presença do plasma dos coelhos tanto para o grupo controle, quanto para o grupo experimental em função dos tempos de dieta. Para o complexo EuCTc observou-se duas bandas de emissão, com excitação em 400 nm, uma característica da clorotetraciclina, em 515 nm e uma em 617 nm característica do íon európio. A análise da banda do íon európio indicou um incremento da banda de emissão do complexo na presença do plasma do grupo experimental em relação ao grupo controle. Para o corante ThT também foi observado um aumento na banda de emissão em 480 nm, com excitação em 413 nm, para o grupo experimental em comparação com o grupo controle. A potencialidade de utilização do complexo EuCTc e EuCTcMg (EuCTc na presença do íon magnésio) para marcação da placa de aterosclerose nas artérias, foi estudada através da análise de microscopia de fluorescência. Observou-se que a emissão do complexo melhora muito a visualização da placa quando comparada com a autofluorescência. Observou-se, através de microscopia de tempo de vida de fluorescência, que há uma transferência de energia entre os fluoróforos presentes na placa e os complexos EuCTc e EuCTcMg. Essa transferência de energia ocasionou em uma diminuição drástica no tempo de vida de fluorescência dos fluoróforos nessa região. Por fim, estudou-se a geração de segundo harmônico do colágeno na placa de aterosclerose, sendo obtidas diferenças na quantidade e organização do colágeno para os diferentes grupos experimentais. / Tese (Doutorado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Submitted by Pedro Silva Filho (pfsilva@ipen.br) on 2017-10-09T13:37:26Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2017-10-09T13:37:26Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / O aumento nos casos de obesidade em todo o mundo tem gerado grande preocupação e estimulado pesquisas na prevenção e tratamento dessa condição patológica. A combinação de diabetes tipo 2 ou resistência insulínica com obesidade agrava o potencial evolutivo da enfermidade. Mesmo pacientes submetidos com sucesso à cirurgia bariátrica ou metabólica, podem não se curar do diabetes, pois a melhora das taxas circulantes de glicose e insulina nem sempre corresponde à recuperação da massa beta pancreática. Até o momento, não há consenso sobre como medir a massa de células beta in vivo. As ferramentas disponíveis padecem de baixa sensibilidade e especificidade, muitas vezes revelando-se também complexas e dispendiosas. Incretinas radiomarcadas ,como os análogos do peptídeo glucagon-like-peptide-1 / GLP-1, têm-se revelado promissoras para avaliação de células beta pancreáticas, em diabetes e insulinoma. O objetivo do presente trabalho foi o desenvolvimento de dois conjugados de análogo de incretina GLP-1, marcados com tecnécio-99m, a fim de propor um método não invasivo de imagem, para monitoração da massa de células beta pancreáticas, em organismos afetados por obesidade. O estudo foi conduzido em diferentes modelos animais, incluindo obesidade induzida por dieta hiperlipídica, estado pós-obesidade em que o distúrbio inicialmente gerado foi parcialmente corrigido, e como controle, diabetes induzido com aloxana. Nos resultados, os radiotraçadores alcançaram um rendimento radioquímico superior a 97%. O melhor radiomarcador, dentre os dois análogos ensaiados, foi o 99mTc-HYNIC-βAla-Exendin-4. Animais com obesidade induzida por dieta revelaram captação reduzida nas células beta pancreáticas. A restrição dietética (estado pós-obesidade) não se seguiu de recuperação completa, embora notável melhora de glicemia haja sido observada. Estudos futuros são indicados em modelos de obesidade, diabetes tipo 2 e tratamento dietético, incluindo cirurgia bariátrica e metabólica. / Tese (Doutorado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Made available in DSpace on 2014-07-29T15:13:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 dissertacaoCarlaLouly.pdf: 1077366 bytes, checksum: b65a73f51a856c3912b92c4b294caf0e (MD5) Previous issue date: 2008-08-15 / This study aimed to identify 2,6-dichlorophenol (2,6-DCP) in Amblyomma cajennense and to evaluate its role in A. cajennense and Rhipicephalus sanguineus courtship. Hexanic extract from attractive females was purified by solid phase extraction and the phenol was identified by the single ion monitoring method using GC/MS. In an olfactometer, the responses of A. cajennense and R. sanguineus males to females, control rubber septa or rubber septa impregnated with 2,6-DCP at 50, 500, and 5000 ng, respectively, were studied. 2,6-DCP was identified in A. cajennense extract and the males oriented themselves toward the concentration of 500 ng. These septa and the females were recognized as copula partners. The septa treated with 2,6-DCP did not attract and were not even recognized by the R. sanguineus males, whereas the females were recognized. Due to the presence of 2,6-DCP in A. cajennense and the results of biological bioassays, it was concluded that this compound acts as an attractant and mounting sex pheromone in this tick, but it does not play any role in R. sanguineus courtship. / Este estudo teve por objetivo identificar o 2.6-dichlorophenol (2,6-DCP)em Amblyomma cajennense de e avaliar seu papel na cópula de A. cajennense e de Rhipicephalus sanguineus. O extrato hexânico de fêmeas atrativas purificado pela extração da fase contínua e o fenol foi identificado pelo método da monitoração do íon usando o GC/MS. Em um olfatômetro, foram estudadas as respostas de machos de A. cajennense e de R. sanguineus às fêmeas, a septos de borracha ou a septos de borracha impregnados com o 2,6-DCP a 50ng, 500ng, e 5000ng. No extrato de fêmeas de A. cajennense 2,6-DCP foi identificado, os machos orientaram-se para a concentração de 500ng, e estes septos e as fêmeas foram reconhecidos como parceiros para a cópula. Os septos tratados com o 2,6-DCP não atraíram e nem foram reconhecidos pelos machos de R. sanguineus. Devido à presença de 2,6- DCP na espécie A. cajennense e aos resultados dos ensaios biológicos, concluiu-se que este composto atua como um feromônio sexual de atração e de monta nesta espécie, mas não desempenha nenhum papel na cópula do R. sanguineus .

Neste trabalho foi explorado o potencial das actinobactérias como produtoras de agentes antimicrobianos contra bactérias causadoras da mastite bovina. Para este fim, foram otimizados dois diferentes bioensaios um de antagonismo e o outro de antibiose, contra 13 bactérias Gram-positivas e Gram-negativas relacionadas a mastite bovina. Através do bioensaio de antagonismo 120 actinobactérias foram triadas, sendo 55% delas consideradas ativas. Para o ensaio de antibiose foram triados 70 extratos brutos e 60% mostram a formação de halos de inibição. Os extratos brutos Caat 1-54, Caat 2-63 e Caat 8-25 foram considerados os mais promissores dentre todos os extratos estudados. Esses extratos brutos foram submetidos a estudos de desreplicação empregando LC-PAD-MS/MS e isolamento guiado por bioensaio para a identificação de seus metabolitos ativos. Os extratos Caat 1-54 e Caat 2-63 foram ativos principalmente contra as linhagens de bactérias Gram-positivas e a ação antimicrobiana observada foi atribuída a presença da lisolipina I e actinomicina D e V, respectivamente. O extrato Caat 8-25 foi ativo tanto contra bactérias Gram-positivas como para as Gram-negativas, sendo a oxitetraciclina associada a atividade contra as linhagens Gram-positivas e a herbicidina B ativo contra linhagens Gram-negativas. O estudo de desreplicação por LC-MS/MS também possibilitou a identificação de outros metabolitos secundários presentes nos diferentes extratos estudados. Para o extrato Caat 2-63 foi identificada a presença de outros peptídeos provenientes da via biossintética da actinomicina D e, no extrato bruto Caat 8-25 também foi identificado herbicidina F. Um estudo de mudança no metabolismo também foi realizado para a actinobactérias Caat 1-54 produtora de lisolipina. Através da suplementação de íons brometo no meio de cultivo em diferentes períodos da fermentação foi observada a produção de um análogo da lisolipina com bromo e da lisolipina clorada e bromada. Estudos de DESI-TLC-MS associado a bioautografia em TLC também foram aplicados para análise do extrato bruto Caat 2-63 e mostraram a potencialidade desta metodologia para acelerar a identificação de compostos ativos, pois a análise por espectrometria de massas na região da placa cromatográfica correspondente ao halo de inibição revelou a presença de actinomicina D e V, as quais já haviam sido associadas a atividade antimicrobiana deste extrato bruto. Assim os resultados obtidos nesta tese confirmam o grande potencial das actinobactérias como fonte promissoras de compostos bioativos e que a espectrometria de massas empregada nos seus diferentes modos de análise acelera o processo de identificação desses compostos. / In this work were used two different bioassays to evaluate the antimicrobial potential of some actinomycetes against bacteria that cause bovine mastitis. For this propose an antagonism and antibiose assays were optimized against 13 Gram-positive and Gram-negative bacteria related with bovine mastitis. Through antagonism bioassay 120 actinomycetes were screened and 55% were considered active. In disk diffusion bioassay, 70 crude extracts were screened and 60% showed inhibition zones. The crude extracts Caat 1-54, Caat 2-63 and Caat 8-25 were considered the most promising of all the extracts. Dereplication studies and fractionation guided by bioassay were procedure with this extracts to identify the actives metabolites. The extracts Caat 1-54 and Caat 2-63 were active against strains of Gram-positive bacteria and the antimicrobial effect was related to lisolipin I and actinomycin D and V, respectively. The extract Caat 8-25 was active against both Gram-positive and Gram-negative bacteria. Oxytetracycline were associated with activity against Gram-positives strains and a herbicidin B was active against Gram-negative bacteria. Using dereplication strategies by LC-MS/MS others compounds were characterized in different crude extracts. The extract Caat 2-63 was also identified the presence of other peptides from the same biosynthetic pathway of actinomycin D and for crude extract Caat 8-25 were identified herbicidin F. In addition, studies of the shift in secondary metabolism carried out for actinobacteria Caat 1-54 (lysolipin producer). Culture medium supplementation by bromide ions at different stages of fermentation induce the production of bromine lysolipin analog and a chloro-bromine lysolipin. DESI-MS TLC studies associated with TLC bioautography were used to analyze a crude extract Caat 2-63. This study showed how this method could be used to accelerate the identification of active compounds, because mass spectrometry analysis in situ at bioautigraphy inhibition zone showed the presence of actinomycin D and V, which had been associated with antimicrobial activity of this crude extract. Therefore, the results of this thesis confirm the potential of actinobacteria as bioactives compounds source and the importance of mass spectrometry experiments to accelerate the identification of these compounds.

Da fração hexânica do extrato metanólico das folhas de Guarea guidonia (Meliaceae), foram isolados os diterpenos: [11S-(1α,2E,6E,10α)]-3,7,11-trimetil-11-(4-metil-pent-3-en-1-i1)biciclo[8.1.0]undeca-2,6-dieno e [1S(1aβ,4aα,7aβ,7bβ)]-decaidro-1,7-dimetil-1-(4-metil-pent-3-en-1-il)-4-metilen-1H-cicloprop[e]azulen-7-ol, já descritos na literatura, além de dois novos isômeros de [1S-(1aβ,4aα,7aβ, 7aβ)]-decaidro-1,7-dimetil-1-(2-hidroxi-4-metil-pent-3-en-1-il)-4metilen-1H-cicloprop[e]azulen-7-ol. No óleo essencial obtido das folhas do mesmo espécimen foram identificados, através da análise dos dados espectroscópicos (RMN 13C, RMN 1H e EM), os sesquiterpenos: eudesma-5,7-dieno, 5α,6α-epoxi-eudesm-7-eno, eudesma-5,7-dien-2α-ol, 5α,6α-epoxi-eudesm-7-en-9-ol e guaia-6-en-10-ol, ainda não descritos na literatura, além de eudesma-4(15), 11(13)-dieno, eudesm-6-em-4α-ol, eudesma-4,11-dieno e 5α,6α,7α,8α-diepoxieudesmano. Diversos extratos vegetais assim como substâncias puras e misturas de composições conhecidas foram testadas com a finalidade de se detectarem substâncias com atividade anticancerígena. Para tal, empregou-se o bioensaio com linhagens mutantes do fungo Saccharomyces cerevisiae, utilizados pelo grupo do Prof. Dr. David Kingston, do Virgínia Tech Institute. Também foi realizado um estudo químico biomonitorado por aquele bioensaio. / From the hexanic extract of the dry leaves of Guarea guidonia (Meliaceae) two new isomers of decahydro-1,7-dimethyl-1-(2-hydroxy-4-methyl-pent-3-en-1-yl)4- methylen-1H-cycloprop[e]azulen-7-ol were isolated together with the known diterpenes [11S-(1α,2E,6E,10α)]-3,7,11-trimethyl-11-(4-methyl-pent-3-en-1yl) bicyclo[8.1.0]undeca-2,6-dien and [1S-(1aβ,4aα,7aβ,7bJ3)]-decahydro-1,7dimethyl- 1-(4-methyl-pent-3-en-1-yl)-4-methylen-1H-cycloprop[e]azulen-7-ol. The essential oil from the leaves of the same plant afforded the sesquiterpenes eudesma-5,7-diene, 5α,6α-epoxy-eudesm-7-ene, eudesma-5,7-dien-2α-ol, 5α,6α-epoxy-eudesm-7-en-9-ol and guaia-6-en-10-ol not previouly described, besides eudesma-4(15),11 (13)-diene, eudesm-6-en-4α-ol, eudesma-4,11-diene and 5α,6α,7α,8α-bisiepoxy-eudesmane. All of these compounds were identified through 13C and 1H NMR spectroscopy as well as MS. Several plant extracts and pure compounds were tested in the search for potential anticancer agents, through the mechanism-based yeast bioassay, utilizing mutants of the yeast Saccharomyces cerevisiae. The screening of those plant materials and a bioassay-guided fractionation of an active extract were both carryed out in the laboratories of Professor David G.I. Kingston at Virginia Tech Institute.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O abastecimento público de água em termos de qualidade e quantidade é uma preocupação crescente da humanidade, em função da escassez de recurso hídrico e da deterioração da qualidade dos mananciais. A desinfecção é o objetivo principal e mais comum da cloração, porem aparecem os subprodutos como os THMs (trihalometanos), como produtos resultantes da reação entre substâncias químicas que se utilizam no tratamento oxidativo e matérias orgânicas naturalmente presentes na água. A doença renal crônica constitui, atualmente, importante problema de saúde pública. No Brasil, a prevalência de pacientes mantidos em programas ssistenciais destinados ao controle e tratamento de Insuficiência Renal Crônica (IRC) dobrou nos últimos anos. Em Boa Vista, Roraima não foi realizado nenhum estudo com relação a níveis de THM na água potável distribuída pela Estação de Tratamento. Portanto, houve necessidade de identificar os níveis de clorofórmio na água potável distribuída e verificar possível relação com incidência de insuficiência renal crônica na população atendida pela Estação de Tratamento de Água (ETA). Utilizamos amostras de água da ETA de Boa Vista, Roraima, e estas foram analisadas através da Extração em Fase Sólida (SPE) e posteriormente pela espectrofotometria. Nossas amostras foram coletadas nos meses de janeiro a julho de 2011 na saída da Estação de Tratamento de Água de Boa. Também verificamos a incidência de Insuficiência Renal Crônica em Boa Vista, RR nos anos de 2008 e 2009 no serviço de faturamento do Hospital Geral de Roraima. Realizamos um bioensaio com Ratos Wistar Rattus norvegicusm, fornecido pelo Biotério da Universidade Federal de Mato Grosso do Sul. Os ratos ao término de 80 dias foram sacrificados, retirados os rins e enviados ao Laboratório Central de Roraima para confecção das lâminas histológicas e análise da lesão renal. Obtivemos concentrações de clorofórmio em todos os meses analisados. Durante o bioensaio recriamos as condições onde os ratos ingeriram dosagens diferentes de clorofórmio na água potável (100 e 300 mg/kg). Em nosso estudo elaboramos um método novo para confecção da curva analítica de calibração para o clorofórmio, sendo este um método de baixo custo de mercado e de fácil aplicação. O método proposto apresentou boa precisão e linearidade atendendo o interesse aos limites máximos estabelecidos pela Portaria 518/2004 do Ministério da Saúde, garantindo a aplicabilidade do mesmo para a análise simultânea de clorofórmio em água destinada ao consumo humano. / The public water supply in terms of quality and quantity is a growing concern of mankind, because of water scarcity and deteriorating quality of water sources. Disinfection is the primary purpose of chlorination and more common, but it appears as the by-products like THMs products of the reaction between chemicals that are used to treat oxidative and organic materials naturally present in water. Chronic kidney disease is currently an important public health problem. In Brazil, the prevalence of patients maintained on welfare programs for the control and treatment of chronic renal failure (CRF) has doubled in recent years. In Boa Vista, Roraima was not carried out any studies regarding THM levels in drinking water by sewage treatment plant. Therefore, it was necessary to identify the levels of chloroform in drinking water and check the possible relation with the incidence of chronic renal failure in the population served by ETA. We use water from the water treatment station in Boa Vista, Roraima, and these were analyzed by Solid Phase Extraction (SPE) and subsequently by spectrophotometry. Our samples were collected in January, February, March, April, May and June 2011 off the Water Treatment Plant for Good. We found the incidence of chronic renal failure in Boa Vista, in the years 2007 to 2009 in billing service General Hospital of Roraima. For the bioassay used adult females, with approximately five weeks, Wistar rats Rattus lineage norvegicusm provided by the vivarium of the Federal University of Mato Grosso do Sul mice at the end of 80 days were sacrificed, kidneys removed and sent to Central Laboratory Roraima to make the slides and histological analysis of renal injury. Obtained concentrations of chloroform in all months analyzed. During the bioassay re-create the conditions where rats ingested different doses of chloroform in drinking water (100 and 300 mg / kg). In our study we developed a new method to construct the analytical calibration curve for chloroform, which is a low-cost market and easy to apply. The proposed method showed good precision and linearity having the interest to the ceilings established by Decree 518/2004 of the Ministry of Health, ensuring the applicability thereof to the simultaneous analysis of chloroform in water intended for human consumption.

Submitted by Biblioteca de Pós-Graduação em Geoquímica BGQ (bgq@ndc.uff.br) on 2016-03-28T16:36:04Z No. of bitstreams: 1 Dissertação - Beatriz Andrade da Silva Marques.pdf: 4181094 bytes, checksum: 0f82a71603a769606e160fbeabb2e770 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-03-28T16:36:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertação - Beatriz Andrade da Silva Marques.pdf: 4181094 bytes, checksum: 0f82a71603a769606e160fbeabb2e770 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Universidade Federal Fluminense. Instituto de Química. Programa de Pós-Graduação em Geociências-Geoquímica. Niterói, RJ / O vulcanismo é um potencial agente fertilizador de via eólica para os oceanos. Para as últimas décadas, o sensoriamento remoto tem sido uma ferramenta importante no sentido de avaliar em tempo quase-real alterações de parâmetros nos oceanos durante os episódios de erupção vulcânica, em geral com alta resolução temporal e espacial. Evidências experimentais ainda são pouco reportadas, sobretudo para o hemisfério sul. Este trabalho investiga a resposta biológica decorrente do aporte das cinzas expelidas durante o evento eruptivo de 2011 do complexo vulcânico andino Puyehue-Cordón Caulle em águas do Atlântico Sul / Oceano Austral. Duas abordagens foram empregadas no estudo: (1) sensoriamento remoto orbital; e (2) experimento de fertilização em microcosmo. A investigação feita por meio de sensoriamento remoto utilizou os parâmetros satelitais Espessura Óptica de Aerossol (AOT), Concentração de Clorofila-a (CHL-a) e Temperatura da Superfície do Mar (SST), aquisitados pelo sensor MODIS/Aqua e acessados através do portal Ocean Color mantido pelo OBPG/NASA. O contexto pós-erupção foi avaliado comparando os valores dos parâmetros para o ano (2011) com o valor da série histórica criada com dados de 2002 à 2010. O bioensaio de fertilização foi realizado com as cinzas vulcânicas do evento eruptivo em questão, com tréplicas do controle e outros três tratamentos, distintos em massa de cinzas inserida, em águas coletadas no centro da Passagem de Drake. Os resultados obtidos a partir das duas abordagens deste trabalho, sensoriamento remoto e bioensaio, não são taxativos sobre o acoplamento entre a deposição das cinzas da erupção do complexo vulcânico Puyehue-Cordón Caulle e a possível ocorrência de um evento de fertilização oceânica. Através da análise por sensoriamento remoto é possível notar para o período de intensificação dos ventos de oeste do mesmo ano – primavera-verão – que há picos nas medidas de espessura óptica da atmosfera e de concentração de clorofila, que atingem valores maiores que a média histórica. Isto indica que houve aporte de material continental e que este foi suficiente para propiciar maior desenvolvimento algal no oceano. Estes resultados indicam que a poeira mineral, constituída por material de erosão continental com a contribuição dos depósitos de composições distintas de cinzas expelidas nas diversas erupções andinas, é capaz de prover micronutrientes escassos na coluna d’água ao fitoplâncton, com aumento de biomassa algal de uma comunidade fitoplanctônica não limitada por outros parâmetros (condições de irradiação suficiente, temperaturas menos baixas, camadas de mistura mais rasas e pressão de predação menos intensa). A hipótese também poderia esclarecer a falta de resultados conclusivos do bioensaio feito apenas com as cinzas, sem qualquer beneficiamento de outras fontes continentais / Volcanism is a potential agent for fertilizing by wind the oceans. In the last decades, remote sensing has been an important tool that allows evaluations of near-real-time changes in oceanographic parameters during episodes of volcanic eruptions, in general with high temporal and spatial resolution. Experimental evidences are still poorly reported, especially for the southern hemisphere. This work investigates the biological response resulting from the input of ash expelled during the 2011 eruptive event of the Andean volcanic complex Puyehue-Cordón Caulle over waters of the Atlantic Ocean / Southern Ocean. Two approaches were employed in the study: (1) remote sensing; and (2) fertilization experiment. The research carried out by means of remote sensing, used the satellite parameters Aerosol Optical Thickness (AOT), Concentration of Chlorophyll-a (CHL-a) and Sea Surface Temperature (SST), acquired by MODIS / Aqua and accessed through the Ocean Color portal maintained by OBPG / NASA. The context of post-eruption was assessed by comparing the values of the parameters for the year (2011) with the value of climatology created with data from 2002 to 2010. The fertilization bioassay was performed with volcanic ash from the considered eruption event, with rejoinders of four treatments, different in volume, in water collected in the Drake Passage. The results from the two approaches this work, remote sensing and bioassay, are not exhaustive of the coupling between the deposition of ash from the eruption of the Puyehue-Cordón volcanic complex Caulle and the possible occurrence of an ocean fertilization event. Through remote sensing analysis it is possible to note that, with the intensification period of westerly winds of the same year - spring and summer, there are peaks in aerosol optical thickness measurements of the atmosphere and in concentration of chlorophyll, which reach values higher than the historical average. This indicates that there has been input of continental material, and that this was sufficient to provide greater algal development in the ocean. These results indicate that the mineral dust, formed by continental erosion material with the contribution of deposits of different compositions of ash expelled in several Andean rash, is capable of providing scarce micronutrients in the water column to phytoplankton, with an increase of algal biomass in a phytoplankton community not limited by other parameters (sufficient irradiation conditions, less low temperatures, shallower mixing layers and less intense predation pressure). The hypothesis could also explain the lack of conclusive bioassay results done only with the ashes without any contribution of other continental sources

The prevention of outbreaks of waterborne diseases remains a major challenge to public health service providers globally. One of the major obstacles in this effort is the unavailability of on-line and real-time methods for rapid monitoring of faecal pollution to facilitate early warning of contamination of drinking water. The main objective of this study was to develop a β-glucuronidase (GUD)-based method that could be used for the on-line and real-time monitoring of microbial water quality. GUD is a marker enzyme for the faecal indicator bacteria Escherichia coli. This enzyme breaks down the synthetic substrate p-nitrophenyl-β-D-glucuronide (PNPG) to D-glucuronic acid and p-nitrophenol (PNP), which turns yellow under alkaline pH. The enzymatically produced PNP was used to detect GUD activity. In situ GUD assays were performed using running and stagnant water samples from the Bloukrans River, Grahamstown, South Africa. The physico-chemical properties of environmental GUD were determined, after which a liquid bioprobe and a microbial biosensor modified with Moraxella 1A species for the detection of the enzyme activity were developed. In order to determine the reliability and sensitivity of these methods, regression analyses for each method versus E. coli colony forming units (CFU) were performed. The storage stabilities of the bioprobe and biosensor were also investigated. The physico-chemical properties of in situ GUD were different from those of its commercially available counterpart. The temperature optimum for the former was between 35 and 40 °C while for the latter it was 45 °C. Commercial (reference) GUD had a pH optimum of 8.0 while the environmental counterpart exhibited a broad pH optimum of between pH 5.0 and 8.0. The liquid bioprobe had a limit of detection (LOD) of GUD activity equivalent to 2 CFU/100 ml and a detection time of 24 h. The method was less labour intensive and costly than the culturing method. The liquid bioprobe was stable for at least four weeks at room temperature (20 ± 2 °C). The biosensor was prepared by modifying a glassy carbon electrode with PNP degrading Moraxella 1A cells. The biosensor was 100 times more sensitive and rapid (5-20 min) than the spectrophotometric method (24 h), and was also able to detect GUD activity of viable but non-culturable cells. Thus it was more sensitive than the culturing method. Furthermore, the biosensor was selective and costeffective. The possibility of using a Pseudomonas putida JS444 biosensor was also investigated, but it was not as sensitive and selective as the Moraxella 1A biosensor. The Moraxella biosensor, therefore, offered the best option for on-line and real-time microbial water quality monitoring in South African river waters and drinking water supplies.

M.Sc. (Zoology) / Sediment contamination occurs as a result of various anthropogenic activities; mainly through mining-, agricultural- and industrial practices. Many of the contaminants arising from these activities enter the aquatic system and precipitate from the surrounding water, binding to sediment particles. In the sediment compartment, these contaminants reach concentrations much higher than in solution with the overlying water. Even though the quality of the overlying water may prove acceptable in accordance to water quality uidelines, an aquatic system may still be at risk from the contaminated sediment. If the contaminated sediment were to be disturbed through flooding, bioturbation or changes in the water chemistry, these contaminants will desorb into the water column and as a result be detrimental to life forms in contact and dependent on that water source. Monitoring sediment has been a widespread initiative internationally and has led to the development of various sediment toxicity test methods, including different bioassays. This study focused on sediment bioassays such as the Phytotoxkit-F and Ostracodtoxkit-F, and the Diptera bioassay to assess the sediment quality of the Tweelopiespruit-Rietspruit-Bloubankspruit (TRB) river system in Gauteng, South Africa. This river is known to be impacted by acid mine drainage (AMD) since late August 2002. Exposure of the bioassays to river sediment from preselected sampling sites (Site 1, closest to the mine, to Site 6, furthest from the mine, and Site 7, the reference site) provided an eco-toxicological estimation of the acute toxicity emanating from contaminants in the sediment. Physico-chemical analyses revealed high concentrations of metals and other contaminants in the water and sediment. A general linear decrease in contaminant concentrations was observed from Site 1 to Site 6. The results from the bioassays displayed a similar trend, since there were greater sensitivities (mortalities and growth inhibition) to sediments sampled closer to the mine. Due to high levels of contamination in sediments, compared to the overlying water, and the potential impact on aquatic organisms, sediment toxicity monitoring should be a compulsory requirement for environmental studies in South Africa

Often predictor variables in regression models are measured with errors. This is known as an errors-in-variables (EIV) problem. The statistical analysis of the data ignoring the EIV is called naive analysis. As a result, the variance of the errors is underestimated. This affects any statistical inference that may subsequently be made about the model parameter estimates or the response prediction. In some cases (e.g. quadratic polynomial models) the parameter estimates and the model prediction is biased. The errors can occur in different ways. These errors are mainly classified into classical (i.e. occur in observational studies) or Berkson type (i.e. occur in designed experiments). This thesis addresses the problem of the Berkson EIV and their effect on the statistical analysis of data fitted using linear and nonlinear models. In particular, the case when the errors are dependent and have heterogeneous variance is studied. Both analytical and empirical tools have been used to develop new approaches for dealing with this type of errors. Two different scenarios are considered: mixture experiments where the model to be estimated is linear in the parameters and the EIV are correlated; and bioassay dose-response studies where the model to be estimated is nonlinear. EIV following Gaussian distribution, as well as the much less investigated non-Gaussian distribution are examined. When the errors occur in mixture experiments both analytical and empirical results showed that the naive analysis produces biased and inefficient estimators for the model parameters. The magnitude of the bias depends on the variances of the EIV for the mixture components, the model and its parameters. First and second Scheffé polynomials are used to fit the response. To adjust for the EIV, four different approaches of corrections are proposed. The statistical properties of the estimators are investigated, and compared with the naive analysis estimators. Analytical and empirical weighted regression calibration methods are found to give the most accurate and efficient results. The approaches require the error variance to be known prior to the analysis. The robustness of the adjusted approaches for misspecified variance was also examined. Different error scenarios of EIV in the settings of concentrations in bioassay dose-response studies are studied (i.e. dependent and independent errors). The scenarios are motivated by real-life examples. Comparisons between the effects of the errors are illustrated using the 4-prameter Hill model. The results show that when the errors are non-Gaussian, the nonlinear least squares approach produces biased and inefficient estimators. An extension of the well-known simulation-extrapolation (SIMEX) method is developed for the case when the EIV lead to biased model parameters estimators, and is called Berkson simulation-extrapolation (BSIMEX). BSIMEX requires the error variance to be known. The robustness of the adjusted approach for misspecified variance is examined. Moreover, it is shown that BSIMEX performs better than the regression calibration methods when the EIV are dependent, while the regression calibration methods are preferable when the EIV are independent.