Hedgehog (Hh) proteins control animal development and tissue homeostasis. They activate gene expression by regulating processing, stability, and activation of Gli/Cubitus interruptus (Ci) transcription factors. Hh proteins are secreted and spread through tissue, despite becoming covalently linked to sterol during processing. Multiple mechanisms have been proposed to release Hh proteins in distinct forms; in Drosophila, lipoproteins facilitate long-range Hh mobilization but also contain lipids that repress the pathway. Here, we show that mammalian lipoproteins have conserved roles in Sonic Hedgehog (Shh) release and pathway repression. We demonstrate that lipoprotein-associated forms of Hh and Shh specifically block lipoprotein-mediated pathway inhibition. We also identify a second conserved release form that is not sterol-modified and can be released independently of lipoproteins (Hh-N*/Shh-N*). Lipoprotein-associated Hh/Shh and Hh-N*/Shh-N* have complementary and synergistic functions. In Drosophila wing imaginal discs, lipoprotein-associated Hh increases the amount of full-length Ci, but is insufficient for target gene activation. However, small amounts of non-sterol-modified Hh synergize with lipoprotein-associated Hh to fully activate the pathway and allow target gene expression. The existence of Hh secretion forms with distinct signaling activities suggests a novel mechanism for generating a diversity of Hh responses.

Presented diploma thesis is focused on testing encapsulation methods of enzymes and probiotic bacteria. In the theoretical part a summary of different encapsulation techniques used in food industry is given. Further, materials for encapsulation, above all polysaccharides are presented. Next, some procedures of encapsulation of biopolymers and microorganisms – mainly enzymes and probiotic cultures are discussed. In the experimental part methods for preparation of several types of particles based on polysaccharides and liposomes are introduced. Particles were used for encapsulation of selected hydrolytic enzymes and probiotic strains Bifidobacterium breve a Lactobacillus acidophilus. The encapsulation effectiveness was evaluated by analysis of total proteins and enzyme activities. Particles sizes and their stability in water, in selected model foods and model body fluids were observed, too. According to results obtained in this work it was found that encapsulation of enzymes into polysaccharide particles were succesfull in all types of particles (encapsulation effectivness was more than 50 %). Polysaccharide particles showed a very good stability in body fluids as well as in model foods. As the most suitable materials for enzymes encapsulation chitosan and liposomes were found. Polysaccharide particles were used also for the encapsulation of microorganisms. The stability of particles with lactic acid bacteria was similar to particles containig enzymes, very good stability was verified aslo in model foods and model body fluids. Encapsulation enables long-term stabilization of biologically active compounds as well as posibility of their transport and controlled releasing in gastrointestinal tract. Encapsulation of probiotic bacteria could preserve their viability and long-term survival until the product expiration date. Thus, encapsulation is one of the most promissing procedures for production of foods and food suplements of great quality and high additional value.

Le titane (Ti) est largement utilisé en orthopédie et médecine dentaire. Ce matériau présente d´excellentes propriétés mécaniques, est biocompatible et résiste à la corrosion. L’interaction entre les cellules et la surface d’un implant joue un rôle décisif dans l’ostéointégration. Malgré la grande variété d’études que nous trouvons dans la littérature, le comportement des cellules en contact avec des matériaux implantables comme le Ti n’est toujours pas élucidé à toutes les échelles topographiques. Notre laboratoire a développé une méthode de modification physico-chimique de la surface de métaux à intérêt médical. Cette méthode génère des surfaces nanoporeuses qui favorisent la différenciation de cellules souches, affectent le comportement cellulaire de façon différentielle, promeuvent la formation osseuse in vitro et in vivo, et qui ont une capacité antibactérienne. Afin de mieux comprendre comment cette surface influence le comportement cellulaire, nous avons étudié leur influence sur la formation et la maturation des adhésions focales (FAs, de l’anglais) et la formation des filopodes. De plus, nous avons examiné comment les caractéristiques physico-chimiques de la surface obtenue guident l’expression génique des protéines associées aux FAs et aux filopodes en utilisant différentes lignées cellulaires. Finalement, afin de mieux comprendre la biomécanique de la cellule, la force d’adhésion à la surface des filopodes a été déterminée à l’aide de la microscopie à force atomique (AFM). Des disques de Ti commercialement pur (Cp-Ti) ont été polis a fini miroir (Ti-Control), une partie des disques a été traité avec un mélange d’acide sulfurique et de peroxyde d’hydrogène pour créer une surface nanostructurée poreuse (Ti-Nano). L’influence de la nanoporosité, de la cristallinité et la mouillabilité de cette surface sur des cellules pre-ostéoblastiques de souris (MC3T3) et des bactéries a été évalué par la microscopie électronique à balayage (MEB) et par immunofluorescence (IF). Nous avons ensuite utilisé une lignée cellulaire épithéliale (CHO-K1) qui exprime la paxilline (une protéine des FAs) de type sauvage ou la paxilline avec des mutations. De plus, la force d’interaction des filopodes avec la surface a été quantifié en mesurant la force latérale nécessaire pour les déplacer avec une pointe d’AFM. Finalement, la centrifugation a été utilisée pour étudier les changements fonctionnels des cellules MC3T3. L’analyse du comportement des cellules MC3T3 sur des surfaces amorphes et cristallines n'a pas montré de différence par rapport au nombre des cellules ou la quantité des FAs. La cristallinité de la couche superficielle n’avait également aucune incidence sur l’adhésion bactérienne. Les deux lignées cellulaires utilisées ont montré une présence abondante de filopodes avec des nanoprotrusions latérales en réponse à la nanoporosité. La taille et la forme des cellules CHO-K1 ont été grandement affectées par la topographie. L’expression génique des protéines associées aux différents marqueurs des FAs et aux protrusions a été aussi significativement augmentée sur la surface nanoporeuse, quel que soit le type de cellule. Les filopodes sur Ti-Nano ont montré une plus grande résistance au détachement latéral, ce qui indique qu'ils adhèrent à la surface avec plus de force. Également, l’analyse par MEB a révélé une restructuration de la membrane cellulaire accompagnée d’un changement de la forme cellulaire après centrifugation. Parce que les mitochondries fournissent de l’énergie pour les processus cellulaires, l’organisation du réseau mitochondrial a été influencée aussi par la topographie de surface et la centrifugation. Bien qu’il ne puisse pas être exclu que la cristallinité et la mouillabilité de la surface contribuent dans une certaine mesure à déterminer le comportement des cellules, nos résultats suggèrent que les caractéristiques physiques des surfaces représentent le principal déterminant. Nous avons démontré aussi, pour la première fois, que la topographie de surface peut modifier l’interaction adhésive d’une structure subcellulaire qui est fondamentale dans la détection des caractéristiques physico-chimiques des surfaces. En conclusion, nos résultats montrent que la topographie de surface peut modifier des propriétés fondamentales dans les cellules. Dans leur ensemble, ils soulèvent la possibilité que les surfaces nanostructurées puissent être utilisées non seulement pour guider/accélérer l’intégration de biomatériaux dans des conditions normales, mais également dans des situations où l’activité cellulaire est compromise ou également pour les prothèses soumises à des charges externes, telles que les implants orthopédiques et dentaires. / Titanium (Ti) is widely used in orthopedics and dentistry. This material has excellent mechanical properties, is biocompatible and corrosion resistant. The interaction between the cells and the surface of an implant plays a key role in osseointegration. Despite the wide variety of studies found in the literature, the behavior of cells in contact with implantable materials such as Ti is not yet fully elucidated at all topographic scales. Our laboratory has developed a method for the physicochemical modification of the surface of medically relevant metals. This method generates nanoporous surfaces that promote stem cell differentiation, differentially affect cellular behavior, promote bone formation in vitro and in vivo and have antibacterial capacity. To better understand how this surface influences cell behavior, we studied their influence on the formation and maturation of focal adhesions (FAs) and filopodia formation. Furthermore, we examined how the physicochemical characteristics of the resulting surface guide the gene expression of proteins associated with FAs and filopodia using different cell lines. Finally, to better understand the biomechanics of the cell, the adhesion strength of filopodia to the surface was determined using atomic force microscopy (AFM). Commercially pure Ti discs (Cp-Ti) were polished to a mirror finish (Ti-Control), some of the polished discs were treated with a mixture of sulfuric acid and hydrogen peroxide to create a nanostructured surface (Ti-Nano). The influence of nanoporosity, crystallinity and wettability of this surface on mouse pre-osteoblastic cells (MC3T3) and bacteria was evaluated by scanning electron microscopy (SEM) and immunofluorescence. Then, to evaluate the response to nanotopography, we used an epithelial cell line (CHO-K1) that expresses wild type paxillin (a protein of FAs) or paxillin with mutations. In addition, the interaction forces of the filopodia with the surface were quantified by measuring the lateral force required to displace these structures from the surface with an AFM tip. Finally, centrifugation was used to study functional changes in MC3T3 cells. Analysis of the behavior of MC3T3 cells on amorphous and crystalline surfaces showed no difference in cell number or the number of focal adhesions. The crystallinity of the surface layers also had no effect on bacterial adhesion. Both cell lines used showed abundant presence of filopodia 4 with lateral nanoprotrusions in response to nanoporosity. The size and shape of CHO-K1 cells was greatly affected by the topography. Gene expression of proteins associated with different focal adhesion markers and protrusions was also significantly increased on the nanoporous surface, regardless of cell type. Filopodia on the Ti-Nano showed greater resistance to lateral detachment force, indicating that they adhere to the surface with greater strength. Also, SEM analysis revealed a restructuring of the cell membrane accompanied by a corresponding change in cell shape after centrifugation. Because mitochondria provide energy for cell processes, the organization of the mitochondrial network was also influenced by surface topography and centrifugation. Although it cannot be excluded that surface crystallinity and wettability contribute to some extent to determining cell behavior, our results suggest that the physical characteristics of the surfaces represent the main determinant. We have also shown for the first time that surface topography can modify the adhesive interaction of a subcellular structure that is fundamental in the detection of the physicochemical characteristics of surfaces. In conclusion, our results show that surface topography can modify fundamental properties in cells. Together, they raise the possibility that nanostructured surfaces can be used not only to guide/accelerate the integration of biomaterials under normal conditions, but also in situations where cellular activity is compromised or also for prostheses under external loads, such as orthopedic and dental implants.

Cellulose nanofibrils (CNF) is a renewable material with unique strength properties. A difficulty in CNF production is that CNF suspensions contain large amounts of water. If CNF suspension volume can be decreased by dewatering facilitated by centrifugation, then transportation costs and storage costs can be reduced. The aim of this thesis is to investigate the impact various parameters have on CNF centrifugation dewatering and identify optimal conditions for maximal water removal. A laboratory study was conducted using four materials; 2.0 w% enzymatically treated CNF (CNF1), 1.9 w% carboxymethylated CNF (CNF2) and two commercial samples (1.9 w% CNFA and 1.8 w% CNFB). The main method was analytical centrifugation up to 2330 g. Parameters tested were initial concentration before centrifugation, temperature, NaCl addition, pH, and applied solid compressive pressure (g-force and surface weight). In addition to centrifugation experiments the four materials were characterized with laser diffraction, UV-vis absorption, Dynamic light scattering, and dry weight measurements. Analysis of the experimental data collected show that increase in initial concentration give a higher final concentration, but less water is removed. Furthermore, temperature changes have no effect on separation of CNF and water. At an applied solid compressive pressure of 3 kPa and initial concentration at 1.5 w% the concentrations 5.5 w%, 1.5 w%, 4.0 w%, and 4.3 w% can be reach for CNF1, CNF2, CNFA, and CNFB respectively. After extrapolation of polynomial functions fitted to experimental data an applied solid compressive pressure of 22 kPa and initial concentration at 1:5 w%, the concentrations 9.1 w%, 1.5 w%, 6.9 w%, and 7.9 w% are predicted for CNF1, CNF2, CNFA, and CNFB respectively. The thickening of CNF suspensions achieved and predicted in this thesis implies possibilities for large amounts of water removal, e.g. the water content in a CNF1 suspension is reduced from 65.7 litres/kg CNF to 10.0 litres/kg CNF at the solid compressive pressure 22 kPa. The concentrations at 22 kPa are determined by extrapolation from experimental data <3 kPa solid compressive pressure. The carboxymethylated CNF2 can not be dewatered unless it is diluted or if salt or pH is adjusted. This is directly correlated to the electrostatic forces in the suspension and the Debye length. Addition of salt or lowered pH also eliminate any concentration gradients in diluted and centrifuged CNF2 suspensions. / Cellulosa nanofibriller (CNF) är ett förnybart material med unika styrkeegenskaper. En svårighet med produktion av CNF är att CNF suspensioner innehåller stora mängder vatten. Om volymerna av CNF suspensioner kan minskas med avvattning genom centrifugering, då kan transport- och lagerkostnader sänkas. Målet med det här examensarbetet är att undersöka vilken inverkan olika parametrar har på CNF-avvattning genom centrifugering och identifiera optimala förhållanden för maximalt avlägsnande av vatten. En laboratoriestudie utfördes på fyra olika material. De fyra materialen är 2 w% enzymatiskt behandlad CNF (CNF1), 1.9 w% karboxymetylerad CNF (CNF2) och två kommersiella prover (1.9 w% CNFA och 1.8 w% CNFB). Den huvudsakliga metoden var analytisk centrifugering upp till maximalt 2330 g. De testade parametrarna var initial koncentration innan centrifugering, temperatur, NaCl tillsats, pH, och applicerat fast kompressionstryck (g-kraft och ytvikt). Förutom centrifugeringsexperimenten så karaktäriserades the fyra mmaterialen med laser diffraktion, UV-vis absorption, dynamisk ljusspridning och vägningar av torrhalt. Analys av den experimentella data som insamlats visar att en ökad initial koncentration ger en högre slutkoncnentration, men mindre vatten kan bortföras. Temperaturförändringar har ingen effekt på separation av CNF och vatten. Vid ett applicerat fast kompressibelt tryck på 3 kPa och en initial koncentration 1.5 w% kan koncentrationerna 5.5 w%, 1.5 w%, 4.0 w%, och 4.3 w% nås för CNF1, CNF2, CNFA, och CNFB. Efter extrapolering av polynoma funktioner passad till experimentell data förutspås att koncentrationerna 9.1 w%, 1.5 w%, 6.9 w%, och 7.9 w% kan nås för CNF1, CNF2, CNFA, and CNFB vid 22 kPa och en initial koncentration på 1.5 w%. Förtjockningen av CNF suspensioner som kan, eller förutspås kunna nås genom centrifugering i det här examensarbetet innebär att det är möjligt att avlägsna stora mängder vatten, till exempel kan vatteninnehållet i CNF1 minskas från 65.7 liter/kg CNF till 10.0 liter/kg CNF vid 22 kPa fast kompressionstryck. Koncentrationerna vid 22 kPa fast kompressionstryck är extrapolerade från exprimentell data <3 kPa fast kompressionstryck. Den karboy- metylerade CNF2 kan inte avvattnas om den inte späds ut eller om salt eller pH justeras. Detta är direkt kopplat till de elektrostatiska krafterna i suspensionen och Debye längden. Tillsats av salt eller sänkt pH eliminerar också de koncentrationsgradienter som kan förekomma i utspädda centrifugerade CNF2 suspensioner.

RESUME<p>La Trypanosomiase Humain Africaine (THA) demeure un problème de santé publique pour plusieurs pays en Afrique subsaharienne. Le contrôle de la THA est basé essentiellement sur la stratégie de dépistage actif suivi du traitement des personnes infectées. Le dépistage actif est réalisé par des unités mobiles spécialisées, bien que les services de santé fixes jouent un rôle important en détectant « passivement » des cas. Le dépistage reposait jadis sur la palpation ganglionnaire mais, depuis le développement du test d’agglutination sur carte (CATT), trois possibilités se sont offertes aux programmes de contrôle à savoir: i) continuer avec la palpation ganglionnaire ii) combiner la palpation ganglionnaire avec le CATT iii) recourir au CATT seul. Certains programmes comme celui de la République Démocratique du Congo (RDC) ont opté pour la combinaison en parallèle de la palpation ganglionnaire avec le CATT. Toute personne ayant une hypertrophie ganglionnaire cervicale et/ou un CATT positif est considéré comme suspecte de la THA. Elle sera soumise aux tests parasitologiques de confirmation à cause de la toxicité des médicaments anti-THA. Les tests parasitologiques classiques sont l’examen du suc ganglionnaire (PG), l’examen du sang à l’état frais (SF), la goutte épaisse colorée (GE). La sensibilité de cette séquence a été estimée insuffisante par plusieurs auteurs et serait à la base d’une grande perte de l’efficacité de la stratégie dépistage-traitement. D’autres techniques de concentration ont été développées comme la mini-Anion Exchange Concentration Technique (mAECT), la Centrifugation en Tube Capillaire (CTC) et le Quantitative Buffy Coat (QBC), mais ces techniques de concentration ne sont pas utilisées en routine. <p>En RDC, une interruption des activités de contrôle en 1990 a eu comme conséquence une réémergence importante de la maladie du sommeil. Depuis 1998 les activités de contrôle ont été refinancées de manière structurée. <p>Ce travail vise deux buts à savoir le plaidoyer pour la continuité des activités de contrôle et la rationalisation des stratégies de contrôle. Nous avons évalué l’évolution de la maladie du sommeil en rapport avec le financement, son impact sur les ménages ainsi que la communauté. L’exercice de rationalisation a porté sur les outils de dépistage et de confirmation. Nous avons d’abord évalué la validité des tests, leur faisabilité ainsi que les coûts et ensuite nous avons effectué une analyse décisionnelle formelle pour comparer les algorithmes de dépistage et pour les tests de confirmation.<p>Pendant la période de refinancement structurel de la lutte contre la THA en RDC (1998-2003), le budget alloué aux activités a été doublé lorsqu’on le compare à la période précédente (1993-1997). Le nombre des personnes examinées a aussi doublé mais par contre le nombre des nouveaux cas de THA est passé d’un pic de 26 000 cas en 1998 à 11 000 en 2003. Le coût par personne examinée a été de 1,5 US$ et celui d’un cas détecté et sauvé à 300 US$. Pendant cette période, les activités ont été financées par l’aide extérieure à plus de 95%. Cette subvention pourrait laisser supposer que l’impact de la THA au niveau des ménages et des communautés est réduit mais lorsque nous avons abordé cet aspect, il s’est avéré que le coût de la THA au niveau des ménages équivaut à un mois de leur revenu et que la THA fait perdre 2145 DALYs dans la communauté. L’intervention par la stratégie de dépistage-traitement a permis de sauver 1408 DALYs à un coût de 17 US$ par DALYs sauvé. Ce coût classe l’intervention comme « good value for money ».<p>Le recours au CATT seul s’est avéré comme la stratégie la plus efficiente pour le dépistage actif. Le gain marginal lorsque l’on ajoute la palpation ganglionnaire en parallèle est minime et n’est pas compensé par le coût élevé lié à un nombre important des suspects soumis aux tests parasitologiques. Les techniques de concentration ont une bonne sensibilité et leur faisabilité est acceptable. Leur ajout à l’arbre classique améliore la sensibilité de 29 % pour la CTC et de 42% pour la mAECT. Le coût de la CTC a été de 0,76 € et celui de la mAECT de 2,82 €. Le SF a été estimé très peu sensible. L’algorithme PG- GE-CTC-mAECT a été le plus efficient avec 277 € par vie sauvée et un ratio de coût-efficacité marginal de 125 € par unité de vie supplémentaire sauvée. L’algorithme PG-GE-CATT titration avec traitement des personnes avec une parasitologie négative mais un CATT positif à un seuil de 1/8 devient compétitif lorsque la prévalence de la THA est élevée.<p>Il est donc possible dans le contexte actuel de réduire la prévalence de la THA mais à condition que les activités ne soient pas interrompues. Le recours à un algorithme recourant au CATT dans le dépistage actif et à la séquence PG-GE-CTC-mAECT est le plus efficient et une efficacité de 80%. La faisabilité et l’efficacité peut être différent d’un endroit à l’autre à cause de la focalisation de la THA. Il est donc nécessaire de réévaluer cet algorithme dans un autre foyer de THA en étude pilote avant de décider d’un changement de politique. Le recours à cet algorithme implique un financement supplémentaire et une volonté politique. <p><p><p>SUMMARY<p>Human African Trypanosomiasis (HAT) remains a major public health problem affecting several countries in sub-Saharan Africa. HAT control is essentially based on active case finding conducted by specialized mobile teams. In the past the population screening was based on neck gland palpation, but since the development of the Card Agglutination Test for Trypanosomiasis (CATT) three control options are available to the control program: i) neck gland palpation ii) CATT iii) neck gland palpation and CATT done in parallel .Certain programs such as the one in DRC opted for the latter, combining CATT and neck gland palpation. All persons having hypertrophy of the neck gland and/or a positive CATT test are considered to be a HAT suspect. Confirmation tests are necessary because the screening algorithms are not 100 % specific and HAT drugs are very toxic. The classic parasitological confirmation tests are lymph node puncture (LNP), fresh blood examination (FBE) and thick blood film (TBF). The sensitivity of this combination is considered insufficient by several authors and causes important losses of efficacy of the screening-treatment strategy. More sensitive concentration methods were developed such as the mini Anion Exchange Concentration Techniques (mAECT), Capillary Tube Centrifugation (CTC) and the Quantitative Buffy Coat (QBC), but they are not used on a routine basis. Main reasons put forward are low feasibility, high cost and long time of execution. <p>In the Democratic Republic of Congo, HAT control activities were suddenly interrupted in 1990 and this led to an important re-emergence or the epidemic. Since 1998 onwards, control activities were financed again in a structured way.<p>This works aims to be both a plea for the continuation of HAT control as well as a contribution to the rationalization of the control strategies. We analyzed the evolution of sleeping sickness in the light of its financing, and we studied its impact on the household and the community. We aimed at a rationalization of the use of the screening and confirmation tools. We first evaluated the validity of the tests, their feasibility and the cost and we did a formal decision analysis to compare screening and confirmation algorithms. <p>The budget allocated to control activities was doubled during the period when structural aid funding was again granted (1998-2003) compared with the period before (1993-1997). The number of persons examined per year doubled as well but the number of cases found peaked at 26 000 in 1998 and dropped to 11 000 in the period afterwards. The cost per person examined was 1.5 US$ and per case detected and saved was 300 US$. The activities were financed for 95 % by external donors during this period. This subvention could give the impression that the impact of HAT on the household and the household was limited but when we took a closer look at this aspect we found that the cost at household level amounted to one month of income and that HAT caused the loss of 2145 DALYs in the community. The intervention consisting of active case finding and treatment allowed to save 1408 DALY’s at a cost of 17 US$ per DALY, putting the intervention in the class of “good value for money”. <p>The use of CATT alone as screening test emerged as the most efficient strategy for active case finding. The marginal gain when neck gland palpation is added is minor and is not compensated by the high cost of doing the parasitological confirmation test on a high number of suspected cases. The concentration methods have a good sensitivity and acceptable feasibility. Adding them to the classical tree improves its sensitivity with 29 % for CTC and with 42 % for mAECT. The cost of CTC was 0.76 US$ and of mAECT was 2.82 US$. Sensitivity of fresh blood examination was poor. The algorithm LNP-TBF-CTC-mAECT was the most efficient costing 277 Euro per life saved and a marginal cost effectiveness ratio of 125 Euro per supplementary life saved. The algorithm LNP-TBF-CATT titration with treatment of persons with a negative parasitology but a CATT positive at a dilution of 1/8 and more becomes competitive when HAT prevalence is high. <p>We conclude that it is possible in the current RDC context to reduce HAT prevalence on condition that control activities are not interrupted. Using an algorithm that includes CATT in active case finding and the combination LNP-TBF-CTC-mAECT is the most efficient with an efficacy of 80 %. Feasibility and efficacy may differ from one place to another because HAT is very focalized, so it is necessary to test this novel algorithm in another HAT focus on a pilot basis, before deciding on a policy change. Implementation of this algorithm will require additional financial resources and political commitment.<p><p> / Doctorat en Sciences de la santé publique / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Foi pesquisada a aplicação de métodos, em nível de laboratório, através dos quais é possível otimizar, tratar e dispor resíduos de lavagem de filtros de estações de tratamento de água (Caso ETA do rio Descoberto - ETA-RD Brasília). Na clarificação da água de lavagem dos filtros, observou-se o efeito favorável da adição de polímero para melhorar a separação líquido-sólido é, portanto, as eficiências de remoção de turbidez, cor aparente, sólidos suspensos e coliformes totais. Observou-se melhor sedimentabilidade do lodo a ser desaguado. Os ensaios de centrifugação, em escala de bancada, mostraram que o método aplicado auxilia na determinação da dosagem a ser usada numa centrífuga em escala real. Foram avaliados três métodos de disposição do lodo adensado da ETA-RD em ETE: 1) sedimentação com esgoto sanitário e posterior digestão anaeróbia do lodo; 2) Digestão anaeróbia e 3) digestão aeróbia. Os melhores resultados foram obtidos com a digestão anaeróbia. Os estudos realizados mostraram que há diversas alternativas de tratamento e disposição desses resíduos, mas é necessário, sempre que possível, a avaliação das diferentes alternativas para selecionar a(s) mais apropriada(s) a cada caso em particular, pois fatores como custos e disponibilidade de de sistemas ou equipamentos, definirão a aplicabilidade ou não de determinado método. / It was researched the application of methods on laboratory bench scale to optimize the reuse, treatment and disposal of wastes from filter backwash of Water Treatment Plant - WTP (WTP-RD Descoberto River, Brasília case). In the clarification process of this waste, favorable effect of addition of polymer for best liquid-solid separation and, thus, better removal efficiencies of turbidity, apparent color, suspended solids and total coliforms was observed. Better sedimentability of the sludge occurred. The centrifugation tests showed that the applied method help on determination of dosagem to be used in full scale. Three methods to dispose thickened sludge of WTP-RD on wastewater treatment Plants - WWTP were evaluated: 1) Sedimentation with domestic sewage and anaerobic digestion of sludge; 2) Anaerobic digestion and 3) Aerobic digestion. Best results were obtained with anaerobic digestion. The results showed that there are alternatives of treatment and disposal of wastes of WTP, but is necessary, if possible, to make the evaluation of this alternatives to select the most appropriate(s) in each case because factors as costs, systems or equipments availability, will define the applicability or not of a particular method.

Ziel der Arbeit war es, die Eignung des Coulter Counters für das Eutergesundheitsmonitoring zu untersuchen. Hierfür wurde, als Voraussetzung für den Einsatz des Coulter Counters in der prozessnahen Milchuntersuchung, eine Probenaufbereitungsmethode entwickelt. Diese ermöglicht es durch Überkopfzentrifugation mit hoher Geschwindigkeit (1600 × g; 4 °C; 15 Minuten) die Proben binnen weniger Minuten so aufzubereiten, dass sie im Coulter Counter gemessen werden können. Die Überkopfzentrifugation garantiert dabei die Messbarkeit der Zellen sowohl des Zellpellets auch des Überstands ohne Fettrückstände in der Probe. Es wurde festgestellt, dass sich die Partikelgrößenverteilung im Falle einer Mastitis deutlich verändert. Basierend auf den Partikelgrößenverteilungsdaten konnten mittels eines Trainingsdatensatzes Algorithmen zur Differenzierung des Gesundheitsstatus entwickelt werden. Die Zuordnung des Gesundheitsstatus konnte im Testdatensatz mit einer Spezifität von 100 % für den Status „gesund“, 96,9 % für den Status „subklinisch erkrankt“ und 91,2 % für den Status „erkrankt“ nachgewiesen werden. / The aim of this study was, to examine the suitability of the Coulter Counter for udder health monitoring. Therefore a sample preparation method was developed as precondition for using the Coulter Counter for online Monitoring. The preparation method allows to prepare the samples within a few minutes to make them measurable in the Coulter Counter. For this a high speed centrifugation in overhead position is used (1600 × g; 4 °C; 15 min). This guarantees to measure the cells of the cell pellet as well as of the supernatant, without any fat particles in the sample. It could be shown that the particle size distribution changes during a mastitis. Based on the data of the particle size distribution algorithms to differentiate the udder health status could be developed. The classification of the udder health status could be done with a specifity of 100 % for the status healthy, 96.6 % for the status subclinical infected and 91.2 % for the status clinical infected.

Mitochondriopathien sind Multisystemerkrankungen die durch verschiedene Defekte in den Energie (ATP) produzierenden Stoffwechselwegen der Mitochondrien verursacht sind. Will man Mitochondriopathien auf molekularer Ebene diagnostizieren, stößt man auf folgende Schwierigkeiten: (A) Ungefähr 1000 Gene sind an der Biogenese des Mitochondriums beteiligt. Die Dysfunktion jedes einzelnen dieser Gene kann potentiell zur Mitochondriopathie führen. (B) Mitochondriale Proteine werden durch zwei Genome, durch die mitochondriale und durch die nukleäre DNA kodiert. (C) Die klinischen Symptome der Patienten weisen selten auf die molekulare Diagnose, da der Phänotyp oft nur auf einem sekundären Energiemangel beruht. In der Regel besteht keine sichere Genotyp-Phänotyp-Relation. Mit den gegenwärtig zur Verfügung stehenden Methoden lassen sich bei nur 20% der Patienten Mutationen finden. Wir wollten daher eine neue Screening-Methode entwickeln, mit deren Hilfe wir hoffen, die Aufspürungsrate für mitochondriale Mutationen zu erhöhen. Die Gesamtheit der Proteine einer Organelle oder einer ganzen Zelle (ihr "Proteom") stellt das Verbindungsglied zwischen Geno- und Phänotyp dar. Aus diesem Grunde wollten wir das mitochondriale Proteom von gesunden Kontrollpersonen und von Patienten mit Mitochondriopathien untersuchen. Protein-Muster, die zwischen diesen beiden Gruppen abweichen, könnten die Aufmerksamkeit auf Gene und Proteine richten, die an der Entstehung des Krankheits-Phänotyps beteiligt sind. Um solch eine vergleichende Studie durchzuführen, muß zunächst eine Referenzkarte des normalen mitochondrialen Proteoms erstellt werden. In meinem Dissertationsprojekt habe ich diese grundlegende Arbeit durchgeführt und zahlreiche Proteine auf der Proteomkarte menschlicher Mitochondrien identifiziert, die aus Epstein-Barr-Virus-transformierten lymphoblastoiden Zellen gewonnen worden waren. Ich wählte diese Zellsorte als Untersuchungsmaterial, da sie nicht nur einfach von Patienten gewonnen werden, sondern auch potentiell permanent wachsen kann. Dies erlaubt die Züchtung einer hohen Zellzahl ohne übermäßigen Aufwand. Ich optimierte ein Protokoll zur Zentrifugation in einem hybriden Gradienten, mit dem genug gereinigte Mitochondrien aus 108 Zellen gewonnen werden konnten. Für die Referenzkarte benutzte ich die lymphoblastoide Zellline einer gesunden Kontrollperson. Die Methode der Wahl zur Proteinidentifikation in Proteom-Projekten ist die zweidimensionale Proteinelektrophorese gekoppelt mit der MALDI-TOF-Massenspektrometrie. Ich entdeckte mehr als 400 Punkte in meinem silbergefärbten zweidimensionalen Gel und analysierte die 141 stärksten Punkte nach in-gel Trypsin-Verdau und anschließender MALDI-TOF-Massenspektrometrie in einem Verfahren, das als "Peptide Mass Fingerprinting" (Peptidmassen-Fingerabdruck) bezeichnet wird. Mit Hilfe entsprechender Datenbanken konnte ich schließlich 115 verschiedene Proteinpunkte (entsprechen 95 verschiedenen Proteinen) identifizieren. 90 dieser Punkte (entsprechend 74 verschiedenen Proteinen) waren sicher mitochondrialer Herkunft und sind Komponenten aller wesentlichen im Mitochondrium lokalisierten Stoffwechselwege. 16 der 74 identifizierten mitochondrialen Proteine gehören zur Atmungskette. Obwohl 18 mitochondriale Proteine in der Datenbank SWISS-PROT als "Membran-assoziiert" annotiert sind, identifizierte ich nur vier Proteine mit sicheren Transmembrandomänen. Ich entdeckte keine der 13 durch die mitochondriale DNA kodierten Proteine, die alle stark hydrophobe Membranproteine sind. Andere Forscher sind bei dem Versuch diese Proteine zu identifizieren, auf die gleichen Schwierigkeiten gestoßen. Mit meiner Dissertationsarbeit habe ich unsere eigene Datenbank und Referenzkarte des mitochondrialen Proteoms lyphoblastoider Zellen erstellt. Diese Daten ermöglichen nun die Analyse des mitochondrialen Proteoms von Patienten. Meine weiteren Untersuchungen auf diesem Gebiet werden sich nun auf die genetische Variabilität des Proteoms gesunder Kontrollpersonen und auf das Proteom der Patienten mit Mitochondriopathien beziehen. / Mitochondrial disorders are multisystem diseases that can be caused by any defect in the energy (ATP) generating pathways in the mitochondria. The difficulty in diagnosing mitochondrial diseases on the molecular level arises from several obstacles: (A) About 1000 genes are involved in the biogenesis of mitochondria. The dysfunction of each of them may potentially cause mitochondriopathy. (B) The mitochondrial proteins are encoded by two genomes: the mitochondrial DNA and the nuclear DNA. (C) The clinical symptoms of the patients rarely suggest a molecular diagnosis since in most cases, the phenotype is a secondary phenomenon to energy depletion. Generally there is no genotype-phenotype relation. Based on current diagnostic methods in only 20% of the patients a mutation can be found. We therefore wanted to develop a new screening method by which we hope to increase the identification rate. Since the numerous proteins of an organelle or of a whole cell (its "proteome") connect the genotype with the phenotype, we set out to study the proteome of the mitochondrion in healthy individuals and in patients with mitochondrial diseases. Deviating protein patterns between the two individuals could direct the attention to disease-specific proteins and genes, which might be involved in the expression of a disease-phenotype. In order to perform such a comparison I first had to establish a normal reference map. In my dissertation project I performed this basic task and identified numerous mitochondrial proteins on the proteome-map of human mitochondria, which had been extracted from lymphoblastoid cells. I selected Epstein-Barr-Virus-transformed lymphoblastoid cells as samples not only because they are easily obtained from patients, but also due to their potential permanent growth. This approach allows the cultivation of high cell numbers without excessive expenditure of work and cost. I optimized a protocol for hybrid gradient centrifugation, by which enough mitochondria can be purified from 108 cells. I used a cultured lymphoblastoid cell line from a normal control patient and isolated mitochondria from it by using hybrid gradient centrifugation. In proteomics the combination of the high-resolution two-dimensional electrophoresis and matrix assisted laser desorption/ionization-time-of-flight-mass spectrometry (MALDI-TOF-MS) is currently the method of choice for protein identification. I detected more than 400 spots in a silver-stained two-dimensional gel. I analyzed the 141 strongest spots of it by trypsin in gel digestion and subsequent MALDI-TOF mass spectrometry in a process termed "peptide mass fingerprinting". After database search, I finally identified 115 protein spots (corresponding to 95 different proteins), 90 of which (corresponding to 74 different proteins) are of confirmed mitochondrial origin. These identified proteins are components of the main biological pathways located in the mitochondrion. 16 of the 74 identified mitochondrial proteins belong to the respiratory chain. Despite the fact that 18 mitochondrial proteins are annotated in the SWISS-PROT-database as "membrane associated proteins", only four of them have clear transmembrane domains. None of the proteins encoded by the mitochondrial DNA could be detected. All of them are hydrophobic membrane proteins. A similar difficulty in resolving these proteins was encountered by other research groups. With my dissertation I established our own database and reference map of the mitochondrial proteome of lymphoblastoid cells. These data will facilitate the analysis of the mitochondrial proteome in patients. My future research based on this dissertation will mainly focus on the genetic variation of the proteome of healthy individuals and on patients with mitochondrial diseases.

Foi pesquisada a aplicação de métodos, em nível de laboratório, através dos quais é possível otimizar, tratar e dispor resíduos de lavagem de filtros de estações de tratamento de água (Caso ETA do rio Descoberto - ETA-RD Brasília). Na clarificação da água de lavagem dos filtros, observou-se o efeito favorável da adição de polímero para melhorar a separação líquido-sólido é, portanto, as eficiências de remoção de turbidez, cor aparente, sólidos suspensos e coliformes totais. Observou-se melhor sedimentabilidade do lodo a ser desaguado. Os ensaios de centrifugação, em escala de bancada, mostraram que o método aplicado auxilia na determinação da dosagem a ser usada numa centrífuga em escala real. Foram avaliados três métodos de disposição do lodo adensado da ETA-RD em ETE: 1) sedimentação com esgoto sanitário e posterior digestão anaeróbia do lodo; 2) Digestão anaeróbia e 3) digestão aeróbia. Os melhores resultados foram obtidos com a digestão anaeróbia. Os estudos realizados mostraram que há diversas alternativas de tratamento e disposição desses resíduos, mas é necessário, sempre que possível, a avaliação das diferentes alternativas para selecionar a(s) mais apropriada(s) a cada caso em particular, pois fatores como custos e disponibilidade de de sistemas ou equipamentos, definirão a aplicabilidade ou não de determinado método. / It was researched the application of methods on laboratory bench scale to optimize the reuse, treatment and disposal of wastes from filter backwash of Water Treatment Plant - WTP (WTP-RD Descoberto River, Brasília case). In the clarification process of this waste, favorable effect of addition of polymer for best liquid-solid separation and, thus, better removal efficiencies of turbidity, apparent color, suspended solids and total coliforms was observed. Better sedimentability of the sludge occurred. The centrifugation tests showed that the applied method help on determination of dosagem to be used in full scale. Three methods to dispose thickened sludge of WTP-RD on wastewater treatment Plants - WWTP were evaluated: 1) Sedimentation with domestic sewage and anaerobic digestion of sludge; 2) Anaerobic digestion and 3) Aerobic digestion. Best results were obtained with anaerobic digestion. The results showed that there are alternatives of treatment and disposal of wastes of WTP, but is necessary, if possible, to make the evaluation of this alternatives to select the most appropriate(s) in each case because factors as costs, systems or equipments availability, will define the applicability or not of a particular method.

Récemment Franzetti et al. ont découvert un nouveau type de protéases auto-compartimentées indépendantes d'énergie dans les archaeas. Les particules ont été appelées TET pour leurs structures tridimensionnelles tétraédriques. Les TETs forment de grands complexes d'un poids moléculaire d'environ 500kDa. Leur rôle dans l'organisme est pourtant inconnu. Dans P. horikoshii, une Archaea hyperthermophile de la mer profonde, trois protéases TET ont été identifiées (PhTET1, 2 et 3). Nous avons exprimé et purifié PhTET3 recombinante. L'enzyme a été caractérisée biochimiquement et nous avons déterminé la structure d'un complexe de PhTET3 de 12 sous-unités par cristallographie aux rayons X. Afin de mieux comprendre son rôle physiologique potentiel et de s'assurer pourquoi il y a trois protéases TET dans P. horikoshii, la structure et les propriétés enzymatiques de PhTET3 ont été comparées à celles de deux autres protéases TET déjà caractérisées. Puisque l'auto-compartimentage joue un rôle important dans le fonctionnement et la régulation des protéases, les facteurs commandant l'oligomérisation de PhTET3 in vitro ont été étudiés par ultracentrifugation analytique et diffusion de neutrons aux petits angles. Finalement, dans des états physiologiques de mer profonde, l'enzyme est exposée à la haute température (jusqu'à 100°C) et à la haute pression. Afin d'étudier les limites de la stabilité de grands assemblages macromoléculaires, la structure à basse résolution et l'activité enzymatique de PhTET3 ont été mesurées à hautes pressions et à hautes températures en utilisant la diffusion des rayons X aux petits angles et la spectrophotométrie à haute pression. Au total, ces études ont indiqué que les protéases TET de P. horikoshii forment un système intégré de dégradation de peptides et que PhTET3 montre une stabilité exceptionnelle à haute pression et à haute température aussi bien que des propriétés enzymatiques associées aux conditions environnementales.