Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Cystic echinococcosis (CE) is a zoonotic disease caused by Echinococcus genus. The larval stage (hydatid cyst) of the parasite causes serious public health problems, and affects various species of animals, causing economic losses to the meat industry. This study aimed to identify samples of fertile hydatid cysts in cattle and characterize them molecularly, analyzing in vitro and ex vivo Melaleuca alternifolia oil activity (tea tree oil - TTO) and its formulation in nanoemulsion (NE-TTO) and saris an (terpinen 4-ol) front to protoscolices of Echinococcus spp. Two thousand three hundred and ninety-six samples with cysts derived from an abattoir in the central region of the RS were analyzed, where 295 samples were classified as hydatid cysts by the presence of protoscolices. In PCR reactions for the 12S gene, 251 positive samples were identified for the group of genotypes G5/G6/G7 (E. ortleppi/ E. canadensis) and 40 samples for the G1 genotype (E. granulosus sensu stricto). In PCR subsequently, 250 samples were positive for G5 (E. ortleppi) and one sample for G7 (E. canadensis). A sample (n=12) of PCR products using the region of cox I gene, which was sequenced and compared with samples deposited in Genbank. Phylogenetic analysis identified three distinct groups E1, E2 and E3, which were grouped in sequences with greater similarity. The organ most affected by echinococcosis in cattle was the lung. After confirming the fertility of the cyst, protoscolices were removed and evaluated for viability using eosin 0.1%. For in vitro testing, concentrations of 2.5, 5 and 10 mg/mL of TTO, 10mg/mL of NE-TTO and 1, 1.5 and 2 mg/mL of terpinen-4-ol were analyzed front to protoscolices of E. ortleppi previously identified, in times of 5, 10, 15 and 30 minutes. For ex vivo test, TTO 10mg/mL and 20mg/mL was injected directly into hydatid cysts of E. ortleppi (n = 20) at times of 5, 15 and 30 minutes, and for each time one aliquot of protoscolices was removed for feasibility detection and implementation of PCR to confirm the species involved in the parasitism. Results of this in vitro study showed the protoscolicidal effect of M. alternifolia in all tested formulations and concentrations. Terpinen-4-ol (2mg/mL) had a better action when compared with the highest concentration of pure oil (TTO 10mg/mL). Nanoemulsion formulations (10mg/mL) showed a good activity front to the protoscolices. In ex vivo analysis, TTO (20mg/mL) showed 100% protoscolicidal action in hydatid cyst in 15 minutes. This study is pioneer in Brazil in identifying the potent effect of protoscolicidal M. alternifolia front protoscolices of E. ortleppi, being this kind of Echinococcus genus responsible for most fertile hydatid cysts analyzed in cattle in RS. / A equinococose cística (EC) é uma infecção zoonótica causada por parasito do gênero Echinococcus. O estágio larvário (cisto hidático) do parasito causa sérios problemas de saúde pública, além de acometer várias espécies de animais, ocasionando prejuízos econômicos à indústria de carnes. Neste contexto, o objetivo desse estudo foi identificar amostras de cistos hidáticos férteis em bovinos e caracterizá-las molecularmente, além de analisar in vitro e ex vivo a atividade anti-helmíntica do óleo de Melaleuca alternifolia (TTO), bem como sua formulação em nanoemulsão (NE-TTO) e seu componente majoritário (terpinen 4-ol) frente aos protoescóleces de Echinococcus spp. Foram analisadas 2396 amostras de cistos oriundos de bovinos abatidos em frigorífico da região central do RS, onde 295 amostras foram classificadas como cistos hidáticos pela presença de protoescóleces. Nas reações de PCR para o gene 12S, pode-se identificar 251 amostras positivas para o grupamento de genótipos G5/G6/G7 (E. ortleppi/ E. canadensis) e 40 amostras para o genótipo G1 (E. granulosus sensu stricto). Em subsequente PCR foram identificadas 250 amostras positivas para G5 (E. ortleppi) e uma amostra positiva para G7 (E. canadensis). Uma amostragem (n=12) dos produtos de PCR utilizando o gene da região cox I, foi sequenciada e comparada com amostras depositadas no Genbank. A análise filogenética identificou três grupos distintos E1, E2 e E3, onde agruparam-se sequências com maior similaridade. O órgão mais acometido pela parasitose em bovinos foi o pulmão. Após a confirmação da fertilidade do cisto, os protoescóleces foram retirados e avaliados quanto à viabilidade utilizando eosina 0.1%. Para o teste in vitro, concentrações de 2.5, 5 e 10mg/ml de TTO, 10mg/ml de NE-TTO e 1, 1.5 e 2mg/ml de Terpinen 4-ol foram analisadas frente aos protoescóleces de E. ortleppi previamente identificados, nos tempos de 5, 10, 15 e 30 minutos. Para o teste ex vivo, TTO 10mg/ml e 20mg/ml foi injetado diretamente em cistos hidáticos de E. ortleppi (n=20) nos tempos de 5, 15 e 30 minutos, para cada tempo foi retirada uma alíquota de protoescóleces para detecção da viabilidade e realização do PCR para confirmação da espécie envolvida na parasitose. Os resultados deste estudo in vitro indicaram efeito protoescolicida de M. alternifolia em todas as formulações e concentrações testadas. O Terpinen 4-ol (2mg/ml) obteve uma melhor ação quando comparado com a maior concentração testada do óleo puro (TTO 10mg/ml). As formulações em nanoemulsão (10mg/ml) demonstraram atividade frente aos protoescóleces. Na análise ex vivo, TTO (20mg/ml) apresentou 100% de ação protoescolicida no cisto hidático em 15 minutos. O presente estudo torna-se pioneiro no Brasil a identificar o potente efeito protoescolicida de M. alternifolia frente aos protoescóleces de E. ortleppi, sendo essa espécie do gênero Echinococcus a responsável pela maior parte dos cistos hidáticos férteis analisados em bovinos no RS.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Echinococcosis is a zoonotic infection caused by a metacestóide belonging to the family Taeniidae genus Echinococcus. The larval stage (hydatid cyst) of the parasite causes serious public health problems, and achieves several species of animals, including livestock production, leading to economic losses to the meat industry. Echinococcosis is considered endemic in many countries and in South America the most affected countries are Argentina, Uruguay, Peru, Bolivia, Chile and southern part of Brazil. In the State of Rio Grande do Sul (RS), especially border regions with Argentina and Uruguay, there is a higher prevalence of cases affecting mainly sheep and cattle, consisting Echinococcus granulosus the most prevalent specie. The parasite control should be based on adequate knowledge of the transmission cycle and taxonomy of the parasite. It is essential to predictive epidemiological surveillance, in cases of disease, the determination of appropriate treatment actions. The identification of species and strains within the genus, as well as recognition of the geographical area infested by the parasite is essential for the establishment of programs to control equinococosis. Molecular tools are used in the identification and characterization of this parasite due to be quick, efficient and safe techniques, favoring an accurate diagnosis of the disease and assisting in the development of control programs, as well as in the prevention of cystic echinococcosis. Given the importance of epidemiological data of cystic echinococcosis in the state of RS, this study aimed to perform the identification and molecular characterization of cysts in swine viscera, in order to identify sources of cystic echinococcosis in rural properties belonging to the central / north areas of Rio Grande do Sul, as well as characterize the species and strains present in the hydatid cysts evaluated. For that, the present work analyzed viscera of swines from a slaughterhouse located in the central/north region of RS. A total of 3,101,992 swines were slaughtered from January 2008 to January 2012 in its facilities. Of these, 58 animals presented cysts, which had morphology compatible with hydatid cyst. Molecular and macroscopic analyses of the cysts were carried out. To perform the PCR (polymerase chain reaction), a gene fragment of mitochondrial cytochrome c oxidase subunit I (COX-I) was used. Macroscopic analysis showed cysts of varying sizes and shapes. Molecular characterization showed up: Echinococcus spp. (10.3%), Taenia hydatigena (56.9%) and inconclusive (32.8%). For molecular analysis, the neighbor-joining method was used, which identified two distinct groups characterized within species Echinococcus granulosus sensu lato. E. granulosus sensu stricto G1 strain was identified in 2 samples and E. canadensis strain G7 in 3 samples. With this results stands out the epidemiological role of swines, acting as an intermediate host of Echinococcus spp. and their potential for transmission of strains to humans in southern Brazil. Thus, it is necessary a constantly vigilance and an accurate identification of cysts, avoiding then, unreliable results, and allowing to follow up the spread of cystic echinococcosis in the State of RS. / Equinococose é uma infecção zoonótica causada por um metacestóide pertencente à família Taeniidae e gênero Echinococcus. O estágio larvario (cisto hidático) do parasito causa sérios problemas de saúde pública, além de atingir várias espécies de animais, acarretando prejuísos econômicos à indústria de carnes. A equinococose é considerada endêmica em alguns países, sendo que na América do Sul os países mais acometidos são Argentina, Uruguai, Peru, Bolívia, Chile e parte sul do Brasil. No Rio Grande do Sul (RS), principalmente em regiões de fronteira com Argentina e Uruguai, há uma ocorrencia maior de casos, acometendo preferencialmente ovinos e bovinos, sendo que a espécie prevalênte no estado é o Echinococcus granulosus. O controle do parasito deve ser baseado no adequado conhecimento do ciclo de transmissão e de sua taxonomia, sendo essencial à vigilância epidemiológica preditiva. A identificação da espécies e cepas dentro do gênero Echinococcus, assim como o reconhecimento de áreas geográficas contaminadas pelo parasito é essencial para o estabelecimento de programas de controle da equinococose. As ferramentas moleculares são utilizadas na identificação e caracterização deste parasito com rapidez, eficácia e segurança, favorecendo um diagnóstico preciso desta enfermidade. Diante da importância de dados epidemiológicos acerca da equinococose cística no estado de RS, este estudo teve como objetivo, realizar a identificação e a caracterização molecular de cistos em vísceras suínas, a fim de localizar possíveis focos da equinococose cística em propriedades rurais na região centro/norte do Rio Grande do Sul, bem como caracterizar a espécie e cepa presente nos cistos hidáticos. Neste trabalho foram analisadas vísceras suínas oriundas de frigoríficos da região centro/norte do RS. Um total de 3.101.992 suínos foram abatidos na região estudada no período de janeiro de 2008 a 2012, destes, 58 animais continham cistos, apresentando morfologia compatível com cisto hidático. Foram realizadas análises macroscópicas e moleculares em todos os cistos encontrados. Para a realização da PCR (reação em cadeia da polimerase) utilizou-se um fragmento do gene mitocondrial citocromo c oxidase subunidade I (cox-I). Análise macroscópica constatou cistos de formas e tamanhos variados. Na caracterização molecular, evidenciou-se Echinococcus spp. (10,3%), Taenia hydatigena (56,9%) e inconclusivos (32,8%). Para análise molecular empregou-se o método de Neighbor-Joining, onde identificou-se dois grupos distintos caracterizados dentro da espécie Echinococcus granulosus sensu lato. O E. granulosus stricto sensu cepa G1 foi identificado em 2 amostras e E. canadensis cepa G7 em 3 amostras. Os resultados evidenciam o papel epidemiológico dos suínos, atuando como hospedeiro intermediário de Echinococcus granulosus sensu lato e seu potencial na transmissão de cepas infectantes para humanos no sul do Brasil. Desta forma é necessário uma monitorização constante e rigorosa identificação de cistos, evitando resultados não fidedignos, a fim de monitorar a propagação da equinococose cística no estado do RS.

A hidatidose policística é uma zoonose causada pelo cestóide Echinococcus vogeli, amplamente distribuído no norte do Brasil. Os hospedeiros definitivos são Speothos venaticus (cachorro-vinagre) e Canis familiaris (cães domésticos), enquanto Agouti paca (paca) é hospedeiro intermediário. Tanto as pacas quanto o homem (hospedeiro acidental) desenvolvem a forma larvar (metacestóide), principalmente na superfície e no interior do fígado. Esta tese tem como objetivo geral estudar as características parasitológicas e histopatológicas de metacestóides de E. vogeli, originários de pacas e humanos da região norte do Brasil, visto o conhecimento insuficiente ou mesmo o seu desconhecimento. Os fígados e mesentérios foram obtidos de oito pacientes com hidatidose policística durante ato cirúrgico na Fundação Hospital Estadual do Acre. Pacas foram capturadas no Município de Bujari, Floresta Estadual do Antimary, Acre. Durante a necropsia das pacas, foram observadas lesões macroscópicas (massas esbranquiçadas ou amareladas, semelhantes a bolhas na superfície dos fígados). Para a análise parasitológica foram aplicadas as microscopias de luz, contraste interferencial de Normaski (DIC) e varredura laser confocal. A análise morfométrica foi realizada com o auxílio do Programa Image Pro Plus Media Cybernetics. Os órgãos de pacas e humanos foram submetidos à análise histopatológica. Os pequenos e grandes ganchos rostelares apresentaram polimorfismo morfológico, enquanto a organização dos protoescólices acompanhou o padrão descrito para Echinococcus sp. Todas as pacas apresentavam cistos hepáticos, porém em apenas duas encontramos líquido hidático, comprovados pela presença dos ganchos e protoescólices. A análise histopatológica dos tecidos hepáticos das pacas confirmou a hidatidose policística e evidenciou, pela presença de agrupamentos de ovos, a coinfecção com Calodium hepaticum. As características morfológicas dos ganchos rostelares dos casos humanos não diferiram do descrito para as pacas, entretanto, os ganchos dos helmintos provenientes do fígado foram maiores que os mesentéricos. Já em relação aos protoescólices, os mesentéricos foram maiores do que os hepáticos. Cistos mesentéricos e hepáticos apresentaram protoescólices em diferentes estágios de desenvolvimento, com coroas de ganchos, formadas por grandes e pequenos ganchos, e dois pares de ventosas, além dos corpúsculos calcários. Os cistos hepáticos apresentaram as três membranas características (adventícia, anista e germinativa), enquanto os cistos mesentéricos não apresentaram a membrana adventícia, sendo a anista aquela que mais se destacou neste órgão. No mesentério, as células mononucleares foram os principais constituintes do infiltrado leucocitário, cuja intensidade foi relacionada à capacidade proliferativa da membrana germinativa. Além de cistos hepáticos típicos de fase crônica, dependendo da resposta inflamatória, foram observados cistos na fase aguda e sub-aguda. Foi encontrado um caso de coinfecção com vírus (HIV, HCB e HCV) e outro com envolvimento da vesícula biliar. Em suma, confirma-se hidatidose policística em pacas no Acre e são apresentados novos casos de infecção humana no Acre e Amazonas. Pela primeira vez, é demonstrado polimorfismo, padrão diferente de desenvolvimento dos cistos de acordo com o órgão, coinfecção e envolvimento da vesícula biliar / Polycystic hydatidosis is a zoonotic disease caused by the cestode Echinococcus vogeli, largely distributed in northern Brazil. The definitive hosts are Speothos venaticus (bush dogs) and Canis familiaris (domestic dogs), while Agouti paca (paca) is the intermediate host. Both the pacas and man (accidental host) develop the larval form (metacestodes), mainly on the surface and inside the liver. This thesis aims to study histopathological and parasitological characteristics of metacestodes of E. vogeli, from pacas and humans of the north region of Brazil, seen the insufficient knowledge or lack of it. The mesentery and livers were recovered from eight patients with polycystic hydatidosis during surgery in the Acre State Hospital Foundation. Pacas were captured in the municipality of Bujari, Antimary State Forest, Acre. During the pacas necropsy, macroscopic lesions were observed (whitish or yellowish masses, similar to blisters on the surface of the liver). Identification analyses were applied to light microscopy, interferential contrast microscopy of Normaski (DIC) and confocal laser scanning microscopy. Morphometric analysis was performed by Image Pro Plus Media Cybernetics program. The pacas and human organs were subjected to histopathological analysis. The small and large rostellar hooks presented morphological polymorphism while protoscoleces organisation accompanied the pattern described in Echinococcus sp. All pacas presented liver cysts, however in only two found proven by the presence of hydatid fluid, hooks and protoscoleces. Histopathological analysis of pacas hepatic tissues confirmed polycystic hydatidosis and evidenced by the presence of eggs clusters the Calodium hepaticum coinfection. The morphological characteristics of human cases rostellar hooks did not differ from described to the pacas; however, the hooks were greater than the mesenteric ones. Already in relation to protoscoleces, the mesenteric ones were larger than the liver. Mesenteric and liver cysts presented protoscoleces at different stages of development, with rostellar pad formed by large and small hooks, and two pairs of suckers, in addition to the calcareous corpuscles. Liver cysts showed three characteristics layers (adventitia, laminated and germinative), while mesenteric cysts did not present the adventitia, being the laminated layer the most evidenced in this organ. In the mesentery, mononuclear cells were the principal constituents of leukocyte infiltrated, whose intensity was related to the proliferative capacity of germinative layer. In addition to typical liver cysts of the chronic phase, depending on the inflammatory response, have been observed cysts in acute and subacute phase. It was found a case of co-infection with virus (HIV, HCV and HCB) and another with gallbladder involvement. In short, it is confirmed polycystic hydatidosis in pacas from Acre and is presented new cases of human infection in Acre and Amazonas. For the first time, it was demonstrated polymorphism, different development pattern of cysts depending on the organ, co-infection and gallbladder involvement

A hidatidose policística é uma zoonose causada pelo cestóide Echinococcus vogeli, amplamente distribuído no norte do Brasil. Os hospedeiros definitivos são Speothos venaticus (cachorro-vinagre) e Canis familiaris (cães domésticos), enquanto Agouti paca (paca) é hospedeiro intermediário. Tanto as pacas quanto o homem (hospedeiro acidental) desenvolvem a forma larvar (metacestóide), principalmente na superfície e no interior do fígado. Esta tese tem como objetivo geral estudar as características parasitológicas e histopatológicas de metacestóides de E. vogeli, originários de pacas e humanos da região norte do Brasil, visto o conhecimento insuficiente ou mesmo o seu desconhecimento. Os fígados e mesentérios foram obtidos de oito pacientes com hidatidose policística durante ato cirúrgico na Fundação Hospital Estadual do Acre. Pacas foram capturadas no Município de Bujari, Floresta Estadual do Antimary, Acre. Durante a necropsia das pacas, foram observadas lesões macroscópicas (massas esbranquiçadas ou amareladas, semelhantes a bolhas na superfície dos fígados). Para a análise parasitológica foram aplicadas as microscopias de luz, contraste interferencial de Normaski (DIC) e varredura laser confocal. A análise morfométrica foi realizada com o auxílio do Programa Image Pro Plus Media Cybernetics. Os órgãos de pacas e humanos foram submetidos à análise histopatológica. Os pequenos e grandes ganchos rostelares apresentaram polimorfismo morfológico, enquanto a organização dos protoescólices acompanhou o padrão descrito para Echinococcus sp. Todas as pacas apresentavam cistos hepáticos, porém em apenas duas encontramos líquido hidático, comprovados pela presença dos ganchos e protoescólices. A análise histopatológica dos tecidos hepáticos das pacas confirmou a hidatidose policística e evidenciou, pela presença de agrupamentos de ovos, a coinfecção com Calodium hepaticum. As características morfológicas dos ganchos rostelares dos casos humanos não diferiram do descrito para as pacas, entretanto, os ganchos dos helmintos provenientes do fígado foram maiores que os mesentéricos. Já em relação aos protoescólices, os mesentéricos foram maiores do que os hepáticos. Cistos mesentéricos e hepáticos apresentaram protoescólices em diferentes estágios de desenvolvimento, com coroas de ganchos, formadas por grandes e pequenos ganchos, e dois pares de ventosas, além dos corpúsculos calcários. Os cistos hepáticos apresentaram as três membranas características (adventícia, anista e germinativa), enquanto os cistos mesentéricos não apresentaram a membrana adventícia, sendo a anista aquela que mais se destacou neste órgão. No mesentério, as células mononucleares foram os principais constituintes do infiltrado leucocitário, cuja intensidade foi relacionada à capacidade proliferativa da membrana germinativa. Além de cistos hepáticos típicos de fase crônica, dependendo da resposta inflamatória, foram observados cistos na fase aguda e sub-aguda. Foi encontrado um caso de coinfecção com vírus (HIV, HCB e HCV) e outro com envolvimento da vesícula biliar. Em suma, confirma-se hidatidose policística em pacas no Acre e são apresentados novos casos de infecção humana no Acre e Amazonas. Pela primeira vez, é demonstrado polimorfismo, padrão diferente de desenvolvimento dos cistos de acordo com o órgão, coinfecção e envolvimento da vesícula biliar / Polycystic hydatidosis is a zoonotic disease caused by the cestode Echinococcus vogeli, largely distributed in northern Brazil. The definitive hosts are Speothos venaticus (bush dogs) and Canis familiaris (domestic dogs), while Agouti paca (paca) is the intermediate host. Both the pacas and man (accidental host) develop the larval form (metacestodes), mainly on the surface and inside the liver. This thesis aims to study histopathological and parasitological characteristics of metacestodes of E. vogeli, from pacas and humans of the north region of Brazil, seen the insufficient knowledge or lack of it. The mesentery and livers were recovered from eight patients with polycystic hydatidosis during surgery in the Acre State Hospital Foundation. Pacas were captured in the municipality of Bujari, Antimary State Forest, Acre. During the pacas necropsy, macroscopic lesions were observed (whitish or yellowish masses, similar to blisters on the surface of the liver). Identification analyses were applied to light microscopy, interferential contrast microscopy of Normaski (DIC) and confocal laser scanning microscopy. Morphometric analysis was performed by Image Pro Plus Media Cybernetics program. The pacas and human organs were subjected to histopathological analysis. The small and large rostellar hooks presented morphological polymorphism while protoscoleces organisation accompanied the pattern described in Echinococcus sp. All pacas presented liver cysts, however in only two found proven by the presence of hydatid fluid, hooks and protoscoleces. Histopathological analysis of pacas hepatic tissues confirmed polycystic hydatidosis and evidenced by the presence of eggs clusters the Calodium hepaticum coinfection. The morphological characteristics of human cases rostellar hooks did not differ from described to the pacas; however, the hooks were greater than the mesenteric ones. Already in relation to protoscoleces, the mesenteric ones were larger than the liver. Mesenteric and liver cysts presented protoscoleces at different stages of development, with rostellar pad formed by large and small hooks, and two pairs of suckers, in addition to the calcareous corpuscles. Liver cysts showed three characteristics layers (adventitia, laminated and germinative), while mesenteric cysts did not present the adventitia, being the laminated layer the most evidenced in this organ. In the mesentery, mononuclear cells were the principal constituents of leukocyte infiltrated, whose intensity was related to the proliferative capacity of germinative layer. In addition to typical liver cysts of the chronic phase, depending on the inflammatory response, have been observed cysts in acute and subacute phase. It was found a case of co-infection with virus (HIV, HCV and HCB) and another with gallbladder involvement. In short, it is confirmed polycystic hydatidosis in pacas from Acre and is presented new cases of human infection in Acre and Amazonas. For the first time, it was demonstrated polymorphism, different development pattern of cysts depending on the organ, co-infection and gallbladder involvement

A biologia molecular e celular tem acumulado um elevado número de fatos experimentais, como seqüências genômicas e propriedades de proteínas. Entretanto, isso não é suficiente para a compreensão dos sistemas biológicos e nem para explicar as intrincadas interações dinâmicas entre a expressão gênica e o desenvolvimento anatômico. É preciso fazer uso de métodos e ferramentas que permitam caracterizar e analisar a complexidade das interações entre o genótipo e o fenótipo, de forma a confrontar as alterações na anatomia com os padrões espaço-temporais da expressão gênica. Neste contexto, o presente trabalho propõe métodos computacionais que, a partir de imagens contendo informações anatômicas e/ou de expressão gênica, em duas e três dimensões, identificam diferentes propriedades geométricas de amostras biológicas, com a finalidade de caracterizar e analisar a relação entre anatomia e expressão gênica. O desenvolvimento desses métodos inclui o uso intensivo de técnicas de processamento de imagens e visualização computacional. Em particular, quatro propriedades geométricas são descritas: o gradiente, a simetria, a distância e a organização espacial. Para ilustrar o potencial dos métodos propostos, são usadas diversas espécies e são analisadas diferentes questões biológicas, aqui listadas: caracterização morfológica e da expressão gênica durante a cardiogênese em embriões de Zebrafish (Danio rerio); caracterização morfológica do desenvolvimento do parasita Echinococcus granulosus; e análise dos danos morfológicos em retinas de traíras (Hoplias malabaricus) causados por intoxicação mercurial. Os resultados obtidos nessas análises permitiram descrever e inferir importantes propriedades do desenvolvimento, da morfologia e dos padrões de expressão gênica desses sistemas biológicos. Com isso, é mostrado que o uso de métodos computacionais capazes de identificar e analisar, a partir de imagens, padrões espaciais de expressão gênica e sua relação com o desenvolvimento morfológico, está se tornando cada vez mais importante para o estudo do desenvolvimento, por fornecerem informações valiosas a respeito da função biológica e das interações entre os genes. / The areas of cell and molecular biology have accumulated a large number of experimental facts, such as genomic sequences and protein structure. However, this is not sufficient to the understanding of biological systems, even to explain the intricate dynamical interactions between gene expression and anatomical development. In order to characterize and analyze the complexity of the interactions between the genotypes and phenotypes, it is necessary to make use of methods and tools that allow the confrontation between spatio-temporal gene expression and changes in developing anatomy. In this context, the present work proposes a set of computational methods that, based on images containing anatomical and/or gene expression information in two and three dimensions, allow the identification of different geometrical properties in biological samples, so as to characterize and analyze the relationship between anatomy and gene expression. The development of these methods includes intensive use of techniques from image processing and computer visualization. In particular, four geometrical properties are described here: gradient, symmetry, distance and spatial organization. The potential of the proposed methods is illustrated in the analysis of various problems, involving different biological issues and species, including: gene expression and morphological characterization of the heart development in Zebrafish (Danio rerio); morphological characterization of the development of the parasite Echinococcus granulosus; and the analysis of the morphological damage in the retina of the fish Hoplias malabaricus caused by mercurial intoxication. The results obtained in these analyses allowed to infer and describe important proprieties with respect to development, morphology and gene expression patterns of these biological systems. Overall, it is shown that the use of computational methods to identify and analyze, from 2D and 3D images, the spatial patterns of gene expression and its relationship with the morphological development, is becoming an increasingly important tool for the study of the development, providing valuable information about the biological function and interactions among genes.

A biologia molecular e celular tem acumulado um elevado número de fatos experimentais, como seqüências genômicas e propriedades de proteínas. Entretanto, isso não é suficiente para a compreensão dos sistemas biológicos e nem para explicar as intrincadas interações dinâmicas entre a expressão gênica e o desenvolvimento anatômico. É preciso fazer uso de métodos e ferramentas que permitam caracterizar e analisar a complexidade das interações entre o genótipo e o fenótipo, de forma a confrontar as alterações na anatomia com os padrões espaço-temporais da expressão gênica. Neste contexto, o presente trabalho propõe métodos computacionais que, a partir de imagens contendo informações anatômicas e/ou de expressão gênica, em duas e três dimensões, identificam diferentes propriedades geométricas de amostras biológicas, com a finalidade de caracterizar e analisar a relação entre anatomia e expressão gênica. O desenvolvimento desses métodos inclui o uso intensivo de técnicas de processamento de imagens e visualização computacional. Em particular, quatro propriedades geométricas são descritas: o gradiente, a simetria, a distância e a organização espacial. Para ilustrar o potencial dos métodos propostos, são usadas diversas espécies e são analisadas diferentes questões biológicas, aqui listadas: caracterização morfológica e da expressão gênica durante a cardiogênese em embriões de Zebrafish (Danio rerio); caracterização morfológica do desenvolvimento do parasita Echinococcus granulosus; e análise dos danos morfológicos em retinas de traíras (Hoplias malabaricus) causados por intoxicação mercurial. Os resultados obtidos nessas análises permitiram descrever e inferir importantes propriedades do desenvolvimento, da morfologia e dos padrões de expressão gênica desses sistemas biológicos. Com isso, é mostrado que o uso de métodos computacionais capazes de identificar e analisar, a partir de imagens, padrões espaciais de expressão gênica e sua relação com o desenvolvimento morfológico, está se tornando cada vez mais importante para o estudo do desenvolvimento, por fornecerem informações valiosas a respeito da função biológica e das interações entre os genes. / The areas of cell and molecular biology have accumulated a large number of experimental facts, such as genomic sequences and protein structure. However, this is not sufficient to the understanding of biological systems, even to explain the intricate dynamical interactions between gene expression and anatomical development. In order to characterize and analyze the complexity of the interactions between the genotypes and phenotypes, it is necessary to make use of methods and tools that allow the confrontation between spatio-temporal gene expression and changes in developing anatomy. In this context, the present work proposes a set of computational methods that, based on images containing anatomical and/or gene expression information in two and three dimensions, allow the identification of different geometrical properties in biological samples, so as to characterize and analyze the relationship between anatomy and gene expression. The development of these methods includes intensive use of techniques from image processing and computer visualization. In particular, four geometrical properties are described here: gradient, symmetry, distance and spatial organization. The potential of the proposed methods is illustrated in the analysis of various problems, involving different biological issues and species, including: gene expression and morphological characterization of the heart development in Zebrafish (Danio rerio); morphological characterization of the development of the parasite Echinococcus granulosus; and the analysis of the morphological damage in the retina of the fish Hoplias malabaricus caused by mercurial intoxication. The results obtained in these analyses allowed to infer and describe important proprieties with respect to development, morphology and gene expression patterns of these biological systems. Overall, it is shown that the use of computational methods to identify and analyze, from 2D and 3D images, the spatial patterns of gene expression and its relationship with the morphological development, is becoming an increasingly important tool for the study of the development, providing valuable information about the biological function and interactions among genes.

L'Echinococcose Alveolaire est une zoonose mortelle transmise a l'Homme par l'ingestion des oeufs du tænia Echinococcus multilocularis. Le cycle du parasite fait intervenir un carnivore comme hote definitif (principalement le renard roux) et des campagnols prairiaux (Microtus arvalis et Arvicola terrestris) comme hotes intermediaires. Depuis une vingtaine d'annees, les observations de plus en plus frequentes de renards urbains ont suscite de nombreuses questions sur l'augmentation du risque de contamination humaine a cause de cette proximite des renards. Des etudes recentes ont montre la presence d'E. multilocularis chez le renard urbain avec des prevalences tres variables. Cependant, les conditions du developpement de ce parasite dans les milieux urbanises sont peu documentees. Les travaux presentes proposent d'ameliorer la comprehension du cycle d'E. multilocularis dans de tels milieux. Un suivi de l'infection vulpine par collecte de cadavres a mis en evidence un gradient d'infection decroissant du milieu rural au milieu urbain. Le long de ce gradient, differents milieux ont ete regulierement echantillonnes et ont montre l'importance pour le renard roux de la disponibilite en Microtus sp. dans les milieux friches. L'etude de la reponse alimentaire du renard roux aux variations de densites de rongeurs a montre que Microtus sp. etait fortement consomme meme lorsqu'il etait faiblement present sur le terrain alors que A. terrestris, en milieu peri-urbain, est consomme selon sa disponibilite. L'etude de la disponibilite en rongeurs a l'echelle de la ville montre que la consommation en hotes intermediaires est plus importante en milieu rural qu'en milieu urbain et que le regime alimentaire rural se caracterise par une predominance de Microtus sp. par rapport a A. terrestris alors que ces differences sont pas presentes en milieu urbain. La repartition des feces de renard roux est correlee aux densites de Microtus sp et d'A. terrestris, soulignant les possibilites d'existence du cycle parasitaire quel que soit le niveau d'urbanisation. Enfin, l'etude de trajectoires de renards par utilisation de colliers GPS a permis d'observer differents types de comportements individuels qui pourraient entrainer une modulation de la dynamique spatiale de la transmission urbaine du parasite basee sur la stabilite des populations vulpines.

Le fonctionnement du cycle parasitaire de l'échinocoque alvéolaire (Echinococcus multilocularis) est étudié en Franche-Comté (France) à travers (i) la distribution des prévalences chez le renard (Vulpes vulpes) au niveau régional, (ii) distribution des cas humains, au niveau régional et (iii) la distribution des rongeurs, du renard, du chat forestier (Felis silvestris et domestique (Felis catus) au niveau du biotope. Cette dernière étude, menée au niveau d'organisation du peuplement et comparée à celles menées aux autres niveaux de perception aboutit à formuler une théorie selon laquelle le cycle de l'échinococcose alvéolaire se maintiendrait en Franche-Comté grâce à un fonctionnement en mosaïque: la parasitose serait temporaire en un secteur donné (= tesselle), la permanence de l'enzootie dans la région étant due à l'alimentation de zones "indemnes' par les zones temporairement favorables et infestées (vecteur principal = renard). Le caractère temporaire de l'infestation d'une tesselle serait dû au fait que convergent un nombre de conditions: abiotiques (mésoclimatologie) et biotiques (cinétique des populations de rongeurs et utilisation par le renard dans une relation prédateur/proie conditionnée par le paysage). L'appréciation du caractère "fonctionnel" de la mosaïque tiendrait donc à l'analyse simultanée de relations et de dynamiques qui s'expriment à des niveaux de perception différents (station : conservation des œufs de Ténia selon les conditions édaphiques et la climatologie saisonnière ; biotope: distribution des peuplements de rongeurs; secteur: cinétique des peuplements de rongeurs dépendant de l'organisation de l'espace agricole; région: mésoclimatologie et arrangement spatial des secteurs).

The relationships among parasite growth, responses to infection and host genetic factors were examined in rodents infected with Echinococcus multilocularis. Mongolian gerbils, cotton rats and C57L/J mice were relatively susceptible to the infection, whereas five other inbred strains of mice, and hybrids and backcrosses between C57L/J and C57BL/6J mice were more resistant. In mice, susceptibility to E. multilocularis was controlled by multiple, non-H-2-linked genes, as were pathological, inflammatory and specific (antibody) responses to the infection. These responses were also affected by the degree of parasite growth in individual hosts. Antibodies, natural killer cells and hematological responsiveness were ruled out as contributing to resistance to E. multilocularis. Studies on peritoneal leukocytes from infected animals suggested that infections with E. multilocularis were controlled by cells in two phases: an acute phase involving neutrophils and mononuclear cells and a chronic phase involving eosinophils and mononuclear cells.

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