Neste trabalho consideramos três tópicos principais. Nos dois primeiros generalizamos alguns dos resultados clássicos da Teoria da Confiabilidade na otimização dos procedimentos de burn-in e de políticas de garantia, respectivamente, sob o modelo de tempo de vida geral, quando um sistema coerente é observado ao nível de seus componentes, e estendemos os conceitos de intensidade de falha na forma de banheira e do modelo de falha geral através da definiçâo de processos progressivamente mensuráveis sob a pré-t-história completa dos componentes do sistema. Uma regra de parada monótona é usada na metodologia de otimizaçâo proposta. No terceiro tópico modelamos os custos de garantia descontados por reparo mínimo de um sistema coerente ao nível de seus componentes, propomos o estimador martingal do custo esperado para um período de garantia fixado e provamos as suas propriedades assintóticas mediante o Teorema do Limite Central para Martingais. / In this work we consider three main topics. In the first two, we generalize some classical results on Reliability Theory related to the optimization in burn-in procedures and warranty policies, using the general lifetime model of a coherent system observed on the component level and extending the definitions of bathtub shaped failure rate and general failure model to progressively measurable processes under the complete pre-t-history. A monotone stopping rule is applied within the proposed methodology. In the third topic, we define the discounted warranty cost process for a coherent system minimally repaired on the component level and we propose a martingale estimator to the expected warranty cost for a fixed period and setting its asymptotic properties by means of Martingale Central Limit Theorem.

Apesar de altamente estável, o DNA sofre milhares de alterações em sua estrutura diariamente, sejam essas espontâneas ou pela exposição a agentes mutagênicos. A maior parte dessas alterações é prontamente removida por um conjunto de eventos de reparo de DNA. A via de reparo por excisão de nucleotídeos (NER) é a mais versátil e flexível lidando com uma variedade de lesões que podem gerar distorções das hélices do DNA. Esses danos resultam em alterações características que, caso não reparadas, podem gerar mutações ou morte celular e, consequentemente, câncer e envelhecimento. Algumas síndromes, nas quais os pacientes são sensíveis à luz solar, estão relacionadas à deficiência no processo de NER, como a Xeroderma Pigmentosum (XP), síndrome de Cockayne (CS) e Tricotiodistrofia (TTD). Indivíduos brasileiros, incluindo pacientes com diagnóstico clínico de XP e membros das famílias, passaram por um processo in silico para a identificação variantes em genes relacionados aos processos de reparo do DNA após o sequenciamento do DNA por plataformas de nova geração (NGS: plataforma ABI 5500XL SOLiD e MiSeq Illumina) e análises de Bioinformática. Para cada paciente, foram selecionados os melhores valores de parâmetros para se realizar a busca por variantes considerando a qualidade de alinhamento e a taxa de cobertura das bases alvo. SNPs já depositados no banco de dados do projeto 1000genomes foram removidos de nossos dados. O restante das variantes foi analisado para encontrar potenciais candidatos que poderiam explicar o diagnóstico clínico do paciente. Em muitas amostras foi possível determinar pelo menos uma variante (mutação) com uma elevada possibilidade de ser responsável pelos sintomas XP. Para alguns pacientes, a má qualidade do sequenciamento ou eventos não esclarecidos durante este, dificultou a identificação de candidatos à mutação patogênica. Potenciais mutações não sinônimas foram analisadas com os programas SIFT e PROVEAN, que identificaram a potencial capacidade deletéria da alteração de aminoácido na proteína. Finalmente, foi desenvolvida uma interface de domínio público amigável, a Human Variantes do Finder Interface (http://www.varfinderhg.com.br), que visa facilitar a identificação de variantes em dados gerados por NGS. / Although highly stable, DNA molecule undergoes thousands of damage in its structure every day, due to spontaneous lesions or exposure to various mutagens. Most of these lesions are readily removed by a number of cellular DNA repair processes. The process of nucleotide excision repair (NER) is the most versatile and flexible dealing with a variety of lesions that can lead to distortions of the DNA strands. Ultraviolet irradiation induced DNA damage are the main substrates for NER. These DNA damage, if not repaired, can generate mutations or cell death causing several diseases, including cancer and aging. Some syndromes, sensitive to sunlight, are related to deficiencies in the NER process, such as Xeroderma Pigmentosum (XP), Cockayne syndrome (CS) and Trichothiodystrophy (TTD). Brazilian individuals, including patients with clinical diagnosis of XP and family members, went through in silico process for the identification of variants in genes related to DNA repair processes after DNA sequencing by next generation sequencing (NGS in the platforms ABI 5500XL SOLiD and MiSeq Illumina) and dedicated Bioinformatics pipelines. For each patient the best search pattern of variant calling was used considering the alignment quality and coverage rate of bases in target. SNPs already deposited at the 1000genomes project database were removed from the data. The remaining variants were analyzed to find potential candidates that could explain the clinical diagnosis. In many samples, it was possible to determine at least one variant (mutation) with a high possibility of being responsible for the clinical XP. For some patients, the poor quality of the sequencing or unclear events during sequencing hampered the identification of clear mutation candidates. Potential nonsynonymous mutations were analyzed with SIFT and PROVEAN softwares, which identified the potential deleterious capacity of the amino acid change in the protein. Finally, we developed a user-friendly public domain interface, the Human Variants Finder Interface (http://www.varfinderhg.com.br), which, we expect, will facilitate the identification of variants in data generated by NGS.

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de sistemas inteligentes aplicados ao monitoramento de estruturas aeronáuticas abordando dois modelos distintos: o primeiro é a análise e classificação de imagens de ultrassom de estruturas aeronáuticas com objetivo de apoiar decisões em reparo de estruturas aeronáuticas. Foi definido como escopo do trabalho uma seção transversal da asa da aeronave modelo Boeing 707. Após a remoção de material superficial em áreas comprometidas por corrosão, é realizada a medição da espessura ao longo da área da peça. Com base nestas medições, a Engenharia realiza a análise estrutural, observando os limites determinados pelo manual de manutenção e determina a necessidade ou não de reparo. O segundo modelo compreende o método de impedância eletromecânica. É proposto o desenvolvimento de um sistema de monitoramento de baixo custo aplicado em uma barra de alumínio aeronáutico com 10 posições de fixação de porcas e parafusos. O objetivo do sistema é avaliar, a partir das curvas de impedância extraídas do transdutor PZT fixado na barra, sua capacidade de classificar a existência ou não de um dano na estrutura e, em caso de existência do dano, indicar sua localização e seu grau de severidade. Foram utilizados os seguintes classificadores neste trabalho: máquina de vetor de suporte, redes neurais artificiais e K vizinhos mais próximos. / This work presents the development of intelligent systems applied to the monitoring of aircraft structures addressing two distinct models: the first is the analysis and classification of ultrasound images of aircraft structures in order to support decisions on repair of aircraft structures. A scope of work was defined as a cross section of the wing of the aircraft model Boeing 707. After the removal of surface material in damaged areas by corrosion, thickness measurements in the whole structure are evaluated. Based on the measurements, the Engineering performs structural analysis, observing the limits determined by the maintenance manual and determining the necessity of repair. The second model includes the method of electromechanical impedance. It is proposed to develop a low cost monitoring system applied to an aircraft aluminum bar with 10 positions for fixing nuts and bolts. The goal of the system is to classify an impedance curve in the condition of the aluminum bar if there is or not a damage to the structure and, in case of the existence of damage, indicating their position in the aluminum bar and if the damage is severe or not. The following classifiers were used in this work: support vector machine, artificial neural networks and K nearest neighbors.

A doença de Fabry (DF, OMIM 301500) é uma doença lisossômica de depósito de herança ligada ao cromossomo X causada por mutações no gene GLA que levam à tradução da enzima lissomal α-galactosidase A (α-gal A, EC 3.2.1.22) com atividade deficiente ou nula. Como consequência, os substratos dessa enzima (majoritariamente globotriaosilceramida – Gb3 - e globotriaosilesfingosina – liso-Gb3) acumulam-se em diversos tecidos e fluidos corporais dos pacientes com DF. Estudos indicam que inflamação, estresse oxidativo e nitrosativo podem estar envolvidos na fisipatologia da DF, que ainda não está completamente esclarecida. Foi descrito previamente um aumento de parâmetros inflamatórios e próoxidantes em pacientes com DF durante a terapia de reposição enzimática (TRE), todavia se faz necessário avaliar tais parâmetros antes do início da TRE. Através de ensaios in vivo e in vitro em amostras de sangue e de urina de pacientes com DF, avaliamos alterações de estado redox, dano oxidativo a biomoléculas (incluindo lipídeos, proteínas e DNA) e níveis urinários de Gb3. No intuito de investigar os efeitos biológicos do mais recente biomarcador proposto para a DF, o liso-Gb3, realizamos ensaios in vitro em células embrionárias de epitélio renal humano (HEK-293T). Demonstramos, pela primeira vez, aumento de dano ao DNA em pacientes com DF. Ainda, observamos aumento de geração de espécies reativas nas mesmas amostras (através da sonda diclorofluoresceina - DCF) e, através do ensaio cometa com endonucleases, verificamos que o dano ao DNA é de natureza oxidativa em purinas nesses pacientes. Para avaliar a capacidade de reparo de DNA frente a um insulto oxidativo, realizamos o ensaio de desafio com peróxido de hidrogênio (H2O2), o qual demonstrou que os pacientes possuiam reparo aumentado (provavelmente como resposta ao estresse crônico), porém não suficientemente eficaz para reduzir o dano oxidativo basal a purinas a nível de indivíduos saudáveis. Observamos também que pacientes com DF antes de iniciar a TRE já possuíam níveis aumentados de lipoperoxidação (através da medida de espécies reativas ao ácido tiobarbitúrico – TBARS - e malondialdeído – MDA) e de estresse nitrosativo (medido através de nitrato e nitrito urinários), bem como desequilíbrios no sistema redox da glutationa (GSH - principal antioxidante intracelular, avaliado através da medida de GSH e da atividade das enzimas glutationa redutase, GR, e glutationa peroxidase, GPx). Após a TRE de longa duração (aproximadamente cinco anos), a lipoperoxidação e o estresse nitrosativo continuaram aumentados, porém o metabolismo da GSH foi normalizado a nível de indivíduos saudáveis (provavelmente também como resposta adaptativa ao estresse). Os níveis urinários de Gb3 diminuíram com a TRE, porém permaneceram ainda significativamente aumentados em relação aos controles. Concentrações de liso-Gb3 similares às encontradas no plasma de pacientes com DF tiveram efeito citotóxico significativo nas células renais, causaram dano ao DNA (incluindo dano oxidativo a purinas e pirimidinas) e induziram aumento na atividade da enzima antioxidante catalase (CAT) e na expressão da poli(ADP-ribose) polimerase 1 (PARP-1, enzima-chave no reparo de dano ao DNA por excisão de bases - BER). Por fim, analisando em conjunto os dados in vitro, podemos sugerir um mecanismo de ação para o liso-Gb3 no qual o H2O2, espécie reativa de conhecido papel sinalizador, atua como mediador. O H2O2 também ocupa papel central no mecanismo sugerido através dos estudos in vivo, de modo que os achados são complementares entre si e fornecem novos dados acerca da fisiopatologia da DF que podem ser úteis a estudos futuros na busca de terapias complementares à TRE, necessárias para a melhora clínica e de qualidade de vida dos pacientes com DF. / Fabry disease (FD, OMIM 301500) is an X-linked lysosomal storage disorder caused by mutations in GLA gene that lead to translated lysosomal enzyme α-galactosidade A (α-gal A, EC 3.2.1.22) with deficient or absent activity. Consequently, the enzyme’s substrates (mainly globotriaosylceramide – Gb3 and glotriaosylsphingosine – lyso-Gb3) accumulate in various tissues and body fluids of FD patients. Studies have pointed that inflammation, oxidative and nitrosative stress may be involved in FD pathophysiology, which is not completely known. It was previously described an increase of inflammatory and prooxidative parameters in FD patients during enzyme replacement therapy (ERT), although it is necessary to evaluate these parameters before the beginnig of ERT. Using in vivo and in vitro assays in blood and urine samples of FD patients, we evaluated abnormalities of redox status, oxidative damage to biomolecules (including lipids, proteins and DNA) and Gb3 urinary levels. In order to investigate the biological effects of the latest described biomarker for FD, lyso-Gb3, we performed in vitro assays in human embryonic kidney epithelial cells (HEK-293T). We demonstrated, for the first time, increased DNA damage in FD patients. Then, we observed increased reactive species generation (by dichlorofluorescein – DCF - probe) in the same samples and, by comet assay with endonucleases, we verified that DNA damage has an oxidative origin in purines in these patients. In order to evaluate repair capacity towards an oxidative insult, a challenge assay with hydrogen peroxide (H2O2) was performed, which demonstrated that patients had increased repair (probably as response to chronic stress), but not sufficiently effective to reduce basal oxidative damage in purines to healthy individuals’ levels. We also observed that FD patients even before initiating ERT already had increased lipid peroxidation levels (by thiobarbituric acid reactive species - TBARS - and malondialdehyde - MDA content) and nitrosative stress (by urinary nitrate and nitrite), as well as imbalances in glutathione (GSH) redox system (GSH – the main intracellular antioxidant, evaluated by GSH content and glutathione reductase, GR, and glutathione peroxidase, GPx, enzyme activities). After long-term ERT (approximately five years), lipid peroxidation and nitrosative stress remained increased, although GSH metabolism was restored to the level of healthy subjects (also probably as an adaptive response to stress). Gb3 urinary levels decreased after ERT, but remained already increased when compared to controls. Lyso-Gb3 levels similar to that found in plasma of FD patients caused significative cytotoxic effect on kidney cells, caused DNA damage (including oxidative damage to purines and pyrimidines) and induced increase in the antioxidant enzyme catalase (CAT) activity and poly(ADP-ribose) polymerase-1 (PARP-1) expression (key enzyme in DNA base excision repair). To conclude, analysing together the in vitro data, we could suggest a mechanism of action to lyso-Gb3 in which H2O2, reactive specie with well known signaling function, acts as a mediator. H2O2 has also a central role in the mechanism proponed by the in vivo studies, so that the findings are complementary and provide new data about FD pathophysiology that could be useful to future studies looking for complementary therapies to ERT, necessary to improvement in clinical aspects and life quality of FD patients.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Os receptores β1- e β2-adrenérgicos estão presentes em inúmeras células que participam do processo de reparo como fibroblastos, queratinócitos, células inflamatórias e células endoteliais. Diversos trabalhos demonstram que estes receptores modulam o processo de reparo tecidual. Entretanto, nenhum trabalho demonstrou se o bloqueio destes receptores compromete o reparo de úlceras de pressão. O objetivo deste estudo foi avaliar o efeito do bloqueio dos receptores β1- e β2-adrenérgicos no reparo de úlceras de pressão em camundongos, para isto utilizamos um modelo não invasivo de lesão por isquemia e reperfusão. No presente estudo, utilizamos animais que foram tratados por gavagem com propranolol (um antagonista não seletivo dos receptores β1- e β2-adrenérgicos). A administração do antagonista teve início um dia antes do início dos ciclos de isquemia e reperfusão e se manteve diariamente até a eutanásia. Para desenvolver a úlcera de pressão, um par de magnetos foi aplicado no dorso dos animais previamente depilado. O período de permanência do magneto é caracterizado como período de isquemia, enquanto sua retirada é caracterizada como período de reperfusão. Os ciclos de isquemia e reperfusão foram repetidos duas vezes, e ao final do último ciclo, duas úlceras circulares foram criadas no dorso dos animais. Os animais foram mortos 3, 7, 14 e 21 dias após a lesão. Após o último ciclo de isquemia, o fluxo sanguíneo da área comprimida foi nulo, 7 horas após a compressão o fluxo sanguíneo estava elevado, com níveis superiores ao da pele normal. Após 24 e 48 horas, o fluxo sanguíneo estava reduzido e abaixo dos níveis da pele normal. O bloqueio dos receptores β1- e β2-adrenérgicos aumentou os níveis de peróxidos lipídicos 3 dias após a lesão, comprometeu a migração dos queratinócitos, levando a um aumento da proliferação epitelial, resultando em uma re-epitelização atrasada. O retardo na formação da neo-epiderme induzido pelo bloqueio destes receptores prejudicou a remoção do tecido necrótico. O bloqueio dos receptores β1- e β2-adrenérgicos aumentou o número de células inflamatórias (neutrófilos e macrófagos), os níveis proteicos de elastase neutrofílica 3 dias após a lesão e reduziu os níveis proteicos de MCP-1 3 dias após a lesão e os níveis proteicos de MMP-12 7 dias após a lesão. O bloqueio dos receptores β1- e β2-adrenérgicos aumentou a proliferação celular e apoptose no tecido conjuntivo 7 dias após a lesão e aumentou a densidade de vasos sanguíneos 14 e 21 dias após a lesão. O bloqueio dos receptores β1- e β2-adrenérgicos retardou a diferenciação miofibroblástica e reduziu os níveis proteicos de TGF-β 1/2/3 3 dias após a lesão e a contração da lesão. Vinte e um dias após a lesão, o bloqueio dos receptores β1- e β2-adrenérgicos aumentou a espessura da neo-epiderme e a expressão de tenascina-C em fibroblastos e reduziu a deposição de colágeno. Em conclusão, o bloqueio dos receptores β1- e β2-adrenérgicos atrasa o reparo tecidual em úlceras de pressão. / β1- and β2-adrenergic receptors are present in several cells that participate in tissue repair such as fibroblasts, keratinocytes, inflammatory cells and endothelial cells. Several studies demonstrate that these receptors modulate cutaneous wound healing. However, neither study demonstrated if the blockade of theses receptors compromises the cutaneous wound healing of pressure ulcers. Thus, the aim of this study was to evaluate the effect of blockade of β1- and β2-adrenergic receptors in wound healing of pressure ulcer in mice using a noninvasive model of lesion induced by ischemia and reperfusion. In this study, animals were also treated with propranolol (a nonselective antagonist of β1- and β2-adrenergic receptors). Antagonism administration began one day before ischemia-reperfusion cycles and daily maintained until euthanasia. In order to develop a pressure ulcer, a shaved skin was placed between a pair of magnet disks. The period of magnet placement is characterized as ischemia period, whereas release period as reperfusion period. Two cycles of ischemia and reperfusion were performed, and after last cycle, two circular ulcers per animal were created in the animal dorsum. Animals were killed 3, 7, 14 and 21 days after wounding. After last ischemia cycle, blood flow of compressed area was nulled, 7 hours after compressed area underwent reperfusion during subsequent hours reaching blood flow 98% superior of normal skin. After 24 and 48 hours, blood flow of compressed area was again reduced when compared with normal skin. Blockade of β1- and β2-adrenergic receptors increased the levels of lipid peroxydes 3 days after wounding, compromised keratinocyte migration leading to an increase epithelial proliferation and impairment in the re-epithelialization. The impairment in the neo-epidermis formation induced by β1- and β2-adrenergic receptor blockade delayed the necrotic tissue loss. Blockade of β1- and β2-adrenergic receptors increased the inflammatory cell number (macrophages and neutrophils), protein levels of neutrophil elastase 3 days after wounding and reduced protein levels of MCP-1 3 days after wounding and protein levels of MMP-12 7 days after wounding. Blockade of β1- and β2-adrenergic receptors increased cell proliferation and apoptosis in connective tissue 7 days after wounding and blood vessel density 14 and 21 days after wounding. Blockade of β1- and β2-adrenergic receptors impaired myofibroblastic differentiation and reduced protein levels of TGF-β 1/2/3 3 days after wounding and lesion contraction. Twenty-one days after wounding, β1- and β2-adrenergic receptor blockade increased neo-epidermis thickness and tenascin-C-positive fibroblast number and reduced collagen deposition. In conclusion, blockade of β1- and β2-adrenergic receptors delays cutaneous wound healing of pressure ulcers.

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de sistemas inteligentes aplicados ao monitoramento de estruturas aeronáuticas abordando dois modelos distintos: o primeiro é a análise e classificação de imagens de ultrassom de estruturas aeronáuticas com objetivo de apoiar decisões em reparo de estruturas aeronáuticas. Foi definido como escopo do trabalho uma seção transversal da asa da aeronave modelo Boeing 707. Após a remoção de material superficial em áreas comprometidas por corrosão, é realizada a medição da espessura ao longo da área da peça. Com base nestas medições, a Engenharia realiza a análise estrutural, observando os limites determinados pelo manual de manutenção e determina a necessidade ou não de reparo. O segundo modelo compreende o método de impedância eletromecânica. É proposto o desenvolvimento de um sistema de monitoramento de baixo custo aplicado em uma barra de alumínio aeronáutico com 10 posições de fixação de porcas e parafusos. O objetivo do sistema é avaliar, a partir das curvas de impedância extraídas do transdutor PZT fixado na barra, sua capacidade de classificar a existência ou não de um dano na estrutura e, em caso de existência do dano, indicar sua localização e seu grau de severidade. Foram utilizados os seguintes classificadores neste trabalho: máquina de vetor de suporte, redes neurais artificiais e K vizinhos mais próximos. / This work presents the development of intelligent systems applied to the monitoring of aircraft structures addressing two distinct models: the first is the analysis and classification of ultrasound images of aircraft structures in order to support decisions on repair of aircraft structures. A scope of work was defined as a cross section of the wing of the aircraft model Boeing 707. After the removal of surface material in damaged areas by corrosion, thickness measurements in the whole structure are evaluated. Based on the measurements, the Engineering performs structural analysis, observing the limits determined by the maintenance manual and determining the necessity of repair. The second model includes the method of electromechanical impedance. It is proposed to develop a low cost monitoring system applied to an aircraft aluminum bar with 10 positions for fixing nuts and bolts. The goal of the system is to classify an impedance curve in the condition of the aluminum bar if there is or not a damage to the structure and, in case of the existence of damage, indicating their position in the aluminum bar and if the damage is severe or not. The following classifiers were used in this work: support vector machine, artificial neural networks and K nearest neighbors.

Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / A célula epitelial é o primeiro contato entre os micro-organismos e o hospedeiro. Essa interação pode levar a produção de diversas citocinas, quimiocinas, moléculas inflamatórias e também estimular a geração de espécies reativas de oxigênio (ERO). Neste trabalho avaliamos se a interação com as células HEp-2 poderia ser genotóxica para os mutantes derivados de Escherichia coli K-12 deficientes em algumas enzimas que fazem parte do sistema de reparo por excisão de base (BER). Além disto, avaliamos a expressão do sistema SOS, que é induzido pela presença de danos no genoma bacteriano. Os resultados obtidos mostraram a presença de filamentos, na interação com células HEp-2, principalmente, no mutante xthA (BW9091) e no triplo mutante xthA nfo nth (BW535). Quando a interação foi quantificada na ausência da D-manose, observamos um aumento das bactérias aderidas. Além disto, a quantidade e o tamanho dos filamentos também aumentaram, mostrando que as adesinas manose-sensíveis estavam envolvidas na filamentação bacteriana. Para comprovar se o aumento da filamentação observada neste ensaio foram uma consequência da indução do sistema SOS, desencadeada pela interação com as células HEp-2, quantificamos a expressão do SOS, na presença e na ausência da D-manose. De fato, observamos que a indução do SOS na ausência da D-manose foi maior, quando comparada, com o ensaio realizado na presença de D-manose. Além disto, observamos que a ausência de xthA foi importante para o aumento da filamentação observada na ausência de D-manose. Diante destes resultados, verificamos se a resposta de filamentação ocorreria quando as bactérias interagiam com uma superfície abiótica como o vidro. Observamos também inúmeros filamentos nos mutantes BER, BW9091 e BW535, quando comparados a cepa selvagem AB1157. Essa filamentação foi associada à indução do SOS, em resposta a interação das bactérias com o vidro. Em parte a filamentação e a indução do SOS observadas na interação ao vidro, foram associadas à produção de ERO. Quantificamos também o número de bactérias aderidas e observamos que as nossas cepas formavam biofilmes moderados. Contudo, a formação de biofilme dependia da capacidade da bactéria induzir o sistema SOS, tanto em aerobiose como em anaerobiose. A tensão do oxigênio foi importante para interação dos mutantes BER, uma vez que os mutantes BW9091 e BW535 apresentaram uma quantidade de bactérias aderidas menor em anaerobiose. Contudo, a diminuição observada não estava vinculada a morte dos mutantes BER. Também realizamos microscopia de varredura na cepa selvagem e nos mutantes, BW9091 e BW535 e confirmamos que as três cepas formavam biofilmes tanto em aerobiose como em anaerobiose. Observamos uma estrutura sugestiva de matriz extracelular envolvendo os biofilmes da cepa selvagem AB1157 e do mutante BW9091. No entanto, a formação desta estrutura por ambas as cepas dependia da tensão de oxigênio, pois nos biofilmes formados em anaerobiose essa estrutura estava ausente. Em conclusão, mostramos que na interação das bactérias com a superfície biótica e abiótica, ocorreu lesão no genoma, com indução do SOS e a resposta de filamentação associada. / The epithelial cell is the first contact between microorganisms and host. This interaction results in production of several cytokines, chemokines, and inflammatory molecules by epithelial cells and also stimulate the generation of reactive oxygen species (ROS). In the present study, we have evaluated whether the interaction to HEp-2 cells causes genotoxicity to mutants derived from Escherichia coli K-12 deficient in some enzymes that are part of the system of base excision repair (BER). Moreover, we measured the expression of SOS system, which is induced by the presence of damage to the bacterial genome. Our results showed mainly presence of filamentous bacterial growth in xthA mutant (BW9091) and triple xthA nfo nth mutant (BW535) when submitted to HEp-2 cells interaction assays. When experiments were performed in the absence of mannose, data showed enhanced interaction of viable bacteria to HEp-2 cells for all strains tested. Furthermore, the removal of D-mannose resulted in an increase in both number and size of bacterial filamentous forms, indicating the involvement of mannose-sensitive adhesins in the filamentation of these strains. In order to verify whether the increased filamentation growth in this assay was a consequence of SOS induction, triggered by interaction to HEp-2 cells, we measured expression of SOS in the presence and absence of D-mannose. Indeed, we observed higher expression of SOS response in the absence of mannose than in experiments performed in the presence of D-mannose. Moreover, we observed that the absence of xthA was important to filamentation increasing in absence of D-mannose. Based on these results, we verified if interaction to abiotic surfaces, like glass, could lead to filamentation of these strains. We also observed numerous filaments in BER mutants, BW9091 and BW535, when compared to wild-type strain AB1157. The filamentation observed was a consequence of SOS induction, triggered by attachment to the glass surface. In part, the filamentation and SOS induction observed in these experiments were related to ROS production. We also quantified interacted bacterial cells and it was observed moderated biofilm formation in all strains tested. However, biofilm formation depended on the ability of the bacteria to induce the SOS response, under both aerobic and anaerobic conditions. The oxygen tension was important factor for interaction of the BER mutants, since these mutants exhibited decreased quantitative adherence under anaerobic conditions. However, this decrease was not related to BER mutants death. Scanning electron microscopy was also performed in the wild-type strain and BER mutants (BW9091 e BW535) and biofilm formation was confirmed under both aerobic and anaerobic conditions. We observed a structure similar to a extracellular matrix which involved biofilms of wild type strain (AB1157) and xthA mutant (BW9091). However, the formation of this structure by both strains depended on the oxygen tension, since biofilm formation, under anaerobiosis condition, did not presented this structure. In conclusion, was provided that bacterial interaction to biotic and abiotic surfaces can lead to damage of bacterial genome, resulting in SOS induction and associated filamentation.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:02:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 3965.pdf: 3863042 bytes, checksum: f995d87531cc46a186a0c566c0be57ea (MD5) Previous issue date: 2011-12-02 / This study aimed to evaluate the effects of low intensity laser therapy (LLLT) (830nm, 120J/cm2, 100mW) and implantation of Biosilicate® scaffolds, associated or not, in histological aspects, biomechanical properties of the bone callus and immunoexpression of proteins, growth and transcription factors related to different stages of bone repair, at 15, 30 and 45 days after surgery of bone defects induced in the tibia.of rats. For this, three studies were performed in which a total of one hundred and twenty male Wistar rats (3 months ± 280 g) were submitted to bilateral tibial defects and randomly distributed in four experimental groups with 30 animals each. In the first study the effects of the implantation of Biosilicate® scaffolds in bone defects of rats were investigated in two groups: bone defect group (GC) and bone defect treated with Biosilicate® scaffold group (GB). The implantation of the scaffold was performed subsequent to surgery of bone defect. Histological analysis revealed that animals of GB showed newly formed bone better organized at 30 and 45 days after surgery. The immunohistochemical analysis demonstrated that the Biosilicate® scaffold promoted a higher expression of COX-2 on days 15 and 30 after surgery, immunostaining positive of RUNX-2 in all periods, increased expression of RANKL on day 15 and positive immunoexpression of BMP-9 on the 45th day. However, the Biosilicate® scaffold did not increase the mechanical properties of bone callus. Thus, the implantation of Biosilicate® scaffold was effective in stimulating the repair of tibial defects, however, was not able to improve their mechanical properties. In the second study, the spatialtemporal changes in the process of bone healing in defects treated with LLLT were evaluated in two groups: GC and bone defect treated with laser group (GL). The laser treatment started immediately following the surgery of bone defects and have been 8, 15 or 23 sessions with an interval of 48 hours between them. The histological and morphometric analysis revealed that the GL showed better tissue organization at 15 and 30 days after surgery, and biggest area of newly formed bone at day 15. The immunohistochemistry showed that the LLLT promoted higher expression of COX-2 at day 15, immunostaining of RUNX-2 positive in all periods, higher immunoexpression of BMP-9 on day 30 and higher immunoreactivity of RANKL at day 15. However, the LLLT did not increase the biomechanical properties of bone callus. Thus, the LLLT improved the process of bone healing, but was unable to improve its biomechanical properties. In the third study the effects of the association of LLLT with implants of Biosilicate® scaffolds in bone healing were investigated in three experimental groups: GC, GB and Biosilicate® scaffold irradiated with laser group (GBL). The implantation of the scaffold was performed following the surgery of bone defect. The laser treatment started immediately after surgery and were performed 8, 15 or 23 sessions with an interval of 48 hours between them. At 15 days after surgery, the histological analysis revealed granulation tissue and newly formed bone juxtaposed to the surface of scaffolds in GB and GBL. Thirty days after injury, the GB and GBL had better organized newly formed bone compared to the CG. At day 45 was possible to observe granulation tissue in the defects of the GBL. In the GB, the peak of immunoexpression of COX-2 occurred on the 15th day and in the GBL, on the 30th day. The GB and GBL showed positive immunoexpression of BMP-9 up to 45th day after surgery, while RANKL immunoexpression was higher in the GBL at day 30. However, 30 and 45 days after injury, the animals of GB and GBL showed statistically lower values of maximum load compared to the CG. Thus, the association of the scaffold Biosilicate® with laser irradiation has osteogenic activity during the bone repair, however, the scaffold Biosilicate® associated or not with the laser irradiation is not effective to improve mechanical properties of the bone callus. Finally, we concluded that LLLT (λ = 830 nm, 120J/cm2) and implantation of Biosilicate® scaffolds, associated or not, were effective to stimulate the bone consolidation by improving the development of newly formed bone and activating immunoexpression of proteins, growth and transcription factors related to different stages of bone healing in tibial defects in rats. However, these therapeutic modalities associated or not, were unable to improve mechanical properties of the bone callus. / Este trabalho teve como objetivo avaliar os efeitos da terapia laser de baixa intensidade (LLLT) (830nm, 120J/cm2, 100mW) e do implante de scaffolds de Biosilicato®, associados ou não, nos aspectos histológicos, propriedades biomecânicas do calo ósseo e na imunoexpressão de proteínas, fatores de crescimento e de transcrição relacionados a diferentes etapas do reparo ósseo, ao 15º, 30º e 45º dia após a cirurgia de defeitos ósseos induzidos em tíbias de ratos. Cento e vinte ratos machos da linhagem Wistar (3 meses de idade ± 280 gramas) foram submetidos a defeitos tibiais bilaterais e distribuídos aleatoriamente em 4 grupos experimentais com 30 animais cada. No primeiro estudo investigaram-se os efeitos do implante de scaffolds de Biosilicato® em defeitos ósseos de ratos, a partir de dois grupos experimentais: grupo defeito ósseo controle (GC) e grupo defeito ósseo tratado com scaffold de Biosilicato® (GB). O implante do scaffold foi realizado em seguida à cirurgia de defeito ósseo. A análise histológica revelou que os animais do GB apresentavam osso neoformado mais organizado ao 30º e 45º dia após a cirurgia. A imunoistoquímica demonstrou que o scaffold de Biosilicato® promoveu maior expressão de COX-2 nos dias 15 e 30 de após a cirurgia, imunoexpressão positiva de RUNX-2 em todos os períodos, maior expressão de RANKL no 15º dia e imunoexpressão positiva de BMP-9 no 45º dia. Porém, o scaffold de Biosilicato® não aumentou as propriedades mecânicas do calo ósseo. Assim, o implante de scaffold de Biosilicato® foi eficaz em estimular o reparo de defeitos tibiais, porém, não foi capaz de melhorar suas propriedades mecânicas. No segundo estudo, foram avaliadas as mudanças temporais-espaciais no processo de reparo ósseo em defeitos tratados com LLLT, a partir de dois grupos experimentais: GC e grupo defeito ósseo tratado com laser (GL). O tratamento com laser iniciou-se imediatamente após a cirurgia dos defeitos ósseos e realizaram-se 8, 15 ou 23 sessões, com um intervalo de 48h entre elas. As análises histológica e morfométrica revelaram que o GL apresentou melhor organização tecidual aos 15º e 30º dias após a cirurgia, e maior área de osso neoformado no 15º dia. A imunoistoquímica mostrou que a LLLT promoveu maior expressão de COX-2 no 15º dia, imunoexpressão positiva de RUNX-2 em todos os períodos avaliados, maior imunoexpressão de BMP-9 no 30º dia e maior imunorreatividade do RANKL no 15º dia. Porém, a LLLT não aumentou as propriedades biomecânicas do calo ósseo. Assim, a LLLT melhorou o processo de consolidação óssea, mas não foi capaz de melhorar suas propriedades biomecânicas. O terceiro estudo investigou os efeitos da associação da LLLT com implantes de scaffolds de Biosilicato® na consolidação óssea, a partir de três grupos experimentais: GC, GB e grupo scaffold de Biosilicato® irradiado com laser (GBL). O implante do scaffold foi realizado em seguida à cirurgia de defeito ósseo. O tratamento com laser iniciou-se imediatamente após a cirurgia e foram realizadas 8, 15 ou 23 sessões, com um intervalo de 48h entre elas. Ao 15º dia pós-lesão a análise histológica revelou tecido de granulação e osso neoformado justapostos à superfície dos scaffolds no GB e GBL. Trinta dias após a lesão, o GB e GBL apresentavam osso neoformado mais organizado em comparação ao GC. Ao 45º dia, foi possível observar tecido de granulação nos defeitos do GBL. No GB, o pico de imunoexpressão da COX-2 ocorreu no 15º dia e no GBL, no 30º dia. Os GB e GBL apresentaram imunoexpressão positiva da BMP-9 até o 45º dia após a cirurgia, enquanto que para o RANKL, a imunoexpressão foi maior no GBL no 30º dia. No entanto, 30 e 45 dias após a lesão, os animais dos GB e GBL apresentaram valores estatísticamente menores de carga máxima em comparação ao GC. Assim, a associação do scaffold de Biosilicato® com o laser exerce atividade osteogênica durante o reparo ósseo, no entanto, o scaffold de Biosilicato® associado ou não a irradiação laser não é eficaz em melhorar as propriedades mecânicas do calo ósseo. Finalmente, podemos concluir que a LLLT e o implante de scaffolds de Biosilicato®, associados ou não, foram eficazes em estimular a consolidação óssea, melhorando o desenvolvimento de osso neoformado e ativando a imunoexpressão de proteínas, fatores de crescimento e de transcrição relacionados a diferentes etapas do reparo ósseo em defeitos tibiais em ratos. No entanto, estas modalidades terapêuticas, associadas ou não, não foram capazes de melhorar as propriedades mecânicas do calo ósseo em ensaio de flexão na posição de tração.

Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / A célula epitelial é o primeiro contato entre os micro-organismos e o hospedeiro. Essa interação pode levar a produção de diversas citocinas, quimiocinas, moléculas inflamatórias e também estimular a geração de espécies reativas de oxigênio (ERO). Neste trabalho avaliamos se a interação com as células HEp-2 poderia ser genotóxica para os mutantes derivados de Escherichia coli K-12 deficientes em algumas enzimas que fazem parte do sistema de reparo por excisão de base (BER). Além disto, avaliamos a expressão do sistema SOS, que é induzido pela presença de danos no genoma bacteriano. Os resultados obtidos mostraram a presença de filamentos, na interação com células HEp-2, principalmente, no mutante xthA (BW9091) e no triplo mutante xthA nfo nth (BW535). Quando a interação foi quantificada na ausência da D-manose, observamos um aumento das bactérias aderidas. Além disto, a quantidade e o tamanho dos filamentos também aumentaram, mostrando que as adesinas manose-sensíveis estavam envolvidas na filamentação bacteriana. Para comprovar se o aumento da filamentação observada neste ensaio foram uma consequência da indução do sistema SOS, desencadeada pela interação com as células HEp-2, quantificamos a expressão do SOS, na presença e na ausência da D-manose. De fato, observamos que a indução do SOS na ausência da D-manose foi maior, quando comparada, com o ensaio realizado na presença de D-manose. Além disto, observamos que a ausência de xthA foi importante para o aumento da filamentação observada na ausência de D-manose. Diante destes resultados, verificamos se a resposta de filamentação ocorreria quando as bactérias interagiam com uma superfície abiótica como o vidro. Observamos também inúmeros filamentos nos mutantes BER, BW9091 e BW535, quando comparados a cepa selvagem AB1157. Essa filamentação foi associada à indução do SOS, em resposta a interação das bactérias com o vidro. Em parte a filamentação e a indução do SOS observadas na interação ao vidro, foram associadas à produção de ERO. Quantificamos também o número de bactérias aderidas e observamos que as nossas cepas formavam biofilmes moderados. Contudo, a formação de biofilme dependia da capacidade da bactéria induzir o sistema SOS, tanto em aerobiose como em anaerobiose. A tensão do oxigênio foi importante para interação dos mutantes BER, uma vez que os mutantes BW9091 e BW535 apresentaram uma quantidade de bactérias aderidas menor em anaerobiose. Contudo, a diminuição observada não estava vinculada a morte dos mutantes BER. Também realizamos microscopia de varredura na cepa selvagem e nos mutantes, BW9091 e BW535 e confirmamos que as três cepas formavam biofilmes tanto em aerobiose como em anaerobiose. Observamos uma estrutura sugestiva de matriz extracelular envolvendo os biofilmes da cepa selvagem AB1157 e do mutante BW9091. No entanto, a formação desta estrutura por ambas as cepas dependia da tensão de oxigênio, pois nos biofilmes formados em anaerobiose essa estrutura estava ausente. Em conclusão, mostramos que na interação das bactérias com a superfície biótica e abiótica, ocorreu lesão no genoma, com indução do SOS e a resposta de filamentação associada. / The epithelial cell is the first contact between microorganisms and host. This interaction results in production of several cytokines, chemokines, and inflammatory molecules by epithelial cells and also stimulate the generation of reactive oxygen species (ROS). In the present study, we have evaluated whether the interaction to HEp-2 cells causes genotoxicity to mutants derived from Escherichia coli K-12 deficient in some enzymes that are part of the system of base excision repair (BER). Moreover, we measured the expression of SOS system, which is induced by the presence of damage to the bacterial genome. Our results showed mainly presence of filamentous bacterial growth in xthA mutant (BW9091) and triple xthA nfo nth mutant (BW535) when submitted to HEp-2 cells interaction assays. When experiments were performed in the absence of mannose, data showed enhanced interaction of viable bacteria to HEp-2 cells for all strains tested. Furthermore, the removal of D-mannose resulted in an increase in both number and size of bacterial filamentous forms, indicating the involvement of mannose-sensitive adhesins in the filamentation of these strains. In order to verify whether the increased filamentation growth in this assay was a consequence of SOS induction, triggered by interaction to HEp-2 cells, we measured expression of SOS in the presence and absence of D-mannose. Indeed, we observed higher expression of SOS response in the absence of mannose than in experiments performed in the presence of D-mannose. Moreover, we observed that the absence of xthA was important to filamentation increasing in absence of D-mannose. Based on these results, we verified if interaction to abiotic surfaces, like glass, could lead to filamentation of these strains. We also observed numerous filaments in BER mutants, BW9091 and BW535, when compared to wild-type strain AB1157. The filamentation observed was a consequence of SOS induction, triggered by attachment to the glass surface. In part, the filamentation and SOS induction observed in these experiments were related to ROS production. We also quantified interacted bacterial cells and it was observed moderated biofilm formation in all strains tested. However, biofilm formation depended on the ability of the bacteria to induce the SOS response, under both aerobic and anaerobic conditions. The oxygen tension was important factor for interaction of the BER mutants, since these mutants exhibited decreased quantitative adherence under anaerobic conditions. However, this decrease was not related to BER mutants death. Scanning electron microscopy was also performed in the wild-type strain and BER mutants (BW9091 e BW535) and biofilm formation was confirmed under both aerobic and anaerobic conditions. We observed a structure similar to a extracellular matrix which involved biofilms of wild type strain (AB1157) and xthA mutant (BW9091). However, the formation of this structure by both strains depended on the oxygen tension, since biofilm formation, under anaerobiosis condition, did not presented this structure. In conclusion, was provided that bacterial interaction to biotic and abiotic surfaces can lead to damage of bacterial genome, resulting in SOS induction and associated filamentation.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Didaticamente, podemos dividir o espectro da radiação ultravioleta (UV) em três faixas: UVA (400 a 320 nm), UVB (320 a 290 nm) e UVC (290 a 100 nm). Apesar do UVC ou UV-curto ser eficientemente filtrado pela camada de ozônio da Terra e sua atmosfera, este é uma das faixas do espectro de UV mais usadas para explorar as consequências de danos causados ao DNA, já que a letalidade induzida por este agente está relacionada aos danos diretos no genoma celular, como as lesões dímero de pirimidina, que são letais se não reparadas. Contudo, demonstrou-se que a radiação UVC pode gerar espécies reativas de oxigênio (ERO), como o oxigênio singleto (1O2). Embora, o radical hidroxil (OH) cause modificações oxidativas nas bases de DNA, alguns trabalhos indicam que o 1O2 também está envolvido nos danos oxidativos no DNA. Esta ERO é produzida por vários sistemas biológicos e reações fotossensibilização, quando cromóforos são expostos à luz visível ou são excitados pela luz UV, permitindo que essa energia possa ser transferida para o oxigênio sendo convertido em 1O2, que é conhecido por modificar resíduos de guanina, gerando 8-oxoG, que caso não seja reparada pode gerar uma transversão GC-TA. O objetivo deste trabalho foi o de elucidar a participação de ERO nos efeitos genotóxicos e mutagênicos gerados pela radiação UVC, assim como as enzimas envolvidas no processo de reparação destas lesões em células de Escherichia coli. Nos ensaios as culturas foram irradiadas com o UVC (254 nm; 15W General Electric G15T8 germicidal lamp, USA). Nossos resultados mostram que o uso de quelantes de ferro não alterou a letalidade induzida pelo UVC. A azida sódica, um captador de 1O2, protegeu as cepas contra os danos genotóxicos gerados pelo UVC e também diminuiu a frequência de mutações induzidas no teste com rifampicina. A reversão específica GC-TA foi induzida mais de 2,5 vezes no ensaio de mutagênese. A cepa deficiente na proteína de reparo Fpg, enzima que corrige a lesão 8-oxoG, apresentou menos quebras no DNA do que a cepa selvagem no ensaio de eletroforese alcalina. A letalidade induzida pelo UVC foi aumentada nos mutantes transformados com o plasmídeo pFPG, ao mesmo tempo que representou uma redução na indução mutagênica. Houve dimuição na eficiência de transformação com plasmídeo pUC 9.1 na cepa fpg quando comparado a cepa selvagem. Assim como, um aumento da sensibilidade ao UVC na associação entre mutantes fpg e uvrA. Estes resultados mostram que o 1O2 participa dos danos induzidos pelo UVC, através da geração da lesão 8-oxoG, uma lesão mutagênica, que é reparada pela proteína Fpg / Didactically, we can divide the ultraviolet radiation (UV) spectrum into three bands: UVA (400 to 320 nm), UVB (320-290 nm) and UVC (290-100 nm). Despite the UVC or far-UV be efficiently filtered by Earths ozone layer and its atmosphere, this is one of bands of UV spectrum used to explore the consequences of DNA damages, since the UVC-induced lethality is related to direct damage in genome cells, such as pyrimidine dimers, which are lethal if not repaired. However, it was shown that UVC radiation can generate reactive oxygen species (ROS) such as singlet oxygen (1O2). Although hydroxyl radical (OH) cause oxidative modifications in DNA bases, some works suggests that 1O2 is also involved in oxidative DNA damage. This ROS is produced by several biological systems and photosensitivity reactions when chromophores are exposed to visible light or excited by UV light, allowing that energy can be transferred to the oxygen being converted to 1O2, which is known to modify guanine residues, generating 8-oxoG, if not repaired can lead to a GC-TA transversion. The objective of this work was to elucidate the ROS involvement in the genotoxic and mutagenic effects generated by UVC radiation, as well as the enzymes involved in the repair process of these lesions in Escherichia coli cells. In the assays, cultures were irradiated with UVC (254 nm, 15 W General Electric germicidal lamp G15T8, USA). Our results show that the use of iron chelators did not affect the UVC-induced lethality. The sodium azide, a 1O2 quencher, protected strains against the genotoxic damage produced by UVC and also decreased the frequency of mutations induced in rifampicin assay. Reversal specific GC-TA was induced more than 2.5 fold in the mutagenesis assay. The deficient strain in the repair protein Fpg, an enzyme that corrects 8-oxoG lesions, had less DNA breakage than the wild strain in electrophoresis alkaline assay. The UVC-induced lethality was increased in mutants transformed with the pFPG plasmid, while representing a decrease in mutagenic induction. There was a reduction in the transformation efficiency with plasmid pUC 9.1 on Fpg-strain compared to wild-type strain. Also there was a lethality increase in the association between fpg and uvrA mutants. These results shows that 1O2 participates in UVC-induced damages through the generation of 8-oxoG lesion, a mutagenic lesion that is repaired by the Fpg protein.