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Previous issue date: 2017-08-18 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior (CAPES) / Esta tese de doutorado ? um aporte te?rico-pr?tica para o desenvolvimento de estudos que utilizem a bioanal?tica, particulamente materiais biol?gicos provenientes de bact?rias, podendo estes ser isolados, DNA, entre outros, em conjunto com ferramentas quimiom?ticas de an?lise. Para isso, buscou-se identificar diferen?as bacterianas quando submetidas a uma fonte de estresse a partir de diferentes t?cnicas anal?ticas. A primeira abordagem foi realizada partindo da bioespectroscopia, utilizando-se de dados espectrosc?picos obtidos na regi?o do infravermelho. A bioespectroscopia na regi?o do infravermelho ? descrita como uma t?cnica n?o invasiva, de alto rendimento, baixo custo (quando comparado com t?cnica padr?es de an?lise) e objetivas, e que possui um enorme potencial na an?lise de bact?rias, complementando ou mesmo substituindo m?todos de diagn?stico de doen?as convencionalmente conduzidos por especialistas atrav?s de m?todos padr?es de an?lises de alto custo e que necessitam de reagentes espec?ficos. Os dados obtidos a partir da bioespectroscopia em amostras bacterianas s?o complexos e apresentam muitas bandas de sobreposi??o sendo necess?ria a aplica??o de ferramentas matem?ticas para superar estas dificuldades. Para isso, algumas ferramentas matem?ticas, como os m?todos de sele??o de vari?veis, que utilizam a an?lise discriminante linear com Algoritmo de Proje??o Sucessiva (SPA-LDA) e Algoritmo Gen?tico (GA-LDA), geralmente s?o utilizadas com a finalidade de facilitando a extra??o de informa??es relevantes. A espectroscopia na regi?o do infravermelho, em espec?fico infravermelho pr?ximo (NIR) e infravermelho com trasformata de Fourier e reflect?ncia total atenuada (ATR-FTIR), em conjunto com m?todos de sele??o de vari?veis (SPA-LDA e GA-LDA) foram utilizadas na discrimina??o de amostras de bact?rias (Sthaphylococcus aureus, Klebsiella pneumoneae e Pseudomonas aeruginosa). Foram identificados prov?veis biomarcadores como lip?deos e prote?nas em ~1550 cm-1 e 1400 cm-1 e vibra??es de DNA em ~1080 cm-1. Valores de sensibilidade de 75% e 95% para modelos de SPA-LDA e 100% e 93% para modelos GA-LDA foram encontrados. Com base nesses resultados, pode-se concluir que o SPA-LDA e GA-LDA em conjunto com a espectroscopia na regi?o do infravermelho mostraram-se ferramentas eficientes melhorando o tempo e custo de diagn?stico possibilitando o tratamento mais r?pido em rela??o aos m?todos padr?es de diagn?stico e, consequentemente, sendo poss?vel evitar a evolu??o de uma poss?vel infec??o. A segunda abordagem foi avaliar poss?veis mudan?as no perfil lipid?mico de bact?rias resultante de sua exposi??o a uma fonte de estresse externa (Ars?nio (III)), utilizando as cianobact?rias Anabaena sp. e Planktothrix agardhii. Os dados foram obtidos a partir a Cromatografia L?quida- Espectrometria de Massas (LC-MS) que por gerar uma matriz de dados muito extensa foi necess?ria a utiliza??o de uma estrat?gia de sele??o proposta recentemente, definida como ROI (do ingl?s regions of interests) que diminui significativamente o tamanho da matriz de dados obtidas por LC-MS. Resolu??o Multivariada de Curvas com M?nimos Quadrados Alternantes (MCR-ALS) foi utilizado como m?todo de resolu??o das fontes de varia??o, recuperando as informa??es de seus componentes puros que se encontravam misturadas. As massas majorit?rias encontradas, sendo algumas delas 766.54, 565.40 e 871.56 (m/z), determinam que as cianobact?rias estudadas, ao serem submetidas a As(III), sofrem mudan?as relacionadas a estruturas que comp?em os processos fotossint?ticos das mesmas. / This doctoral thesis is a theoretical-practical contribution for the development of studies that use bioanalytical, particularly biological materials from bacteria, which can be isolated, DNA, among others, in conjunction with chemistry analysis tools. For this, it was sought to identify bacterial differences when submitted to a source of stress from different analytical techniques. The first approach was based on biospectroscopy, using spectroscopic data obtained in the infrared region. Biospectroscopy in the infrared region is described as a non-invasive, high-throughput, low-cost (when compared with standard analytical techniques) and objective techniques, and has a huge potential in the analysis of bacteria, complementing or even replacing diagnostic methods of diseases conventionally conducted by skilled persons by standard methods of expensive analyzes and requiring specific reagents. The data obtained from biospectroscopy in bacterial samples are complex and have many overlapping bands and it is necessary to apply mathematical tools to overcome these difficulties. For this, some mathematical tools, such as variable selection methods, using Linear Discriminant Analysis with Successive Projection Algorithm (SPA-LDA) and Genetic Algorithm (GA-LDA), are generally used for the purpose of solving these data, facilitating the extraction of information. Infrared spectroscopy, in specific Near Infrared (NIR) and infrared spectroscopy with Fourier transform and Attenuated Total Reflectance (ATR- FTIR), in conjunction with variable selection methods (SPA-LDA and GA-LDA) was used in the discrimination of bacterial samples (Sthaphylococcus aureus, Klebsiella pneumoneae and Pseudomonas aeruginosa). Possible biomarkers such as lipids and proteins were identified at ~ 1550 cm -1 and 1400 cm -1 and DNA vibrations at ~ 1080 cm -1. Sensitivity values of 75% and 95% for SPA-LDA models and 100% and 93% for GA-LDA models were found. Based on these results, it can be concluded that the SPA-LDA and GA- LDA in conjunction with the infrared spectroscopy showed efficient tools improving the time and cost of diagnosis allowing the treatment faster than the standard methods of diagnosis, and consequently, it is possible to avoid the evolution of a possible infection. The second approach was to evaluate possible changes in the lipid profile of bacteria resulting from its exposure to an external stress source (Arsenic (III)), using the cyanobacteria Anabaena sp. and Planktothrix agardhii. The data were obtained from Liquid Chromatography-Mass Spectrometry (LC-MS), which, in order to generate a very extensive data matrix, required the use of a recent selection strategy, defined as ROI (regions of interest), which significantly decreased the Size of the data matrix obtained by LC-MS. Multivariate Curve Resolution - Alternating Least Squares (MCR-ALS) was used as a method to solve variation sources, retrieving the information of its pure components that were mixed. The majority masses found, such as 766.54, 565.40 and 871.56 (m/z), determine that the studied cyanobacteria, when subjected to As (III), undergo changes related to structures that make up the photosynthetic processes of the same.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufrn.br:123456789/24791 |
| Date | 18 August 2017 |
| Creators | Marques, Aline de Sousa |
| Contributors | 03144855464, Menezes, Fabricio Gava, 03114939988, Melo, Maria Celeste Nunes de, 34195602300, Ferreira, M?rcia Miguel Castro, 05684298850, Pontes, M?rcio Jos? Coelho de, 00841313490, Lima, Kassio Michell Gomes de |
| Publisher | PROGRAMA DE P?S-GRADUA??O EM QU?MICA, UFRN, Brasil |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFRN, instname:Universidade Federal do Rio Grande do Norte, instacron:UFRN |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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