Search for coherent gene modules that predict streptococcus pneumoniae strain invasiveness

Tese de mestrado em Bioquímica, apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, 2012O Streptococcus pneumoniae, também chamado pneumococcus, é uma bactéria grampositiva do subgrupo alfa-hemolítico do género Streptococcus. É um colonizador frequente do trato respiratório superior humano e embora possa ser encontrado em qualquer pessoa, tem maior prevalência em crianças e idosos. A colonização decorre tipicamente sem causar sintomas, mas pode por vezes culminar na invasão de outros tecidos e provocar doenças como pneumonia, meningite ou otite do ouvido médio. Sem tratamento, a infeção com pneumococcus tem uma taxa de mortalidade da ordem dos 30 por cento mas, atualmente, com o uso de antibióticos e vacinas, este número é muito mais reduzido. Contudo, a resistência a antibióticos tem vindo a ser reconhecida em pneumococcus e a vacinação, mais do que reduzir o número de doenças provocadas por pneumococcus, tem conduzido à substituição das estirpes que as originam. Por estes motivos, torna-se urgente entender o mecanismo de invasão e virulência do pneumococcus para que novas formas de combate a este patógeneo possam tomar forma. Como em muitos outros organismos que habitam meios de composição pouco variável, na maioria patógenos, o pneumococcus tem um genoma reduzido. O genoma apresenta grande plasticidade, variando cerca de 10 por cento entre estirpes e contem apenas 60 a 80 por cento de genes mantidos em todas as estirpes. A totalidade dos genes do pneumococcus, o pangenoma, é consideravelmente mais vasto que o genoma de qualquer estirpe e juntamente com a capacidade de trocar genes entre a própria espécie, ou por vezes com espécies próximas, confere a esta bactéria uma grande adaptabilidade e resposta rápida a mudanças no seu meio ambiente. A transferência de genes horizontal é de facto uma idiossincrasia do pneumococcus e é, por vezes, acompanhada pela indução de morte de células da mesma espécie para que estas libertem DNA. Este fenómeno, conhecido como fratricídio, acontece quando a célula entra num estado de competência, também chamado estado X. O segundo nome foi proposto por ser mais abrangente, evitando que o estado fosse apenas associado à competência. Neste estado, o perfil de transcrição da bactéria é globalmente alterado e além de expressar genes que promovem a competência, expressa também bacteriocinas tóxicas para as células vizinhas e proteínas que protegem a própria célula dessas bacteriocinas. A facilidade de incorporação de DNA de outras células contribui significativamente para a sobrevivência da bactéria. A resistência à penicilina, por exemplo, é conferida por genes que foram adquiridos de uma espécie próxima, o Streptococcus Mitis. A invasividade e virulência do pneumococcus varia de estirpe para estirpe e é função do conteúdo génico. A bactéria está especialmente adaptada para colonizar, visto passar a maior parte do tempo na nasofaringe e que o principal meio de transmissão ocorre por aerossol e quase exclusivamente durante a colonização. Embora não exista consenso sobre o motivo desta adaptação, é consensual que algumas estirpes são mais aptas para a invasão de outros tecidos e, consequentemente, causar doença. Entre os determinantes de virulência, o mais estudado é a cápsula polisacarídica ou serótipo. São conhecidos mais de 90 serótipos que diferem em estrutura e composição, mas apenas pouco mais de vinte estão associados a doença. A cápsula é um dos mais importantes mecanismos de defesa contra o sistema imunitário humano, já que, além de cobrir grande parte dos epítopos que seriam facilmente reconhecíveis, ainda inibe o sistema do complemento. Vários outros determinantes têm vindo a ser identificados mas o contexto genético tem sido descurado. Alguns dos genes associados com virulência numa estirpe, foram associados com colonização noutra, evidenciando a relevância das interações entre genes. A noção de que a invasividade pode ser conferida por interação entre genes complexifica tanto a busca de determinantes, como os próprios determinantes. É possível identificar determinantes de invasividade procurando diferenças entre grupos de estirpes invasivas e grupos de estirpes colonizadoras. Estas diferenças podem ocorrer em diferentes níveis como o conteúdo génico ou a sua expressão. Dada a grande variabilidade do genoma do pneumococcus, é expectável encontrar determinantes de invasividade ao nível do conteúdo génico. Estas diferenças podem ser detetadas em larga escala por ensaios de microarrays de Hibridação Genómica Comparativa. É importante notar que esta abordagem é observacional e que, portanto, os resultados permitem apenas estabelecer correlações e não relações de causa efeito. Em contrapartida, permite observar múltiplas interações com diferentes backgrounds genéticos e a interação entre diferentes determinantes. Desta maneira, esta abordagem encaixa-se no paradigma da biologia de sistemas, visto estudar não só os genes individualmente, mas antes em interação com os demais. A procura de determinantes que distingam estirpes invasivas de estirpes colonizadoras é um problema de classificação, uma área da aprendizagem supervisionada. Existem já muitos algoritmos desenhados para resolver este tipo de problema. Tipicamente, o sucesso destes algoritmos é avaliado pela sua capacidade de classificar corretamente as estirpes a partir dos seus genótipos. Entre outros, algoritmos como as redes neuronais são conhecidos por uma elevada exatidão de classificação. No entanto, o foco deste trabalho não é a exatidão de classificação mas antes a compreensão dos mecanismos que conduzem à invasividade. Grande parte dos algoritmos existentes resultam num conjunto de regras difíceis de interpretar e ainda mais de traduzir para um nível biológico, em especial se considerarmos que as estirpes invasivas podem ser um grupo heterogéneo com diferentes mecanismos de invasividade. Por este motivo, surgiu a necessidade de desenhar um novo algoritmo que foque primordialmente identificar determinantes de invasividade. A procura de determinantes que tenham em conta a interação de genes constitui um problema computacional acrescido. A busca de múltiplos genes, módulos de genes, que constituam um determinante transforma-se num problema combinatorial em que o número de possibilidades aumenta exponencialmente com o número de genes. Para evitar uma busca exaustiva de todas as combinações, o algoritmo usa informação sobre interações entre os genes que podem ser de cariz metabólico, regulatório, físico, entre outros, mas que podem ser facilmente descritas num formato comum – as redes. As redes têm a vantagem de expressarem facilmente padrões de interações complexos e de serem manipuláveis e pesquisáveis computacionalmente. Os dados usados neste trabalho resultam de um estudo de microarray de Hibridação Genómica Comparativa com 72 estirpes que usou como controlos as estirpes Tigr4, G54 e R6. Estas estirpes foram previamente classificadas como invasivas, neutras ou colonizadoras, de acordo com a frequência com que foram identificadas em indivíduos saudáveis ou em indivíduos portadores de doença. A presença ou ausência dos genes nas estirpes foi organizado numa matriz denominada matriz de presença génica. As estirpes neutras não foram incluídas na matriz por terem um cariz incerto. A classificação de uma estirpe como neutra pode dever-se tanto a motivos biológicos como à insuficiência de poder estatístico para a classificar como invasiva ou colonizadora. Não foi usada uma rede de interações de genes mas sim uma matriz de distância que avalia a coocorrência e a coinvasidade. A coocorrência é um parâmetro que avalia a frequência com que dois genes estão presentes individualmente comparativamente com a frequência com que estão presentes em conjunto. A coinvasidade é um parâmetro que avalia a semelhança de associação de cada um dos genes com a invasividade. Esta associação é medida usando um teste estatístico de Fisher. Juntos, estes parâmetros asseguram que dois genes com uma baixa distância são genes que coocorrem frequentemente e que têm uma associação com a invasividade semelhante. A matriz de distâncias é usada para criar módulos de genes que serão depois avaliados. Os módulos são criados a partir de um gene semente, ao qual são gradualmente adicionados mais genes. O gene adicionado é sempre o gene com menor distância ao gene semente. Os módulos de genes são inicialmente avaliados quanto à sua presença dos seus genes em estirpes invasivas e colonizadoras através de um teste de runs. Este teste avalia se a distribuição das presenças pelas classes de estirpes é significativa ou se pode ser considerada aleatória, caso em que o módulo é abandonado. De seguida é definido um número de genes, limite, acima do qual o módulo é considerado presente numa estirpe. Este limite é definido de forma a que o módulo esteja presente exclusivamente em estirpes invasivas. Se tal limite não existir o módulo é abandonado. Caso tenha sido possível estabelecer um limite, é avaliada a significância do mesmo. Para tal é usado um teste unilateral que calcula a probabilidade do limite ter sido fixado com um valor tão ou mais baixo. Caso o limite não tenha significância estatística de 0.05 o módulo é abandonado. Dado o método de formação dos módulos, é possível que nem todos os genes contribuam para a associação do módulo com a invasividade. Para eliminar essas situações é avaliada a associação individual de cada gene com as estirpes em que o módulo está presente usando um teste de Fisher. Os genes que não estiverem associados são eliminados do módulo. Após a remoção de genes o limite é recalculado e a sua significância é reavaliada. Terminado este passo, é selecionado apenas um módulo de entre os módulos criados a partir do mesmo gene semente. O módulo selecionado é aquele que for constituído pelo maior número de genes. Por fim realizou-se uma correção para testes múltiplos que estabeleceu a taxa de descobertas falsas em 5 por cento. Este passo eliminou todos os módulos com menos de 24 genes. De todo este processo resultaram 26 módulos significantes pelos padrões estatísticos exigidos e que estão presentes exclusivamente nas estirpes invasivas. Embora os módulos sejam distintos, existe grande sobreposição entre eles. É possível observar submódulos que surgem repetidos em vários módulos e que eram possivelmente módulos por si, tendo sido eliminados pela correção por testes múltiplos. Para cada módulo, observou-se que a presença dos seus genes está correlacionada com o rácio de probabilidade da invasividade das estirpes. Esta correlação observa-se mesmo para as estirpes neutras, ainda que estas não tenham sido usadas como input no algoritmo. Embora as classes invasiva e colonizadora tenham sido usadas pelo algoritmo, os dados dos seus rácios de probabilidade de invasividade não foram. Em conjunto, os módulos usam um total de 111 genes e, usados em conjunto, é possível encontrar uma correlação semelhante. A correlação dos módulos, individualmente e em conjunto, com os rácios de probabilidade de invasividade e com as estirpes neutras é um resultado positivo que suporta a relevância e autenticidade destes módulos como determinantes de invasividade. Os módulos são robustos contra pequenas alterações na matriz de presença de genes. A experiência de microarray a partir da qual os dados foram originados tem um erro inerente e esta alta robustez confere confiança na autenticidade dos resultados do algoritmo, mostrando que dificilmente são consequência de erros do microarray. A existência de um limite para definir presença de módulos, por oposição à exigência de presença de todos os genes em simultâneo, pode ser uma fonte de robustez contra perturbações nos perfis de presença dos genes. Não foi encontrado enriquecimento de funções entre os genes selecionados pelo algoritmo nem entre os módulos. O enriquecimento das funções foi avaliado usando a anotação do JCVI. Apesar de não se ter verificado enriquecimento funcional usando a anotação da base de dados do JCVI, alguns genes têm claramente relações funcionais. O nrdD codifica um ribozima que é ativado pelo nrdG. Os genes Argh e ArgG codificam enzimas que catalisam reações sequenciais que constituem uma via alternativa da síntese da arginina. O enzima manitol-1-fosfato desidrogenase (mTLD) utiliza como substrato o manitol-1-fosfato, que é o produto do transporte de manitol pelo sistema PTS (MTLA e mtlF). O RuvB tem a sua atividade como estimulador de recombinação facilitada pela presença da proteína de ligação de DNA de cadeia simples ssb. Um transportador ABC requer a presença de vários componentes que foram selecionados pelo algoritmo, tais como módulos de ligação ao ATP (ou NBDs) e permeases transmembrananares. A ação da aquaporina Z (aqpZ) tem levantado dúvidas na comunidade científica, já que a sua ação parece conduzir ao acumular de pressão de turgescência celular excessiva. O canal mecanosensível largo (MsCl) proporciona uma resposta eficaz para a pressão de turgescência e pode ser um contrapartida biológica da aqpZ. Poliaminas, como a espermidina e norespermidina, têm sido relatadas como possíveis substitutos da colina e são, por conseguinte, intervenientes importantes na estrutura da parede celular e possivelmente na ligação a proteínas que se ligam a colina. A maioria dos genes selecionados foi previamente associada com a invasão ou tem alguma conexão plausível com os mecanismos de invasão. Proteínas da cápsula e proteínas que ligam colina desempenham um papel importante na proteção contra as defesas do hospedeiro. São importantes na inibição da ação do sistema imunitário, nomeadamente pela remoção das proteínas do complemento, ou pela ligação ao fator H, que é um inibidor do complemento. Vários elementos genéticos móveis foram identificados dentro ou perto do locus dos genes da cápsula e tem sido relatado o impacto destes elementos na regulação da transcrição de vários genes desse locus. A invasão de novos tecidos requer uma adaptação rápida a um ambiente novo, tanto às suas propriedades físicas como à disponibilidade de nutrientes. Foram selecionados genes de resposta a mudanças da pressão osmótica que parecem mais dirigidos a uma resposta rápida a grandes alterações da pressão do que à regulação fina da pressão e são, portanto, de particular interesse na adaptação a novos meios. Genes de resposta anaeróbica como o nrdD e o seu ativador, nrdG, dificilmente são funcionais na nasofaringe, uma vez que são estritamente anaeróbicos. No interior do organismo humano contudo, a concentração de oxigénio é reduzida, uma vez que este está quase sempre ligado a moléculas biológicas como a hemoglobina. Nestas circunstâncias o nrdD pode ser crucial para manter as funções dos enzimas aeróbios equivalentes. A capacidade de utilizar diferentes fontes de energia e de carbono é de extrema importância para a invasividade de uma estirpe. O elevado número de transportadores de açúcar está relacionado com a capacidade das estirpes invasivas sobreviverem em meios de variadas composições. Na mesma lógica, alguns genes foram selecionados que codificam para enzimas do metabolismo de diferentes açúcares, aumentando também a adaptabilidade da estirpe a diferentes meios. Genes de proteólise estão provavelmente relacionadas com as necessidades nutricionais de aminoácidos. A síntese de proteínas é um processo constante em todas as bactérias e exige uma disponibilidade permanente de aminoácidos e tRNA. Foram selecionados genes de síntese de aminoácidos que proporcionam vias alternativas para a síntese de aminoácidos, utilizando substratos alternativos. O algoritmo também selecionou genes ligados à síntese e ligação de tRNA ao aminoácido correspondente. Estes enzimas não foram caracterizados em Streptococcus pneumoniae e é difícil prever a sua influência na síntese proteica. Por fim, a grande heterogeneidade dos genomas do pneumococcus advém da sua capacidade de recombinação. Alguns dos genes selecionados pelo algoritmo promovem a heterogeneidade do genoma, aumentando a recombinação com o DNA extracelular. Entre os genes selecionados é promovida a internalização de DNA, a sua estabilização e a recombinação com DNA não homólogo. O estado de competência do pneumococcus é acompanhado por uma apetência para induzir a apoptose em células vizinhas, aumentando a concentração de fragmentos de DNA no meio. Várias bacteriocinas foram associadas por este trabalho à invasividade, bem como genes que inibem a apoptose da própria célula. Esses genes dão à célula uma vantagem natural na competição com outros colonizadores. Em suma, alcançou-se o objetivo pretendido de encontrar determinantes de invasividade. Estes determinantes são fruto de um estudo observacional e é portanto de notar que a relação que têm com a invasividade é apenas de correlação. Para determinar o impacto que estes módulos de genes têm na invasividade é necessário realizar estudos laboratoriais que averiguem em maior detalhe a função biológica dos genes e a sua relação com os mecanismos de invasão.Streptococcus pneumonia is a pathogenic bacterium responsible for several human diseases, such as pneumonia, meningitis and sepsis. Any pneumococcal disease is preceded by an asymptomatic colonization stage in the human nasopharynx. The transition from colonization to invasion is known to depend on both human and pathogen factors. This work aims to computationally identify pneumococcal genetic factors that influence the likelihood of invasion events. For this purpose, we analyze microarray based comparative genomic hybridization data of 72 strains of pneumococcus. Each strain was classified as Invasive, Neutral or Colonizer according to a previous study that compared the frequencies with which strains were recovered from an asymptomatic carrier or from invasive disease episodes. We propose to select genes that, individually or in a coordinated way, affect the frequency of invasion transitions among all colonization events, which we denominate as invasiveness. To detect coordinated sets of genes, we developed a method that uses networks of known interactions between genes to find gene modules that predict invasiveness. Each module is founded with a single gene and then grown with its closest neighbors in the network. Each module is then evaluated for its predictive power, statistical significance and robustness to data variability. We tested the method with a network based on a distance score that integrates gene co‐occurrence and co‐invasiveness. Among others functions, the found modules implicate cell envelope, transport, sugar metabolism, osmotic response, aminoacid synthesis, spermidine synthesis and proteolysis functions in pneumococcal invasiveness

Adequação Nutricional em Crianças Subnutridas dos 6 aos 59 Meses, em Cantagalo (São Tomé e Príncipe)

OBJETIVOS: Conhecer as diferenças entre o aporte energético e de macronutrientes e as recomendações nutricionais em crianças subnutridas dos 6 aos 59 meses, no distrito de Cantagalo, em São Tomé e Príncipe. Estudar a relação entre a adequação da ingestão e o tipo e grau de subnutrição, idade, amamentação e dificuldade de acesso a comida suficiente reportada pelo cuidador da criança. METODOLOGIA: Neste estudo descritivo inquiriram-se cuidadores de 118 crianças entre os 6 e os 59 meses. Foram recolhidos dados antropométricos e sociodemográficos e foi feito um inquérito às 24 horas anteriores para avaliar o aporte energético e de macronutrientes. Determinou-se a adequação nutricional pela comparação com as Dietary Reference Intake (crianças não amamentadas) e com as recomendações definidas por Dewey e Brown (para as amamentadas).RESULTADOS: Da amostra de crianças subnutridas, 72,9%, 59,3% e 74,6% apresentou aportes inferiores às recomendações em termos de energia, hidratos de carbono e lípidos, respetivamente. Apenas 14,4% apresentou aporte proteico inferior ao de referência. As crianças mais velhas e as não amamentadas tenderam a apresentar-se mais afastadas das recomendações. As crianças com subnutrição crónica moderada, comparativamente às que tinham subnutrição crónica severa, apresentaram maior prevalência de aporte energético inferior às recomendações, mas não se verificaram diferenças relativamente aos macronutrientes. CONCLUSÕES: A maioria das crianças subnutridas avaliadas não atinge as recomendações energéticas e de macronutrientes, à exceção das proteínas. Esta situação é mais grave em crianças mais velhas e crianças não amamentadasINTRODUCTION: Undernutrition in children is considered a public health issue, especially in developing countries, and its relation to an inadequate dietary intake is highly recognized. The lack of data concerning to São Tomé e Príncipe in this area makes it imperious to evaluate these childrens nutritional adequacy and to do more similar studies.OBJECTIVES: To know the differences between energetic and macronutrient intake and nutritional recommendations in undernourished children from 6 to 59 months of age in Cantagalo, São Tomé e Príncipe. To assess the relationship between nutritional adequacy and undernutrition type and severity, age, breastfeeding and reported difficulties in access to enough food.METHODOLOGY: In this descriptive study, a survey was applied to 118 caregivers of children from 6 to 59 months of age. Anthropometric and sociodemographic data were collected and a 24 hour recall was applied to assess childrens energy and macronutrient intake. Nutritional adequacy was determined by comparison with the DRI (non-breastfed children) and Dewey and Browns recommendations (for breastfed children).RESULTS: From the sample of undernourished children, 72.9%, 59.3% and 74.6% presented values below the recommendations for energy, carbohydrates and lipids, respectively. For protein, only 14.4% were below the reference values. Older and non-breastfed children tended to be out of the recommendation. Children with moderate chronic undernutrition, comparatively to those with severe chronic undernutrition, showed a higher prevalence of energetic intake inferior to recommendations, but no significant differences were found in terms of macronutrients. CONCLUSIONS: Most of the evaluated undernourished children do not reach energetic and macronutrient recommendations, with protein being an exception. This is worse for older and non-breastfed children

Experimental and empirical evidence shows that reducing weed control in winter cereal fields is a viable strategy for farmers

International audienceModern agriculture needs a paradigm shift to make the world’s food production sustainable whilemitigating social and environmental externalities. Although various policies to limit the use of agrochemicals have recently been implemented in the european Union, the use of both herbicides and fertilizers has remained fairly constant. Farmers are assumed to behave optimally, producing the best they can, given the agronomic constraints of their fields. Based on this assumption, reducing agrochemicals should inevitably have negative effects on food production, or reduce farmers’ incomes. Coupling empirical analysis based on field surveys and experimental trials where weed management and nitrogen input were manipulated in the same production fields and under real farming conditions, we demonstrate that high use of N fertiliser or intense weed control slightly increase yields, but that this increase is not enough to offset the additional costs incurred by their use. Our experimental design allowed inputs to be varied in a two-factor design, along a gradient spanning from organic to highly intensive farming, while holding all other conditions constant and thus avoiding confounding effects. Quantification of crop yields and gross margins from winter cereal farming showed that reducing dependence on weed management may not hamper cereal production in this system, and is economically profitable at the field level on the short term. our study thus contributes to addressing a key gap in our economic knowledge, and gives hope for implementing win-win strategies for farmers and the environment

Modelling the effect of Bt maize introduction on pest dynamics, insecticide use and economic returns to farmers

The use of genetically engineered (GE) crops promises to deliver remarkable results from an environmental, economic and human health point of view. Presently, the world area planted with GE crops is devoted mainly to three sorts of genetic alteration, herbicide tolerance, insect resistance (IR) or a combination of both. In this thesis, the discussion focuses on genetically engineered insect resistant (GEIR) crops expressing toxins from the soil bacteria Bacillus thuringiensis (Bt) producing Crystalline (Cry). The prevailing scientific opinion is that although GEIR crops carry a certain degree of uncertainty, the potential risks are not considerably different to those associated with insecticides. Given the current understanding, the actual dispute about the risks is based mainly on the potential long-term effects, including gene slipover, development of pest resistance and the impact on non-target organisms. A further concern is that insect species that are not susceptible to the expressed toxin will develop into secondary pests and cause significant damage to the crop. In this thesis, the causes and impact of secondary pest outbreak are reviewed, analysed and incorporated within a novel bio-economic modelling framework. The bio-economic model takes into consideration the dynamics of two pest insects competing for the same resource and the resultant impact on maize farmers’ net returns. The modelling developed culminates with the inclusion of spatial features explicitly represented. The resulting bio-economic spatially explicit population model evaluates the development and impact of an invasive species that is not susceptible to the insecticide toxin expressed by the transgenic crop. This work provides insights and future recommendations for academic research, policy makers and farmers regarding the control and management of a new incursion of hazard (non-native) species. The research undertaken in this thesis aims to fill an important research gap on the impact of secondary pests GEIR crops, in particularly Bt maize. Overall, the results show that the use of Bt maize could indeed bring economic benefits to farmers while decreasing the burden of insecticides. It is also demonstrated that farmers need to be conscious of the possibility of an outbreak of a secondary pest and the consequences of this on yields and farm profits. Depending on several factors, it may take a number of years for secondary pests to proliferate to relevant levels of importance, thus the need to understand pest dynamics

Sistemas distribuídos: serviços Grid Computing

A necessidade de poder computacional é crescente nas diversas áreas de actuação humana, tanto na indústria, como em ambientes académicos. Grid Computing permite a ligação de recursos computacionais dispersos de maneira a permitir a sua utilização mais eficaz, fornecendo aos utilizadores um acesso simplificado ao poder computacional de diversos sistemas. Os primeiros projectos de Grid Computing implicavam a ligação de máquinas paralelas ou aglomerados de alto desempenho e alto custo, disponíveis apenas em algumas instituições. Contrastando com o elevado custo dos super-computadores, os computadores pessoais e a Internet sofreram uma evolução significativa nos últimos anos. O uso de computadores dispersos em uma WAN pode representar um ambiente muito interessante para processamento de alto desempenho. Os sistemas em Grid fornecem a possibilidade de se utilizar um conjunto de computadores pessoais de modo a fornecer uma computação que utiliza recursos que de outra maneira estariam omissos. Este trabalho consiste no estudo de Grid Computing a nível de conceito e de arquitectura e numa análise ao seu estado actual hoje em dia. Como complemento foi desenvolvido um componente que permite o desenvolvimento de serviços para Grids (Grid Services) mais eficaz do que o modelo de suporte a serviços actualmente utilizado. Este componente é disponibilizado sob a forma um plug-in para a plataforma Eclipse IDE

The impact of secondary pests on Bacillus thuringiensis (Bt) crops

The intensification of agriculture and the development of synthetic insecticides enabled worldwide grain production to more than double in the last third of the 20th century. However, the heavy dependence and, in some cases, overuse of insecticides has been responsible for negative environmental and ecological impacts across the globe, such as a reduction in biodiversity, insect resistance to pesticides, negative effects on nontarget species (e.g. natural enemies) and the development of secondary pests. The use of recombinant DNA technology to develop genetically engineered (GE) insect resistant crops could mitigate many of the negative side effects of pesticides. One such genetic alteration enables crops to express toxic crystalline (Cry) proteins from the soil bacteria Bacillus thuringiensis (Bt). Despite the widespread adoption of Bt crops, there are still a range of unanswered questions concerning longer term agro-ecosystem interactions. For instance, insect species that are not susceptible to the expressed toxin can develop into secondary pests and cause significant damage to the crop. Here we review the main causes surrounding secondary pest dynamics in Bt crops and the impact of such outbreaks. Regardless of the causes, if non-susceptible secondary pest populations exceed economic thresholds, insecticide spraying could become the immediate solution at farmers’ disposal, and the sustainable use of this genetic modification technology may be in jeopardy. Based on the literature, recommendations for future research are outlined that will help to improve the knowledge of the possible longterm ecological trophic interactions of employing this technology

Micro/nano devices for blood analysis

[Excerpt] The development of microdevices for blood analysis is an interdisciplinary subject that demandsan integration of several research fields such as biotechnology, medicine, chemistry, informatics, optics,electronics, mechanics, and micro/nanotechnologies.Over the last few decades, there has been a notably fast development in the miniaturization ofmechanical microdevices, later known as microelectromechanical systems (MEMS), which combineelectrical and mechanical components at a microscale level. The integration of microflow and opticalcomponents in MEMS microdevices, as well as the development of micropumps and microvalves,have promoted the interest of several research fields dealing with fluid flow and transport phenomenahappening at microscale devices. [...

Assessing the conservation of Miombo timber species through an integrated index of anthropogenic and climatic threats

Aim: Angolan Miombo woodlands, rich in timber species of the Leguminosae family, go through one of the highest rates of deforestation in sub-Saharan Africa. This study presents, on the basis of updated information of the distribution of Leguminosae timber species native to Angola, an integrated index framing the main threats for trees, which aims to support new conservation measures. Location: Sub-Saharan Africa, Republic of Angola. Methods: The current distribution areas of six Leguminosae timber species (i.e., Afzelia quanzensis, Brachystegia spiciformis, Guibourtia coleosperma, Isoberlinia angolensis, Julbernardia paniculata, and Pterocarpus angolensis) were predicted through ensemble modeling techniques. The level of threat to each species was analyzed, comparing the species potential distribution with a threat index map and with the protected areas. The threat index of anthropogenic and climatic factors encompasses the effects of population density, agriculture, proximity to roads, loss of tree cover, overexploitation, trends in wildfires, and predicted changes in temperature and precipitation. Results: Our results revealed that about 0.5% of Angola's area is classified as of “Very high” threat, 23.9% as “High” threat, and 66.5% as “Moderate” threat. Three of the studied species require special conservation efforts, namely B. spiciformis and I. angolensis, which have a large fraction of predicted distribution in areas of high threat, and G. coleosperma since it has a restricted distribution area and is one of the most valuable species in international markets. The priority areas for the conservation of Leguminosae timber species were found in Benguela and Huíla.Main conclusions: This study provides updated data that should be applied to inform policymakers, contributing to national conservation planning and protection of native flora in Angola. Moreover, it presents a methodological approach for the predictions of species distribution and for the creation of a threat index map that can be applied in other poorly surveyed tropical regions.info:eu-repo/semantics/publishedVersio

Consolidación presupuestaria en las economías en crisis: la con tribución del gasto fiscal en Portugal entre 2

A crise econômica que atingiu muitos países da OCDE, aliada ao excesso de despesa pública, aos elevados níveis de dívida pública acumulada e à incapacidade de os Estados conseguirem mais receita fiscal obrigou muitos, particularmente na Europa, fez com que fossem adotadas estratégias de consolidação das suas contas públicas a longo prazo. Esta pesquisa teve por objetivo analisar em que medida a despesa fiscal contribuiu para o esforço de consolidação orçamental. A análise empírica dos dados seguiu uma natureza predominantemente quantitativa, assente na coleta dos dados e no estudo da relação entre eles. Conclui que a redução da despesa fiscal contribuiu para o aumento da receita pública e que ela apresenta um padrão comportamental semelhante ao da despesa direta. Conclui-se ainda que a integração da despesa fiscal na despesa pública fornece uma ideia mais rigorosa da medida de intervenção do Estado na economia e na sociedade e uma maior transparência na otimização da combinação de ambas no âmbito das escolhas orçamentais.info:eu-repo/semantics/publishedVersio