Mercury isotopic characterization in fish from aquitanian lakes: potential application on mercury source tracing

Trabalho Final de Mestrado Integrado, Ciências Farmacêuticas, Universidade de Lisboa, Faculdade de Farmácia, 2017Mercury (Hg) is an ubiquitous contaminant with a severe impact in public health. In general, humans are mainly exposed to this metal due to fish and seafood consumption where high concentrations of this element can be found due to the bioaccumulation and biomagnification processes occurring in the water environments. A previous study driven by ANSES showed high mercury concentrations on fish from the Aquitanian lakes and this work integrates a new research program that aims at determining the origin of Hg pollution to the biota living in these lakes. The species analysed by CVG-MC-ICP-MS include clams, crayfish, bream, pike, perch and pike-perch collected from September to November 2015 in Hourtin-Carcans, Lacanau, Casaux-Sanguinet, and Parentis-Biscarrose lakes. Hg is involved in several transformations due to environmental and biological processes that influence its stable isotope composition. Therefore, Hg isotopic mass dependent (MDF) and mass independent fractionation (MIF) are powerful tools to identify the major sources and processes involved in Hg bioaccumulation in foodwebs. In the samples analysed, δ202Hg showed a wide range (-0.93‰ to 0.60‰). In general, δ202Hg is increased from clam to crayfish to bream to pike to perch to pike-perch. MIF had a wider range (0.11‰ to 3.84‰) and clam showed the smallest value. Pike, perch and pike-perch displayed the highest ∆199Hg value. In these samples, the mercury bioaccumulated results principally of MeHg demethylation (∆199Hg/∆201Hg = 1.3). Additionally, the stable isotopic composition of Hg was related to the trophic levels of the species calculated by using δ13C, δ15N. The results obtained are a good contribution for the understanding of the mercury biogeochemical cycle in the Aquitanian lakes although there is a need for analysis of samples such as sediments and prey fish to conclude about the trophic transferences of mercury existing in the Aquitanian lakes.O mercúrio é um poluente ubíquo na Natureza, existindo na atmosfera, no solo e nos meios aquáticos, incluindo os meios lacustres, onde é acumulado e alvo de diversas reações, entre elas a alquilação, maioritariamente realizada por bactérias anaeróbias, cujo produto é o metilmercúrio. O metilmercúrio é acumulado no plâncton e devido à sua elevada afinidade pelos grupos sulfidrilo das proteínas citosólicas, é bioacumulado ao longo da cadeia alimentar, atingindo elevadas concentrações em peixes predadores. O consumo de peixe é a maior fonte de exposição de metilmercúrio para os humanos. De acordo com o conhecimento atual, o mercúrio é acumulado principalmente nos rins e no fígado, uma vez que estes são órgãos depuradores. Por outro lado, o metilmercúrio é principalmente acumulado no músculo e no cérebro. A maior parte do metilmercúrio ingerido a partir do peixe é absorvido no trato gastrointestinal e após a formação de um complexo com a L-cisteína, consegue mimetizar a metionina e atravessar a barreira hematoencefálica. Assim, este composto atinge concentrações no cérebro, 3 a 6 vezes superiores às do sangue, levando a neurotoxicidade. Num estudo feito pela ANSES - Agência de segurança alimentar de França em 2011, foi verificada a existência de elevadas concentrações de mercúrio em determinadas espécies de peixes dos lagos Aquitâneos,levando à proibição da pesca nos lagos Hourtin-Carcans e Lacanau. O projeto Contamination des Lacs AQuitains et impacts Humains (CLAQH) surge no seguimento destes acontecimentos e com o intuito de ser compreendida a extensão da poluição por mercúrio nos lagos Aquitâneos, a sua origem e distribuição nos diferentes ecossistemas, o impacto que pode ter na população humana e a perceção de risco para os consumidores. As tarefas estão divididas entre diferentes grupos, sendo que o objetivo deste trabalho específico foi rastrear a transferência do mercúrio ao longo da cadeia trófica por análise isotópica. Para isso, foram pescados dos lagos Hourtin-Carcans, Lacanau, Casaux-Sanguinet e Parentis-Biscarrose, as espécies Abramis brama, Esox Lucius, Perca fluviatilis, Sander lucioperca, Procambarus clarkii e Corbicula flumínea entre Setembro e Novembro de 2015. O elemento mercúrio tem diversos isótopos estáveis, entre eles, 196Hg, 198Hg, 199Hg, 200Hg, 201Hg, 202Hg e 204Hg, cuja abundância natural é de 0,15%, 9,97%, 16,87%, 23,10%, 13,18%, 29,86% e 6,87%, respetivamente. O fracionamento isotópico tem a ver com a ocorrência de variações na composição isotópica natural do elemento. A análise isotópica do mercúrio permite rastrear as fontes de mercúrio por forma a reduzir a exposição das populações a este composto neurotóxico. Quando submetidos a reações de transformação ou troca, todos os isótopos de mercúrio são sujeitos a fracionamento dependente da massa (MDF). Por outro lado, o fracionamento independente da massa (MIF) é principalmente verificado nos 2 isótopos ímpares de mercúrio (199Hg e 201Hg) e pensa-se que este último fenómeno ocorra devido a diferenças na paridade do isótopo ao invés da sua massa. Os diferentes isótopos de um elemento têm ligeiras diferenças na sua massa, o que faz com que os isótopos participem em processos físicos e reações bioquímicas com eficiências diferentes. Este fenómeno é denominado de fracionamento dependente da massa e é a forma mais comum de fracionamento, sendo uma ferramenta útil na obtenção de informação acerca de processos físicos e reações químicas aos quais os elementos foram expostos. Este parâmetro é comummente representado por δXXXHg. Observa-se o fracionamento independente da massa quando é observado um desvio na composição isotópica esperada pelo fracionamento dependente da massa. Normalmente, este parâmetro é representado por ΔXXXHg. Pensa-se que o fracionamento independente da massa ocorra devido a ligeiras diferenças na interação entre o núcleo destes isótopos e a sua nuvem eletrónica, o que vai afetar algumas características de certos isótopos, nomeadamente o bonding. Estes processos ocorrem essencialmente nos isótopos de massa ímpar. Diferentes estudos, compilados por Blum et al., 2014, indicam que variações negativas no fracionamento dependente da massa são observadas em amostras atmosféricas e sedimentos enquanto que variações positivas são observadas em amostras colhidas de humanos e material geológico. Peixes de água doce apresentam uma grande variação desde valores negativos a positivos de MDF. Valores positivos de fracionamento independente da massa são observados em peixes e invertebrados enquanto que valores negativos são observados e amostras atmosféricas e vegetação. Em suma, processos que contribuam para a absorção e manutenção do mercúrio na cadeia alimentar originam valores positivos de Δ199Hg. Por outro lado, processos responsáveis pela libertação do mercúrio para a atmosfera estão associados a valores negativos de Δ199Hg. Os isótopos de mercúrio de massa atómica par são úteis para a rastreabilidade do metilmercúrio durante transferências tróficas e bioacumulação, uma vez que estes fracionam principalmente através de reações fotoquímicas. É sugerido que na mesma cadeia alimentar é observado um enriquecimento isotópico, sendo verificado um valor positivo de δ202Hg. Em geral, na mesma cadeia alimentar, os predadores possuem valores de δ202Hg superiores às presas. A assinatura MIF permite identificar fontes específicas de mercúrio como antropogénicas derivadas da indústria ou atividade mineira. Permite ainda o seguimento da fonte de exposição para os organismos uma vez que à luz do conhecimento atual, o fracionamento independente da massa não foi observado em processos biológicos. A assinatura isotópica do mercúrio permite também o melhor conhecimento do ciclo biogeoquímico deste elemento, uma vez que diversos processos de transformação causam um aumento na assinatura isotópica do mercúrio. Em meios aquáticos o mercúrio pode ser transformado por processos biológicos e não biológicos tal como oxidação/redução e metilação/desmetilação, entre outros. Em geral, processos de oxidação e de metilação provocam um incremento em Δ199Hg enquanto que processos de redução e desmetilação provocam uma diminuição no valor deste parâmetro. Neste trabalho, a composição isotópica do mercúrio foi determinada em diferentes níveis tróficos do ecossistema existente em alguns lagos Aquitâneos, para os quais também foram determinados a concentração total de mercúrio, a composição isotópica do carbono e azoto (δ13C e δ15N) e o cálculo das posições tróficas a partir da composição isotópica do azoto. Os valores de δ202Hg variaram de -0,93‰ a 0,60‰. Os 2 maiores lagos (Hourtin-Carcans e Casaux-Sanguinet) apresentaram valores positivos enquanto que nos 2 lagos de menores dimensões (Lacanau e Parentis-Biscarrosse) os valores foram negativos. No geral, os valores de δ202Hg variam muito pouco mas verifica-se uma ligeira tendência crescente de amêijoa-asiática (Corbicula flumínea) para lagostim-vermelho (Procambarus clarkii) para brema (Abramis brama) para lúcio (Esox Lucius) para perca (Perca fluviatilis) para lucioperca (Sander lucioperca). O rácio ∆199Hg/∆201Hg obtido foi aproximadamente 1.3, o que indica que o mercúrio bioacumulado nestas amostras resulta de reações de desmetilação. Os valores do MIF apresentaram uma variação superior (0,11‰ a 3,84‰). A Corbicula fluminea apresenta valores inferiores aos encontrados em Procambarus clarkii e Abramis brama. Esox Lucius, Perca fluviatilis e Sander lucioperca apresentaram os valores superiores de ∆199Hg. Para caraterizar melhor a transferência de mercúrio ao longo das cadeias alimentares existentes nestes lagos, é necessária a realização de estudos posteriores com uma amostragem mais completa

Dynamic QoS Management for Ethernet-based Video Surveillance Systems

This project consists of a video surveillance system with an integrated quality of service (QoS) manager that operates online, constantly monitoring and setting the QoS parameters.This manager has two components: one that manages the network bandwidth, distributing it through the cameras according to their needs; and another that controls the compression applied by the cameras to each frame in order to use the bandwidth efficiently. The project will focus mainly on the first, which is built on Linux Traffic Control, a Linux service that allows the user to configure traffic scheduling and shaping

Aplicação de personagens virtuais como guias de visita

Tirar o maior aproveitamento possível da experiência de visita em espaços como museus ou exposições tem sido alvo de muitos estudos. Neste projecto foram exploradas as potencialidades de comunicação de plataformas de personagens virtuais como tecnologia de suporte a visitas. Em particular, investigou-se até que ponto uma personagem virtual pode desempenhar funções próximas daquelas que normalmente se atribuem a um guia Humano, ou seja, ser capaz de acompanhar pequenos grupos, transmitindo em cada ponto da visita as informações adequadas a esse local. Como principal conclusão foi identificado que o cenário em que a utilização deste tipo de sistemas se poderá mostrar mais vantajosa será no caso de visitas de estudo com professores, ou outras em que um dos elementos do grupo, mesmo não conhecendo o museu, tem objectivos de ensino para com os restantes. Nesse caso, a não existência de um guia Humano tem como vantagem potencial permitir ao grupo de visitantes definir o seu ritmo de visita e ao mesmo tempo facilita o contacto social entre os elementos do grupo, que é um factor bastante importante para a aprendizagem [Bitgood02]. O sistema aproveita as potencialidades de comunicação das personagens virtuais para transmitir a informação, mas o facto de não exigir um guia Humano a narrar o guião dá alguma liberdade aos vários elementos para terem conversas informais sobre os conteúdos da visita

Setting up a network of agrometeorological stations in East Timor

A developed and sustainable agriculture requires a permanent and reliable monitoring of climatic/ meteorological elements in (agro) meteorological stations which should be located close to agricultural, silvicultural or pastoral activities. An adequate network of meteorological stations is then a necessary condition to support innovation and development in any country. Developing countries, mainly those with a history of frequent conflicts, presents deficient number of weather stations, often poorly composed and improperly distributed within their territories, and without a regular operation that allows continuity of records for a sufficiently long period of time. The objective of this work was to build a network of meteorological and agro-meteorological stations in East Timor. To achieve this goal, the number and location of pre-existing stations, their structure and composition (number and type of sensors, communication system,… ), the administrative division of the country and the available agro-ecological zoning, the agricultural and forestry practices in the country, the existing centres for the agricultural research and the history of the weathers records were taken into account. Several troubles were found (some of the automatic stations were assembled incorrectly, others stations duplicated information regarding the same agricultural area, vast areas with relevant agro-ecological representativeness were not monitored …). It was proposed the elimination of 11 existing stations, the relocation of 7 new stations in places not covered until then, the automation of 3 manual meteorological stations. Two networks were then purposed, a major with 15 agro-meteorological stations (all automatized) and one other secondary composed by 32 weather stations (only two were manual). The set of the 47 stations corresponded to a density of 329 km2/station. The flexibility in the composition of each of the networks was safeguarded and intends to respond effectively to any substantive change in the conditions in a country in constant change. It was also discussed the national coverage by these networks under a “management concept for weather stations”

Desenvolvimento de Jogos Educativos na plataforma APEX : O Jogo da Asma

National audienceA plataforma APEX foi desenvolvida para a prototipagem de ambientes de computação ubíqua. Neste artigo exploramos a sua aplicabilidade ao desenvolvimento de Jogos Sérios. Ou seja, jogos que para além de uma componente lúdica, possuem uma componente instrutiva e formativa. Em concreto, descrevemos o Jogo da Asma. Um jogo que pretende chamar a atenção das crianças para os factores causadores de ataques de asma, bem como transmitir conhecimento sobre como os evitar. Para além de se descrever o jogo, descrevem-se os resultados de um estudo em que se procurou avaliar quer a viabilidade da utilização da plataforma na criação de jogos sérios, quer a usabilidade do próprio jogo

Characterization of novel antibodies and glycan binding proteins against cancer

Cancer is the largest cause of death worldwide and it is increasingly urgent to develop new approaches to diagnosis and therapy. The glycosylation pattern of the cancer cells differ from that of healthy cells and therefore the aberrant expression of glycans are promising targets for diagnosis and therapy. Sialyl-Tn (STn) is a glycan, whose expression is increased in cancer cells and almost absent in normal cells. It is involved in processes such as cancer growth, progression and metastasis. In addition to STn other glycans present an aberrant pattern in cancer. As is the case of Sialyl Lewis X (sLeX) shown overexpressed in tumors. The objective of this work consisted in the characterization of monoclonal antibodies against STn and sLeX produced through the hybridoma technology. The antibodies’ affinity and specificity were tested by flow cytometry and ELISA. In case of STn, different batches of a L2A5 antibody were tested. To select and isolate a better performant hybridoma the original L2A5 hybridoma population was subcloned. Cancer cell lines expressing STn and bovine submaxillary mucins expressing STn, were used for screening by flow cytometry and ELISA, respectively. Both techniques showed that the antibodies produced by the L2A5 hybridoma had affinity and specificity for STn, although these were slightly different between batches. We then cloned the hybridoma cells by limiting dilution. The results allowed selecting the subclone 4E11 which produce antibody with the optimized characteristics. In case of sLeX, a novel antibody is being developed by immunizing mice with glycoproteins carrying sLeX. Mice serum was screened by ELISA and results showed the presence of sLeX-recognizing antibodies. Then the supernatants of hybridomas were screened by ELISA to select those producing a candidate monoclonal antibody that recognize sLeX . Both studies have contributed to the development of new monoclonal antibodies with potential use in the diagnosis and treatment of cancer

Design and evaluation of a smart library using the APEX framework

User experience is a key point for successful ubiquitous computing (ubicomp) environments. The envisaged design should be explored as soon as possible to anticipate potential user problems, thus reducing re-design costs. The development of ubicomp environments' prototypes might help, providing feedback on the users' reaction to the environments. This paper describes the design and evaluation of ubicomp environments using APEX, a rapid prototyping framework providing user experience via a 3D application server and connected physical devices. APEX prototypes allow users to explore and experience many characteristics of a proposed design, in a virtual world. The paper focus in particular the design and evaluation of a smart library in the APEX framework.(undefined

IMPLEMENTING A NETWORK OF WEATHER AND AGROMETEOROLOGICAL STATIONS: A CASE STUDY IN TIMOR-LESTE

Modern and developed agriculture requires permanent and reliable monitoring of both meteorological/climatic and biological variables in agrometeorological stations. The main objective of the work was to implement a network of agrometeorological stations in Timor-Leste, a developing Southeast Asian country with irregular weather/climate monitoring for the past decades mainly due to political instability (wars, occupations,...) and at that time still devoid of any national network of meteorological stations. For this purpose, we took into account the administrative division of the country and the available agro-climatic zoning, the location of the existing stations and of those with relevant historical records, the agricultural and forestry practices in the country, the existing agricultural research centres as well as the structure and composition of the existing stations (number and type of sensors, communication system, …) and the human resources to ensure a proper stations network management. The implementation of a network composed of 50 weather stations was proposed to cover the entire national territory (299.34 km2/station). A network of agrometeorological stations was purposed by strengthening the equipment in 15 out of these 50 weather stations with sensors that measure agrometeorological parameters and by assuring the ability to maintain it . Flexibility in the composition of each network has been safeguarded for the purpose of responding to any substantial change in financial or technical conditions in an ever-changing country. All methodologies and recommendations were discussed on the basis of a “management concept for weather stations” which requires not only scientific rigor in the choice of locations to be monitored, but also maintenance, human resources training and the involvement of beneficiary populations