Em formação

Quais são os efeitos de curto / longo prazo da cloroquina nos processos celulares fundamentais?


A cloroquina, que afeta a via de tráfego da membrana endossômica (afetando o ambiente ácido usado para reações endossômicas fundamentais), tem efeitos de curto / longo prazo no crescimento / proliferação / sinalização celular?


Este artigo fornece muitos experimentos sobre mudanças no sistema endossômico e autofagia e deve ser um bom ponto de partida.
A maioria dos tratamentos é feita na faixa de 5h a 24h típica para estudos de cultura de células. Nesse período de tempo relativamente curto, a cloroquina é bem tolerada pelas células. No entanto, o tratamento de longo prazo muito provavelmente será diferente.


Dinâmica de curto e longo prazo da resposta fisiológica e comportamental ao estresse térmico e suplementação de timol em codornas japonesas

O estresse calórico e o timol alteram a dinâmica fisiológica e comportamental basal de codornas.

O timol neutraliza o estresse térmico, dependendo da duração do tratamento e da hora do dia.

O timol pode levar a uma redução imediata do peso corporal e da ingestão de alimentos.

O timol evita o impacto do calor na frequência respiratória e na massa de excrementos pela manhã.

O timol promove a caminhada e os valores basais da temperatura corporal pela manhã.


Objetivos

Esta unidade foi projetada para se enquadrar no programa International Baccalaureate (IB) de biologia, que é um curso de dois anos ministrado para juniors e seniors. O curso segue um currículo científico rigoroso e bem definido, mas também tem a flexibilidade de fornecer conexões relevantes e significativas para os alunos. Os alunos já devem ter tido um ano de biologia "pré-IB" e, portanto, ter um conhecimento superficial da maioria dos tópicos da unidade. Eles devem conhecer os blocos de construção e a função dos carboidratos, proteínas e lipídios, que as plantas produzem energia para todos os organismos vivos por meio do processo de fotossíntese, que a energia é liberada dos açúcares por meio do processo de respiração celular e uma compreensão geral da nutrição ( (ou seja, que você geralmente deve seguir uma dieta pobre em gorduras saturadas e trans, rica em grãos inteiros, frutas e vegetais, etc.) Eles também devem se lembrar da bioquímica básica, como elementos e moléculas, e estruturas celulares.

O Bacharelado Internacional é um programa rigoroso e exigente e os objetivos que estou tentando alcançar são bastante complexos. Embora eu tenha grandes expectativas para esta unidade e para meus alunos, sinto que é importante mencionar que essas crianças são não em uma escola secundária magnética e estão trabalhando em uma espécie de déficit acadêmico.

O curso fornecerá mais detalhes e conexões mais amplas em outras áreas da ciência, bem como em questões da sociedade. Ao final da unidade, os alunos devem ter uma compreensão de cada um dos macronutrientes (estrutura molecular, síntese e catabolismo, funções específicas), o processo digestivo humano (diferentes órgãos e suas funções, como cada nutriente é decomposto e liberado para o corrente sanguínea), o metabolismo e a liberação de energia das moléculas dos alimentos (respiração aeróbica e fermentação anaeróbica), a importância do equilíbrio energético e de nutrientes e as consequências da escolha dos alimentos em nossa saúde.

Os alunos devem sair do curso com um conhecimento aplicável de quais alimentos irão nutrir melhor seus corpos, quais devem ser evitados, e como essas escolhas (bem como outros fatores) irão moldar sua saúde. O objetivo final desta unidade é criar uma impressão duradoura dessas ideias e fazer com que os alunos as compartilhem com seus amigos e familiares para melhorar a comunidade em geral.


Efeitos in vitro de nanopartículas de CaO sobre Triticale calo exposto a estresse salino de curto e longo prazo

Ca 2+ NPs aumentaram a tolerância de Triticale calo sob estresse salino, melhorando a atividade bioquímica e análise confocal de varredura a laser, conferindo tolerância ao sal nas células do calo.

Resumo

CaO NPs (Ca 2+) são componentes significativos que atuam como transdutores em muitos processos adaptativos e de desenvolvimento em plantas. Neste estudo, o efeito dos NPs de Ca 2+ na resposta e regulação do sistema de proteção em Triticale calo sob tratamentos curtos e longos com sal foi investigado. A ativação de NPs de Ca 2+ foi induzida por estresse salino em calos de Triticale cultivares. MDA, H2O2, POD e atividades de proteína foram determinadas em tecidos de calo. Sobre MDA, H2O2, atividades protéicas, verificou-se que o tratamento com Ca 2+ NPs foi significativo, e demonstrou alta correlação com os níveis de tolerância das cultivares. Tatlıcak A cultivar foi detectada para melhores atividades de MDA no curto espaço de tempo com concentração de NPs Ca 2+ 1,5 ppm de 50 ge 100 g de NaCl. Da mesma forma, a mesma cultivar respondeu com melhor H2O2 atividade a 1,5 ppm Ca 2+ NPs 100 g NaCl no curto espaço de tempo. As atividades de POD exibiram uma tendência decrescente em resposta ao aumento das concentrações de NPs de Ca 2+. O melhor resultado foi observado em 1,5 ppm Ca 2+ NPs 100 g NaCl no curto prazo. Com base no conteúdo de proteína, o tratamento de células de calo cultivadas de curto prazo com 1,5 ppm de Ca 2+ NPs inibiu a resposta ao estresse e promoveu significativamente os sinais de Ca 2+ NPs em comparação ao calo de controle. A análise confocal de varredura a laser provou que a aplicação de Ca 2+ NPs poderia aliviar os efeitos adversos do estresse salino pela inibição da severidade do estresse nas células calosas. Este estudo demonstrou, em condições in vitro, que a aplicação de Ca 2+ NPs pode suprimir significativamente os efeitos adversos do estresse salino sobre Triticale calo foi verificado também que a concentração de NPs de Ca 2+ pode ser um parâmetro importante a ser considerado no ajuste do teor de micronutrientes do meio para esta planta.

Esta é uma prévia do conteúdo da assinatura, acesso através de sua instituição.


MATERIAIS E MÉTODOS

Biologia de espécies e desenho experimental

O sapo andino, B. spinulosus, é um sapo onívoro de tamanho médio que se alimenta principalmente de pequenos artrópodes (Naya et al., 2009a). Bufo spinulosus é uma espécie de tigmã. A temperatura corporal dos indivíduos no campo durante a estação de atividade varia de 12 ° C a 32 ° C (Pearson e Bradford, 1976 Sinsch, 1989). Em nosso local de estudo (perto da localidade de Farellones, Chile, 33 graus.21′34 ″ S, 70 graus.17′57 ″ W, 2.340 m acima do nível do mar), os animais são ativos durante os meses de primavera e verão (ou seja, outubro- Março) com diminuição da atividade no início do outono (abril). Durante os meses de inverno (junho a setembro), o habitat é coberto por grandes quantidades de neve e os indivíduos hibernam em habitats subniveanos. Os sapos emergem da hibernação no início da primavera (final de setembro-início de outubro). Embora não haja informações para B. spinulosus, dados para outros bufonídeos sugerem que essas espécies não são tolerantes ao congelamento e, portanto, devem evitar microclimas abaixo de seus pontos de super-resfriamento (Storey e Storey, 1986).

Seis espécimes adultos de B. spinulosus foram coletados manualmente de debaixo de pedras colocadas abaixo da cobertura de neve em setembro de 2007 (ou seja, no final do inverno Austral), e 16 espécimes adultos foram coletados de áreas marginais de corpos d'água efêmeros durante janeiro de 2008 (no início do verão Austral ) Os animais capturados durante o verão foram aleatoriamente designados a um de dois grupos: os sapos do primeiro grupo foram mortos no dia seguinte à coleta (como também foi o caso dos animais de inverno), enquanto os sapos do outro grupo foram mortos após duas semanas de jejum. Assim, nosso projeto experimental usou três grupos: hibernando (N= 6), jejum (N= 8) e alimentação (N= 8) animais.

No laboratório, os animais foram alojados em gaiolas individuais (150 × 300 × 200 mm) cobertas com solo, e mantidos em uma sala à temperatura ambiente de 4 ± 1 ° C (no inverno) ou 20 ± 1 ° C (no verão ) sob fotoperíodo natural. Água foi adicionada a um cotonete colocado no fundo das gaiolas para que os sapos evitassem a desidratação. Para cada indivíduo, a massa corporal (mb) e o comprimento do focinho (SVL) foram medidos com uma balança eletrônica (± 0,1 g Sartorious, Göttingen, Alemanha) e um paquímetro digital (± 0,01 mm Mitutoyo, Aurora, IL, EUA), respectivamente.

Todas as pesquisas conduzidas como parte deste estudo estão em conformidade com as diretrizes nacionais e institucionais para pesquisa em animais vivos (licença SAG nº 4751).

Taxas metabólicas padrão

A taxa metabólica de cada indivíduo foi medida no dia seguinte à coleta (nos grupos de hibernação e alimentação) ou após duas semanas de jejum (no grupo de jejum). CO2 a produção foi medida em um sistema de respirometria de fluxo aberto Datacan V (Sable Systems, Henderson, NV, EUA) em uma câmara metabólica de 0,5 l à temperatura ambiente de 5 ° C e 15 ° C. Para evitar qualquer tendência potencial devido a um efeito de aclimatação de configuração, metade dos animais em cada grupo foram medidos primeiro a 5 ° C e a outra metade dos animais foram medidos primeiro a 15 ° C. A câmara metabólica recebeu ar seco a uma taxa de 200 ml min –1 de controladores de fluxo de massa (Sable Systems), e o ar foi passado através de CO2 grânulos absorventes (Baralyme®, St Louis, MO, EUA) antes de entrar na câmara. CO2 a produção foi monitorada duas vezes por segundo durante uma hora. Cada registro foi automaticamente transformado e registrado no software ExpeData® (Sable Systems). A taxa metabólica padrão (SMR) foi estimada como a faixa contínua das menores amostras de 3 minutos registradas durante o período de coleta de dados. Os animais permaneceram na câmara por cinco minutos antes do início das medições e sua atividade durante o período de registro foi determinada diretamente por observação visual. Antes e depois de cada medição, mb foi registrada em balança eletrônica (± 0,1 g) (Sartorious, Göttingen, Alemanha).

Determinações morfológicas

Os sapos foram resfriados diminuindo a temperatura ambiente (0 ° C), e então foram mortos por decapitação. Os animais foram então dissecados e seu estômago, intestino delgado e grosso, fígado, coração, rins, corpos gordurosos abdominais e gônadas foram removidos. O estômago e os intestinos foram alinhados ao longo de uma régua e medidos com precisão de mm. O intestino delgado foi lavado com solução de NaCl a 0,9%, cuidadosamente seco com papel toalha e pesado (± 0,0001 g Chyo, Kyoto, Japão). Dois cortes de 2 cm da porção anterior do intestino delgado foram obtidos de todos os indivíduos: uma porção foi imediatamente congelada em nitrogênio líquido para determinações da atividade enzimática e a outra foi fixada em formalina a 10% para análise histológica (ver abaixo). Todos os demais órgãos foram lavados com solução de NaCl 0,9%, secos em estufa a 60 ° C por duas semanas (junto com a carcaça do animal) e pesados ​​individualmente (± 0,0001 g) (Chyo, Kyoto, Japão).

Medições de atividade enzimática

Analisamos dissacaridases (maltase e trealase) e aminopeptidase-N como indicadores da capacidade digestiva de carboidratos e proteínas, respectivamente (Vonk e Western, 1984). A trealase e a maltase hidrolisam os dissacarídeos trealose e maltose, ambas produzindo duas moléculas de glicose que podem ser absorvidas pelo intestino delgado (Vonk e Western, 1984). A aminopeptidase-N cliva os resíduos de aminoácidos do terminal NH2 dos oligopeptídeos luminais para produzir dipeptídeos e aminoácidos absorvíveis pelo intestino delgado (Ahnen et al., 1982). Os tecidos do intestino delgado foram descongelados e homogeneizados por 30 s em um homogeneizador Ultra Turrax T25 (Janke e Kunkel, Breisgau, Alemanha) na configuração máxima, em 20 volumes de solução de NaCl a 0,9%. A atividade da dissacaridase foi determinada de acordo com o método descrito por Martinez del Rio et al. (Martinez del Rio et al., 1995). Resumidamente, 35 μl de homogenatos de tecido foram incubados a 25 ° C com 35 μl de 56 mmol l –1 soluções de açúcar (maltase ou trealase) em 0,1 mol l –1 maleato / tampão NaOH, pH 6,5. Após 5 minutos de incubação, as reações foram interrompidas pela adição de 3 ml de um reagente para parar / desenvolver Glucose-Trinder [um frasco de reagente GOD-PAD (Valtek, Chile) em 250 ml de 0,1 mol l –1 TRIS / HCl, pH 7 e 250 ml de 0,5 mol l -1 NaH2PO4, pH 7]. A absorvância foi medida a 505 nm com um espectrofotômetro Spectronic 21D (Bausch and Lomb, Rochester, NY, EUA) após 18 min a 20 ° C. Os padrões de glicose (0–0,5 ug ul –1 em 70 μl de tampão maleato de sódio 0,1 mol l –1, pH 6,5) também reagiram com o reagente Glucose-Trinder. Com base em uma curva padrão para a glicose, calculamos a atividade da maltose e da sacarose em μmol hidrolisado por minuto por grama de tecido úmido. Os ensaios de aminopeptidase-N foram realizados usando L-alanina-p-nitroanilida como substrato. Resumidamente, 50 μl de homogenato foram diluídos com 50 μl de solução de NaCl a 0,9% e misturados com 1 ml de mistura de ensaio (2,04 mmol l –1 L-alanina-p-nitroanilida em 0,2 mol l –1 NaH2PO4/N / D2HPO4, pH 7). A reação foi incubada a 25 ° C e interrompida após 10 min com 3 ml de ácido acético 2 mol l –1 gelado. Calculamos a quantidade liberada de p-nitroanilida a partir da absorbância a 384 nm, então estimamos a atividade da aminopeptidase-N usando uma curva padrão construída para a p-nitroanilida. As atividades enzimáticas foram quantificadas como μmoles de substrato liberado por minuto de incubação por grama de tecido intestinal úmido (μmol min –1 g –1).

Determinações histológicas

Em quatro indivíduos de cada grupo, o tecido do intestino delgado previamente fixado em formalina a 10% foi lavado em água corrente, desidratado em série crescente de etanol e embebido em cera de parafina, segundo técnicas comuns de microscopia óptica (Bancroft e Stevens, 1996). Oito a 12 amostras de tecido de 4 μm de espessura foram cortadas de cada animal, colocadas em lâminas e coradas com hematoxilina e eosina. As imagens foram obtidas com um microscópio óptico Nikon TE 300 (Nikon, Tóquio, Japão) com uma câmera CoolSnap-Prof montada (Meyer Instruments, Houston, TX, EUA). As imagens foram capturadas digitalmente e posteriormente baixadas para o software Image Pro® (Media Cybernetics, Silver Spring, MD, EUA), que foi utilizado para a realização das medidas por morfometria de linhas. Para cada espécime, medimos: (1) o diâmetro intestinal (2) a largura da muscular externa, que inclui as camadas musculares circulares e longitudinais (3) a altura de cinco vilosidades selecionadas aleatoriamente, retiradas da borda mais interna da camada lisa circular camada muscular até a borda externa da camada mucosa e (4) a altura e o diâmetro de cinco enterócitos selecionados aleatoriamente na ponta das vilosidades. As duas primeiras variáveis ​​histológicas foram medidas a partir de duas lâminas diferentes para cada animal, enquanto as duas últimas variáveis ​​foram medidas a partir de uma lâmina para cada animal.

Análise estatística

Diferenças entre os grupos no tamanho do corpo (mb e SVL) e as atividades padronizadas de enzimas foram analisadas por análises de variância unilateral (ANOVAs). Mudanças no comprimento do órgão digestivo, massa do órgão interno e SMR foram avaliadas por análises unilaterais de covariância (ANCOVAs), usando SVL (para comprimento do órgão), massa seca da carcaça (para massa do órgão) ou mb (para SMR) como covariáveis. Além disso, para alcançar um melhor entendimento do padrão de variação nas massas de órgãos não reprodutivos, foi realizada uma análise fatorial. O efeito da massa seca do órgão na SMR foi avaliado por meio dos coeficientes de correlação produto-momento de Pearson. Para remover o efeito do tamanho corporal em ambas as variáveis, usamos os resíduos das relações entre SMR e mb e os resíduos das relações entre a massa de cada órgão e a massa seca da carcaça. As diferenças nas medidas histológicas foram analisadas por meio de ANOVAs de uma via para medidas repetidas. Antes de cada análise estatística, os dados foram examinados para pressupostos de normalidade e homogeneidade de variância, usando os testes de Kolmogorov-Smirnov e Levene, respectivamente. Em alguns casos, os dados foram transformados para o logaritmo (por exemplo, comprimento do intestino delgado, atividades enzimáticas) ou para o inverso (massa seca do fígado) para atender aos pressupostos das análises. As interações entre covariáveis ​​e fatores foram testadas por um teste de paralelismo, e o modelo de inclinação separada foi usado quando necessário (massa seca do fígado). As diferenças entre os grupos foram avaliadas por Tukey (desigual N) Testes de HSD. A significância estatística foi estabelecida ao nível de 0,05. Todas as análises foram realizadas no pacote estatístico Statistica® (Statsoft, Tulsa, OK, EUA) versão 6.0 para o sistema operacional Windows® (Microsoft Corporation, Redmond, WA, EUA).


Discussão

Usando uma abordagem de sequenciamento de alto rendimento, investigamos pela primeira vez o impacto de curto e longo prazo da vancomicina na microbiota intestinal humana. Nossos resultados revelaram que a vancomicina esgota a maioria das OTUs bacterianas encontradas no trato intestinal, incluindo todas as OTUs detectadas no filo Bacteroidetes. Além disso, vários gêneros bacterianos do filo Proteobacteria que foram associados a infecções humanas (isto é, Klebsiella e Escherichia/Shigella) aumentou após o tratamento. Nossos resultados mostrando depleção de Bacteroidetes e uma expansão concomitante de Proteobacteria estão de acordo com estudos anteriores utilizando técnicas de resolução mais baixa para estudar os efeitos da vancomicina em pacientes com CDI. 14, 15 É importante ressaltar que nossa abordagem de sequenciamento de alto rendimento nos permitiu definir que essencialmente todas as OTUs altamente prevalentes pertencentes ao filo Bacteroidetes foram afetadas pela vancomicina. Consistente com nossos resultados, mas usando uma abordagem de baixa capacidade de microarray, Vrieze et al. 20 também observaram uma diminuição nos níveis de Faecalibacterium e Ruminococcus.

Reconhecemos várias limitações de nosso estudo. Primeiro, analisamos os efeitos da vancomicina em pacientes com AR, uma população que demonstra características de microbiota geralmente ausentes em indivíduos saudáveis ​​normais (ou seja, níveis mais elevados de Prevotella copri) 17 Portanto, é possível que diferentes mudanças possam ser observadas em uma população humana saudável. No entanto, o fato de que mudanças semelhantes foram observadas em camundongos saudáveis ​​e alterações comparáveis ​​no nível de filogenia foram identificadas usando técnicas de resolução mais baixa, sugerindo que os efeitos da vancomicina devem ser semelhantes em indivíduos humanos saudáveis. É importante ressaltar que nosso estudo foi realizado em uma população humana que não havia recebido recentemente outros tratamentos com antibióticos. Isso contrasta com outros estudos realizados em pacientes com CDI, em que a maioria dos pacientes recebeu outros antibióticos antes da administração de vancomicina. Isso nos permitiu definir os efeitos de longo prazo da administração de vancomicina na ausência de fatores de confusão, como a exposição a outros antibióticos.A justificativa por trás do uso de vancomicina em pacientes com AR foi baseada em nossas observações pré-clínicas em modelos animais. 21 Nossos estudos revelaram que esse antibiótico levou a uma redução dramática de bactérias filamentosas segmentadas (SFB), uma diminuição na ativação e proliferação de células Th17 e à revogação da artrite inflamatória. Digno de nota, este estudo foi iniciado vários meses antes da constatação de que SFB não era um habitante normal da microbiota intestinal humana. Além do tratamento com vancomicina, os pacientes com AR também receberam metotrexato. Por esse motivo, como grupo de controle, recrutamos pacientes com AR que não receberam vancomicina, mas foram tratados com metotrexato desde o início do estudo. Não observamos nenhuma alteração significativa da microbiota intestinal em nenhum dos pontos de tempo analisados ​​neste grupo de controle, sugerindo que as perturbações da microbiota observadas no grupo tratado com vancomicina foram induzidas exclusivamente pela vancomicina. Similarmente aos nossos resultados, um estudo recente mostrou que o metotrexato tem um efeito mínimo na composição do microbioma fecal. 22

Uma segunda limitação de nosso estudo pode ser o baixo número de participantes incluídos. No entanto, devido às mudanças drásticas induzidas pela vancomicina na composição da microbiota, mesmo com este pequeno número de participantes, fomos capazes de detectar grandes mudanças estatisticamente significativas na administração da vancomicina. Assim, a inclusão de mais participantes não teria alterado substancialmente as conclusões do estudo.


Resumo

A ecologia evolutiva de muitas doenças infecciosas emergentes, particularmente zoonoses transmitidas por vetores, é mal compreendida. Aqui, pretendemos desenvolver uma estrutura biológica baseada em processos para zoonoses transmitidas por vetores, usando Borrelia burgdorferi sensu lato (s.l.), o agente causador da borreliose de Lyme em humanos, por exemplo. Exploramos os processos biológicos fundamentais que operam nesta zoonose e apresentamos hipóteses sobre como as pistas extrínsecas e a dinâmica intrínseca moldam B. burgdorferi s.l. populações. Além disso, destacamos possíveis paralelos epidemiológicos entre B. burgdorferi s.l. e outros patógenos zoonóticos transmitidos por vetores, incluindo o vírus do Nilo Ocidental.

A ecologia evolutiva é um amálgama de biologia evolutiva e ecologia, que considera as relações evolutivas e as mudanças genéticas em espécies ou populações, bem como suas interações entre si e com o meio ambiente. Duas questões são centrais para o debate científico em ecologia evolutiva: como surgem as flutuações populacionais e como a diversidade é gerada e mantida 1,2? Apesar da terminologia diferente, as mesmas questões fundamentais estão no centro da epidemiologia das doenças infecciosas contemporânea 3.

A tendência predominante para o desenvolvimento de estruturas unificadoras para a compreensão da dinâmica das doenças infecciosas culminou recentemente no desenvolvimento de um conceito conhecido como 'filodinâmica', uma estrutura para descrever como a variação genética de um patógeno é influenciada pela epidemiologia, a dinâmica da imunidade do hospedeiro, sobrevivência da população de hospedeiros e patógenos e a filogenia do patógeno 4. Para alguns patógenos (por exemplo, HIV, vírus da influenza, vírus da dengue e vírus do sarampo), o trabalho que levou ao desenvolvimento desta estrutura resolveu várias questões cruciais, incluindo os mecanismos envolvidos na evolução da diversidade 4,5.

Gog e Grenfell cunharam o termo 'espaço de cepa' para patógenos transmitidos diretamente, e a geometria desse espaço é descrita por dois processos: imunidade do hospedeiro e a taxa de mudança genética do patógeno 6. Muitas doenças infecciosas emergentes são transmitidas por vetores, principalmente carrapatos e insetos 7, e para essas doenças, processos relacionados a vetores poderiam definir melhor o espaço de cepas 8,9. Portanto, é essencial compreender os processos relacionados a vetores para decidir em que medida os princípios que são comuns aos patógenos transmitidos diretamente podem ser extrapolados para patógenos transmitidos por vetores 10.

Os modelos atuais de zoonoses transmitidas por vetores são teóricos, exceto para modelos que visam capturar a distribuição espacial-temporal dessas zoonoses usando abordagens estatísticas de correspondência de padrões 9,10,11. Embora os modelos estatísticos possam lançar luz sobre os processos biológicos se usados ​​corretamente, os modelos baseados em processos biológicos são considerados mais poderosos para iluminar os principais mecanismos biológicos subjacentes que geram os padrões de distribuição espacial-temporal observados 10. Esses modelos devem ser capazes de identificar variáveis ​​geográficas e climáticas a priori que podem ser usadas para prever a ocorrência de patógenos e doenças no tempo e no espaço. A comunidade científica já percebeu que o desenvolvimento e a parametrização de modelos biológicos baseados em processos de doenças transmitidas por vetores é uma tarefa oportuna, viável e importante necessária para prever, prevenir e controlar doenças 4,10,12.

A modelagem matemática de patógenos multi-estirpe e multi-hospedeiro continua sendo um grande desafio 12,13. Conforme mostrado recentemente para patógenos transmitidos diretamente, no entanto, comparar a dinâmica de transmissão de diferentes sistemas pode ser um meio poderoso para explorar os papéis de diferentes processos biológicos na formação de populações de patógenos 3. Aqui, pretendemos estabelecer a estrutura necessária para desenvolver modelos biológicos baseados em processos de zoonoses transmitidas por vetores, usando Borrelia burgdorferi sensu lato (s.l.), o agente espiroqueta da borreliose de Lyme, por exemplo. Comparando diferentes ciclos de transmissão natural (isto é, como a bactéria é mantida em diferentes vetores e sistemas hospedeiros) e revisando os avanços em nossa compreensão da transmissão na interface vetor-hospedeiro, pretendemos identificar os processos-chave que conduzem a ecologia evolutiva do B. burgdorferi s.l., que deve então ser contabilizado em modelos matemáticos. Propomos hipóteses sobre como as populações de espiroquetas respondem a esses processos, que compreendem pistas extrínsecas e dinâmicas intrínsecas, e discutimos o impacto da comunidade hospedeira sobre esta zoonose através do efeito de diluição 14,15 e polimorfismo de nicho múltiplo 16,17. Por último, destacamos possíveis paralelos ecológicos e diferenças entre os diferentes membros do B. burgdorferi s.l. complexo de espécies e outros patógenos importantes transmitidos por vetores, sugerindo que pode haver princípios comuns em sua evolução.

A biologia básica da borreliose de Lyme

Borreliose de Lyme foi identificada pela primeira vez há quase três décadas em Old Lyme, Connecticut, EUA 18, e o agente causador mostrou ser um espiroqueta 19 transmitido por carrapato, posteriormente denominado Borrelia burgdorferi. As análises genéticas de cepas de espiroquetas de outras partes do mundo revelaram que os espiroquetas associados à borreliose de Lyme formam um complexo de espécies conhecido como B. burgdorferi s.l., que compreende 12 espécies nomeadas, incluindo B. burgdorferi sensu stricto (s.s.), Borrelia garinii e Borrelia afzelii , que são patogênicos em humanos 20,21,22 (fig. 1). Nas zonas temperadas, a borreliose de Lyme é a doença transmitida por vetores mais frequente em humanos.

O fundo sombreado em bege indica a distribuição geográfica dos casos clínicos registrados de borreliose de Lyme 38. A maior riqueza de espécies é registrada para a Eurásia. No nordeste dos Estados Unidos, Borrelia burgdorferi sensu stricto (s.s.) está se expandindo em tamanho populacional e distribuição geográfica, causando epidemias da doença de Lyme em humanos. Borrelia afzelii parece ser muito menos abundante nas Ilhas Britânicas em comparação com a Eurásia continental. A prevalência de B. burgdorferi WL. progressivamente para a Europa de Leste. Borrelia garinii e Borrelia valaisiana são encontrados em grande parte da Eurásia terrestre. B. garinii também é mantida por espécies de aves marinhas e Ixodes uriae carrapatos em ciclos de transmissão pelágica em ambos os hemisférios. Borrelia bissettii e Borrelia lusitaniae ocasionalmente foram encontrados em locais fora de seu alcance principal. Borrelia andersonii nos Estados Unidos, Borrelia sinica na Ásia e Borrelia spielmanii sp. nov. na Europa são omitidos da figura, porque há pouca informação sobre sua distribuição.

As complexas redes de transmissão zoonótica de B. burgdorferi s.l. são mantidos na natureza por espécies de carrapatos ixodídeos (duros) e um amplo espectro de hospedeiros vertebrados competentes para transmissão (os chamados hospedeiros reservatórios que infectam carrapatos), como roedores, insetívoros e várias espécies de pássaros 23,24. Uma marca registrada da ecologia desses espiroquetas é a ampla variação na amplitude e no padrão de especialidade do hospedeiro 24,25,26,27,28. B. burgdorferi s.l. pode, portanto, ser considerado como um grupo de diferentes populações ecológicas, ou ecótipos 10,29. É importante notar que Ixodes scapularis, Ixodes ricinus e Ixodes persulcatus, os principais vetores do carrapato no nordeste dos Estados Unidos, Europa e Ásia, respectivamente, são todos ectoparasitas generalistas, ou seja, eles se alimentam de muitas espécies diferentes de vertebrados. A natureza generalista desses vetores oferece oportunidades de transmissão entre espécies hospedeiras, potencialmente ligando os diferentes nichos ecológicos dos espiroquetas 10,30,31,32.

Os carrapatos ixodídeos diferem dos insetos 33. Ao contrário dos insetos, cada um dos estágios de desenvolvimento de um carrapato ixodídeo (larva, ninfa e fêmea adulta) se alimenta uma vez de um hospedeiro vertebrado por vários dias consecutivos, seguido por um desenvolvimento interstadial prolongado. Fatores abióticos extrínsecos, como temperatura, afetam o comportamento de busca de hospedeiros e a fenologia dos carrapatos (Quadro 1). Para ciclos infecciosos eficientes de B. burgdorferi s.l. para prosperar ao longo do tempo, as larvas do carrapato devem adquirir as bactérias de hospedeiros infecciosos e subsequentemente transmiti-las a populações de hospedeiros suscetíveis como ninfas. O papel dos carrapatos adultos como vetores é limitado na maioria dos casos, porque os machos adultos não se alimentam e, na maioria dos habitats, carrapatos fêmeas adultas alimentam-se principalmente de animais de grande porte, como veados, que não são hospedeiros reservatórios competentes 23,30,31,32,33,34. O período extrínseco de incubação dos espiroquetas em carrapatos ixodídeos é igual à duração do desenvolvimento dos estágios larval até a ninfa, que é sensível ao clima 9,33. Este período pode durar até um ano para carrapatos duros nas zonas temperadas 34 (Quadro 1). As populações de espirochaetas são, portanto, substancialmente formadas pelas pistas ambientais que operam nas populações de carrapatos. Camadas adicionais de complexidade são introduzidas no sistema pela dinâmica da população do hospedeiro e pela resposta imune do hospedeiro tanto às bactérias quanto aos carrapatos (veja abaixo) 23,35,36,37. Estudos teóricos indicam que essas complexidades provavelmente produzirão amplas flutuações espaço-temporais na abundância relativa de diferentes genótipos de espiroquetas 1,2,3,6,12.

Padrões de manutenção ecológica

Os sistemas de manutenção ecológica e a dinâmica de transmissão intrínseca de B. burgdorferi s.l. são diversos. Aqui, descrevemos exemplos regionais selecionados que representam a gama global de variação ecológica e epidemiológica (Tabela 1).

Nordeste dos Estados Unidos. Borreliose de Lyme nesta região é causada por uma espécie, B. burgdorferi WL. (Figura 1). Desde a identificação da borreliose de Lyme, a incidência de casos clínicos aumentou, com um pico aparente em 2002 (Ref. 38). Além da invasão humana em habitats de carrapatos, esse aumento tem um componente biológico substancial, ou seja, houve disseminação epizoótica das populações bacterianas 8,30,34,39,40. Dois fatores facilitaram a propagação da bactéria nesta região primeiro, o aumento do tamanho da população e da distribuição geográfica de I. scapularis carrapatos, que se acredita ser impulsionado por florestas restauradas e populações crescentes de veados, um importante hospedeiro reprodutivo de carrapatos 34,39,40,41 e, em segundo lugar, a capacidade de B. burgdorferi WL. como generalista para infectar uma ampla gama de hospedeiros vertebrados filogeneticamente distantes, incluindo espécies de mamíferos e aves 25,28. É provável que qualquer nova expansão da gama de I. scapularis carrapatos e, portanto, da borreliose de Lyme, serão restringidos pelo clima e talvez também pelo fotoperíodo 30. Isso é apoiado pelo fato de que a gama atual de veados-de-cauda-branca é muito maior do que a de I. scapularis, cobrindo grande parte da América do Norte e partes da América Central.

Europa Continental. Pelo menos três das sete espécies registradas de B. burgdorferi s.l. encontrados na Europa continental causam doenças em humanos, das quais B. afzelii e B. garinii são as espécies mais abundantes 23,24,32 (Fig. 1). O amplo padrão temporal da incidência de borreliose de Lyme na Europa parece ser mais estável do que no nordeste dos Estados Unidos, possivelmente devido às razões discutidas na seção seguinte, embora as flutuações temporais locais na prevalência de infecção da bactéria em carrapatos tenham sido registrado 42. Outro estudo recente detectou uma alta prevalência focal de B. garinii proteína da superfície externa A (OspA) sorotipo 4, um genótipo recentemente evoluído, hiperinvasivo e agressivo 43. Portanto, é possível que estejamos atualmente testemunhando o início de uma propagação epizoótica desse novo genótipo pela Eurásia.

Ao contrário do nordeste dos Estados Unidos, na Europa, a maioria das espécies ou mesmo subtipos de B. burgdorferi s.l. são especializados em infectar diferentes grupos de vertebrados 23,24. Por exemplo, sorotipo 2 de OspA de B. afzelii e OspA sorotipo 4 de B. garinii estão associados a roedores e algumas espécies de insetívoros 26,32,44, enquanto Borrelia valaisiana e OspA serotipos 3 e 5? 8 de B. garinii são mantidos por pássaros terrestres e espécies de aves marinhas 24,27,32. A especialidade do europeu B. burgdorferi s.l. cepas limitam a transmissão entre diferentes espécies hospedeiras, o que provavelmente estabiliza os padrões de abundância das diferentes B. burgdorferi s.l. Deformação.

Ilhas britânicas. As espécies dominantes aqui são B. garinii e B. valaisiana, e não há registros publicados sobre a abundância de B. afzelii, uma espécie associada a roedores que é uma das mais prevalentes na Europa continental 45,46 (Fig. 1). Em um recente estudo de campo do sudoeste da Inglaterra, no entanto, B. afzelii foi encontrado em carrapatos em busca, mas com baixa prevalência (K.K. e R. Mitchell, observações não publicadas). Faisões e algumas aves marinhas estão entre as espécies hospedeiras de reservatório aviário mais importantes que mantêm B. garinii e B. valaisiana 45 Embora pequenos roedores sejam componentes importantes da comunidade de hospedeiros reservatórios na maioria dos sistemas de manutenção de borreliose de Lyme em todo o mundo, esses mamíferos parecem ter papéis muito menos importantes como reservatórios na maioria das Ilhas Britânicas 45,46. A razão mais provável para a "perda" quase completa deste grupo hospedeiro funcional é que as ninfas (o estágio principal do vetor) de I. ricinus raramente se alimentam de pequenos roedores nesta região (este fenômeno é mais pronunciado na Irlanda) 47. Foi sugerido que esta característica comportamental do carrapato é impulsionada pelo clima 47, o que pode explicar a baixa prevalência de B. afzelii (Caixa 1). No entanto, estudos mais detalhados e geograficamente difundidos são necessários para investigar a infestação de ninfas de pequenos roedores e a prevalência de B. afzelii infecção nas Ilhas Britânicas antes que conclusões definitivas possam ser tiradas.

Em um subsistema adicional nas Ilhas Britânicas, B. burgdorferi WL. é mantida por ovelhas por meio da alimentação conjunta de ninfas e adultos 48.

Processos biológicos fundamentais

Nesta seção, exploramos os processos biológicos que estão envolvidos na manutenção dos ciclos naturais de transmissão e do fluxo gênico em B. burgdorferi s.l. populações e identificar aquelas que podem ser a chave para a ecologia evolutiva desses espiroquetas.

Seleção no host. A associação de hospedeiros (especialidade de hospedeiros) de patógenos implica que existem barreiras para a transmissão entre espécies. A especialidade de anfitrião de B. burgdorferi s.l. é resultado da seleção negativa mediada pela via alternativa do sistema complemento 23,24,49. Os espiroquetas resistentes ao complemento desviam este braço da imunidade inata do hospedeiro ligando-se a inibidores do complemento derivados do hospedeiro através de suas proteínas Erp de superfície externa e algumas outras proteínas codificadas por plasmídeo 50,51,52. Em contraste, os espiroquetas que são sensíveis à destruição pelo sistema complemento de uma espécie hospedeira específica são lisados ​​no início do intestino do carrapato se alimentando e, portanto, eliminados pelo hospedeiro 53. Esses achados levaram à hipótese de que a gama de hospedeiros de uma cepa de espiroquetas é restrita por seu repertório de genes que codificam ligantes com alta afinidade de ligação para inibidores do complemento 24,51. Portanto, B. burgdorferi s.l. é um dos poucos patógenos zoonóticos para os quais foram propostos mecanismos moleculares para especialismo ou generalismo do hospedeiro 54.

A imunidade adaptativa é outro jogador importante na biologia da B. burgdorferi s.l. 23,35,36,55, porque introduz processos dependentes de frequência (ou seja, não lineares). Foi sugerido que a seleção de balanceamento que atua no OSPC gene ou loci ligados é uma força dominante que mantém a diversidade de espiroquetas nas populações locais de carrapatos 8,17. Estudos teóricos preveem que a aptidão dependente da frequência leva a flutuações na abundância de genótipos de espiroquetas, o que resultaria em mudanças temporais nas estruturas populacionais 1,2,3. Mudanças temporais na distribuição de frequência dos genótipos realmente foram mostradas para B. burgdorferi WL. populações em busca de carrapatos do nordeste dos Estados Unidos 8. As interferências de cepas mediadas por imunidade cruzada podem complicar ainda mais a biologia da população de B. burgdorferi s.l. 6,56 (Fig. 2). Análises de séries temporais são necessárias para avaliar a escala de variação espaço-temporal na abundância de genótipos de espiroquetas 2.

A prevalência relativa inicial de diferentes B. burgdorferi s.l. espécies (1, 2 e 3) e genótipos dentro das espécies (a, bec) em ninfas em busca é indicado pelo tamanho relativo das diferentes caixas coloridas no lado esquerdo. A comunidade teórica compreende três espécies hospedeiras para B. burgdorferi s.l. e carrapatos (A, B e C), que têm a mesma abundância em todos os momentos e taxas de mortalidade que não são afetadas pela infecção. A prevalência relativa de diferentes espécies e genótipos em larvas infectadas por espécies hospedeiras é indicada pelo tamanho das caixas sob cada espécie hospedeira para cada um dos cenários. No cenário uma, todos os genótipos de todas as espécies são igualmente capazes de escapar das respostas imunes inatas e adquiridas de todas as espécies hospedeiras.As diferenças entre os genótipos na prevalência da infecção em larvas que se alimentam dos hospedeiros são características inatas da bactéria e não são imunomediadas. No cenário b, todos os genótipos de uma espécie são igualmente capazes de evitar a resposta imune adquirida de uma espécie hospedeira, mas só podem evitar a resposta imune inata de uma espécie hospedeira, o que corresponde ao nosso entendimento atual da diversidade genética e ecologia de B. burgdorferi s.l. na Europa 24,49. No cenário c, o padrão de suscetibilidade de B. burgdorferi s.l. genótipos e espécies para hospedar a imunidade inata é o mesmo que no cenário b, mas as bactérias são bem-sucedidas em escapar da imunidade adquirida pelo hospedeiro por um curto período apenas. À medida que a imunidade cruzada para os genótipos mais semelhantes se desenvolve, os hospedeiros são mais frequentemente infectados primeiro com os genótipos mais adequados e abundantes, e os genótipos menos abundantes morrem (indicado por crânio e ossos cruzados).

A teoria evolucionária prevê que a seleção favorece a especialização de patógenos se os hospedeiros forem abundantes, enquanto as estratégias generalistas devem evoluir em condições nas quais os encontros com espécies hospedeiras sejam menos previsíveis 54,57,58,59,60. Portanto, é tentador especular que a estratégia generalista de B. burgdorferi WL. no nordeste dos Estados Unidos, ecoa a adaptação à destruição em grande escala do habitat e à quase extinção de cervos durante o período pós-colonização de Colombo 28,39. O grau relativamente maior de especialização da maioria das cepas de B. burgdorferi s.l. na Eurásia reflete uma história natural e demografia diferentes dessas bactérias, talvez porque vastos refúgios silvestres tenham permanecido relativamente intactos desde a última Idade do Gelo.

Um dos parâmetros mais importantes na biologia de agentes infecciosos é a escala de tempo de infecciosidade em relação à vida útil do hospedeiro 6. Um paradigma de longa data na pesquisa da borreliose de Lyme era que as infecções em hospedeiros suscetíveis persistem por toda a vida do hospedeiro na presença de forte imunidade específica da cepa 36,61. No entanto, foi demonstrado para certas cepas de espiroquetas que a infectividade de roedores para carrapatos diminui dentro de algumas semanas após a infecção, portanto, as cepas variam na duração da infecção em roedores e, potencialmente, em outras espécies hospedeiras reservatório 56,62.

Essas diferenças têm consequências nítidas para a dinâmica dos ciclos naturais de transmissão e para a escolha da estrutura dos modelos matemáticos usados ​​para investigá-los (Fig. 3). Modelos de infectados suscetíveis (SI) são apropriados para patógenos que causam infecções de longa duração em hospedeiros e que permanecem infectantes para carrapatos em um nível constante, como tipificado pelo clássico B. burgdorferi WL. infecções em camundongos de pés brancos 61,63. Os modelos de resistência à infecção suscetível (SIR) descrevem a ecologia de patógenos que têm vida curta no hospedeiro devido a uma resposta imune eficaz e persistente, ou seja, uma estratégia de 'explosão e queda' 56,64, enquanto Os modelos infectados-suscetíveis (SIS) descrevem a ecologia de patógenos que têm vida curta no hospedeiro, mas os hospedeiros permanecem suscetíveis à reinfecção 65,66. Mesmo para patógenos altamente infecciosos para carrapatos por um curto período, os hospedeiros geralmente não se recuperam totalmente e permanecem portadores persistentes 67. Na verdade, a maioria dos patógenos transmitidos por carrapatos tem uma fase aguda inicial de 'boom' que não 'estourou' devido à evasão parcial da resposta imune do hospedeiro, ou seja, os hospedeiros tornam-se portadores que transmitem infecções persistentemente com baixa eficiência. Exemplos incluem Theileria parva , Babesia spp., Anaplasma marginale e Anaplasma phagocytophilum , bem como algumas cepas de B. burgdorferi WL. 56,67,68,69,70,71. Os modelos que descrevem esses tipos de dinâmica do patógeno do hospedeiro são mais apropriadamente denominados modelos de portadores infectados e suscetíveis (SIC) 68. Na Europa, a transmissão eficiente de alguns patógenos transmitidos por carrapatos, incluindo B. burgdorferi WL. e B. afzelii, entre carrapatos co-alimentados 48,72 é sobreposto à transmissão de hospedeiros infectados sistemicamente e poderia talvez ser contabilizado como um componente do tipo SIS para modelos SIR ou SIC. Essas características de transmissão, que surgem da eficácia da evasão imune e da cinética de disseminação do patógeno, moldam substancialmente a ecologia da maioria dos patógenos 64.

Os modelos de suscetível infectado (SI), suscetível-infectado-resistente (SIR) e suscetível-infectado-suscetível (SIS) são comparados usando três modelos teóricos simples. O modelo 1, o modelo SI, ilustra o clássico ao longo da vida Borrelia burgdorferi WL. infecção em Peromyscus leucopus ratos 61. Quase todos os hospedeiros são infectados no segundo ano e os hospedeiros recém-nascidos adquirem a infecção rapidamente, levando a uma alta prevalência de infecção em hospedeiros e carrapatos. No modelo 2, o modelo SIR, com ciclos anuais de 'expansão e queda' de infecção, há recuperação completa da infecção e nascimento de hospedeiros suscetíveis, resultando em uma baixa prevalência de infecção em hospedeiros e carrapatos. O modelo 3, o modelo SIS, ilustra o efeito potencial da transmissão de alimentação conjunta eficiente, na qual os hospedeiros infectados tornam-se suscetíveis novamente, mantendo uma alta prevalência geral de hospedeiros infecciosos sempre que carrapatos infectados estão presentes. Isso resulta em uma alta prevalência geral de infecção em carrapatos. Esses modelos ilustram como variações na infecção do hospedeiro e na dinâmica da transmissão podem resultar em diferentes comportamentos epidemiológicos e abundância de patógenos aos quais se acrescenta a complexidade das fenologias sazonais dos processos de vetores e populações de hospedeiros na natureza. Os modelos foram gerados no software STELLA 7.0.3 para Windows High Performance Systems Inc. New Hampshire. Detalhes completos dos parâmetros do modelo podem ser encontrados nas Informações Suplementares S1 (caixa).

Migração. Como a seleção e migração de patógenos podem gerar estruturas populacionais semelhantes, inferir taxas de migração a partir de estruturas populacionais pode ser falacioso. No entanto, as informações sobre a especialidade do hospedeiro permitem o desenvolvimento de hipóteses baseadas em processos sobre a dinâmica espacial dos patógenos. O vírus do Nilo Ocidental (WNV) é um exemplo que ilustra como o uso de hospedeiros aviários altamente móveis permite que um patógeno se disperse por um continente inteiro em um curto período 73. Maioria B. garinii cepas na Europa estão associadas a aves e, portanto, é intuitivo esperar que as taxas de migração de tais cepas sejam altas, como foi observado 23,74 (K.K. e S.M. Schaefer, observações não publicadas). Propomos que a uniformidade relativa da distribuição de frequência do generalista B. burgdorferi WL. genótipos no nordeste dos Estados Unidos são parcialmente gerados pela migração de pássaros infectados e mamíferos de médio porte, como guaxinins 28, ao invés de apenas por seleção balanceadora 8.

Mutação e recombinação. Vários loci de B. burgdorferi s.l. parecem fazer parte de um grupo de ligação ecológica ou imunologicamente ligado, o que deu origem ao popular modelo de evolução clonal desses organismos 75,76. Este dogma foi recentemente contestado 77. o erp os genes, por exemplo, representam genomas de profagos para os quais foi demonstrado que a transdução é um mecanismo de reorganização do material genético entre as cepas de espiroquetas 78. Como esses genes parecem determinar o ecótipo 23,24,29,51 dos espiroquetas, a transferência horizontal de DNA do profago entre as cepas de espiroquetas pode ser a chave para a radiação adaptativa de B. burgdorferi s.l. Os processos ecológicos, particularmente a dinâmica da infecção em populações de hospedeiros e vetores, determinarão a oportunidade de mistura de diferentes genótipos de forma a permitir a transferência horizontal de material genético. Esses processos serão então a chave para as taxas e trajetórias de mudança genética em B. burgdorferi s.l. populações.

Relações vetor-patógeno. O envolvimento de um vetor pode introduzir outras dimensões para o espaço de tensão, conforme definido para patógenos transmitidos diretamente 6. Em primeiro lugar, a transmissão de um patógeno por um vetor, como um carrapato, pode conferir vantagens sobre a transmissão direta porque, entre outras razões, a saliva dos artrópodes costuma ser imunossupressora 79. Alguns hospedeiros naturais, entretanto, adquirem resistência aos carrapatos, processo que pode contribuir para a regulação do vetor e interferir na transmissão do patógeno 37. Em segundo lugar, para ser transmitido entre hospedeiros, o patógeno deve sobreviver no diferente ambiente fisiológico do carrapato, que possui seu próprio sistema imunológico que deve ser evitado 80. Para B. burgdorferi s.l., o processo de muda do carrapato parece ser particularmente perigoso 81, criando gargalos populacionais que provavelmente favorecem a deriva genética. Terceiro, várias interações moleculares específicas entre espiroquetas e carrapatos são necessárias para a transmissão 82,83. No entanto, a expressão de proteínas bacterianas que são essenciais para a transmissão pelo carrapato pode ser cara em outras partes do ciclo de vida, como exemplificado pela proteína OspC de B. burgdorferi sl: por um lado, OspC é necessário para estabelecer a infecção precoce no hospedeiro, e talvez também para invadir as glândulas salivares do carrapato 84,85, mas, por outro lado, OspC induz uma resposta imune potencialmente prejudicial no hospedeiro vertebrado 36, 55 O resultado dessa aparente 'corrida armamentista' evolutiva entre a bactéria e o hospedeiro é uma estratégia interessante para a evasão imunológica: os espiroquetas diminuem a regulação da OspC durante a infecção crônica no hospedeiro 86,87. Por último, o carrapato pode ser um 'recipiente de mistura' genético para espiroquetas, porque, ao contrário do hospedeiro, a carga de espiroquetas em carrapatos em busca pode atingir níveis elevados 88. Como isso pode aumentar as taxas de recombinação genética entre as bactérias, o próprio vetor do carrapato pode moldar a evolução das bactérias.

Teorias ecológicas e borreliose de Lyme

Identificamos processos na biologia de B. burgdorferi s.l. que são cruciais para a sobrevivência dos espiroquetas nos ciclos naturais de transmissão e para determinar as taxas e rotas de troca de material genético. No entanto, a dinâmica da infecção bacteriana transmitida por carrapatos no hospedeiro pode operar em uma escala de tempo semelhante à da fenologia do vetor sazonal e dos processos populacionais do hospedeiro. Todos esses processos devem ser considerados em conjunto em modelos matemáticos que visam entender como eles afetam o número reprodutivo básico, R0e, portanto, a aptidão das bactérias transmitidas por carrapatos (Quadro 1). Como eles interagem para influenciar a ecologia evolutiva dessas bactérias?

Que pressões de seleção mudam o equilíbrio em favor de estratégias de portadores persistentes ou de "expansão e queda", ou disseminação local versus sistêmica dos espiroquetas no hospedeiro? Manutenção de B. burgdorferi s.l. depende de mais de um estágio de desenvolvimento do carrapato se alimentando de hospedeiros individuais, que por sua vez é influenciado por fatores abióticos, particularmente a umidade relativa, que afetam a altura em que diferentes estágios procuram a erva 47. O fotoperíodo e a temperatura determinam as taxas de desenvolvimento do carrapato, influenciando assim a sazonalidade de diferentes estádios do carrapato 30,32,34,89,90,91,92,93 (Quadro 1). Randolph e colegas já mostraram que a sincronia entre ninfas infectadas e larvas não infectadas de I. ricinus no tempo, no espaço e na população hospedeira é crucial para a manutenção do vírus da encefalite transmitida por carrapato ocidental (WTBE), que causa apenas uma viremia de curta duração em camundongos 92.

Propomos que a fenologia dos carrapatos molda a evolução das características de transmissão de patógenos transmitidos por carrapatos (Quadro 1). Especificamente, prevemos que a assincronia de ninfas infectantes e larvas não infectadas favorece estratégias de persistência de patógenos, enquanto a sincronia desses estágios do carrapato combinada com um curto período anual de atividade deve favorecer estratégias de 'expansão e queda' de curta duração e a capacidade de co- transmissão de alimentação. No nordeste dos Estados Unidos, onde a fenologia do carrapato é assíncrona devido a fatores abióticos 89,90, e camundongos de pés brancos predominam como hospedeiros, a maioria B. burgdorferi WL. genótipos detectados são geneticamente relacionados a cepas que demonstraram persistir experimentalmente em camundongos de pés brancos, enquanto cepas de B. burgdorferi WL. que mostram comportamento de 'explosão e queda' em camundongos de pés brancos são raros 17,28,30,56,61,94. Por causa das condições climáticas mais moderadas na Europa Ocidental, a duração da atividade de busca de hospedeiros de todos os estágios de desenvolvimento do carrapato ao longo do ano é muito mais longa do que no nordeste dos Estados Unidos 32. Portanto, com exceção de áreas de alta latitude, onde o período anual de atividade do carrapato é curto, de longa duração B. burgdorferi s.l. infecções, que dão origem a muito mais carrapatos infectados do que infecções de curta duração, serão selecionadas, independentemente de os estágios do carrapato serem ou não síncronos. A persistência em hospedeiros suscetíveis é de fato universal entre as cepas europeias de B. burgdorferi s.l. testado até agora 23,32,35,86. O vírus WTBE, que é transmitido pela mesma espécie de carrapato na Europa continental, não evoluiu com características que permitam a persistência em camundongos, portanto, para alguns patógenos, a persistência pode não ser alcançável ou pode ser desvantajosa por razões que permanecem obscuras.

Como a comunidade hospedeira mais ampla influencia a transmissão e a sobrevivência do patógeno? Não há evidências de que B. burgdorferi s.l. regula a aptidão de seus hospedeiros, mas as populações de vertebrados são reguladas por muitos outros fatores. Os camundongos de pés brancos na América do Norte são particularmente afetados pelo fornecimento de recursos (regulamentação "de baixo para cima"), resultando em amplas flutuações intra e interanuais em sua densidade 66,95. O aumento da disponibilidade de recursos está associado ao aumento do sucesso reprodutivo e da sobrevivência, enquanto os efeitos dependentes da densidade e a dispersão podem trazer as densidades populacionais de volta às capacidades de suporte mais baixas quando os recursos são limitados 96. O aumento da disponibilidade de recursos pode afetar muitas espécies hospedeiras, causando efeitos complexos na dinâmica de zoonoses transmitidas por carrapatos 95. A predação também influencia a densidade do hospedeiro e a demografia (regulação 'de cima para baixo') 1,97. Além das interações tróficas, os ciclos de abundância e mudanças na estrutura do hospedeiro são afetados por variações sazonais e anuais de temperatura 95,96,98. Essas flutuações na densidade são inevitavelmente acompanhadas por variações na estrutura de idade das populações hospedeiras e nas taxas nas quais os hospedeiros ingênuos são recrutados. Este é um elemento importante da biologia populacional de patógenos, incluindo B. burgdorferi WL. 64,66. No entanto, os efeitos líquidos das flutuações da população hospedeira sobre a abundância de patógenos transmitidos por vetores de múltiplos hospedeiros são difíceis de prever e dependem das condições, por exemplo, dos níveis de especialidade do hospedeiro tanto do vetor quanto do patógeno 12,99.

O generalismo dos vetores adiciona uma complexidade interessante ao ciclo de vida de patógenos de múltiplos hospedeiros, como B. burgdorferi s.l. Em primeiro lugar, esta característica oferece oportunidades para a transmissão entre espécies 28. Em segundo lugar, pode permitir que diferentes espécies de hospedeiros afetem aditivamente os ciclos de transmissão de patógenos transmitidos por vetores e, em terceiro lugar, pode ter um efeito negativo nos ciclos de transmissão 99. Para B. burgdorferi WL. no nordeste dos Estados Unidos, foi sugerido que o efeito de diluição atua em comunidades ricas em espécies 99.100. De acordo com este conceito, os hospedeiros que são menos eficientes do que os ratos como reservatórios para B. burgdorferi WL. picadas de carrapatos 'residuais' no que diz respeito aos patógenos 14. Modelos simples prevêem que a prevalência de infecção de B. burgdorferi WL. em carrapatos questing é menor em comunidades ricas em espécies em comparação com comunidades dominadas por ratos de patas brancas 15. A prevalência de infecção cai comprovadamente quando, em um exemplo extremo, camundongos de pés brancos com reservatório competente são substituídos por camundongos vacinados com reservatório incompetente 94. Em grande parte da Eurásia, os principais vetores do carrapato B. burgdorferi s.l. são generalistas, mas em contraste com a situação no nordeste dos Estados Unidos, a maioria dos genótipos de B. burgdorferi s.l. são especialistas. Portanto, será interessante investigar se os efeitos de diluição e / ou amplificação ocorrem em comunidades de hospedeiros ricas em espécies de B. burgdorferi s.l. na Eurásia 101.

Polimorfismo de múltiplos nichos é um conceito teórico que descreve a diversificação de populações por meio da adaptação a diferentes nichos ecológicos 16. Nossa hipótese é que o polimorfismo de nicho múltiplo é importante para B. burgdorferi s.l. diversidade populacional 8,17, pois pequenas diferenças nas características entre as cepas bacterianas podem ter maiores ou menores efeitos dependendo das características co-herdadas, como a eficácia da evasão imunológica (Fig. 2). Os efeitos potenciais da imunidade adquirida do hospedeiro na sobrevivência de B. burgdorferi s.l. deve conduzir a evolução, fixação e coexistência transitória de mutantes bacterianos 6. Essas mudanças podem indicar o início da adaptação a diferentes nichos ecológicos 29.

Paralelos com outras zoonoses transmitidas por vetores

O desenvolvimento de teorias unificadoras da ecologia evolutiva de patógenos é desejável, mas um forte apoio da natureza é necessário para aceitar essas teorias para patógenos zoonóticos transmitidos por vetores ou para desenvolver modelos mais apropriados. Dadas as muitas zoonoses transmitidas por vetores e suas possíveis idiossincrasias biológicas, uma grande preocupação é até que ponto as características de um sistema podem ser generalizadas para todos esses sistemas. Aqui, uma riqueza de pesquisas recentes nos permitiu identificar e explorar processos biológicos fundamentais no sistema de borreliose de Lyme, e um primeiro passo para abordar a questão da generalização é identificar processos biológicos comuns que operam em zoonoses transmitidas por vetores. Na Fig. 4, comparamos B. burgdorferi s.l. com outros patógenos zoonóticos transmitidos por vetores relativamente bem compreendidos em quatro parâmetros epidemiológicos e ecologicamente cruciais: especialidade do hospedeiro, diversidade genética, clonalidade e comportamento epidêmico 73,92,102,103. No espaço de parâmetros abrangido por essas variáveis, B. burgdorferi s.l. toma um lugar central e se sobrepõe direta ou indiretamente aos padrões vistos para Trypanosoma cruzi (o agente causador da doença de Chagas), vírus WTBE, WNV e Yersinia pestis (o agente causador da peste) em seu estado enzoótico. Alta diversidade genética, associação de hospedeiros e clonalidade são típicos para T. cruzi. Vírus WTBE e Y. pestis são menos diversificados e especializados em roedores. De certa forma, a epidemiologia de B. afzelii mostra pelo menos alguns paralelos com o do vírus WTBE, embora o vírus WTBE seja ainda mais especializado.Paralelos epidemiológicos também são evidentes entre as populações de B. garinii e T. cruzi. No nordeste dos Estados Unidos, B. burgdorferi WL. é muito menos especializado do que suas contrapartes eurasianas. Isso, e a dispersão dessa espécie pelo nordeste dos Estados Unidos, evoca paralelos ecológicos com o WNV, porque o WNV também usa uma ampla gama de hospedeiros vertebrados, incluindo pássaros. O grau de clonalidade de B. burgdorferi s.l. pode variar em uma ampla faixa, talvez dependendo da região genômica medida e da escala espacial de amostragem.

Cinco sistemas zoonóticos diferentes são posicionados em um espaço de estado de parâmetro abrangido por especialismo do hospedeiro, diversidade genética, clonalidade ou panmixis e estado epidêmico ou endêmico dos patógenos. Esses parâmetros são cruciais para entender a evolução e disseminação das zoonoses. As sobreposições nos padrões de dinâmica de transmissão podem indicar que pelo menos alguns processos comuns operam nesses sistemas zoonóticos selecionados. Sob condições ecológicas particulares, Yersinia pestis, o agente da peste, tem potencial para se tornar epizoótico ou mesmo uma doença epidêmica transmitida diretamente em humanos, indicando que a especialidade do hospedeiro desse patógeno em seu estado enzoótico é mediada por fatores ecológicos, ao invés de ser uma propriedade intrínseca da bactéria. B. afzelii, Borrelia afzelii B. burgdorferi WL., Borrelia burgdorferi sensu stricto B. garinii, Borrelia garinii LB, borreliose de Lyme T. cruzi, Trypanosoma cruzi WNV, vírus do Nilo Ocidental WTBE, vírus da encefalite transmitida por carrapato ocidental.

Embora com base nas melhores informações disponíveis, deve-se enfatizar que os paralelos entre os sistemas zoonóticos mostrados na Fig. 4 são especulativos, pois dependem das escalas não especificadas dos eixos e, portanto, da forma como a figura é desenhada. Essas incertezas apontam para a necessidade urgente de mais dados empíricos e do desenvolvimento de algoritmos que forneçam medidas exatas ou índices numéricos desses parâmetros. Por exemplo, é particularmente difícil obter medidas quantitativas exatas para a especialidade de hospedeiro de um patógeno, porque esta não é uma função simples do número de diferentes espécies de hospedeiros, as relações filogenéticas entre as espécies de hospedeiros determinam a amplitude de nicho dos microparasitas e também devem ser consideradas 28 . O desafio futuro é sincronizar os estudos de campo, laboratório e modelagem para fornecer insights sobre os mecanismos da ecologia evolutiva, sejam gerais ou idiossincráticos, dentro do espectro diversificado de patógenos transmitidos por vetores.

Conclusões e perspectivas futuras

Modelos de simulação biológicos baseados em processos são necessários para melhor iluminar e prever a ecologia evolutiva de zoonoses transmitidas por vetores. Esses modelos devem ter o poder de gerar hipóteses de como as características do patógeno influenciam o número básico de reprodução, R0, (Quadro 1) em comunidades hospedeiras e de vetores, que devem então ser testados em campo e em laboratório. No geral, concluímos que a borreliose de Lyme representa um sistema paradigmático com possibilidades interessantes para gerar e testar hipóteses e modelos da ecologia evolutiva de patógenos transmitidos por vetores, muitos dos quais são muito menos acessíveis, mais virulentos e, portanto, mais difíceis e caros de estudar empiricamente do que borreliose de Lyme. Além disso, consideramos a borreliose de Lyme um sistema ideal para testar se, e em que nível, populações microbianas genotipicamente definidas correspondem a ecótipos, e para testar a realidade biológica de conceitos teóricos de espécie para a satisfação de taxonomistas, ecologistas e epidemiologistas 29.


Artigos recomendados (6)

O papel do comportamento direcionado a um objetivo na atribuição de intenção em crianças

Neste estudo, abordamos a questão da natureza das informações necessárias para bebês de 13 meses entenderem as intenções de outro agente. Em dois experimentos, um experimentador foi incapaz ou não quis dar um brinquedo a um bebê. É importante ressaltar que um implemento (uma sarjeta na qual o brinquedo pode rolar em direção ao bebê) foi usado para tornar o comportamento do experimentador o mais semelhante possível nas duas condições. Quando o experimentador permaneceu imóvel em ambas as condições, os bebês não se comportaram de maneira diferente de acordo com as intenções do experimentador, sugerindo que eles não as inferiram. Por outro lado, em um segundo experimento, onde o experimentador executou uma ação direcionada para a sarjeta em ambas as condições, os bebês desviaram o olhar do ambiente experimental com mais frequência e por mais tempo no relutante condição do que na incapaz doença. Eles também olhavam mais para o experimentador na condição de incapaz do que na de má vontade. Portanto, concluímos que a atitude intencional de um agente já pode ser inferida por um menino de 13 meses, desde que essa intenção seja concretamente demonstrada por meio de uma ação direcionada a um objetivo.

Determinação de conexões neurônio-neurônio relevantes para próteses neurais usando informações mútuas com retardo de tempo: tutorial e resultados preliminares

A identificação da dependência funcional entre os neurônios é um componente necessário tanto no projeto racional de próteses neurais quanto na caracterização da fisiologia da rede. O objetivo deste artigo é fornecer um tutorial para neurocirurgiões sobre a teoria da informação, especificamente informação mútua retardada, e comparar a informação mútua retardada, uma quantidade teórica da informação baseada na dependência estatística, com correlação cruzada, uma métrica comumente usada para esta tarefa em uma análise preliminar de neurônios do hipocampo de ratos.

Os trens de pico foram registrados a partir de ratos realizando tarefas atrasadas de não correspondência para amostra usando uma série de eletrodos implantados cirurgicamente no hipocampo de cada hemisfério do cérebro. Além disso, foram geradas simulações de spike train de neurônios correlacionados positivamente, neurônios correlacionados negativamente e neurônios correlacionados por funções não lineares. Estes foram avaliados por informação mútua atrasada (MI) e correlação cruzada.

A aplicação de MI retardado aos dados experimentais indicou que o tamanho ideal do compartimento para a captura de informações no sistema CA3-CA1 era de 40 ms, o que pode fornecer alguns insights sobre a natureza espaço-temporal da codificação no hipocampo de rato. Em dados simulados, o IM com retardo de tempo mostrou valores de pico em atrasos de tempo apropriados em dados correlacionados positivamente, correlacionados negativamente e correlacionados de forma complexa. A correlação cruzada mostrou picos e vales com dados correlacionados positivamente e negativamente, mas falhou em capturar algumas correlações de ordem superior.

A comparação do IM retardado com a correlação cruzada na identificação de neurônios funcionalmente dependentes indica que os métodos não são equivalentes. O IM retardado pareceu capturar algumas interações entre os neurônios CA3-CA1 em atrasos de tempo fisiologicamente plausíveis perdidos por correlação cruzada. Deve ser considerado um método de identificação de dependência funcional entre neurônios e pode ser útil no desenvolvimento de próteses neurais.

Simulação computacional da célula granular do giro dentado - O papel da metaplasticidade

Após várias décadas de estudo, a dinâmica da plasticidade sináptica nos neurônios ainda permanece um mistério. Conduzindo uma série de simulações em uma versão simulada de um na Vivo experimento na célula granular do giro dentado de rato, usando o modelo de neurônio spiking de Izhikevich, comparamos e contrastamos várias regras de plasticidade sináptica potencial ׳ aplicabilidade ao mesmo experimento. Nossas simulações revelam que a plasticidade dependente do tempo de pico (STDP), uma teoria mais recente da plasticidade sináptica, é insuficiente para replicar o LTD heterossináptico mostrado no experimento sem incluir aspectos da teoria significativamente mais antiga de Bienenstock – Cooper – Munro (BCM). A regra STDP modificada pela inclusão da história de spiking pós-sináptica parece ser um candidato preciso para reproduzir a dinâmica da plasticidade heterossináptica.

Implante transfemoral de prótese aórtica CoreValve Evolut-R em paciente com prótese de válvula mitral mecânica anterior em gaiola

A substituição da válvula aórtica por cateter permanece um desafio em pacientes com válvula mecânica do tipo gaiola em posição mitral. A subexpansão potencial da válvula percutânea e a interação entre a válvula mecânica em gaiola de esfera mitral inclinada em direção à via de saída do ventrículo esquerdo e a válvula percutânea aumentam o risco durante e após o implante. Relatamos um implante bem-sucedido do novo CoreValve Evolut-R autoexpansível em um paciente com estenose aórtica grave e válvula mecânica mitral Starr-Edwards implantada há 28 anos.

Valvoplastia mitral percutânea por balão guiada por ecocardiografia intracardíaca

A valvoplastia mitral percutânea por balão (PMBV) foi inicialmente descrita por Inoue em 1984 como uma nova técnica percutânea para o tratamento da estenose mitral. A ecocardiografia intracardíaca foi usada inicialmente na década de 1980, mas não foi universalmente aceita devido aos seus transdutores de alta frequência e problemas com dirigibilidade e manipulação. Na década de 1990, os avanços técnicos levaram a um uso mais generalizado em vários procedimentos intervencionistas estruturais. Apresentamos o caso de um PMBV de sucesso guiado exclusivamente pelo ICE.

A valvuloplastia mitral percutânea por balão foi compensada por Inoue em 1984 como uma nova técnica percutânea para o tratamento da estenose mitral. A ecocardiografia intracardíaca foi aplicada na década de 80 sem aceitação universal devido à alta frequência dos transdutores e à sua capacidade de manobra e manuseamento problemáticos. Na década de 90 melhorias técnicas conduziram à sua utilização mais generalizada em diversos procedimentos de intervenção estrutural. Os autores apresentam um caso de uma valvuloplastia mitral percutânea conduzida por ecocardiografia intracardíaca.


Resumo

As terras agrícolas estão cada vez mais expostas a fenômenos de degradação associados às mudanças climáticas e práticas agrícolas, incluindo irrigação. Estima-se que cerca de 20% das terras irrigadas do mundo são afetadas pelo sal. O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito da salinização sazonal e plurianual do solo no crescimento, produtividade e eficiência do uso de radiação do tomate em campo aberto. Dois experimentos de campo foram realizados na Estação Experimental da Universidade de Nápoles Federico II (latitude 40 ° 31 ′ N longitude 14 ° 58 ′ E) (Itália) em tomate durante 2004 e 2005 para estudar o efeito de cinco níveis de salinidade da água : NSC (EC = 0,5 dS m −1), SW1 (EC = 2,3 dS m −1), SW2 (EC = 4,4 dS m −1), SW3 (EC = 8,5 dS m −1) e SW4 (EC = 15,7 dS m −1) em um solo exposto à salinização de uma estação (ST = curto prazo) e um solo adjacente exposto à salinização de & gt20 anos (LT = longo prazo). O crescimento da planta, a produtividade e a qualidade do fruto (pH, CE, sólidos solúveis totais e a concentração de açúcares redutores e de ácidos tituláveis) e as relações hídricas da planta foram medidas e a eficiência do uso da radiação (RUE) foi calculada. O aumento da salinidade da água afetou negativamente o índice de área foliar (IAF), a eficiência do uso da radiação (RUE) e o acúmulo de peso seco acima do solo (DW), resultando em menor produção total e comercial. O rendimento máximo total e comercial obtido com o tratamento NSC foi, respectivamente, 117,9 e 111,0 Mg ha -1 em 2004 e 113,1 e 107,9 Mg ha -1 em 2005. Embora a área foliar menor das plantas salinizadas tenha sido amplamente responsável pela redução da RUE, encontramos aproximadamente 50% dessa redução deve ser contabilizada por processos diferentes da arquitetura de cultivo alterada. Estes podem incluir um aumento da resistência estomática, aumento da resistência do mesofilo e outras funções metabólicas prejudicadas que podem ocorrer em salinidade elevada. Notavelmente, descobrimos que as plantas salinizadas com LT tiveram uma eficiência ligeiramente melhor no uso da radiação interceptada (RUEIR) em uma determinada CE de extrato de solo do que as plantas salinizadas com ST, indicando que a salinização com LT e as modificações permanentes consequentes das propriedades físicas do solo podem desencadear mecanismos fisiológicos adicionais de adaptação em comparação com as plantas salinizadas com ST. Essas diferenças são relevantes à luz da evolução das áreas salinizadas, também em resposta às mudanças climáticas.


Respostas de curto e longo prazo e recuperação de mexilhões Mytilus edulis exposto a óleo combustível pesado no. 6 e estireno

Os biomarcadores têm potencial para serem usados ​​para avaliar o impacto das descargas antropogênicas em águas marinhas. Usamos um conjunto de biomarcadores que abrangem desde alterações enzimáticas até alterações histopatológicas e respostas gerais ao estresse para avaliar o impacto de curto e longo prazo nos mexilhões Mytilus edulis de óleo combustível pesado no. 6 e estireno. Os mexilhões foram expostos por 5 meses, com reabastecimento do sistema de exposição, a uma fração solúvel em água do combustível pesado e, a seguir, mantidos por um mês em água limpa para recuperação. Em um segundo experimento, mexilhões foram expostos ao estireno por 19 dias e mantidos em água limpa por até 4 meses. Os níveis de tecido do corpo químico refletem os processos de desgaste desses compostos. A atividade da acil-CoA oxidase foi induzida em mexilhões expostos ao óleo após o reenchimento, enquanto o estireno a inibiu após 19 dias de exposição e após 2 semanas em água limpa. O desenvolvimento de gametas e os níveis de fosfato alcalino-lábil sugerem que nem o óleo nem o estireno se comportaram como desreguladores endócrinos. O tempo de retenção do vermelho neutro foi menor nos grupos tratados do que nos controles. A estabilidade da membrana lisossomal foi significativamente reduzida nos grupos expostos e recuperada após a retirada do óleo, mas não após a remoção do estireno. Nem a exposição ao óleo nem ao estireno afetaram o índice de condição, exceto pela redução observada em mexilhões expostos ao óleo por 1 mês. O índice de resposta do biomarcador discriminou mexilhões expostos, que apresentaram valores mais elevados, e voltaram aos níveis de controle após a recuperação. Os resultados obtidos a partir desses experimentos piloto podem ajudar a identificar ferramentas de monitoramento relevantes para avaliar o impacto do óleo e produtos químicos em cenários de derramamento marinho.

Esta é uma prévia do conteúdo da assinatura, acesso através de sua instituição.


Métodos

Material vegetal

Mudas de 8 espécies de árvores amplamente distribuídas das áreas de várzea da Amazônia Central foram escolhidas para este estudo (ver Tabela & # x200B Tabela3). 3). Vatairea guianensis Aubl. (Fabaceae), Hevea spruceana (Benth.) M & # x000fcll. Arg. (Euphorbiaceae) e Garcinia macrophylla (Mart.) Planch. & # x00026 Triana (Clusiaceae) são de importância comercial e ocorrem nas áreas de planície de inundação v & # x000e1rzea e igap & # x000f3 (Ferreira [1997], Parolin [2000b], Wittmann et al.[2006], Worbes [1986]). Hevea spruceana e Garcina macrophylla são comuns também na floresta de terra firme, mas não Vatairea guianensis (Wittmann et al.[2006]). Para nosso experimento, Vatairea guianensis e Hevea spruceana foram coletados de v & # x000e1rzea e igap & # x000f3, respectivamente, e Garcinia macrophylla do igap & # x000f3. Espécies como a árvore pioneira Pseudobombax munguba (Mart. & # X00026 Zucc.) Dugand (Bombacaceae) e duas espécies comumente usadas na indústria madeireira, a saber Hura crepitans L. (Euphorbiaceae) e Pouteria glomerata (Miq.) Radlk. (Sapotaceae) - também foram coletados para nossos experimentos, pois são amplamente distribuídos no ambiente v & # x000e1rzea.

Tabela 3

Espécies de plantas, família, ecossistema, tipo funcional, ocorrência e pesos específicos de folhas medidos (SLW) das 8 espécies de plantas tropicais investigadas de v & # x000e1rzea (v) e igap & # x000f3 (i)

Espécies de plantasSLW [g & # x02009m -2]FamíliaEcossistema 1 Tipo Funcional 2 Países de ocorrência 3
Garcinia macrophylla142 (i) & # x0201dClusiaceaea, b *, c, d, ipereneBolívia, Brasil, Equador, Guiana Francesa, Guiana, Peru, Suriname, Estados Unidos, Sudeste Asiático
(Mart.) Planch. & # x00026 Triana
Hevea spruceana24 (v) & # x0201927 (i) & # x0201943 (i) & # x0201dEuphorbiaceaea *, b *, ddecídua / brevi-decíduaBolívia, Brasil, Colômbia, Costa Rica, Peru
(Benth.) M & # x000fcll.Arg.
Hura crepitansEU.45 (v) & # x0201dEuphorbiaceaea *, c, ibreviAntilhas Holandesas, Benin, Bolívia, Brasil, Bahamas, Belize, República Centro-Africana, Cote d & # x02019Ivoire, Colômbia, Costa Rica, Cuba, República Dominicana, Equador, Guiana Francesa, Guatemala, Indonésia, República Democrática Popular do Laos, Madagascar, Martinica, México, Nicarágua, Panamá, Suriname, El Salvador, Togo, Tailândia, Trinidad e Tobago, Taipei Chinês, Tanzânia, Estados Unidos, Venezuela, Vietnã
-decídua
Laetia corymbulosa58 (v) & # x02019Flacourtiaceaeuma*brevidecíduaBolovia, Brasil, Colômbia, Equador, Per & # x000fa
Spruce ex Benth.
Pouteria glomerata68 (v) & # x0201dSapotaceaea *, c, d, e, f, g, hpereneArgentina, Bolívia, Brasil, Colômbia, Costa Rica, Equador, Guiana Francesa, Guatemala, Guiana, Honduras, México, Panamá, Peru, Paraguai, Suriname, El Salvador, Estados Unidos, Venezuela
(Miq.) Radlk.
Pseudobombax munguba65 (v) & # x0201dMalvaceaea *, b, dcaducifóliaBrasil, Colômbia, Equador, Peru
(Mart. & # X00026 Zucc.) Dugand
Salix martiana (Leyb)23 (v) e # x02019Salicaceaeuma*perenePeru brasil
Vatairea guianensis Aubl.36 (i) & # x0201926 (v) & # x02019Fabaceaea *, b *, c, d, ecaducifóliaBrasil, Colômbia, França, Guiana, Guiana, Peru, Venezuela

1 Missouri Bot Garden, New Bot. Jardim, Royal Bot. Jardins Kew, INPA-Herbarium e Wittmann pers. com.

3 Instalação Global de Informações sobre Biodiversidade: http: //data.gbif.org* Indica o ambiente da planta e # x02019s selecionado para a medição.

a) V & # x000e1rzea da Amazônia Central.

b) Igap & # x000f3 da Amazônia Central.

e) Mata Atlântica (não inundada).

f) Pantanal brasileiro (não inundado).

g) Pantanal brasileiro (inundado).

& # x02019 experimento de inundação de curto prazo.

& # x0201d experimento de inundação de longo prazo.

Mudas de v & # x000e1rzea foram coletadas na margem da Ilha da Marchantaria (03 & # x000b015 & # x000b4S, 59 & # x000b058 & # x000b4W), uma ilha localizada no rio Solim & # x000f5es. Espécies Igap & # x000f3 foram coletadas na margem do Tarum & # x000e3 Mirim (03 & # x000b008 & # x000b4S, 60 & # x000b001 & # x000b4W) um afluente do Rio Negro. Hevea spruceana e Vatairea guianensis ocorrendo em v & # x000e1rzea e igap & # x000f3 também foram coletados para comparar a influência das duas origens diferentes. As mudas foram colocadas em vasos em solo coletado no habitat original da planta. As medições foram iniciadas no mínimo após um mês de aclimatação.As plantas foram mantidas em condições de luz natural, protegidas de insetos com redes mosquiteiras e irrigadas diariamente com água de poço artesiano, no INPA, Manaus, Brasil. Condições de temperatura média de 30 & # x02009 & # x000b0C e valores de umidade relativa de 78 & # x0201391% foram registrados. CO ambiente2 as concentrações estavam na faixa de 335 & # x02013408 & # x02009ppm.

Além disso, realizamos uma análise de dados não publicados dos efeitos das inundações na emissão de isoprenóides de Laetia corymbulosa Spruce ex. Benth. (Flacourtiaceae) e Salix martiana Leyb. (formalmente chamado S. humboldtiana var. martiana (Leyb.) Anders) (Salicaceae) conforme obtido em um de nossos estudos recentes (Rottenberger et al.[2008]). Laetia corymbulosa é uma das espécies mais abundantes nas áreas de baixo v & # x000e1rzea (Parolin [2002], Wittmann et al.[2006]). Salix martiana é uma espécie pioneira de rápido crescimento e demanda por luz que ocorre principalmente nos locais de baixa elevação da floresta v & # x000e1rzea (De Simone et al.[2003b], Parolin [2000b]). Ambas as espécies de árvores são perenes e bem adaptadas às condições de inundação (De Simone et al.[2003a], Sch & # x000f6ngart et al.[2002]).

Medições de troca gasosa com plantas fechadas

Gabinetes

Todas as medições foram realizadas com um sistema de fechamento dinâmico que consiste em dois invólucros de filme de Teflon, um envolvendo a planta e um invólucro de referência vazio, conforme descrito em detalhes anteriormente (Bracho-Nunez et al.[2011], Dindorf et al.[2006,] Kesselmeier et al.[1993, 1996, 1997], Kuhn et al.[2000] [2002], Sch & # x000e4fer et al.[1992]). Os recintos foram montados no entorno da estação Max Planck do Instituto Nacional de Pesquisa da Amazônia (INPA), Manaus, Brasil. Todos os experimentos foram realizados fora do prédio em um ambiente seminatural do campus do INPA com um remanescente de floresta de terra firme. Dependendo do tamanho da planta, um pequeno (9 & # x02009l) ou um grande gabinete (100 & # x02009l) foi escolhido. O ar foi bombeado (bombas de membrana de Teflon, Vacuubrand, Alemanha) através de um purificador de ozônio (um filtro de redes de cobre coberto com MnO2, Ansyco, Alemanha) para evitar interferências oxidantes nas medições de VOC. O fluxo de ar escolhido permitiu uma troca do volume total do invólucro entre 1 e 5 minutos. Ramos, ou partes totais da planta acima do solo, foram incluídos e medidos. Todos os tubos que conectam o gabinete com os instrumentos foram aquecidos a uma temperatura acima da temperatura ambiente (

45 & # x02009 & # x000b0C) a fim de evitar a condensação de voláteis (Larsen et al.[1997]). A proporção de mistura, Es, de cada composto foi calculado de acordo com a Equação (1) levando em consideração a diferença de concentração medida entre o invólucro de referência (vazio) e a amostra (com a planta) (& # x00394c& # x02009 = & # x02009camostra- creferência) em [nmol & # x02009mol -1, a taxa de descarga do gabinete Q em [l & # x02009h -1, e o peso seco da folha (dw) em [g] e a massa molecular M em [g & # x02009l -1. O peso seco das folhas foi determinado no final do experimento e extrapolado para as medições anteriores.

As medições foram realizadas em condições semicontroladas de umidade relativa e temperatura ambiente. A umidade relativa e a temperatura de cada gabinete foram monitoradas pelo uso de dois sensores combinados de temperatura / umidade (Modelo Rotronics MP-100A, Walz, Alemanha). Na maioria dos casos, radiação fotossintética ativa adicional (PAR) era constantemente fornecida por um sistema LED que consiste em quatro cadeias duplas de uma mistura de luz vermelha, azul e branca, construída e projetada pelo departamento de eletrônica do MPI for Chemistry em Mainz, Alemanha. Este sistema de LEDs foi colocado perpendicularmente ao invólucro e as lacunas entre os grupos de LEDs foram fechadas por uma película refletora para obter uma distribuição homogênea da luz no invólucro. O PAR foi medido com um sensor quântico (Modelo SB 190, Licor, EUA) dentro do invólucro em diferentes alturas antes e depois das medições. Durante o experimento de inundação de longo prazo, o controle das intensidades de luz não foi possível durante as medições sem inundação. Portanto, a luz solar natural foi usada. Médias de um minuto para temperaturas de fechamento e folha foram medidas com termopares (Tipo E, Chrom-Constantan, OMEGA) e foram registradas com um datalogger CR23X (Campbell Scientific Ltd. Shepsherd, Reino Unido). Todos os demais parâmetros micrometeorológicos e fisiológicos foram registrados simultaneamente por uma unidade de controle V25, construída no MPI para Química, na mesma escala de tempo.

Medidas de assimilação / transpiração

Os parâmetros fisiológicos de fotossíntese e transpiração foram medidos com um CO2/ H2O analisador de gás infravermelho (LI-COR Inc. 7000, Lincoln, Nebraska, EUA). Este equipamento foi operado em modo diferencial e recebeu o sinal de concentração de referência absoluta de um segundo CO2/ H2O analisador de gás infravermelho (LI-COR Inc. 7000, Lincoln, Nebraska, EUA). Nitrogênio (N2 5.0, Messer Griesheim, Alemanha) foi usado como o gás de referência para o CO absoluto2 e H2O no gabinete de referência. O analisador foi calibrado antes dos experimentos usando um CO2 padrão de gás de calibração (512 & # x02009 & # x000b1 & # x020092 & # x02009ppm CO2 em ar sintético, LI-COR, Lincoln, Nebraska, EUA), e um gerador de ponto de orvalho para calibração de vapor d'água (Li 610 LI-COR, Lincoln, Nebraska, EUA). Ao final de cada experimento, a calibração do analisador foi verificada e a resposta do sinal foi corrigida quanto à sensibilidade e desvios de zero em função do tempo. A resposta do sinal do instrumento também foi corrigida para os efeitos da temperatura e com relação ao deslocamento das concentrações de referência especificadas e medidas. A condutância estomática foi calculada de acordo com Pearcy, Schulze & # x00026 Zimmermann (Pearcy et al.[1989]).

Além disso, medições de CO2 troca e transpiração para folhas individuais para todas as espécies de árvores foram feitas usando um sistema portátil de troca de gás GFS3000 (Walz, Alemanha), a fim de determinar a saturação de luz da captação fotossintética de CO2 com o objetivo de caracterizar a adaptação de todas as espécies arbóreas ao ambiente variável no entorno do Projeto INPA-Max Planck do Instituto Nacional de Pesquisa da Amazônia (INPA), Manaus.

Determinação de VOC

Os VOCs foram analisados ​​com a Reação de Transferência de Prótons - Espectrômetro de Massa (PTR-MS) on-line, que foi conectado aos gabinetes por tubos de 1/8 de polegada. A técnica PTR-MS foi completamente revisada em outro lugar (Blake et al.[2009], Lindinger et al.[1998a, b]). O instrumento foi mantido em sala com ar condicionado durante todos os experimentos. A amostra e o invólucro de referência e o sinal de fundo foram testados alternadamente. O instrumento foi operado no modo de monitoramento de íons selecionado em condições de operação padrão (E / N & # x02009 = & # x02009130 Td E intensidade do campo elétrico, densidade do número do gás tampão, 1 Td & # x02009 = & # x0200910 -17 & # x02009cm & # x000b2 V molécula -1) a uma voltagem de deriva de 600 & # x02009V. O sinal de fundo considerável, provavelmente causado pela dessorção de impurezas dentro do sistema de amostragem e do tubo de derivação (Steinbacher et al.[2004]), foi determinado pela aplicação de ar livre de COV gerado por um conversor catalítico (gerador Zero-air, Parker Co., EUA) ao instrumento. Este deslocamento foi subtraído da amostra e do sinal de referência e a taxa de emissão foi calculada de acordo com a Eq.1. As taxas de emissão calculadas com base no peso seco da folha em & # x003bcg & # x02009g -1 & # x02009h -1 foram padronizadas usando um algoritmo matemático desenvolvido por Guenther et al. ([1993, 1995]) e Guenther ([1997]) a seguir referido como G93. Este algoritmo foi desenvolvido para prever as emissões de isopreno, mas também prevê as emissões de monoterpeno (Ciccioli et al.[1997], Kesselmeier et al.[1997], Kuhn et al.[2002] [2004]). G93 descreve a emissão de orgânicos voláteis como uma função de uma intensidade de emissão básica (ou seja, um fator de emissão padrão ou taxa de emissão basal, Es) relacionados aos parâmetros ambientais radiação fotossintética ativa (PAR, 1000 & # x02009 & # x003bcmol & # x02009m -2 & # x02009s -1) e temperatura (30 & # x000b0 C).

As principais emissões detectadas pelo PTR-MS foram metanol (m33), acetaldeído (m45), etanol (m47), acetona (m59), isopreno (m69) e monoterpenos (m137, fragmento em m81). É importante notar que diferentes tipos de monoterpenos não podem ser distinguidos separadamente com PTR-MS. Portanto, os fatores de emissão padrão calculados para monoterpenos com o PTR-MS neste estudo sempre se referem à soma de todos os monoterpenos. O instrumento PTR-MS foi calibrado usando um padrão de gás (Apel Riemer, EUA ou Deuste Steininger GmbH, Alemanha) contendo a maioria, exceto etanol, dos VOCs alvo dados em nitrogênio (& # x000b1 5% de precisão para Apel Riemer e & # x02009 & # x000b1 & # x0200910% de precisão para o padrão Deuste) e diluído com ar sintético para concentrações de 0,5 - 10 & # x02009ppb. A proporção de mistura de volume de etanol foi calculada usando a cinética de reação de molécula de íon simples, conforme relatado em outro lugar (Hansel et al.[1995], Wisthaler et al.[2001]). O limite de detecção do PTR-MS foi estimado como sendo 1,96 vezes o desvio padrão das concentrações de compartimentos vazios (no nível de confiança de 95%) e era tipicamente 1,153 & # x02009ppb para metanol, 291 & # x02009ppt para acetona, 445 & # x02009ppt para isopreno e 574 & # x02009ppt para monoterpenos.

Cronograma Experimental

Todas as medições foram realizadas em condições semicontroladas ao longo de um período de dois anos, no Instituto Nacional de Pesquisas da Amaz & # x000f4nia. - Jardim botânico do INPA em Manaus, Brasil com mudas de árvores. As investigações foram complementadas com uma avaliação de conjuntos de dados anteriores, mas não publicados, sobre a liberação de isoprenóides realizados com espécies de árvores da Amazônia no ano de 2000 na Universidade de Oldenburg. Nesta investigação, estudos de inundação de curto prazo de emissões de COV de Laetia corymbulosa e Salix martiana foram realizados também usando a técnica PTR-MS (Rottenberger et al.[2008]). A inundação foi alcançada submergindo a área da raiz envasada. Para os experimentos de curto prazo, os potes de Vatairea guianensis e Hevea spruceana de igap & # x000f3 ev & # x000e1rzea, respectivamente, foram inundados por três a quatro dias. De acordo com outros estudos, consideramos este período de tempo suficiente para um aumento significativo das emissões de VOC (Kreuzwieser et al.[1999a], Rottenberger et al.[2008]). Devido ao tempo e equipamento limitados, pudemos investigar apenas dois indivíduos de cada espécie. Consideramos os resultados confiáveis ​​em termos de qualidade de emissão. As quantidades podem, é claro, ser afetadas por incertezas maiores. Estas experiências decorreram do início de Março ao início de Maio de 2007. As plantas foram encerradas à noite (cerca das 20:00) e os primeiros dados foram recolhidos após um tempo mínimo de 10 horas considerado suficiente para a aclimatação. da planta para o ambiente fechado (Dindorf et al.[2006], Hayward et al.[2004], Llusia et al.[2008], Rottenberger et al.[2008]). No segundo dia ao meio-dia, o sistema radicular da planta & # x02019s foi inundado conforme descrito acima. Durante todo o experimento, as medições das emissões de VOC, bem como dos processos fisiológicos da planta, foram realizadas online com os analisadores de gás PTR-MS e IRGA, respectivamente. Além disso, o O2 a concentração de água foi medida para qualquer diminuição potencial todos os dias ao meio-dia (Profiline Dissolved Oxygen Meter Oxi197, WTW, Weilheim, Germany) durante o período de inundação.

Para o experimento de longo prazo, selecionamos três indivíduos de cada uma das espécies igap & # x000f3 Hevea spruceana e Garcinia macrophylla e a espécie v & # x000e1rzea Hura crepitans, Pouteria glomerata e Pseudobombax munguba. O experimento durou de julho / agosto a outubro / novembro de 2006. O cronograma de medição foi semelhante ao descrito acima. Após as medições de controle, as plantas foram retiradas dos recintos e inundadas por dois meses e três semanas. No final desta incubação de longo prazo, as plantas foram novamente incluídas e sondadas.

A análise estatística foi realizada com valores médios de 5 minutos de dados fisiológicos, bem como de emissão e condições de luz do dia (médias diurnas). Os dados obtidos após a incubação de longo prazo foram agrupados em classes de intensidade de luz a fim de obter dados a serem comparados com o experimento de curto tempo que foi realizado sob intensidades de luz mais baixas devido às diferentes condições naturais na estação chuvosa e seca. As diferenças estatísticas entre as condições de inundação e não inundação foram realizadas por ANOVA de um fator e comprovadas pelo teste de Tukey. As diferenças foram consideradas significativas em um nível de probabilidade de P & # x02009 & # x0003c & # x020090.01 (*), muito significativas em P & # x02009 & # x0003c & # x020090.001 (**) e altamente significativas em P & # x02009 & # x0003c & # x020090. 0001 (***). Dois indivíduos da árvore (para os experimentos de curto prazo) ou três (para os experimentos de longo prazo) foram usados ​​para cada tratamento.


Assista o vídeo: Coronavírus: Bolsonaro defende uso da hidroxicloroquina desde fase inicial em pronunciamento (Janeiro 2022).