- Instituto Superior Técnico
Av. Rovisco Pais
1049-001 Lisbon
Portugal
- Biology, Engineering, Biotechnology, Biomimetics, Vaccines, Bioprocess Engineering, and 9 moreBiopharmaceuticals, Manufacturing (Vaccines), Bioprocess/ Biochemical Engineering, Gene Therapy, Plasmids, DNA vaccines, Biomimetic materials, Nanobiotechnology and Biosensors, and Biomolecular Engineeringedit
- A native of Madeira island, I am currently a full professor at Instituto Superior Técnico, the largest school of Engi... moreA native of Madeira island, I am currently a full professor at Instituto Superior Técnico, the largest school of Engineering in Portugal´s capital, Lisbon. I regularly teach a range of subjects (Mass and Heat Transfer, Fluid Dynamics, Separation Processes, Downstream Processing, Biological Engineering Labs, Nucleic Acid Structure, Innovation in Bioengineering, Biomimicry) to Biological Engineering, Biotechnology and Biomedical Engineering students.
My research activities are carried out within IBB-Institute for Bioengineering and Biosciences and currently cover the following topics: 1. Molecular design of DNA therapeutics, 2. Bio-recognition and bio-interfacing and 3. Microbial cell factories. I am the author of around 200 papers, 23 book chapters, 2 books an 1 US patent.edit
A Engenharia de Bioprocessos é uma especialização da Engenharia Biológica que se dedica ao estudo sistemático dos princípios científicos e de engenharia utilizados na conceção, operação e otimização dos processos de manufatura de produtos... more
A Engenharia de Bioprocessos é uma especialização da Engenharia Biológica que se dedica ao estudo sistemático dos princípios científicos e de engenharia utilizados na conceção, operação e otimização dos processos de manufatura de produtos biológicos. Aborda o desenvolvimento de processos que utilizam células inteiras ou os seus componentes para obter produtos valiosos, incluindo biofármacos, reagentes para diagnóstico, produtos e aditivos alimentares,
reagentes de laboratório, agroquímicos, biocombustíveis e produtos de base variados. As aplicações destes produtos biológicos e dos bioprocessos subjacentes são numerosas e podem ser encontradas em áreas como a indústria agroalimentar, indústria farmacêutica, energia e valorização de efluentes e resíduos.
O livro apresenta um conjunto de 150 exercícios resolvidos e 90 exercícios propostos de nível introdutório relevantes no contexto da Engenharia de Bioprocessos, destinando-se a alunos dos primeiros anos de cursos de Engenharia Biológica, Engenharia Química, Biotecnologia, Bioengenharia e afins.
reagentes de laboratório, agroquímicos, biocombustíveis e produtos de base variados. As aplicações destes produtos biológicos e dos bioprocessos subjacentes são numerosas e podem ser encontradas em áreas como a indústria agroalimentar, indústria farmacêutica, energia e valorização de efluentes e resíduos.
O livro apresenta um conjunto de 150 exercícios resolvidos e 90 exercícios propostos de nível introdutório relevantes no contexto da Engenharia de Bioprocessos, destinando-se a alunos dos primeiros anos de cursos de Engenharia Biológica, Engenharia Química, Biotecnologia, Bioengenharia e afins.
Research Interests:
The book addresses the basics, applications, and manufacturing of plasmid biopharmaceuticals. The survey of the most relevant characteristics of plasmids provides the basics for designing plasmid products (applications) and processes... more
The book addresses the basics, applications, and manufacturing of plasmid biopharmaceuticals. The survey of the most relevant characteristics of plasmids provides the basics for designing plasmid products (applications) and processes (manufacturing). Key features that the authors include in the book are: i) consistency and clear line of direction, ii) an extensive use of cross-referencing between the individual chapters, iii) a rational integration of chapters, iv) appellative figures, tables and schemes, and v) an updated, but selected choice of references, with a focus on key papers.
Research Interests:
This fully updated edition targets not only those assays directly involved in the discovery of GPCR-active compounds but also those involved in cell-based experiments designed to study physiological responses. Whether coming from academia... more
This fully updated edition targets not only those assays directly involved in the discovery of GPCR-active compounds but also those involved in cell-based experiments designed to study physiological responses. Whether coming from academia or industry, or being an experienced researcher or a newcomer to the field, the reader will find accessible methods and protocols that cover the latest developments on receptor purification, molecular biology, recombinant engineering, and analytical techniques that enable the real time monitoring of the complex GPCR signaling cascade and identification of potential drug targets. Written for the highly successful Methods in Molecular Biology series, chapters include introductions to their respective topics, lists of the necessary materials and reagents, step-by-step, readily reproducible laboratory protocols, and tips on troubleshooting and avoiding known pitfalls.
Authoritative and up-to-date, G Protein-Coupled Receptor Screening Assays: Methods and Protocols, Second Edition aims to provide the tools necessary to contribute to the advancement of GPCR research and discovery and ultimately lead to the availability of innovative and more efficient drugs.
Authoritative and up-to-date, G Protein-Coupled Receptor Screening Assays: Methods and Protocols, Second Edition aims to provide the tools necessary to contribute to the advancement of GPCR research and discovery and ultimately lead to the availability of innovative and more efficient drugs.
Research Interests:
This volume explores the considerable efforts that have been directed towards the development of G Protein-Coupled Receptors (GPCR) screening assays in order to disclose GPCR acting compounds, elucidate signaling mechanisms or evaluate... more
This volume explores the considerable efforts that have been directed towards the development of G Protein-Coupled Receptors (GPCR) screening assays in order to disclose GPCR acting compounds, elucidate signaling mechanisms or evaluate compound’s efficacy. New discoveries in the field, along with the widely recognized need for better and safer pharmaceutical drugs constitute the main motivation for this book. Readers, both beginners and experienced researchers, will receive an updated overview of not only the established, but also the innovative technologies that promise to advance GPCR drug research. This book is organized into two major parts: the introductory part discusses the necessary foundations for the understanding of GPCR action and the rationale behind the design of the available screening assays; and part two provides detailed protocols for different screening approaches. Written in the highly successful Methods in Molecular Biology series format, the chapters include the kind of detailed description and implementation advice that is crucial for getting optimal results in the laboratory.
Practical and innovative, G Protein-Coupled Receptor Screening Assays: Methods and Protocols reaches out to everyone involved in the discovery of GPCR-active drugs, and provides a transversal overview of the different levels of GPCR signaling addressable in the different screening strategies and presents practical examples of how current assay technologies are contributing to new paradigms in GPCR drug research.
Practical and innovative, G Protein-Coupled Receptor Screening Assays: Methods and Protocols reaches out to everyone involved in the discovery of GPCR-active drugs, and provides a transversal overview of the different levels of GPCR signaling addressable in the different screening strategies and presents practical examples of how current assay technologies are contributing to new paradigms in GPCR drug research.
Research Interests:
A utilização de DNA plasmídico (pDNA) no contexto de terapias gênicas e vacinação por DNA tem sido estudada intensamente do ponto de vista científico e clínico, sendo esperado que nos próximos anos sejam lançados alguns biofármacos à base... more
A utilização de DNA plasmídico (pDNA) no contexto de terapias gênicas e vacinação por DNA tem sido estudada intensamente do ponto de vista científico e clínico, sendo esperado que nos próximos anos sejam lançados alguns biofármacos à base de pDNA no mercado. Genericamente falando, as moléculas de pDNA nestes biofármacos são utilizadas para transferir genes para os sujeitos alvo (humanos e animais) tendo em vista o controle e a gestão de doenças diversas (p. ex. doenças infecciosas como a AIDS e a tuberculose, ou doenças crônicas como o cancro). A ideia subjacente a esta abordagem é a de que os produtos codificados nos transgenes transportados pelas moléculas de pDNA, uma vez expressos nas células e tecidos alvo, atuem de forma a enfrentar a doença específica ou condição clínica em estudo. Neste contexto, o desenvolvimento de processos de purificação de pDNA é essencial para produzir todo o material necessário à execução de testes em animais, ensaios clínicos e eventual comercialização.
Research Interests:
The manufacturing of biopharmaceuticals encompasses a string of activities that are designed with the goal of producing a certain mass or biological activity of a target product with specific quality attributes. The downstream processing... more
The manufacturing of biopharmaceuticals encompasses a string of activities that are designed with the goal of producing a certain mass or biological activity of a target product with specific quality attributes. The downstream processing is indisputably the most challenging stage in biopharmaceutical manufacturing. The selection of a train of recovery and purification operations requires an adequate knowledge of the properties of the target molecule and associated impurities. The majority of the enzymes used in these categories are hydrolases, which fall within the Enzyme Commission enzyme class. Enzymes can be used as process additives very early in a biopharmaceutical manufacturing process to tackle specific challenges linked to cell dissociation and cell lysis. The majority of mammalian cells that are cultured in vitro in petri dishes, flasks, and bioreactors adhere to the substrate surfaces by a sequence of steps that includes an initial attachment, flattening and spreading.
Research Interests:
Natural materials like bone, ligaments, wood, shells, and scales are remarkably efficient in terms of fulfilling complex and multiple functional requirements with minimal amounts of matter. Mimicking design features found in these... more
Natural materials like bone, ligaments, wood, shells, and scales are remarkably efficient in terms of fulfilling complex and multiple functional requirements with minimal amounts of matter. Mimicking design features found in these biomaterials like hierarchical structure and composite nature, and resorting to bio-inspired manufacturing processes like biomineralization and self-assembly could yield man-made materials that are multifunctional, lightweight, benign, and recyclable. More specifically, the incorporation of many of the characteristics and properties found in natural materials into paints, coatings, films, concrete, glass, ceramics, fibers, and insulation has the potential to revolutionize the way infrastructures and buildings are constructed. This chapter provides a concise coverage of the area of biomimetic materials. A brief outline of the discipline is followed by a discussion of general aspects related to the structure and synthesis of natural materials. Next, the recent progress made in the development of biomimetic materials with improved mechanical resistance, optical, self-cleaning, adhesiveness, and anti-adhesion properties is reviewed with reference made to the most noteworthy examples.
Immune response against an encoded antigenic protein can be elicited by including targeting sequences to DNA vaccines that promote protein sorting to processing pathways, related with antigen presentation by major histocompatibility... more
Immune response against an encoded antigenic protein can be elicited by including targeting sequences to DNA vaccines that promote protein sorting to processing pathways, related with antigen presentation by major histocompatibility complexes (MHC). Candidate DNA vaccines coding for neuraminidase 3 of the avian influenza virus were designed to encode different sequences that direct the protein to specific cellular compartments such as endoplasmic reticulum (i.e., adenovirus E1A), lysosomes (i.e., LAMP), and the combination of protein targeting to the endoplasmic reticulum and lysosome (i.e., E1A-LAMP). The DNA vaccine prototypes were engineered by biomolecular techniques and subsequently produced in E. coli cells. The biological activity of the vaccines was tested firstly in vitro, in Chinese hamster ovary cells, through flow cytometry and real-time polymerase chain reaction analysis. Then, an essential in vivo study was performed in chickens, in order to evaluate the efficacy of DNA prototype vaccines, by measuring the antibody production by enzyme-linked immunosorbent assay.
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"A bench-scale protocol for the purification of plasmid DNA (pDNA) produced in Escherichia coli is described. The method is specifically designed to prepare pDNA vectors for gene therapy and DNA vaccination applications. The method... more
"A bench-scale protocol for the purification of plasmid DNA (pDNA) produced in Escherichia coli is described. The method is specifically designed to prepare pDNA vectors for gene therapy and DNA vaccination applications. The method comprises alkaline lysis, concentration with isopropanol, prepurification by (NH4)2SO4 precipitation and purification by hydrophobic interaction chromatography (HIC), and desalting in gravity-operated 10-mL plastic columns. Analytical techniques used to control the performance of the method and to assess the quality of the pDNA vaccine are also described. Anion-exchange HPLC is used to determine pDNA concentration, whereas the presence of impurities such as RNA, proteins, E. coli genomic DNA, and endotoxins is determined by agarose gel electrophoresis, micro-bicinchoninic acid (BCA), real-time polymerase chain reaction and kinetic-quantitative chromogenic lymulus amoebacyte lysate (QCL LAL) assays, respectively. The method performs very well in terms of yield, purity and biological activity of the final pDNA. Furthermore, it is rapid, very easy to perform, and cost-efficient."
DNA origami is an emerging technology that can be used as a nanoscale platform in numerous applications ranging from drug delivery systems to biosensors. The DNA nanostructures are assembled from large single-stranded DNA (ssDNA)... more
DNA origami is an emerging technology that can be used as a nanoscale platform in numerous applications ranging from drug delivery systems to biosensors. The DNA nanostructures are assembled from large single-stranded DNA (ssDNA) scaffolds, ranging from hundreds to thousands of nucleotides and from short staple strands. Scaffolds are usually obtained by asymmetric PCR (aPCR) or Escherichia coli infection/transformation with phages or phagemids. Scaffold quantification is typically based on agarose gel electrophoresis densitometry for molecules obtained by aPCR, or by UV absorbance, in the case of scaffolds obtained by infection or transformation. Although these methods are well-established and easy-to-apply, the results obtained are often inaccurate due to the lack of selectivity and sensitivity in the presence of impurities. Herein, we present an HPLC method based on ion-pair reversed-phase (IP-RP) chromatography to quantify DNA scaffolds. Using IP-RP chromatography, ssDNA products (449 and 1000 nt) prepared by aPCR were separated from impurities and from the double stranded (ds) DNA byproduct. Additionally, both ss and dsDNA were quantified with high accuracy. The method was used to guide the optimization of the production of ssDNA by aPCR, which targeted the maximization of the ratio of ssDNA to dsDNA obtained. Moreover, ssDNA produced from phage infection of E. coli cells was also quantified by IP-RP using commercial ssDNA from the M13mp18 phage as a standard.
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We present a lateral flow immunoassay (LFA) for the quantitative, fluorescence-based detection of the trauma brain injury (TBI) biomarker ubiquitin carboxyl-terminal hydrolase-L1 (UCH-L1) that features a layer of graphene oxide (GO)... more
We present a lateral flow immunoassay (LFA) for the quantitative, fluorescence-based detection of the trauma brain injury (TBI) biomarker ubiquitin carboxyl-terminal hydrolase-L1 (UCH-L1) that features a layer of graphene oxide (GO) particles over the test zone of nitrocellulose (NC) strips. The introduction of 80 ng of GO at test lines increased fluorescence signals 2-3-fold. This was attributed to an increase in the immobilization of capture antibodies in the top layer of NC, which increased the density of recognition complexes at the surface and hence the signals reaching the reader used. A linear concentration-response relationship was observed in the 0-200 pg/ mL UCH-L1 range with an inter assay CoV of 2.65 %. The LOD and LOQ values of 11.1 pg/mL and 33.5 pg/mL were compatible with threshold levels of UCH-L1. Finally, mock plasma samples with UCH-L1 levels characteristic of TBI patients with negative (60 pg/mL) and positive (130 pg/mL) CT scans were successfully analyzed. Storage stability testing further showed that GO did not affect the biological activity of the capture antibody. In summary, we demonstrate that the use of GO particles in the top layers of the test zone of NC strips improves signal intensity, which could potentially enhance the accuracy and efficiency of LFA-based diagnosis.
Research Interests:
Protein nanocages are highly ordered nanometer scale architectures, which are typically formed by homo- or hetero-self-assembly of multiple monomers into symmetric structures of different size and shape. The intrinsic characteristics of... more
Protein nanocages are highly ordered nanometer scale architectures, which are typically formed by homo- or hetero-self-assembly of multiple monomers into symmetric structures of different size and shape. The intrinsic characteristics of protein nanocages make them very attractive and promising as a biological nanomaterial. These include, among others, a high surface/volume ratio, multifunctionality, ease to modify or manipulate genetically or chemically, high stability, mono-dispersity, and biocompatibility. Since the beginning of the investigation into protein nanocages, several applications were conceived in a variety of areas
such as drug delivery, vaccine development, bioimaging, biomineralization,
nanomaterial synthesis and biocatalysis. The ability to generate large amounts of pure and well-folded protein assemblies is one of the keys to transform nanocages into clinically valuable products and move biomedical applications forward. This calls for the development of more efficient biomanufacturing processes and for the setting up of analytical techniques adequate for the quality control and characterization of the biological function and structure of nanocages. This review concisely covers and overviews the progress made since the emergence of protein nanocages as a new, next-generation class of biologics. A brief outline of non-viral protein nanocages is followed by a presentation of their main applications in the areas of bioengineering, biotechnology, and biomedicine.
Afterwards, we focus on a description of the current processes used in the
manufacturing of protein nanocages with particular emphasis on the most
relevant aspects of production and purification. The state-of-the-art on
current characterization techniques is then described and future alternative or complementary approaches in development are also discussed. Finally, a critical analysis of the limitations and drawbacks of the current manufacturing strategies is presented, alongside with the identification of the major challenges and bottlenecks.
such as drug delivery, vaccine development, bioimaging, biomineralization,
nanomaterial synthesis and biocatalysis. The ability to generate large amounts of pure and well-folded protein assemblies is one of the keys to transform nanocages into clinically valuable products and move biomedical applications forward. This calls for the development of more efficient biomanufacturing processes and for the setting up of analytical techniques adequate for the quality control and characterization of the biological function and structure of nanocages. This review concisely covers and overviews the progress made since the emergence of protein nanocages as a new, next-generation class of biologics. A brief outline of non-viral protein nanocages is followed by a presentation of their main applications in the areas of bioengineering, biotechnology, and biomedicine.
Afterwards, we focus on a description of the current processes used in the
manufacturing of protein nanocages with particular emphasis on the most
relevant aspects of production and purification. The state-of-the-art on
current characterization techniques is then described and future alternative or complementary approaches in development are also discussed. Finally, a critical analysis of the limitations and drawbacks of the current manufacturing strategies is presented, alongside with the identification of the major challenges and bottlenecks.
Research Interests:
Messenger RNA (mRNA) vaccines are a new alternative to conventional vaccines with a prominent role in infectious disease control. These vaccines are produced in in vitro transcription (IVT) reactions, catalyzed by RNA polymerase in... more
Messenger RNA (mRNA) vaccines are a new alternative to conventional vaccines with a prominent role in infectious disease control. These vaccines are produced in in vitro transcription (IVT) reactions, catalyzed by RNA polymerase in cascade reactions. To ensure an efficient and cost-effective manufacturing process, essential for a large-scale production and effective vaccine supply chain, the IVT reaction needs to be optimized. IVT is a complex reaction that contains a large number of
Research Interests:
DNA-origami biomanufacturing relies in many cases on the use of asymmetric PCR (aPCR) to generate 500–3500 base, object-specific, single-stranded DNA (ssDNA) scaffolds. Each scaffold is usually purified by agarose gel extraction, a... more
DNA-origami biomanufacturing relies in many cases on the use of asymmetric PCR (aPCR) to generate 500–3500 base, object-specific, single-stranded DNA (ssDNA) scaffolds. Each scaffold is usually purified by agarose gel extraction, a technique that is laborious, limited, not scalable, presents low recovery yields and a low-quality product. Alternatively, we present a chromatography-based method to purify ssDNA scaffolds from aPCR mixtures, which can be used in the context of DNA-origami techniques.
aPCR was performed to generate single and double-stranded DNA (dsDNA) from the M13mp18 genome. To isolate the target ssDNA from dsDNA and other PCR impurities, anion-exchange (Q-ligand) and multimodal chromatography (CaptoTM adhere ImpRes) were explored using stepwise gradients with increasing NaCl concentrations. In anion exchange chromatography, the less-charged ssDNA eluted before the dsDNA. In multimodal chromatography, however, the elution pattern was reversed, highlighting the importance played by hydrophobicity. In either case, collected ssDNA-containing fractions were homogeneous and impurity free.
Finally, 8.4 μg of a 1000-nt ssDNA fragment was purified and used alongside with site-specific short oligonucleotides (staples) to assemble 63-bp edge length tetrahedrons. Gel electrophoresis showed high assembly yield and purity, whereas fluorescence correlation spectroscopy confirmed that the tetrahedrons had a diffusion coefficient (26.7 μm2 s−1) consistent with the expected size (20 nm).
aPCR was performed to generate single and double-stranded DNA (dsDNA) from the M13mp18 genome. To isolate the target ssDNA from dsDNA and other PCR impurities, anion-exchange (Q-ligand) and multimodal chromatography (CaptoTM adhere ImpRes) were explored using stepwise gradients with increasing NaCl concentrations. In anion exchange chromatography, the less-charged ssDNA eluted before the dsDNA. In multimodal chromatography, however, the elution pattern was reversed, highlighting the importance played by hydrophobicity. In either case, collected ssDNA-containing fractions were homogeneous and impurity free.
Finally, 8.4 μg of a 1000-nt ssDNA fragment was purified and used alongside with site-specific short oligonucleotides (staples) to assemble 63-bp edge length tetrahedrons. Gel electrophoresis showed high assembly yield and purity, whereas fluorescence correlation spectroscopy confirmed that the tetrahedrons had a diffusion coefficient (26.7 μm2 s−1) consistent with the expected size (20 nm).
Research Interests:
This paper presents a lateral flow assay (LFA) for the quantitative, fluorescence-based detection of the kidney biomarker cystatin C that features conjugates of capture antibodies and fusions of carbohydrate binding modules (CBM) with ZZ... more
This paper presents a lateral flow assay (LFA) for the quantitative, fluorescence-based detection of the kidney biomarker cystatin C that features conjugates of capture antibodies and fusions of carbohydrate binding modules (CBM) with ZZ domains anchored on cellulose deposited over nitrocellulose (NC). The ZZ-CBM3 fusion provides a biomolecular interface between the cellulose layer and the Fc portion of the capture antibodies. By resorting to detection Fab fragments that lack the Fc
portion we overcome the observed interference of full-length detection antibodies with the ZZ-CBM3 fusion at the test lines. Using the new LFA architecture, a linear concentration–response relationship was observed in the 0–10 ng/mL cystatin C concentration range, which is compatible with the clinically normal (5–120 ng/mL) and abnormal (> 250 ng/mL) levels of cystatin C, as long as proper dilutions are made. An inter assay CoV of 0.72% was obtained. Finally, mock urine samples characteristic of normal (100 ng/mL) and kidney tubular disease (4000 ng/mL) patients were successfully analyzed. Overall, we demonstrate an innovative LFA architecture that combines NC strips with layered cellulose, ZZ-CBM3
fusions and fluorescently labeled Fab fragments.
portion we overcome the observed interference of full-length detection antibodies with the ZZ-CBM3 fusion at the test lines. Using the new LFA architecture, a linear concentration–response relationship was observed in the 0–10 ng/mL cystatin C concentration range, which is compatible with the clinically normal (5–120 ng/mL) and abnormal (> 250 ng/mL) levels of cystatin C, as long as proper dilutions are made. An inter assay CoV of 0.72% was obtained. Finally, mock urine samples characteristic of normal (100 ng/mL) and kidney tubular disease (4000 ng/mL) patients were successfully analyzed. Overall, we demonstrate an innovative LFA architecture that combines NC strips with layered cellulose, ZZ-CBM3
fusions and fluorescently labeled Fab fragments.
Research Interests:
The emergence of antibiotic-resistant bacteria is a critical worldwide healthcare problem. In the specific case of wound care, new and effective alternatives to currently available solutions are urgently needed. Cellulose-based dressings,... more
The emergence of antibiotic-resistant bacteria is a critical worldwide healthcare problem. In the specific case of wound care, new and effective alternatives to currently available solutions are urgently needed. Cellulose-based dressings, for example, could be made more attractive if rendered antimicrobial. This work proposes a new strategy to modify cellulose-based materials with the short antimicrobial hexapeptide MP196 (RWRWRW-NH2) that relies on a biomolecular recognition approach based on carbohydrate binding modules (CBMs). Specifically, we focused on the modification of hydrogels, paper, and microfibrillated cellulose (MFC) with fusions of the CBM3 from Clostridium thermocellum (C. thermocellum) with derivatives of MP196. The fusions are prepared by promoting the formation of a disulfide bond between Cys-terminated derivatives of MP196 and a CBM3 that is pre-anchored in the materials. The CBM3-MP196-modified materials displayed antibacterial activity against Escherichia coli (E. coli), Pseudomonas aeruginosa (P. aeruginosa) and Staphylococcus aureus (S. aureus) that was significantly higher when compared with the activity of materials prepared by physical adsorption of MP196. The biomolecular strategy provides a more favorable orientation, exposure, and distancing of the peptide from the matrix. This versatile concept provides a toolbox for the functionalization of cellulose materials of different origins and architectures with a broad choice in peptides. Functionalization under mild biological conditions avoids further purification steps, allowing for translational research and multiple applications as drug delivery systems, scaffolds for tissue engineering and biomaterials.
Research Interests:
DNA nanotechnology encompasses the self-assembly of nucleic acids into complex nanostructures via Watson–Crick base pairing. Asymmetric PCR (aPCR) is often used to generate 500-3500 nucleotide (nt) long, object-specific, single-stranded... more
DNA nanotechnology encompasses the self-assembly of nucleic acids into complex nanostructures via Watson–Crick base pairing. Asymmetric PCR (aPCR) is often used to generate 500-3500 nucleotide (nt) long, object-specific, single-stranded DNA (ssDNA) scaffolds from DNA templates, which can then be assembled into nano-objects by the DNA origami technique. One crucial step in ssDNA scaffold preparation is purification. Scaffolds are usually purified by agarose gel extraction, a laborious, time consuming, limited and not scalable technique that presents low recovery yields, delivers low-quality products, and requires specific equipment. To overcome such pitfalls, we present a simple, fast, and potentially scalable affinity-based method comprising magnetic particles and a simple magnet. The system was used to purify ssDNA scaffolds from aPCR mixtures. Scaffolds with 449 nt and 1000 nt were synthesized by aPCR alongside with double-stranded DNA (dsDNA) using the genome of the M13mp18 phage as template. Magnetic particles were functionalized with a 20-nt oligonucleotide complementary to the 3’ end of the ssDNA scaffolds. Hybridization between the ssDNA scaffolds in the aPCR mixture and the affinity beads was promoted, which allowed (i) the removal of the dsDNA and (ii) subsequent recovery of ssDNA upon melting to denaturing temperatures. The purified scaffolds were used to assemble 31 and 63-bp edge length tetrahedra using site-specific short oligonucleotide, thermal annealing and high magnesium concentrations. The resulting DNA-origami structures showed high assembly yield and purity, as observed using agarose gel electrophoresis. In conclusion, the method enabled the purification of 550 ng of 449-nt and 880 ng of 1000-nt ssDNA fragments per aPCR reaction (50 uL), demonstrating its potential as a helpful and versatile tool in the production of DNA-origami nanostructures.
Research Interests:
Materials with novel and enhanced functionalities can be obtained by modifying cellulose with a range of biomolecules. This functionalization can deliver tailored cellulose-based materials with enhanced physical and chemical properties... more
Materials with novel and enhanced functionalities can be obtained by modifying cellulose with a range of biomolecules. This functionalization can deliver tailored cellulose-based materials with enhanced physical and chemical properties and control of biological interactions that match specific applications. One of the foundations for the success of such biomaterials is to efficiently control the capacity to combine relevant biomolecules into cellulose materials in such a way that the desired functionality is attained. In this context, our main goal was to develop bi-functional biomolecular constructs for the precise modification of cellulose hydrogels with bioactive molecules of interest. The main idea was to use biomolecular engineering techniques to generate and purify different recombinant fusions of carbohydrate binding modules (CBMs) with significant biological entities. Specifically, CBM-based fusions were designed to enable the bridging of proteins or oligonucleotides with cellulose hydrogels. The work focused on constructs that combine a family 3 CBM derived from the cellulosomal-scaffolding protein A from Clostridium thermocellum (CBM3) with the following: (i) an N-terminal green fluorescent protein (GFP) domain (GFP-CBM3); (ii) a double Z domain that recognizes IgG antibodies; and (iii) a C-terminal cysteine (CBM3C). The ability of the CBM fusions to bind and/or anchor their counterparts onto the surface of cellulose hydrogels was evaluated with pull-down assays. Capture of GFP-CBM3 by cellulose was first demonstrated qualitatively by fluorescence microscopy. The binding of the fusion proteins, the capture of antibodies (by ZZ-CBM3), and the grafting of an oligonucleotide (to CBM3C) were successfully demonstrated. The bioactive cellulose platform described here enables the precise anchoring of different biomolecules onto cellulose hydrogels and could contribute significantly to the development of advanced medical diagnostic sensors or specialized biomaterials, among others.
Research Interests:
Bacteriophages, or simply phages, are the most abundant biological entities on Earth. One of the most interesting characteristics of these viruses, which infect and use bacteria as their host organisms, is their high level of specificity.... more
Bacteriophages, or simply phages, are the most abundant biological entities on Earth. One of the most interesting characteristics of these viruses, which infect and use bacteria as their host organisms, is their high level of specificity. Since their discovery, phages became a tool for the comprehension of basic molecular biology and originated applications in a variety of areas such as agriculture, biotechnology, food safety, veterinary, pollution remediation and wastewater treatment. In particular, phages offer a solution to one of the major problems in public health nowadays, i.e. the emergence of multidrug-resistant bacteria. In these situations, the use of virulent phages as therapeutic agents offers an alternative to the classic, antibiotic–based strategies. The development of phage therapies should be accompanied by the improvement of phage biomanufacturing processes, both at laboratory and industrial scales. In this review, we first present some historical and general aspects related with the discovery, usage and biology of phages and provide a brief overview of the most relevant phage therapy applications. Then, we showcase current processes used for the production and purification of phages and future alternatives in development. On the production side, key factors such as the bacterial physiological state, the conditions of phage infection and the operation parameters are described alongside with the different operation modes, from batch to semi-continuous and continuous. Traditional purification methods used in the initial phage isolation steps are then described followed by the presentation of current state-of-the-art purification approaches. Continuous purification of phages is finally presented as a future biomanufacturing trend.
Research Interests:
Vaccines are one of the most important tools in public health and play an important role in infectious diseases control. Owing to its precision, safe profile and flexible manufacturing, mRNA vaccines are reaching the stoplight as a new... more
Vaccines are one of the most important tools in public health and play an important role in infectious diseases control. Owing to its precision, safe profile and flexible manufacturing, mRNA vaccines are reaching the stoplight as a new alternative to conventional vaccines. In fact, mRNA vaccines were the technology of choice for many companies to combat the Covid-19 pandemic, and it was the first technology to be approved in both United States and in Europe Union as a prophylactic treatment. Additionally, mRNA vaccines are being studied in the clinic to treat a number of diseases including cancer, HIV, influenza and even genetic disorders.
The increased demand for mRNA vaccines requires a technology platform and cost-effective manufacturing process with a well-defined product characterisation. Large scale production of mRNA vaccines consists in a 1 or 2-step in vitro reaction followed by a purification platform with multiple steps that can include Dnase digestion, precipitation, chromatography or tangential flow filtration. In this review we describe the current state-of-art of mRNA vaccines, focusing on the challenges and bottlenecks of manufacturing that need to be addressed to turn this new vaccination technology into an effective, fast and cost-effective response to emerging health crises.
The increased demand for mRNA vaccines requires a technology platform and cost-effective manufacturing process with a well-defined product characterisation. Large scale production of mRNA vaccines consists in a 1 or 2-step in vitro reaction followed by a purification platform with multiple steps that can include Dnase digestion, precipitation, chromatography or tangential flow filtration. In this review we describe the current state-of-art of mRNA vaccines, focusing on the challenges and bottlenecks of manufacturing that need to be addressed to turn this new vaccination technology into an effective, fast and cost-effective response to emerging health crises.
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This paper presents a lateral flow assay (LFA) for the quantitative, fluorescence-based detection of the cardiac biomarker troponin I (cTnI) that features an analytical strip made of cel-lulose filter paper. The results show that the... more
This paper presents a lateral flow assay (LFA) for the quantitative, fluorescence-based detection of the cardiac biomarker troponin I (cTnI) that features an analytical strip made of cel-lulose filter paper. The results show that the wicking and test time are comparable to those ob-tained with conventional nitrocellulose (NC)-based LFAs. Further, the cellulose paper provides an excellent background with no auto-fluorescence that is very adequate in detecting fluorescent lines. While fluorescence that was generated with cellulose strips was lower when compared to that generated in NC strips, signals could be improved by layering carbon nanofibers (CNF) on the cellulose. A nonlinear behavior of the concentration–response relationship was observed for the LFA architectures with NC, cellulose, and cellulose-CNF in the 0 to 200 ng/mL cTnI concen-tration range. The measurements were consistent and characterized by coefficients of variation lower than 2.5%. Detection and quantitation limits that were in the range 1.28–1.40 ng/mL and 2.10–2.75 ng/mL were obtained for LFA with cellulose and cellulose CNF strips that are equivalent to the limits obtained with the standard NC LFA. Overall, we showed that commercially available filter paper can be used in the analytical strip of LFA.
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The use of minicircles in gene therapy applications is dependent on the availability of high-producer cell systems. In order to improve the performance of minicircle production in Escherichia coli by ParA resolvase-mediated in vivo... more
The use of minicircles in gene therapy applications is dependent on the availability of high-producer cell systems. In order to improve the performance of minicircle production in Escherichia coli by ParA resolvase-mediated in vivo recombination, we focus on the 5' untranslated region (5'-UTR) of parA messenger RNA (mRNA). The arabinose-inducible PBAD/araC promoter controls ParA expression and strains with improved arabinose uptake are used. The 27-nucleotide-long 5'-UTR of parA mRNA was optimized using a predictive thermodynamic model. An analysis of original and optimized mRNA subsequences predicted a decrease of 8.6-14.9 kcal/mol in the change in Gibbs free energy upon assembly of the 30S ribosome complex with the mRNA subsequences, indicating a more stable mRNA-rRNA complex and enabling a higher (48-817-fold) translation initiation rate. No effect of the 5'-UTR was detected when ParA was expressed from a low-copy number plasmid (∼14 copies/cell), with full recomb...
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Minicircle (MC) DNA vectors are able to generate a high-level transgene expression in vivo, which is superior to the one afforded by conventional plasmids. MC vectors are produced by replicating a parental plasmid (PP) and promoting its... more
Minicircle (MC) DNA vectors are able to generate a high-level transgene expression in vivo, which is superior to the one afforded by conventional plasmids. MC vectors are produced by replicating a parental plasmid (PP) and promoting its recombination in Escherichia coli. This generates a MC with the expression cassette, and a miniplasmid (MP) with the replication segment. Unfortunately, wider use of MC vectors is hampered by difficulties in isolating the target MCs from their MP counterpart. In this proof-of-concept study, a reproducible process is described to improve the purification of supercoiled (sc) MCs that combines an in vitro enzymatic relaxation of sc MP impurities with topoisomer separation and RNA clearance by hydrophobic interaction chromatography (HIC) step. At the early stage of vector design, a site for the nicking endonuclease Nb.BbvCI was strategically placed in the MP part of the PP backbone. A process was then established that involves E. coli culture and recombination of PPs into target MC, cell harvesting and alkaline lysis, precipitation with isopropanol and ammonium sulfate and diafiltration/concentration by microfiltration. Next, an in vitro digestion step was carried out with Nb.BbvCI to nick of one of the strands of the MPs and of non-recombined PPs by Nb.BbvCI. As a result, sc MPs and non-recombined PPs were converted into the corresponding open circular (oc) forms whereas sc MCs remain unaffected. Finally, sc MC was isolated from oc DNA molecules (oc MPs, oc MC) and RNA by performing HIC with a phenyl-Sepharose column using a series of elution steps with decreasing ammonium sulfate concentrations. On the basis of agarose gel electrophoresis analysis, the sc MC-containing fractions were determined to be virtually free from nucleic acid impurities.
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The interest in purifying injectable-grade plasmid DNA has increased with the development of gene therapy and DNA vaccination technologies. In this paper we develop a method for purifying a 4.8 kb plasmid based on chromatographic... more
The interest in purifying injectable-grade plasmid DNA has increased with the development of gene therapy and DNA vaccination technologies. In this paper we develop a method for purifying a 4.8 kb plasmid based on chromatographic processes. An NaCl gradient was optimized on a Q Sepharose column and plasmid was eluted at 800-820 mM NaCl in a broad peak. Supercoiled plasmid was isolated after a final Sepharcryl S1000 SF gel filtration step. Final plasmid preparation was depleted of proteins and RNA, as revealed by the BCA assay and 1% agarose gel electrophoresis.
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Despite very good safety records, clinical trials using plasmid DNA failed due to low transfection efficiency and brief transgene expression. Although this failure is both due to poor plasmid design and to inefficient delivery methods,... more
Despite very good safety records, clinical trials using plasmid DNA failed due to low transfection efficiency and brief transgene expression. Although this failure is both due to poor plasmid design and to inefficient delivery methods, here we will focus on the former. The DNA elements like CpG motifs, selection markers, origins of replication, cryptic eukaryotic signals or nuclease-susceptible regions and inverted repeats showed detrimental effects on plasmids' performance as biopharmaceuticals. On the other hand, careful selection of promoter, polyadenylation signal, codon optimization and/or insertion of introns or nuclear-targeting sequences for therapeutic protein expression can enhance the clinical efficacy. Minimal vectors, which are devoid of the bacterial backbone and consist exclusively of the eukaryotic expression cassette, demonstrate better performance in terms of expression levels, bioavailability, transfection rates and increased therapeutic effects. Although the ...
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The conventional diagnosis of dengue virus infections includes the detection of the virus in serum or tissue samples, both by isolation in culture or through detection of specific viral molecules (genome RNA or dengue antigens) and... more
The conventional diagnosis of dengue virus infections includes the detection of the virus in serum or tissue samples, both by isolation in culture or through detection of specific viral molecules (genome RNA or dengue antigens) and detection of specific anti-dengue antibodies (serology). Isolation of dengue virus provides the most direct and conclusive approach to diagnosis, despite the demand for high-level equipment, technical skills and manpower. However, it is useless in early diagnosis because several days are required to isolate and classify the virus. Serology, despite being simpler, is not able to afford an accurate early diagnosis in primary infections because 4-5 days are required for the immune system to produce a sufficient amount of antibodies. Moreover, it leads to misleading results in secondary infections owing to cross-reactivity among serotype-specific antibodies and with other flavivirus antibodies. The RT-PCR and other PCR-based techniques are fast, serotype-discriminating, more sensitive and easier to carry out than conventional nucleic-acid hybridisation, but are handicapped by easy sample contamination and high technological demands. Recently, advances in bioelectronics have generated commercial kits and new techniques for detection of dengue antibodies and RNA, based on biosensor technology. Most of them are rapid, easy to operate, reusable, cheap, sensitive and serotype-specific. Nevertheless, their accuracy is still questionable because most still lack validation and standardisation. This review summarises and describes the techniques currently employed and anticipated in the near future for diagnosis of dengue disease.
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Page 1. Biocatalysis and Biobansformafion, Vol. 19, pp. 213-233 Reprints available directly from the publisher Photocopying permitted by License only 0 2001 OPA (Overseas Publishers Association) NV Published by license ...
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A theoretical analysis is presented to describe and compare two unit operations that separate molecules on the basis of size: ultrafiltration and size-exclusion chromatography. A model consisting of a series of N ultrafiltration units is... more
A theoretical analysis is presented to describe and compare two unit operations that separate molecules on the basis of size: ultrafiltration and size-exclusion chromatography. A model consisting of a series of N ultrafiltration units is set up to describe the fractionation of macrosolutes fed to the system in the form of a square pulse. This model is found to be equivalent to the plate model used to describe elution profiles in linear chromatography. Likewise, for a series with large number of units, the solutes elute from the system in the form of a Gaussian distribution. The analogy between this multistage ultrafiltration and column chromatography is further extended by defining and comparing parameters usually used to describe chromatographic separations such as resolution, capacity and selectivity. A case study is presented that compares the theoretical behaviour (elution profiles, resolution) of multistage ultrafiltration with size-exclusion chromatography, when fractionating a mixture of proteins. As expected, the multistage ultrafiltration behaves in an opposite fashion when compared with size exclusion chromatography, by eluting solutes in increasing order of their size. Furthermore, it is shown that multistage ultrafiltration is more efficient than size-exclusion chromatography, since similar resolution can be obtained but with a lower number of stages. It is anticipated that stacks of ultrafiltration membranes could provide a new type of chromatography: ‘reverse’ size-exclusion membrane chromatography. It is also suggested that stacks of UF membranes with large pores to overcome hydrodynamic drawbacks and smaller diffusive pores—‘perfusion’ membranes—can perform ‘normal’ size-exclusion membrane chromatography.
Research Interests: Mechanical Engineering, Chemical Engineering, Protein Purification, Chromatography, Modeling, and 13 moreComparative Study, Membrane Technology, Membrane Separation Technology, Ultrafiltration, Case Study, Perfusion, Hydrodynamics, Proteins, Theoretical Analysis, Gel Permeation Chromatography, Gaussian distribution, Chemical Engineering Science, and Size Exclusion Chromatography
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Research Interests: Engineering, Technology, Kinetics, Biotechnology, Polymers, and 15 moreOptimization, Biological Sciences, Concentration, Ph, Temperature, Proteins, Process Evaluation, Bovine Serum Albumin, Salts, Ionic Strength, Aqueous Solution, Hydrogen-Ion Concentration, Empirical Model, Superabsorbent Polymer, and Serum albumin
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New interesting strategies for plasmid DNA (pDNA) purification were designed, exploiting affinity interactions between amino acids and nucleic acids. The potential application of arginine-based chromatography to purify pDNA has been... more
New interesting strategies for plasmid DNA (pDNA) purification were designed, exploiting affinity interactions between amino acids and nucleic acids. The potential application of arginine-based chromatography to purify pDNA has been recently described in our work; however, to achieve higher efficiency and selectivity in arginine affinity chromatography, it is essential to characterize the behaviour of binding/elution of supercoiled (sc) isoforms. In this study, two different strategies based on increased sodium chloride (225-250 mm) or arginine (20-70 mm) stepwise gradients are described to purify sc isoforms. Thus, it was proved that well-defined binding/elution conditions are crucial to enhance the purification performance, resulting in an improvement of the final plasmids yields and transfection efficiency, as this could represent a significant impact on therapeutic applications of the purified sc isoform.
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Two gel filtration chromatographic supports, Superose 6 and Sephacryl S1000 SF, were used to purify supercoiled plasmids using a 4.8 kb plasmid as a model. Both supports purified the plasmid from RNA and other small molecular weight... more
Two gel filtration chromatographic supports, Superose 6 and Sephacryl S1000 SF, were used to purify supercoiled plasmids using a 4.8 kb plasmid as a model. Both supports purified the plasmid from RNA and other small molecular weight contaminants, as shown ...
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Proteases play a pivotal role in several biological processes, from digestion, cell proliferation, and differentiation to fertility. Deregulation of protease metabolism can result in several pathological conditions (i.e., cancer,... more
Proteases play a pivotal role in several biological processes, from digestion, cell proliferation, and differentiation to fertility. Deregulation of protease metabolism can result in several pathological conditions (i.e., cancer, neurodegenerative disorders, and others). Therefore, monitoring proteolytic activity in real time could have a fundamental role in the early diagnosis of these diseases. Herein, the main approaches used to develop biosensors for monitoring proteolytic activity are reviewed. A comparison of the advantages and disadvantages of each approach is provided along with a discussion of their importance and promising opportunities for the early diagnosis of severe diseases. This new era of biosensors can be characterized by the ability to control and monitor biological processes, ultimately improving the potential of personalized medicine.
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The conjugation of dye-labelled DNA oligonucleotides with gold nanorods has been widely explored for the development of multifunctional fluorescent nanoprobes. Here, we show that the functionalization route is crucial to achieve enhanced... more
The conjugation of dye-labelled DNA oligonucleotides with gold nanorods has been widely explored for the development of multifunctional fluorescent nanoprobes. Here, we show that the functionalization route is crucial to achieve enhanced emission in dye nano-assemblies based on gold nanorods. By using a tip-selective approach for thiol attachment of dye molecules onto gold nanorods, it was possible to effectively increase the emission by more than 10-fold relatively to that of a free dye. On the other hand, a non-selective approach revealed that indiscriminate surface functionalization has a detrimental effect on the enhancement. Simulations of discrete dipole approximation gave further insight into the surface distribution of plasmon-enhanced emission by confirming that tip regions afford an effective enhancement, while side regions exhibit a negligible effect or even emission quenching. The contrast between dye nano-assemblies obtained from tip- and non-selective functionalization was further characterized by single-particle fluorescence emission. These studies showed that tip-functionalized gold nanorods with an average of only 30 dye molecules have a comparable to or even stronger emission than non-selectively functionalized particles with approximately 10 times more dye molecules. The results herein reported could significantly improve the performance of dye nano-assemblies for imaging or sensing applications.
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Peripheral artery disease (PAD) is a debilitating and prevalent condition characterized by blockage of the arteries, leading to limb amputation in more severe cases. Mesenchymal stem/stromal cells (MSC) are known to have intrinsic... more
Peripheral artery disease (PAD) is a debilitating and prevalent condition characterized by blockage of the arteries, leading to limb amputation in more severe cases. Mesenchymal stem/stromal cells (MSC) are known to have intrinsic regenerative properties that can be potentiated by the introduction of pro-angiogenic genes such as the vascular endothelial growth factor (VEGF). Herein, the use of human bone marrow MSC transiently transfected with minicircles encoding for VEGF is proposed as an ex vivo gene therapy strategy to enhance angiogenesis in PAD patients. The VEGF gene was cloned in minicircle and conventional plasmid vectors and used to transfect bone marrow–derived MSC ex vivo. VEGF expression was evaluated both by quantitative polymerase chain reaction and enzyme-linked immunosorbent assay. The number of VEGF transcripts following MSC transfection with minicircles increased 130-fold relative to the expression in non-transfected MSC, whereas for the plasmid (pVAX1)-based transfection, the increase was 50-fold. Compared to the VEGF basal levels secreted by MSC (11.1 ± 3.4 pg/1,000 cells/day), significantly higher values were detected by enzyme-linked immunosorbent assay after both minicircle and pVAX1 transfection (644.8 ± 82.5 and 508.3 ± 164.0 pg/1,000 cells/day, respectively). The VEGF overexpression improved the angiogenic potential of MSC in vitro, as confirmed by endothelial cell tube formation and cell migration assays, without affecting the expansion potential ex vivo, as well as multilineage differentiation capacity or immunophenotype of MSC. Although preclinical in vivo studies are required, these results suggest that minicircle-mediated VEGF gene delivery, combined with the unique properties of human MSC, could represent a promising ex vivo gene therapy approach for an improved angiogenesis in the context of PAD.
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Plasmids for DNA vaccination are exclusively produced in the Gram‐negative Escherichia coli . One important drawback of this system is the presence of lipopolysaccharides. The generally recognized as safe Lactococcus lactis (L. lactis )... more
Plasmids for DNA vaccination are exclusively produced in the Gram‐negative Escherichia coli . One important drawback of this system is the presence of lipopolysaccharides. The generally recognized as safe Lactococcus lactis (L. lactis ) would constitute a safer alternative for plasmid production. A key requirement for the establishment of a cost‐effective L. lactis ‐based plasmid manufacturing is the availability of high‐copy number plasmids. Unfortunately, the highest copy number reported in Gram‐positive bacteria for the pAMβ1 replicon is around 100 copies. The purpose of this work is to engineer the repDE ribosome‐binding site (RBS) of the pTRKH3 plasmid by site‐directed mutagenesis in order to increase the plasmid copy number in L. lactis LMG19460 cells. The pTRKH3‐b mutant is the most promising candidate, achieving 215 copies of plasmid per chromosome, a 3.5‐fold increase when compared to the nonmodified pTRKH3, probably due to a stronger RBS sequence, a messenger RNA secondary structure that promotes the RepDE expression, an ideal intermediate amount of transcriptional repressors and the presence of a duplicated region that added an additional RBS sequence and one new in‐frame start codon. pTRKH3‐b is a promising high‐copy number shuttle plasmid that will contribute to turn lactic acid bacteria into a safer and economically viable alternative as DNA vaccines producers
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Porphyrins are typically weak emitters, which presents challenges to their optical detection by single-molecule fluorescence microscopy. In this contribution, we explore the enhancement effect of gold nanodimer antennas on the... more
Porphyrins are typically weak emitters, which presents challenges to their optical detection by single-molecule fluorescence microscopy. In this contribution, we explore the enhancement effect of gold nanodimer antennas on the fluorescence of porphyrins in order to enable their single-molecule optical detection. Four meso-substituted free-base porphyrins were evaluated: two cationic, one neutral, and one anionic porphyrin. The gold nanodimer antennas are able to enhance the emission from these porphyrins by a factor of 105–106 increase in the maximum detected photon rates. This extreme enhancement is due to the combination of an antenna effect on the excitation rate that is estimated to be above 104-fold and an emission efficiency that corresponds to an increase of 2–10 times in the porphyrin’s fluorescence quantum yield.
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This work describes a process for the purification of minicircles (MC), obtained from Escherichia coli by intramolecular recombination of a parental plasmid (PP) into a target MC and a miniplasmid (MP) molecule. The downstream process... more
This work describes a process for the purification of minicircles (MC), obtained from Escherichia coli by intramolecular recombination of a parental plasmid (PP) into a target MC and a miniplasmid (MP) molecule. The downstream process includes alkaline lysis, pre-purification by tandem precipitation and an endonuclease digestion step that specifically converts supercoiled (sc) MP into open circular (oc) MP. Next, a MM Capto adhere matrix is used with a NaCl gradient to isolate sc MC. Results show that oc species elute first (≈69 mS/cm), followed by sc (≈75 mS/cm) and RNA (≈140 mS/cm). Gel electrophoresis reveal that sc MC fractions are homogeneous (>90%) and impurity-free. A study of the underlying DNA-ligand interactions is also presented. Control experiments with reference matrices and the same gradient indicate that the anion-exchange (charged N) and hydrophobic moieties (phenyl) alone are unable to separate the nucleic acids. Nuclease sensitivity assays and bioinformatics analysis further revealed that base exposure is more likely in sc isoforms as a result of duplex destabilization and B-Z transitions. Based on the data, we suggest that binding of the charged nitrogen of the matrix to the phosphate backbone produces an asymmetry in charge neutralization that induces bending and base exposure. The exposed bases thus become available for cation-π, π-π stacking and H-bonding interactions, that reinforce the electrostatic binding and effectively produce a network of non-covalent bonds that effectively bind molecules to the matrix. The order of elution observed thus essentially reflects the increasing degree of base exposure in oc DNA, sc DNA and RNA. The NaCl-triggered elution of the different species results from the disruption of ionic interactions and concomitant decrease in base exposure and weakening of the bond network.
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A simple method based on sucrose density gradient centrifugation is proposed here for the fractionation of colloidal silver nanotriangles. This method afforded particle fractions with surface plasmon resonances, spanning from red to... more
A simple method based on sucrose density gradient centrifugation is proposed here for the fractionation of colloidal silver nanotriangles. This method afforded particle fractions with surface plasmon resonances, spanning from red to infrared spectral ranges that could be used to tune optical properties for plasmonic applications. This feature was exemplified by selecting silver nanotriangle samples with spectral overlap with Atto-655 dye's absorption and emission in order to assemble dye-particle plasmophores. The emission brightness of an individual plasmophore, as characterized by fluorescence correlation spectroscopy, is at least 1000-fold more intense than that of a single Atto-655 dye label, which renders them as promising platforms for the development of fluorescence-based nanosensors.
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The surface plasmon modes of metal nanoparticles provide a way to efficiently enhance the excitation and emission from a fluorescent dye. We have employed DNA-directed assembly to prepare dimers of gold nanoparticles and used their... more
The surface plasmon modes of metal nanoparticles provide a way to efficiently enhance the excitation and emission from a fluorescent dye. We have employed DNA-directed assembly to prepare dimers of gold nanoparticles and used their longitudinally coupled plasmon mode to enhance the fluorescence emission of an organic redemitting dye, Atto-655. The plasmon-enhanced fluorescence of this dye
using dimers of 80 nm particles was measured at the single-molecule detection level. The top enhancement factors were above 1000-fold in 71% of the dimers within a total of 32 dimers measured, and in some cases, they reached almost 4000-fold, in good agreement with model simulations. Additionally, fluorescence lifetime correlation analysis enabled the separation of enhanced from nonenhanced emission simultaneously collected in our confocal detection volume. This approach allowed us to recover a short relaxation component exclusive to enhanced emission that is attributed to the interaction of the dye with DNA in the interparticle gaps. Indeed, the frequency of enhancement events is larger than that expected from the volume occupancy of the gap region, thus suggesting that the interaction of the dye with DNA linkers favors the observation of emission enhancement in our dimer particles.
using dimers of 80 nm particles was measured at the single-molecule detection level. The top enhancement factors were above 1000-fold in 71% of the dimers within a total of 32 dimers measured, and in some cases, they reached almost 4000-fold, in good agreement with model simulations. Additionally, fluorescence lifetime correlation analysis enabled the separation of enhanced from nonenhanced emission simultaneously collected in our confocal detection volume. This approach allowed us to recover a short relaxation component exclusive to enhanced emission that is attributed to the interaction of the dye with DNA in the interparticle gaps. Indeed, the frequency of enhancement events is larger than that expected from the volume occupancy of the gap region, thus suggesting that the interaction of the dye with DNA linkers favors the observation of emission enhancement in our dimer particles.
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The Escherichia coli phosphoglucose isomerase (pgi) mutant strain GALG20 was developed previously from wildtype K12 strain MG1655 for increased plasmid yield. To investigate the potential effects of the pgi deletion/higher plasmid levels... more
The Escherichia coli phosphoglucose isomerase (pgi) mutant strain GALG20 was developed previously from wildtype K12 strain MG1655 for increased plasmid yield. To investigate the potential effects of the pgi deletion/higher plasmid levels on recombinant human Interferon Gamma (IFN-γ) production, a detailed network of the central metabolic pathway (100 metabolites, 114 reactions) of GALG20 and MG1655 was constructed. Elementary mode analysis (EMA) was then performed to compare the phenotypic spaces of both the strains and to check the effect of the pgi deletion on flux efficiency of each metabolic reaction. The results suggested that pgi deletion increases amino acid biosynthesis and flux efficiency towards IFN-γ synthesis by 11%. To further confirm the qualitative prediction that the pgi mutation favours recombinant human IFN-γ expression, GALG20 and MG1655 were lysogenised, transformed with a plasmid coding for IFN-γ and tested alongside with BL21(DE3) for their expression capabilities in shake flask experiments using complex media. IFN-γ gene expression was analysed by quantifying plasmid and mRNA copy number per cell and IFN-γ protein production level. Specific IFN-γ yields confirmed the in silico metabolic network predictions, with GALG20(DE3) producing 3.0-fold and 1.5-fold more IFN-γ as compared to MG1655(DE3) and BL21(DE3), respectively. Most of the total IFN-γ was expressed as inclusion bodies across the three strains: 95% in GALG20(DE3), 97% in BL21(DE3) and
72% in MG1655(DE3). The copy number of mRNA coding for IFN-γ was found to be higher in GALG20(DE3) as compared to the other two strains. Overall, these findings show that GALG20(DE3) has the potential to become an excellent protein expression strain.
72% in MG1655(DE3). The copy number of mRNA coding for IFN-γ was found to be higher in GALG20(DE3) as compared to the other two strains. Overall, these findings show that GALG20(DE3) has the potential to become an excellent protein expression strain.
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A microfluidic paper-based analytical device (μPADs) immunoassay for detection of the blood native biomarker D-dimer is reported. The μPAD is created by wax printing on a single piece of chromatographic paper and combined with an... more
A microfluidic paper-based analytical device (μPADs) immunoassay for detection of the blood native biomarker D-dimer is reported. The μPAD is created by wax printing on a single piece of chromatographic paper and combined with an anti-D-dimer capture antibody and conjugates of anti-D-dimer antibody with 40 nm gold nanoparticles. The presence of D-dimer in buffer/simulated plasma samples is successfully reported for concentrations as low as 15 ng D-dimer/mL. Linearity between signal intensity and D-dimer concentration is observed up to 100 ng/mL. Using an appropriate dilution, the test could be used to yield positive results only for those samples with a D-dimer concentration above the clinically relevant threshold range of 250–500 ng/mL. Finally, the merits and pitfalls of using μPADs as compared to lateral flow devices in immunoassays are discussed.
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Fluorescence Correlation Spectroscopy (FCS) was used to characterize the molecular interactions between the four components of a DNA recognition system. A fluorescent DNA probe was used to assess (i) the hybridization with complementary... more
Fluorescence Correlation Spectroscopy (FCS) was used to characterize the molecular interactions between the four components of a DNA recognition system. A fluorescent DNA probe was used to assess (i) the hybridization with complementary biotin-labeled target, (ii) the complexation of the resulting hybrid and an anti-biotin antibody and (iii) the binding of the latter complex to a ZZ-CBM fusion protein that combines small synthetic IgG Fc-binding Z domains with a carbohydrate binding module (CBM). These binding interactions were monitored by exposing the fluorescent DNA probe to different amounts and combinations of the other molecules in solution. Through the analysis of FCS autocorrelation curves, an association constant (Ka) of 2.9 x 107 M-1 was estimated for DNA•DNA hybridization, and the presence of (non-)complementary target DNA in solution could be discriminated. The specific capture of biotinylated DNA hybrids by anti-biotin IgG was verified, with an apparent Ka of 2.5 x 106 M-1. The increment in the diffusion time measured when the DNA•DNA:antibody complexes were in contact with the ZZ-CBM fusion protein suggested that the binding occurs at a stoichiometric ratio of DNA/antibody complex to fusion larger than 1:1. The FCS-derived information obtained is useful to gain insight into molecular interactions involved in diagnostic assays.
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Materials with new and improved functionalities can be obtained by modifying cellulose with gold nanoparticles (AuNPs) via the in situ reduction of a gold precursor or the deposition or covalent immobilization of pre-synthesized AuNPs.... more
Materials with new and improved functionalities can be obtained by modifying cellulose with gold nanoparticles (AuNPs) via the in situ reduction of a gold precursor or the deposition or covalent immobilization of pre-synthesized AuNPs. Here, we present an alternative biomolecular recognition approach to functionalize cellulose with biotin-AuNPs that relies on a complex of 2 recognition elements: a ZZ-CBM3 fusion that combines a carbohydrate-binding module (CBM) with the ZZ fragment of the staphylococcal protein A and an anti-biotin antibody. Paper and cellulose microparticles with AuNPs immobilized via the ZZ-CBM3:anti-biotin IgG supramolecular complex displayed an intense red color, whereas essentially no color was detected when AuNPs were deposited over the unmodified materials. Scanning electron microscopy analysis revealed a homogeneous distribution of AuNPs when immobilized via ZZ-CBM3:anti-biotin IgG complexes and aggregation of AuNPs when deposited over paper, suggesting that color differences are due to interparticle plasmon coupling effects. The approach could be used to functionalize paper substrates and cellulose nanocrystals with AuNPs. More important, however, is the fact that the occurrence of a biomolecular recognition event between the CBM-immobilized antibody and its specific, AuNP-conjugated antigen is signaled by red color. This opens up the way for the development of simple and straightforward paper/cellulose-based tests where detection of a target analyte can be made by direct use of color signaling.
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Deconstruction of cellulose, the most abundant plant cell wall polysaccharide, requires the cooperative activity of a large repertoire of microbial enzymes. Modular cellulases contain non-catalytic type A carbohydrate-binding modules... more
Deconstruction of cellulose, the most abundant plant cell wall polysaccharide, requires the cooperative activity of a large repertoire of microbial enzymes. Modular cellulases contain non-catalytic type A carbohydrate-binding modules (CBMs) that specifically bind to the crystalline regions of cellulose, thus promoting enzyme efficacy through proximity and targeting effects. Although type A CBMs play a critical role in cellulose recycling, their mechanism of action remains poorly understood. Here we produced a library of recombinant CBMs representative of the known diversity of type A modules. The binding properties of 40 CBMs, in fusion with an N-terminal GFP domain, revealed that type A CBMs possess the ability to recognize different crystalline forms of cellulose and chitin over a wide range of temperatures, pH levels, and ionic strengths. A Spirochaeta thermophila CBM64, in particular, displayed plasticity in its capacity to bind both crystalline and soluble carbohydrates under a wide range of extreme conditions. The structure of S. thermophila StCBM64C revealed an untwisted, flat, carbohydrate-binding interface comprising the side chains of four tryptophan residues in a co-planar linear arrangement. Significantly, two highly conserved asparagine side chains, each one located between two tryptophan residues, are critical to insoluble and soluble glucan recognition but not to bind xyloglucan. Thus, CBM64 compact structure and its extended and versatile ligand interacting platform illustrate how type A CBMs target their appended plant cell wall-degrading enzymes to a diversity of recalcitrant carbohydrates under a wide range of environmental conditions.
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Non-viral gene therapy and DNA vaccination currently hold great potential for treatment and prevention of genetic and acquired diseases. The large-scale manufacturing of plasmid DNA (pDNA) vectors, and the downstream processing in... more
Non-viral gene therapy and DNA vaccination currently hold great potential for treatment and prevention of genetic and acquired diseases. The large-scale manufacturing of plasmid DNA (pDNA) vectors, and the downstream processing in particular, is one of the key aspects of process development required to move non-viral gene therapy to the clinic. To address the problematic isolation and purification of pDNA molecules , an alternative and cost effective process based on multimodal chromatography was developed. In particular, the possibility of using a cationic multimodal ligand (Capto TM adhere) to remove RNA impurities from E. coli pre-purified lysates and to isolate supercoiled (sc) pDNA isoforms from open circular (oc) pDNA was explored. The process involves E. coli culture, cell harvesting and alkaline lysis followed by iso-propanol, ammonium acetate and PEG-8000 precipitation. Finally, sc pDNA is isolated by multimodal chromatography using a stepwise NaCl elution method that includes washing of unbound oc pDNA at 830 mM NaCl, sc pDNA elution at 920 mM and removal of RNA at 2 M. The method provided baseline separation of isoforms and yielded sc-rich fractions (>90%) that are virtually free from RNA and have levels of gDNA (1.3 ± 0.3% mg gDNA/mg sc pDNA) and protein (4.97 ± 1.34 mg/mL) impurities within specifications. Approximately 376 lg of sc pDNA were obtained from 200 mL of bacterial cell culture (OD 600nm % 19). The process was reproducible and performed similarly with differently sized plasmids (2686 bp, 3696 bp and 10,410 bp).
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The ability to analyze the distribution of topoisomers in a plasmid DNA sample is important when evaluating the quality of preparations intended for gene therapy and DNA vaccination or when performing biochemical studies on the action of... more
The ability to analyze the distribution of topoisomers in a plasmid DNA sample is important when evaluating the quality of preparations intended for gene therapy and DNA vaccination or when performing biochemical studies on the action of topoisomerases and gyrases. Here, we describe the separation of supercoiled (sc) and open circular (oc) topoisomers by multimodal chromatography. A medium modified with the ligand N-benzyl-N-methyl ethanolamine and an elution scheme with increasing NaCl concentration are used to accomplish the baseline separation of sc and oc plasmid. The utility of the method is demonstrated by quantitating topoisomers in a purified plasmid sample.
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No ano de 1998 a indústria da papaia no Havai encontrava-se à beira do colapso devido a uma virose incontrolável. Em apenas 6 anos, um surto do vírus do mosaico da papaia devastara os principais pomares do arquipélago provocando um... more
No ano de 1998 a indústria da papaia no Havai encontrava-se à beira do colapso devido a uma virose incontrolável. Em apenas 6 anos, um surto do vírus do mosaico da papaia devastara os principais pomares do arquipélago provocando um decréscimo de 50% na produção e fortes impactos económicos e sociais. O futuro adivinhava-se sombrio e a busca por uma papaia resistente assumia uma importância crucial. Esta planta salvadora acabaria por ser criada por engenharia genética sob a liderança de Dennis Gonsalves, um descendente de emigrantes madeirenses e açorianos.
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O semaglutido é provavelmente um dos fármacos mais notáveis dos últimos anos. Desenvolvido originalmente para controlar a glicémia na diabetes tipo 2, a sua capacidade para reduzir o peso e apetite revolucionou de forma inesperada o... more
O semaglutido é provavelmente um dos fármacos mais notáveis dos últimos anos. Desenvolvido originalmente para controlar a glicémia na diabetes tipo 2, a sua capacidade para reduzir o peso e apetite revolucionou de forma inesperada o tratamento da obesidade crónica. Adicionalmente, acumulam-se evidências de que os seus benefícios se estendem à redução do risco de ataques cardíacos e acidentes vasculares cerebrais (AVCs). Em estudo encontram-se também eventuais aplicações no controlo da adição alcoólica e tabágica. Para lá dos usos legítimos no tratamento da diabetes e obesidade, o semaglutido tem sido utilizado com propósitos meramente cosméticos. Estas utilizações injustificadas originaram escassez do fármaco nos mercados mundiais. O desafio atual passa assim pela instituição de práticas de prescrição criteriosas que deem acesso prioritário aos pacientes com necessidades médicas genuínas.
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A invenção da técnica de edição de genes CRISPR no início da década de 2010 foi seguida por promessas de tratamentos inovadores. Pouco mais de uma década depois, essa promessa cumpriu-se na forma de uma terapia para a anemia falciforme e... more
A invenção da técnica de edição de genes CRISPR no início da década de 2010 foi seguida por promessas de tratamentos inovadores. Pouco mais de uma década depois, essa promessa cumpriu-se na forma de uma terapia para a anemia falciforme e a talassemia beta. A terapia em causa envolve a recolha de células da medula dos pacientes, a modificação laboratorial de um certo gene nessas células e a posterior reimplantação das mesmas. Os excelentes resultados obtidos em ensaios clínicos levaram à aprovação em tempo recorde da terapia no Reino Unido e nos EUA. Verdadeiramente inaudito, este curtíssimo hiato entre descoberta e terapia constitui um testemunho da velocidade atual do progresso científico na área das ciências Biomédicas.
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Os sucessos atuais das Ciências Farmacêuticas e Médicas assentam em muito na experimentação animal. Nos últimos 150 anos, os testes em animais permitiram desenvolver terapias eficazes e seguras, e tornaram-se numa exigência legal... more
Os sucessos atuais das Ciências Farmacêuticas e Médicas assentam em muito na experimentação animal. Nos últimos 150 anos, os testes em animais permitiram desenvolver terapias eficazes e seguras, e tornaram-se numa exigência legal incontornável. Mas, e apesar das tentativas de tornar a prática mais humana, o sofrimento de números incontáveis de animais permanece sem justificação moral para muitos. Além disso, muitos cientistas questionam a validade de transpor resultados obtidos em animais para a prática clínica humana. Estes factos têm motivado o desenvolvimento de testes não-animais que, aos poucos, começam a emergir como alternativas potenciais. Neste contexto, os EUA aprovaram em dezembro de 2022 uma lei histórica que, ao acabar com a obrigatoriedade da experimentação animal, abriu espaço para o que muitos esperam venha a ser o princípio do fim dos testes em animais.
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A possibilidade de uma mulher saber em casa se está grávida, através de um teste simples, foi descrita num anúncio, há 45 anos, como “uma pequena revolução privada” [1]. Antes do teste portátil, o diagnóstico da gravidez era obtido num... more
A possibilidade de uma mulher saber em casa se está grávida, através de um teste simples, foi descrita num anúncio, há 45 anos, como “uma pequena revolução privada” [1]. Antes do teste portátil, o diagnóstico da gravidez era obtido num consultório médico, o que era caro, inconveniente e potencialmente embaraçoso, ou decorria da manifestação inevitável de evidências físicas. Apesar da natural ânsia de saber ser tomada por muitos como evidência de promiscuidade, a busca de séculos por um teste de gravidez fiável acabaria por dar frutos. Ancorados num conhecimento científico da reprodução e da bioquímica humana, os testes de gravidez invadiram o mercado no final dos anos 70, alterando formas de pensar e de agir, e promovendo uma nova forma de olhar para a gravidez. Peças fundamentais da saúde reprodutiva de hoje, os testes de gravidez abriram as portas ao conceito cada vez mais presente de diagnóstico em casa, que privilegia o autoconhecimento e o controlo da saúde pessoal.
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The biopharmaceutical relevance of producing plasmid DNA at large scale has increased steadily over the years due to the development of a growing number of direct and indirect applications. Be it as biological drugs or as starting... more
The biopharmaceutical relevance of producing plasmid DNA at large scale has increased steadily over the years due to the development of a growing number of direct and indirect applications. Be it as biological drugs or as starting materials, plasmids are pervasive across the gene and cell therapy industry of today. With hundreds of biopharmaceutical companies using plasmids in the clinical development of their products, plasmid manufacturing is starting to emerge as a key bottleneck. This commentary provides an overview of the uses of plasmids, discusses manufacturing challenges, and hints at what the future may bring.
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O termo patente designa o direito legal temporário que concede aos inventores o direito exclusivo de fabricar, usar e vender a suas invenções, em troca da divulgação pública das características técnicas das mesmas. Os seus defensores... more
O termo patente designa o direito legal temporário que concede aos inventores o direito exclusivo de fabricar, usar e vender a suas invenções, em troca da divulgação pública das características técnicas das mesmas. Os seus defensores argumentam que as patentes contribuem para incentivar a inovação, dinamizar a economia, proteger investimentos, promover a divulgação e estimular a concorrência. Em oposição, outros observam que as patentes reivindicam o que não deve ser possuído, inibem a inovação, limitam a concorrência e bloqueiam o acesso a medicamentos e tecnologias que deveriam ser universais. Ironicamente, as patentes surgiram como uma forma de combater o monopólio de
corporações poderosas dominadoras da atividade económica nos seus ramos.
corporações poderosas dominadoras da atividade económica nos seus ramos.
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A grande maioria das frutas, legumes e cereais que consumimos não existem, nem nunca existiu, selvagem na natureza. Há milhares de anos que cruzamos plantas para obter características mais adequadas ao nosso gosto e conveniência. O... more
A grande maioria das frutas, legumes e cereais que consumimos não existem, nem nunca existiu, selvagem na natureza. Há milhares de anos que cruzamos plantas para obter características mais adequadas ao nosso gosto e conveniência. O melhoramento de plantas é, no entanto, lento, obrigando a sucessivos ciclos de tentativa e erro. A partir do final do século XX passou a ser possível modificar plantas por Engenharia Genética. Ao contrário do cruzamento tradicional, este tipo de melhoramento é controverso e a sua aceitação não está generalizada. Uma terceira via abre-se hoje que passa pela análise prévia do genoma das plantas. Na posse destas informações, os especialistas podem assim selecionar de forma mais racional as variantes a cruzar, acelerando a criação de novos híbridos. Estas abordagens combinadas serão fundamentais para desenvolver as culturas resilientes, resistentes a doenças e mais produtivas que precisamos para enfrentar as alterações climáticas e o crescimento populacional.
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Em 2023 celebram-se os 50 anos de um marco fundador da Biotecnologia moderna: a invenção da tecnologia do DNA recombinante. À data revolucionária, esta técnica permite unir moléculas de DNA de origens diversas e criar quantidades... more
Em 2023 celebram-se os 50 anos de um marco fundador da Biotecnologia moderna: a invenção da tecnologia do DNA recombinante. À data revolucionária, esta técnica permite unir moléculas de DNA de origens diversas e criar quantidades ilimitadas de combinações genéticas artificiais. Idealizada por Stanley Cohen e Herbert Boyer, a tecnologia depressa saiu da academia, tornando-se na pedra angular de uma nova indústria. O impacto foi tremendo, sendo hoje inúmeros os produtos e terapias baseados na criação e replicação de quimeras de DNA. Adicionalmente, a descoberta e a sua industrialização originaram controvérsias, disputas, lições e episódios que são hoje parte integrante da história da Biotecnologia.
Research Interests: Synthetic Biology, Biotechnology, Recombinant DNA Technology, Genetic Engineering, DNA, and 12 morePropiedad Intelectual, Biotecnologia, Biologia Molecular, Genética, Recombinant DNA, Proteinas recombinantes, Genetic Manipulation, Patentes, Engenharia Genética, BIOLOGÍA SINTETICA, Proteínas, and Nobel Prize winner in Medicine
A maioria das células ou tecidos removidos do corpo no contexto de intervenções médicas não possui qualquer valor individual intrínseco. Em algumas situações, no entanto, esse material biológico pode revelar-se uma fonte valiosa de... more
A maioria das células ou tecidos removidos do corpo no contexto de intervenções médicas não possui qualquer valor individual intrínseco. Em algumas situações, no entanto, esse material biológico pode revelar-se uma fonte valiosa de produtos e conhecimentos científicos que, em última análise, contribuem para novas terapias e beneficiam a sociedade. O potencial comercial de algumas células ou tecidos biológicos pode, assim, ser imenso. Estes casos, no entanto, geram questões legais e éticas complexas, como sejam desde logo as de saber a quem pertencem e quem tem o direto de lucrar com os materiais excisados. A história de John Moore, que a seguir se descreve, ilustra bem o que pode estar em jogo nestas situações.
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Os antibióticos permitiram reduzir de forma significativa o impacto das infecções bacterianas na saúde pública. No entanto, o aparecimento de bactérias multi-resistentes ameaça agravar um problema que ainda há poucos anos parecia estar... more
Os antibióticos permitiram reduzir de forma significativa o impacto das infecções bacterianas na saúde pública. No entanto, o aparecimento de bactérias multi-resistentes ameaça agravar um problema que ainda há poucos anos parecia estar sob controlo. Uma ajuda importante nesta luta poderá ser dada futuramente por uma classe de partículas biológicas minúsculas conhecidas como bacteriófagos. Estes vírus especializados possuem uma capacidade natural de infectar e destruir bactérias. Embora a ideia de explorar terapeuticamente estas propriedades tenha mais de 100 anos, apenas agora se começam a dar passos firmes no sentido de explorar a chamada terapia fágica como uma eventual alternativa aos antibióticos.
Research Interests:
Os dadores de sangue sabem que quanto mais vezes praticarem aquele acto altruísta, mais impacto podem causar. Mas será possível que uma só pessoa possa ter salvo 2,4 milhões de bebés com as suas doações? Este é na verdade o caso do... more
Os dadores de sangue sabem que quanto mais vezes praticarem aquele acto altruísta, mais impacto podem causar. Mas será possível que uma só pessoa possa ter salvo 2,4 milhões de bebés com as suas doações? Este é na verdade o caso do australiano James Harrison, que por isso recebeu justamente o epíteto de “o homem do braço de ouro”. Ao longo de mais de 60 anos os anticorpos raríssimos de Harrison permitiram tratar a doença de Rhesus, uma condição grave em que o sangue da mãe é incompatível com o sangue do filho. O caso ilustra bem o facto de que, em certas situações, o corpo de um único individuo pode tornar-se inesperadamente numa singular fábrica de medicamentos.
Research Interests: Immunology and Blood
As tecnologias que suportam a Biotecnologia moderna emergiram nos últimos 50 anos, originando uma indústria poderosa que vale milhares de milhões de euros. Uma das características salientes do setor é a quase impossibilidade de inovar sem... more
As tecnologias que suportam a Biotecnologia moderna emergiram nos últimos 50 anos, originando uma indústria poderosa que vale milhares de milhões de euros. Uma das características salientes do setor é a quase impossibilidade de inovar sem financiamentos avultados e uma aposta fortíssima em investigação científica colaborativa entre universidades e empresas. A revolução Biotecnológica decorrente deste esforço originou aplicações nas mais diversas áreas, e em particular na Medicina. Por exemplo, a maioria dos testes de diagnóstico, agentes terapêuticos e vacinas utilizadas na luta contra a covid-19 são produtos da Biotecnologia moderna. Curiosamente, a Biotecnologia comercial como a conhecemos hoje seria impossível sem o desfecho de um processo judicial que viria a ser conhecido como o caso Diamond vs. Chakrabarty.
Research Interests:
Os testes PCR assumiram um papel crucial no combate à pandemia de COVID-19. As discussões sobre os seus méritos e deméritos, a sua fiabilidade ou o seu valor como ferramenta de diagnóstico entraram nas conversas quotidianas, no mundo... more
Os testes PCR assumiram um papel crucial no combate à pandemia de COVID-19. As discussões sobre os seus méritos e deméritos, a sua fiabilidade ou o seu valor como ferramenta de diagnóstico entraram nas conversas quotidianas, no mundo virtual das redes sociais e no espaço noticioso. Genericamente, os testes PCR são capazes de amplificar vestígios de material genético de diferentes origens, constituindo uma metodologia poderosíssima nos mais diferentes âmbitos. Um dos elementos centrais dos testes PCRs é uma proteína termorresistente de nome polimerase. A história da sua descoberta constitui uma demonstração eloquente de que por vezes linhas de investigação fundamental relativamente obscuras e motivadas pela curiosidade científica de alguns investigadores podem originar aplicações inesperadas e impactos enormes.
Research Interests:
O pão é talvez o mais universal dos alimentos. Inventado de forma independente em diversos locais na sequência da domesticação de plantas como o trigo, o pão constitui um dos marcos das primeiras sociedades agrícolas. Apesar dos... more
O pão é talvez o mais universal dos alimentos. Inventado de forma independente em diversos locais na sequência da domesticação de plantas como o trigo, o pão constitui um dos marcos das primeiras sociedades agrícolas. Apesar dos ingredientes permanecerem inalteráveis – farinha, água e levedura - o pão actual pouco se parece com o que era consumido há milhares de anos. Não obstante, alguns esforços têm sido feitos no sentido de recriar formas ancestrais de pão. Uma das histórias mais interessantes remete para a recriação do pão do Antigo Egipto a partir de leveduras isoladas de artefactos arqueológicos com mais de 4500 anos.
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O nascimento da ovelha Dolly, o primeiro mamífero clonado a partir de células adultas fez furor em 1997. As notícias causaram admiração, mas também inquietação, porque se entreabria a porta à clonagem de humanos. Levantaram-se de imediato... more
O nascimento da ovelha Dolly, o primeiro mamífero clonado a partir de células adultas fez furor em 1997. As notícias causaram admiração, mas também inquietação, porque se entreabria a porta à clonagem de humanos. Levantaram-se de imediato inúmeras barreiras que colocaram a clonagem de seres humanos fora dos limites éticos. Já o mesmo não se pode dizer de outras espécies. Na verdade, a clonagem reprodutiva de animais não-humanos evoluiu e é hoje uma prática normalizada e explorada comercialmente. Mas porquê a insistência na duplicação de animais? E que vantagens ou riscos daí advêm? A duplicação de um organismo designa-se por clonagem reprodutiva. Este procedimento complexo permite obter uma cópia genética virtualmente idêntica do ser original. Na maioria dos casos utiliza-se o método de transferência nuclear de células somáticas. O processo inicia-se com o isolamento do núcleo de uma célula do indivíduo a copiar. Esta estrutura celular é então fundida com um óvulo de um membro da espécie ao qual foi retirado o material genético. Se esta fusão correr bem, a célula resultante divide-se e forma um embrião que é implantando numa mãe substituta. Após a gestação nasce um novo ser que é gémeo do indivíduo original, embora nado num tempo diferente. O animal duplicado mantém as características genéticas do original, sendo capaz de se reproduzir e gerar descendência. As espécies já clonadas incluem animais de interesse pecuário como vacas, porcos e ovelhas, animais domesticados como cães, gatos e cavalos, e também alguns animais selvagens, incluindo lobos. A morte precoce da ovelha Dolly levantou especulações de que teria envelhecido rapidamente por ter sido clonada de uma ovelha adulta. No entanto, a vida saudável das irmãs clonadas de Dolly-Debbie, Denise, Dianna, Daisy-e o estudo de outros clones, não confirmou a tese de que existem complicações específicas associadas à clonagem. Na verdade, se o processo for tecnicamente irrepreensível, os problemas observados na gestação de animais clonados não diferem dos que são comuns em animais nascidos naturalmente ou por via da reprodução assistida. A clonagem animal tem em vista fins humanos claros como o aumento de produção animal, o entretenimento ou a investigação biomédica. Percebe-se por exemplo o interesse na clonagem de
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As notícias de que as primeiras vacinas contra a Covid-19 estão prestes a ser aprovadas pelos reguladores fizeram as manchetes dos jornais no último mês. Um destaque especial tem sido dado ao facto das primeiras vacinas a passar a... more
As notícias de que as primeiras vacinas contra a Covid-19 estão prestes a ser aprovadas pelos reguladores fizeram as manchetes dos jornais no último mês. Um destaque especial tem sido dado ao facto das primeiras vacinas a passar a exigente barreira dos ensaios clínicos serem de um tipo completamente novo. No seu âmago existe uma espécie particular de material genético, o RNA mensageiro (mRNA), que transporta informação sobre o vírus. A história da invenção e desenvolvimento das vacinas de mRNA, e da sua concretização enquanto arma fundamental no combate à pandemia, exemplifica de forma paradigmática o valor que ideias e esforços científicos, aparentemente irrelevantes e inúteis na sua génese, podem assumir. O mRNA contém informação sobre como fazer uma proteína. As células de todos os organismos usam inúmeras destas fitas de mRNA para produzir as centenas de diferentes proteínas (e.g. insulina, hemoglobina) necessárias à sua sobrevivência. Em 1990 alguns cientistas da Universidade do Wisconsin imaginaram e mostraram que podiam injectar mRNA sintético num organismo e assim comandar as suas células a produzir uma proteína [1]. Nas suas conclusões idealizaram que a nova técnica poderia um dia ser utilizada para criar vacinas alternativas. Na altura poucos levaram a sério o novo conceito face à sua natureza rebuscada e aos obstáculos inerentes à extrema vulnerabilidade do mRNA sintético e à sua tendência para provocar respostas adversas. A investigadora húngara Katalin Karikó da Universidade da Pensilvânia foi uma das poucas pessoas a entusiasmar-se desde logo com a nova ideia. Determinada em ultrapassar os obstáculos técnicos e científicos, coleccionou rejeições sucessivas aos seus pedidos de financiamento e enfrentou a falta de entusiasmo de colegas e administradores ao longo de anos. Mas a perseverança acabaria por dar frutos e, em 2005, Karikó e o colega Drew Weissman iniciaram a publicação de uma série de artigos onde descreviam estratégias de modificação do mRNA que reduziam a sua vulnerabilidade e propensão para gerar reacções imunológicas adversas [2]. Estes avanços comprovaram que a ideia de usar mRNA como medicamento era tecnicamente viável. Embora não tenham atraído de imediato as atenções, estas descobertas estiveram na génese da fundação da Moderna e da
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A pandemia de COVID-19 constitui um dos maiores desafios a confrontar a humanidade no último século. Países em todo o mundo enfrentam diariamente um caos sanitário, social e económico que não dá mostras de abrandar. No meio desses... more
A pandemia de COVID-19 constitui um dos maiores desafios a confrontar a humanidade no último século. Países em todo o mundo enfrentam diariamente um caos sanitário, social e económico que não dá mostras de abrandar. No meio desses esforços, é hoje por demais evidente que uma ou mais vacinas serão cruciais para que as nossas vidas recuperem alguma da normalidade pré-2020. E o mundo encontra-se de facto em suspenso, esperando ansiosamente por vacinas que ponham um fim ao pesadelo. As estratégias de suavização da transmissão do vírus SARS-CoV-2-máscaras, distanciamento social, quarentenas, confinamentos-têm protegido com sucesso a maioria das pessoas. Paradoxalmente, os não infectados permanecem sem imunidade contra o vírus e portanto vulneráveis a novas vagas de infecção. É verdade que o aumento gradual dos casos positivos permitirá, eventualmente, alcançar a imunidade de grupo. Nesse estádio desejável da pandemia, o número de pessoas que adquiriu alguma imunidade por via da infecção natural será suficiente para prevenir surtos de grandes proporções. Porém, e não sendo certo que tal possa acontecer em tempo útil e a que custo, parece claro que uma das melhores estratégias para reduzir o contágio passa por aumentar a imunidade da população com recurso à vacinação massiva [1]. O paradigma clássico de desenvolvimento de uma vacina assenta na realização de uma sequência de etapas, que incluem estudos fundamentais sobre os mecanismos da doença, investigação aplicada à concepção da vacina, testes pré-clínicos em modelos animais, ensaios clínicos faseados em pessoas e implementação de processos para manufactura industrial. Os resultados obtidos nestas etapas, e em particular nos ensaios clínicos, são escrutinados de forma rigorosa pelas entidades reguladoras de modo a garantir a segurança e eficácia da vacina. Sempre que os resultados o justifiquem, essas entidades vão então permitindo avançar de uma etapa para a seguinte através de autorizações sequenciais. O processo é globalmente moroso, envolvendo tempos de desenvolvimento de 10 a 15 anos [1]. O alastrar rápido da COVID-19, mobilizou centenas de investigadores e instituições académicas, empresariais e governamentais em todo o mundo, que prontamente iniciaram uma corrida para
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Ao longo dos tempos o sangue sempre foi considerado sinónimo de vida. Este simbolismo ganhou expressão concreta no último século com a criação dos derivados do sangue. O desenvolvimento do fraccionamento do plasma, em particular, colocou... more
Ao longo dos tempos o sangue sempre foi considerado sinónimo de vida. Este simbolismo ganhou expressão concreta no último século com a criação dos derivados do sangue. O desenvolvimento do fraccionamento do plasma, em particular, colocou à disposição da medicina produtos hoje imprescindíveis no tratamento das mais diversas condições. Transacções de milhões são efectuadas anualmente por uma indústria cuja matéria-prima depende, paradoxalmente, das doações voluntárias e muitas vezes graciosas de cidadãos altruístas. Metáfora de vida e de morte, o sangue encerra em si um forte valor simbólico. O seu carácter misterioso e místico permeia culturas, tradições e religiões, que desde sempre celebraram os seus poderes divinos e curativos. Esta reverência foi-se desvanecendo à medida que a biologia do sangue foi sendo desvendada. Graças ao esforço da ciência, o papel da maioria dos componentes do fluido vital não oferece hoje grande mistério. Uma fracção do sangue é ocupada por células especializadas-os glóbulos vermelhos transportam oxigénio, os glóbulos brancos conbatem infecções e as plaquetas produzem coágulos que impedem hemorragias fatais. Separadas as células, sobra a parte líquida ou plasma, que contém proteínas (incluindo albumina, imunoglobulinas e factores de coagulação), sais minerais e outras substâncias dissolvidas em água. Distribuídos pelo corpo por uma rede imensa de artérias, veias e capilares, os nossos 6 litros de sangue percorrem num dia uma distância equivalente à que separa Lisboa da Nova Zelândia. O desenvolvimento do fraccionamento de plasma está intimamente ligado à segunda guerra mundial [1]. Cientes de que a maioria das mortes em campo de batalha resultam da perda de sangue, as forças armadas americanas encetaram a procura por derivados de sangue que fossem estáveis, seguros e compactos, e pudessem substituir o sangue inteiro. Neste contexto, solicitaram em 1940 ao Dr. Edwin Cohn, um bioquímico da Universidade de Harvard, que identificasse no plasma bovino, uma matéria-prima abundante, um substituto transfusível alternativo. À época, a investigação de Cohn em química-física de proteínas era de cariz fundamental, com foco clínico mínimo. Porém, o saber científico acumulado permitiu à equipa de Cohn criar um método inovador que produzia fracções ricas em albumina, a proteína dominante no plasma. Face às semelhanças
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O vírus SARS-CoV-2, uma entidade singela, ínfima e acéfala, tomou de assalto as nossas vidas. A magnitude do caos sanitário, social e económico causado por este vírus sem pátria contrasta fortemente com a sua simplicidade estrutural. As... more
O vírus SARS-CoV-2, uma entidade singela, ínfima e acéfala, tomou de assalto as nossas vidas. A magnitude do caos sanitário, social e económico causado por este vírus sem pátria contrasta fortemente com a sua simplicidade estrutural. As suas dimensões são incompreensivelmente pequenas e difíceis de apreender. Com base no conhecimento científico actual podemos, no entanto, analisar alguns números chave que nos ajudam a conhecer melhor o vírus invisível e misterioso que nos prende em casa [1]. As doenças virais do trato respiratório coexistem connosco há milénios, produzindo os sintomas familiares de congestão nasal, garganta inflamada, tosse, febre, dor muscular e mal-estar geral. Contudo, e apesar da omnipresença de gripes e constipações nas nossas vidas, o estudo detalhado dos vírus causadores iniciou-se à pouco mais de 85 anos, a partir do primeiro isolamento de um vírus da gripe em 1933. Desde então, vários desenvolvimentos tecnológicos concorreram de forma decisiva para compreendermos a estrutura, modo de actuar e origens de muitos vírus, incluindo os respiratórios. A capacidade de propagar vírus em laboratório, observar a sua morfologia com microscopias avançadas e analisar o seu material genético, entre outros, conduziram a inúmeras descobertas científicas que suportam o nosso conhecimento actual da Biologia dos vírus. Graças a esses avanços, no contexto da pandemia COVID19 tem sido possível analisar, manipular e esmiuçar a entidade ínfima que é um vírus SARS-CoV-2 em tempo recorde. Em 1977, o biólogo Peter Medawar referiu-se a um vírus como "um pedaço de más notícias embrulhado em proteína". Esta definição certeira assenta de forma perfeita ao SARS-CoV-2. O vírus possui a forma de uma pequena esfera oca com um diâmetro de 100 nanómetros, um valor que corresponde à décima milésima parte do milímetro. Por comparação, os tamanhos médios das células humanas que o vírus infecta são cerca de 100 vezes maiores e rondam os 10 micrómetros [1]. Estas dimensões minúsculas, difíceis de assimilar com base nas escalas com que lidamos diariamente, podem ser colocadas em perspectiva através de um exercício de imaginação. Assim, se ampliássemos um vírus até este ter o tamanho de um grão de açúcar, as células por ele infectadas * Muito no pouco
Research Interests: Infectious disease epidemiology, Virology, Infectious Diseases, RNA viruses, Coronaviruses, and 13 moreEpidemiologia, Virus, Doenças Infecciosas e parasitárias, Virologia, Pandemics, Pandemias, Coronavirus COVID-19, SARS-CoV2/COVID-19:, Pandemic Coronavirus COVID19, SARS-CoV-2, COVID19, PANDEMIA COVID-19, and pandemia, covid-19
Uma das missões mais importantes que confiamos a quem nos governa é a de garantir a qualidade dos medicamentos e alimentos que consumimos. Mas nem sempre assim foi. De facto, a actividade de regulação das empresas/produtos alimentares e... more
Uma das missões mais importantes que confiamos a quem nos governa é a de garantir a qualidade dos medicamentos e alimentos que consumimos. Mas nem sempre assim foi. De facto, a actividade de regulação das empresas/produtos alimentares e farmacêuticos na forma como a conhecemos é relativamente recente. Apesar do enorme impacto positivo nas nossas vidas, alguns aspectos desta regulação continuam ainda a ser vistos por alguns como excessivos e bloqueadores do desenvolvimento e iniciativas empresariais. Pelo contrário, o que a evidência histórica demonstra é que a regulação é um motor de inovação que desempenha um papel crucial na protecção do consumidor. A esse título é interessante revisitar as origens da Food and Drug Administration (FDA), a agência reguladora americana que é considerada hoje uma referência mundial na área. A industrialização e urbanização da América na transição dos séculos XIX para XX causaram alterações profundas na sociedade. Desde logo os movimentos de massas em direcção às cidades obrigaram a um reajuste violento no modo de vida americano. Cidadãos que outrora produziam os próprios alimentos nas suas terras, passaram a depender de cadeias de distribuição/venda que pouca atenção prestavam à qualidade dos produtos que comercializavam. As empresas eram vistas como motores de progresso formidáveis e a regulação do comércio ou a protecção estatal dos consumidores era inexistente. A total ausência de controlo favorecia a corrupção e as empresas menos escrupulosas, e em particular as que comercializavam alimentos e medicamentos [1]. Muitos empresários usavam produtos químicos indiscriminadamente de modo a mascarar e alterar a aparência, cheiro e sabor de alimentos degradados. A adição de ingredientes baratos era uma forma comum de adulterar alimentos e assim aumentar o lucro. O efeito destes produtos na saúde não era testado, não existiam etiquetas nos alimentos e a origem ou composição dos aditivos era ignorada. Na medicina abundavam os produtos fraudulentos comercializados por charlatões. Os medicamentos ditos "patenteados" continham ingredientes secretos que em geral não tinham valor terapêutico ou eram mesmo perigosos. A maioria era vendida utilizando estratégias de marketing
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A "Medicina de precisão" assenta na ideia de que os cuidados médicos devem ser delineados de forma diferenciada com base nos genes, estilo de vida e envolvente ambiental de cada paciente individual. Esta abordagem não é nova, sendo... more
A "Medicina de precisão" assenta na ideia de que os cuidados médicos devem ser delineados de forma diferenciada com base nos genes, estilo de vida e envolvente ambiental de cada paciente individual. Esta abordagem não é nova, sendo praticada, por exemplo, nos casos de transfusões ou transplantes, que requerem que os dadores tenham características sanguíneas compatíveis com os pacientes. No entanto, a capacidade de analisar de forma massiva os genes de um indivíduo permitem antever que a Medicina de precisão exercida na base de um conhecimento genético profundo deverá tornar-se uma realidade num futuro próximo. A informação hereditária contida nos nossos genes, i.e. no nosso genoma, encontra-se codificada na forma de sequências de 4 "letras" de DNA. Se quiséssemos passar para o papel toda a informação contida no nosso genoma individual, necessitaríamos de cerca de 3 mil milhões destas quatro letras, o que equivaleria a uma enciclopédia com 1000 volumes, cada um com umas generosas 1000 páginas. Nesta mega enciclopédia encontraríamos todas as instruções que determinam a nossa constituição e o modo como, melhor ou pior, o nosso corpo funciona. Herdamos metade do genoma de cada um dos progenitores aquando da fecundação. Nesse processo por vezes ocorrem erros na passagem de informação (i.e. mutações). Se muitas destas "gralhas" são inócuas ou até benéficas, outras existem que, mesmo sendo mínimas, podem causar doenças graves. Por exemplo, condições como a anemia falciforme ou o daltonismo radicam num único erro numa letra específica do genoma. Já outros problemas médicos encontram-se associados a uma combinação de mutações múltiplas com efeitos decorrentes do estilo de vida e de factores ambientais [1]. A capacidade de sequenciar, i.e. de "ler", o genoma de um individuo tornou-se realidade em 2003 com a conclusão do projecto do Genoma Humano. Este marco assinalável da ciência contribuiu de forma decisiva para identificar os erros do genoma associados a muitas doenças genéticas. Como resultado prático deste conhecimento, desenvolveram-se cerca de 2000 testes genéticos que permitem confirmar diagnósticos, identificar portadores de mutações ou prever doenças futuras.
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Rins, fígado, coração, sangue, medula óssea. O transplante destes órgãos e tecidos é hoje uma prática corrente, com impacto significativo na vida de muitos receptores. Se este tipo de intervenção não nos causa já particular espanto, o... more
Rins, fígado, coração, sangue, medula óssea. O transplante destes órgãos e tecidos é hoje uma prática corrente, com impacto significativo na vida de muitos receptores. Se este tipo de intervenção não nos causa já particular espanto, o mesmo não se poderá dizer daquilo que parece ser uma das últimas excentricidades médicas na área: o transplante fecal. Não obstante a aparente bizarria do procedimento, estes transplantes provaram já a sua eficácia no tratamento de infecções intestinais severas e começam a emergir como uma terapia credível em condições como o autismo ou a doença de Parkinson. Mas, quais as bases científicas por detrás de tão estranhos transplantes? O nosso sistema digestivo é habitado por uma comunidade complexa de microrganismos que designamos por microbiota intestinal. Numa primeira instância herdamos estes microrganismos das nossas mães durante o parto. O ecossistema que a partir daí se instala, desenvolve e evolui inclui cerca de 100 biliões de bactérias de 500 a 1000 espécies diferentes. O tipo e proporção de microrganismos intestinais são influenciados por factores como a alimentação, estilo de vida, higiene e uso de antibióticos. Cada individuo possui um conjunto específico de bactérias que, em sincronia e harmonia, auxiliam a digestão, produzem vitaminas, regulam o sistema imunitário, mantêm os intestinos saudáveis e nos protegem contra agentes patogénicos [1]. É por demais evidente que a microbiota intestinal desempenha um papel central na nossa saúde. Não é por isso de estranhar que desequilíbrios caracterizados pela diminuição das espécies dominantes à custa de espécies habitualmente minoritárias ou invasoras, tenham sido associados a diversos problemas de saúde. Estes incluem doenças gastrointestinais como infecções e a síndrome do colón irritável e, menos obviamente, alergias, doenças auto-imunes e desordens do foro neuropsiquiátrico. Por estas razões, o restauro de uma microbiota intestinal saudável tem sido proposto como uma via de tratamento quando existe uma associação clara entre uma dada doença e alterações na microbiota. As estratégias mais comuns de restauro incluem a adopção de dietas específicas ou a ingestão de probióticos e pré-bióticos. A solução mais drástica passa no entanto por
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Todos os povos do mundo identificaram produtos naturais com propriedades valiosas ao longo da sua história. Medicamentos, setas venenosas ou alucinogénios rituais contam-se entre algumas das aplicações tradicionais mais comuns. Ainda... more
Todos os povos do mundo identificaram produtos naturais com propriedades valiosas ao longo da sua história. Medicamentos, setas venenosas ou alucinogénios rituais contam-se entre algumas das aplicações tradicionais mais comuns. Ainda hoje, uma fracção importante da população mundial depende desses produtos, por exemplo para satisfação de necessidades médicas básicas. Este conhecimento da biodiversidade local e das suas aplicações, que constitui uma parte intrínseca da identidade cultural e espiritual dos povos, foi passado oralmente de geração em geração, registado em manuscritos antigos ou documentado por visitantes estrangeiros. E a partir dele, a ciência e tecnologia desenvolveram muitos dos medicamentos mais importantes da farmácia moderna. A história mostra, no entanto, que na maioria dos casos o papel do conhecimento indígena tradicional naquelas descobertas foi negligenciado e não compensado. Esta apropriação indevida que ainda perdura e que muitos denominam de "biopirataria", levou ao aparecimento de iniciativas que pretendem valorizar de forma justa a propriedade intelectual indígena. O estudo da relação entre populações e plantas (i.e. etnobotânica) foi sempre uma fonte privilegiada para identificar plantas com potencial terapêutico. O valor do conhecimento indígena foi reconhecido, por exemplo, pelo naturalista Garcia da Horta que, ao publicar a obra "Colóquio dos Simples e das Drogas" no século XVI, se tornou no primeiro europeu a descrever ervas medicinais indianas. Muitos medicamentos importantes na farmacopeia ocidental como o quinino ou a digoxina foram descobertos estudando os usos terapêuticos tradicionais das plantas. E sabemos que dos 119 medicamentos ainda hoje extraídos de plantas, 74% foram identificados com base em estudos etnobotânicos [1]. A maioria dos medicamentos derivados de plantas foi descoberta no século XX, durante a época colonial. Conjugando o conhecimento tradicional com a ciência e tecnologias modernas, empresas e instituições ocidentais desenvolveram medicamentos que trouxeram benefícios imensos às sociedades modernas e prosperidade financeira aos seus promotores. Já o papel significativo do conhecimento indígena tradicional naquelas descobertas foi essencialmente negligenciado e não compensado. Mesmo na época pós-colonial, surgiram amiúde casos dúbios de produtos valiosos
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A produção de informação digital aumentou de forma prodigiosa nos últimos anos, transformando o seu arquivamento numa questão premente. De facto, as melhores estimativas indicam que as tecnologias à base de silício serão incapazes de... more
A produção de informação digital aumentou de forma prodigiosa nos últimos anos, transformando o seu arquivamento numa questão premente. De facto, as melhores estimativas indicam que as tecnologias à base de silício serão incapazes de proporcionar a breve trecho uma capacidade de armazenamento equiparada ao volume de dados produzido. O armazenamento de informação na forma de moléculas de DNA constitui uma das alternativas actuais mais promissoras para este problema. Este conceito inovador, que conjuga as ferramentas da biotecnologia moderna com as tecnologias de informação, poderá a médio/longo prazo revolucionar a indústria digital, criando novas oportunidades de emprego e áreas de atividade. Os nossos computadores processam informação recorrendo ao chamado código binário. Palavras e números são transformados em longas séries de uns (1) e zeros (0), que são depois lidas, manipuladas pelo computador e armazenadas em dispositivos à base de silício (e.g. memórias flash). A produção mundial deste tipo de informação, chamada "digital", aumentou exponencialmente nos últimos anos, superando largamente a informação preservada com recurso a tecnologias analógicas (e.g. livros, filmes, cassetes áudio, etc). Estima-se que cerca de 90% dos dados digitais existentes actualmente foram gerados apenas nos últimos 2 anos. Este aumento verdadeiramente esmagador do volume de informação acarretou consigo problemas de armazenamento. A partir de 2010, a capacidade anual disponível para guardar informação e passou a ser insuficiente face ao volume de dados produzidos. Acresce que o problema não pode ser resolvido aumentando simplesmente o número memórias digitais, já que os analistas estimam que a quantidade de silício produzida em 2040 será insuficiente para cobrir a procura global [1]. Torna-se por isso urgente procurar tecnologias inovadoras que permitam armazenar quantidades crescentes de informação digital por longos períodos de tempo. É neste contexto que têm vindo a ser desenvolvidos sistemas de armazenamento de informação digital em DNA. A informação genética na natureza encontra-se codificada em longas cadeia de DNA. Estas moléculas são construídas a partir de um conjunto de quatro moléculas mais pequenas-as bases A, T, G e C-que se sucedem com uma determinada sequência. Numa célula humana, estas cadeias de
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Poucos contestarão a afirmação de que a agricultura é uma das maiores invenções da humanidade. A criação sistemática de animais, em particular, permite produzir carne, lacticínios e numerosos derivados indispensáveis à nossa... more
Poucos contestarão a afirmação de que a agricultura é uma das maiores invenções da humanidade. A criação sistemática de animais, em particular, permite produzir carne, lacticínios e numerosos derivados indispensáveis à nossa sobrevivência. No entanto, a procura crescente por alimento provocada pelo crescimento demográfico originou níveis de industrialização da criação animal pouco sustentáveis ambientalmente. A agricultura celular surge como uma nova área da biotecnologia que se propõe produzir produtos animais a partir de células sem necessidade de criar os animais. Esta ideia de produzir carne em laboratório seria inevitavelmente catalogada como ficção científica há poucos anos. No entanto, os avanços dos últimos anos sugerem que se comece a encarar a agricultura celular como uma solução real para muitos dos problemas da criação animal intensiva.
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A ação humana tem conduzido numerosas espécies à extinção. Ao contribuir para a perda de animais como o dodó ou o mamute, tornámos o nosso mundo mais pobre. Mas e se fosse possível ressuscitar muitas destas espécies a partir de DNA... more
A ação humana tem conduzido numerosas espécies à extinção. Ao contribuir para a perda de animais como o dodó ou o mamute, tornámos o nosso mundo mais pobre. Mas e se fosse possível ressuscitar muitas destas espécies a partir de DNA ancestral, recuperado de fósseis ou de células criopreservadas dos últimos sobreviventes? Mais do que um sonho, os avanços científicos indicam que será possível em breve recriar animais semelhantes aos originais e, eventualmente, reintroduzir populações inteiras em ecossistemas naturais. Contudo, e se de facto a ciência da “desextinção” nos permitir recuperar espécies desaparecidas, uma interrogação permanece: devemos fazê-lo?
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A questão da privacidade dos dados genéticos ganhou uma nova acuidade no início do ano com a prisão do chamado “assassino do Golden State”, responsável por numerosos crimes praticados há mais de 40 anos. A justiça americana localizou o... more
A questão da privacidade dos dados genéticos ganhou uma nova acuidade no início do ano com a prisão do chamado “assassino do Golden State”, responsável por numerosos crimes praticados há mais de 40 anos. A justiça americana localizou o principal suspeito de forma indireta, através dos perfis de DNA de familiares longínquos, partilhados voluntariamente em bases públicas. Apesar do fim meritório neste caso, o facto de qualquer pessoa poder pesquisar estas bases para fins que não os previstos levanta questões éticas e legais importantes que apontam para a necessidade de introduzir alguma regulação na área da genealogia genética.
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Vivemos na Idade do Plástico. As vantagens tecnológicas destes materiais versáteis e omnipresentes nas nossas vidas esbarram no entanto em duas limitações importantes-os plásticos são derivados do petróleo e a sua acumulação no ambiente... more
Vivemos na Idade do Plástico. As vantagens tecnológicas destes materiais versáteis e omnipresentes nas nossas vidas esbarram no entanto em duas limitações importantes-os plásticos são derivados do petróleo e a sua acumulação no ambiente afecta cada vez mais ecossistemas, comprometendo a vida selvagem e, no limite, a saúde humana. Os bioplásticos têm sido apontados como uma solução possível para este dois problemas. No entanto, para que seja possível estabelecer uma discussão produtiva sobre os méritos e deméritos de plásticos e bioplásticos, é importante perceber exactamente do que falamos quando utilizamos a palavra "bioplásticos". Os plásticos como o polietileno e o PET são polímeros orgânicos sintetizados a partir de derivados do petróleo, facilmente moldáveis pela pressão e calor. Criados e desenvolvidos essencialmente a partir dos anos 50 do século XX, os plásticos constituem a matéria-prima para o fabrico de embalagens, têxteis, materiais de construção e componentes de dispositivos médicos, computadores, electrodomésticos, mobiliário, carros, aviões, etc. A nossa "fome" por plásticos não mostra sinais de abrandar-em 2016, e na senda de crescimentos anuais da ordem dos 10%, a produção mundial atingiu as 335 milhões de toneladas. A prevalência do plástico nas sociedades modernas é justificada pelas suas inúmeras vantagens: durabilidade, baixo custo, resistência à água, leveza e uma manufactura pouco exigente em termos energéticos. No entanto, existem (ou deveriam existir) duas limitações importantes à sua utilização. Em primeiro lugar, a produção de plástico está fortemente dependente do petróleo, uma matéria-prima não renovável cuja abundância declinará expectavelmente no futuro. Em segundo lugar, a poluição pelo plástico tem aumentando de forma gritante, como bem ilustram, por exemplo, as recentes imagens divulgadas pelos media de praias invadidas por marés de plástico flutuante. Esta acumulação exponencial de resíduos plásticos (e dos micro-fragmentos derivados da sua erosão) nos ecossistemas, que afecta a vida selvagem e muito provavelmente a saúde humana resulta da sua elevada resistência à degradação natural e da nossa incapacidade de gerir de forma eficaz os milhões de toneladas que produzimos anualmente (apenas 9% do plástico produzido até 2015 foi reciclado [1]).
Research Interests: Bioplastics and Plastics
Oriunda da China, a seda é uma das fibras mais antigas conhecidas do homem, com aplicações que vão do vestuário à medicina, passando pela cosmética e pelo mobiliário. Embora a produção por bicho--da-seda domine a indústria, sabe-se há... more
Oriunda da China, a seda é uma das fibras mais antigas conhecidas do homem, com aplicações que vão do vestuário à medicina, passando pela cosmética e pelo mobiliário. Embora a produção por bicho--da-seda domine a indústria, sabe-se há muito que a seda fiada por aranhas possui propriedades superiores que lhe conferem um potencial tecnológico enorme. Infelizmente, não é possível replicar os processos de sericultura tradicionais com aranhas. O grande desafio que se coloca à engenharia é, assim, o de desen-volver tecnologias de fabrico de seda de aranha economicamente viáveis e em quantidade e qualidade compatíveis com aplicações industriais.
Research Interests: Materials Science, Biotechnology, Biomimetics, Materials, Recombinant DNA Technology, and 13 moreFibers, Spiders, Silk Industry, Texteis funcionais, Proteinas recombinantes, Engenharia De Materiais, Natural Fibers, Recombinant Proteins, Propiedades Físicas De Las Fibras Textiles, Materiais Texteis, Proteínas, Fibras Naturales, and Biomimetismo
A diabetes é uma doença crónica incurável que afeta milhões de indivíduos. Constituindo-se como a sexta causa de morte a nível mundial em 2015, a condição é responsável por inúmeros casos de cegueira, falha renal, ataque cardíaco e... more
A diabetes é uma doença crónica incurável que afeta milhões de indivíduos. Constituindo-se como a sexta causa de morte a nível mundial em 2015, a condição é responsável por inúmeros casos de cegueira, falha renal, ataque cardíaco e amputação. Actualmente, a diabetes pode ser tratada e os seus efeitos minorados ou diferidos no tempo combinando medicação, dieta saudável e actividade física. Uma das traves mestras no tratamento da diabetes, responsável pelo bem-estar de milhões, é sem dúvida a insulina.
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A lição de que a água é essencial à vida é-nos ministrada nas escolas ao longo de nossa infância e adolescência. Do pré--escolar ao secundário, o papel da água, o seu ciclo e a importância da conservação são temas abordados... more
A lição de que a água é essencial à vida é-nos ministrada nas escolas ao longo de nossa infância e adolescência. Do pré--escolar ao secundário, o papel da água, o seu ciclo e a importância da conservação são temas abordados recorrentemente no contexto de disciplinas e atividades extracurriculares. Componente primário dos seres vivos, a água é indispensável à prosperidade das nossas sociedades nas mais variadas vertentes. Contudo, e certamente como resultado da abundância de que sempre temos desfrutado, a relação coletiva e individual que temos com a água parece assentar em alguma indiferença ou mesmo desapreço. A agudização dos episódios de seca dos últimos tempos força-nos a olhar para a água de um modo a que não estávamos habituados.
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O biomimetismo é uma disciplina relativamente recente que procura resolver problemas humanos através da emulação consciente das soluções e estratégias geradas pela biologia. Os inúmeros exemplos desta “inovação inspirada na natureza” de... more
O biomimetismo é uma disciplina relativamente recente que procura resolver problemas humanos através da emulação consciente das soluções e estratégias geradas pela biologia. Os inúmeros exemplos desta “inovação inspirada na natureza” de que dispomos atualmente indicam que a importação de ideias e conceitos da biologia pode contribuir de facto para o desenvolvimento de novos produtos, processos e soluções sustentáveis nas mais diversas áreas.
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As vacinas são um dos maiores sucessos da ciência moderna. A realidade mostra que nenhuma outra intervenção na área da saúde é capaz de competir com a vacinação em termos de custo/benefício. O impacto mundial na redução da mortalidade e... more
As vacinas são um dos maiores sucessos da ciência moderna. A realidade mostra que nenhuma outra intervenção na área da saúde é capaz de competir com a vacinação em termos de custo/benefício. O impacto mundial na redução da mortalidade e impacto de doenças infecciosas graves é notável e a generalidade dos estudos científicos indicam que os efeitos secundários da vacinação são mínimos. Apesar dos sucessos, é imperativo continuar a investir na imunização de crianças e jovens e no desenvolvimento de novas vacinas contra doenças negligenciadas ou emergentes.
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A agência reguladora americana dos alimentos e medicamentos (FDA) aprovou a primeira terapia génica nos EUA no passado mês de Agosto. Desenvolvida pela farmacêutica Novartis e designada por Kymriah, a terapia destina-se a combater a... more
A agência reguladora americana dos alimentos e medicamentos (FDA) aprovou a primeira terapia génica nos EUA no passado mês de Agosto. Desenvolvida pela farmacêutica Novartis e designada por Kymriah, a terapia destina-se a combater a leucemia linfoblástica aguda em crianças e jovens que não respondem à terapia convencional. As revistas da especialidade e os media têm sido unânimes em destacar a nova terapia como um marco científico extraordinário. O entusiasmo justifica-se pelos excelentes resultados obtidos em ensaio clínico (83% de remissão num universo de 63 pacientes após 3 meses) e pela antevisão de que terapias equivalentes possam ser usada noutros tipos de tumores. Por outro lado, destaca-se a natureza revolucionária da abordagem seguida e dos agentes terapêuticos utilizados, que são radicalmente diferentes dos medicamentos injectáveis comuns.
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Enzyme-assisted process steps can be found occasionally in the downstream processing of highly valuable biopharmaceuticals (Table 1). The implementation of such steps will typically involve the addition of a certain amount of a purified... more
Enzyme-assisted process steps can be found occasionally in the downstream processing of highly valuable biopharmaceuticals (Table 1). The implementation of such steps will typically involve the addition of a certain amount of a purified enzyme preparation to a product-containing stream at a certain stage of the process. The step is designed to take advantage of the catalytic activity of an enzyme in vitro to (i) facilitate cell disruption or cell dissociation, (ii) promote the degradation of cell derived-impurities or (iii) perform very specific alterations in the structure of key biomolecules.
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As histórias contadas neste artigo ilustram a forma como as estratégias de inovação aberta decorrentes do desenvolvimento da Internet e de plataformas Web 2.0 podem permitir às instituições privadas e públicas captar talento, ideias e... more
As histórias contadas neste artigo ilustram a forma como as estratégias de inovação aberta decorrentes do desenvolvimento da Internet e de plataformas Web 2.0 podem permitir às instituições privadas e públicas captar talento, ideias e esforço externos como forma de complementar os recursos internos de I&D e aumentar a sua competitividade.
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G-protein coupled receptors (GPCRs) are one of the most popular drug targets today. Almost one third of the approved drugs currently available rely on some kind of interaction with these receptors. The annual revenues are around USD 30... more
G-protein coupled receptors (GPCRs) are one of the most popular drug targets today. Almost one third of the approved drugs currently available rely on some kind of interaction with these receptors. The annual revenues are around USD 30 billion (109)
and the fact that one quarter of the top US selling drugs are GPCR-related puts this drug target under the drug discovery spotlight. Also, GPCRs are one of the largest families in the human genome, with nearly 1,000 sequences identified as likely to be GPCRs. Among these, around 100 sequences have been confirmed as receptors, but have no known ligand or function. These so-called orphan receptors harbour the highest drug discovery potential. Still, even amongst the non-orphan receptors, only a handful are actually targeted by drugs1-3.
and the fact that one quarter of the top US selling drugs are GPCR-related puts this drug target under the drug discovery spotlight. Also, GPCRs are one of the largest families in the human genome, with nearly 1,000 sequences identified as likely to be GPCRs. Among these, around 100 sequences have been confirmed as receptors, but have no known ligand or function. These so-called orphan receptors harbour the highest drug discovery potential. Still, even amongst the non-orphan receptors, only a handful are actually targeted by drugs1-3.
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A Biomímica é uma nova disciplina que procura resolver problemas humanos com base no estudo e imitação das soluções, estratégias e designs gerados pela Natureza durante 3.800 milhões de anos de evolução. Este artigo explana o conceito,... more
A Biomímica é uma nova disciplina que procura resolver problemas
humanos com base no estudo e imitação das soluções, estratégias e
designs gerados pela Natureza durante 3.800 milhões de anos de
evolução. Este artigo explana o conceito, ilustrando-o com um caso
de estudo e advoga a sua inclusão na formação de um Engenheiro.
humanos com base no estudo e imitação das soluções, estratégias e
designs gerados pela Natureza durante 3.800 milhões de anos de
evolução. Este artigo explana o conceito, ilustrando-o com um caso
de estudo e advoga a sua inclusão na formação de um Engenheiro.
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A PRESENTE INVENÇÃO DESCREVE UM PROCESSO PARA A PRODUÇÃO E PURIFICAÇÃO DE MINICÍRCULOS SUPERENROLADOS QUE É FACILMENTE TRANSFERÍVEL PARA A ESCALA INDUSTRIAL. ESTES MINICÍRCULOS PODEM SER UTILIZADOS PELAS INDÚSTRIAS DA BIOTECNOLOGIA... more
A PRESENTE INVENÇÃO DESCREVE UM PROCESSO PARA A PRODUÇÃO E PURIFICAÇÃO DE MINICÍRCULOS SUPERENROLADOS QUE É FACILMENTE TRANSFERÍVEL PARA A ESCALA INDUSTRIAL. ESTES MINICÍRCULOS PODEM SER UTILIZADOS PELAS INDÚSTRIAS DA BIOTECNOLOGIA INDUSTRIAL E DA SAÚDE, ESPECIFICAMENTE NOS CAMPOS DA VACINAÇÃO POR DNA, DA TERAPIA CELULAR E GÉNICA E DA PRODUÇÃO DE PROTEÍNAS RECOMBINANTES EM CÉLULAS ANIMAIS.
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Link to news related to my activity at iBB, the Institute for Bioengineering and Biosciences. https://www.scoop.it/topic/ibb/?&tag=Miguel+Prazeres
This video shows the capture of biotin-gold nanoparticles (40 nm) by a supramolecular complex in a paper-based microfluidic device. The microchannel structure (5 cm long) of the device is defined by wax-printing on chromatographic paper... more
This video shows the capture of biotin-gold nanoparticles (40 nm) by a supramolecular complex in a paper-based microfluidic device. The microchannel structure (5 cm long) of the device is defined by wax-printing on chromatographic paper (Whatman N. 1). The supramolecular complex consists of 2 recognition elements: a ZZ-CBM3 fusion that combines a carbohydrate-binding module (CBM) with the ZZ fragment of the staphylococcal protein A and an anti-biotin antibody. This complex is pre-formed and pre-deposited in the circular regions of the device labeled T. The video shows the addition of biotin-gold nanoparticles at the leftmost region of the devices and subsequent migration through the channels by capillarity. As the fluid pass through the circular test zone, the capture of the gold nanoparticles by the ZZ-CBM:IgG complex becomes evident by the formation of a red spot. As fluid migration proceeds, the red signal increases in intensity and progressively extends to the center of the test zone. A polyester adhesive film is used to cover the back side of the second device and the back and front side of the third device. The video is accelerated approximately 20 times.
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Structure of the carbohydrate binding module 64 from Spirochaeta thermophila. In the structure shown in the video, two beta-sheets are highlighted in yellow and a small helix in red. Four co-planar tryptophan residues (W31, W38, W54 and... more
Structure of the carbohydrate binding module 64 from Spirochaeta thermophila. In the structure shown in the video, two beta-sheets are highlighted in yellow and a small helix in red. Four co-planar tryptophan residues (W31, W38, W54 and W78) linearly aligned at the surface of beta-sheet 2 are shown in blue. These residues may constitute the binding site of the flat carbohydrate interacting platform. Molecular graphics performed with the Pymol package. PDB ID: 5LU3.
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Fluorescence microscopy photography of a fusion of a carbohydrate binding module from Pyrococcus furiosus with green fluorescent protein (GFP-CBM2) bound to microcrystalline cellulose microparticles. Images were taken with a Leica DMLB... more
Fluorescence microscopy photography of a fusion of a carbohydrate binding module from Pyrococcus furiosus with green fluorescent protein (GFP-CBM2) bound to microcrystalline cellulose microparticles. Images were taken with a Leica DMLB fluorescence microscope (20x magnification).
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Scanning electron microscope image of chromatographic paper Whatman N. 1 showing the tangle of mulitscale fibers and network of pores characteristic of cellulose. The paper sample was covered with a conductive layer of gold-palladium... more
Scanning electron microscope image of chromatographic paper Whatman N. 1 showing the tangle of mulitscale fibers and network of pores characteristic of cellulose. The paper sample was covered with a conductive layer of gold-palladium particles and observed on a Hitachi S2400 SEM microscope in the low vacuum mode. Magnification: 100X.
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SEM image of an epoxy replica of the upper epidermis of a gladiolus leaf (Gladiolus communis) showing stomata and papillae (scale bar = 10 μm). The replica was obtained by a two-step moulding process. A first negative mould is obtained... more
SEM image of an epoxy replica of the upper epidermis of a gladiolus leaf (Gladiolus communis) showing stomata and papillae (scale bar = 10 μm). The replica was obtained by a two-step moulding process. A first negative mould is obtained using a polyvinylsiloxane polymer and then a positive replica is created with an adequate epoxy resin.
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SEM image of an epoxy replica of the upper epidermis of a gladiolus leaf (Gladiolus communis) showing stomata and papillae (scale bar = 60 μm). The replica was obtained by a two-step moulding process. A first negative mould is obtained... more
SEM image of an epoxy replica of the upper epidermis of a gladiolus leaf (Gladiolus communis) showing stomata and papillae (scale bar = 60 μm). The replica was obtained by a two-step moulding process. A first negative mould is obtained using a polyvinylsiloxane polymer and then a positive replica is created with an adequate epoxy resin.
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SEM image of an epoxy replica of the epidermis of a Cape daisy petal showing replicated papilla (scale bar = 10 μm). The replica was obtained by a two-step moulding process. A first negative mould is obtained using a polyvinylsiloxane... more
SEM image of an epoxy replica of the epidermis of a Cape daisy petal showing replicated papilla (scale bar = 10 μm). The replica was obtained by a two-step moulding process. A first negative mould is obtained using a polyvinylsiloxane polymer and then a positive replica is created with an adequate epoxy resin.
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SEM image of an epoxy replica of the epidermis of a Cape daisy (Osteospermum 'Nairobi Purple') showing replicated papilla (scale bar = 60 μm). The replica was obtained by a two-step moulding process. A first negative mould is obtained... more
SEM image of an epoxy replica of the epidermis of a Cape daisy (Osteospermum 'Nairobi Purple') showing replicated papilla (scale bar = 60 μm). The replica was obtained by a two-step moulding process. A first negative mould is obtained using a polyvinylsiloxane polymer and then a positive replica is created with an adequate epoxy resin.
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SEM image of an epoxy replica of the epidermis of a rose petal showing replicated papilla (scale bar = 10 μm). The replica was obtained by a two-step moulding process. A first negative mould is obtained using a polyvinylsiloxane polymer... more
SEM image of an epoxy replica of the epidermis of a rose petal showing replicated papilla (scale bar = 10 μm). The replica was obtained by a two-step moulding process. A first negative mould is obtained using a polyvinylsiloxane polymer and then a positive replica is created with an adequate epoxy resin.
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SEM image of an epoxy replica of the epidermis of a rose petal showing replicated papilla (scale bar = 40 μm). The replica was obtained by a two-step moulding process. A first negative mould is obtained using a polyvinylsiloxane polymer... more
SEM image of an epoxy replica of the epidermis of a rose petal showing replicated papilla (scale bar = 40 μm). The replica was obtained by a two-step moulding process. A first negative mould is obtained using a polyvinylsiloxane polymer and then a positive replica is created with an adequate epoxy resin.
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SEM image of an epoxy replica of the epidermis of the flower of English weed (O. pes-caprae) showing replicated papilla (scale bar = 40 μm). The replica was obtained by a two-step moulding process. A first negative mould is obtained using... more
SEM image of an epoxy replica of the epidermis of the flower of English weed (O. pes-caprae) showing replicated papilla (scale bar = 40 μm). The replica was obtained by a two-step moulding process. A first negative mould is obtained using a polyvinylsiloxane polymer and then a positive replica is created with an adequate epoxy resin.
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Bioengineering Research Group, iBB Materials with new and improved functionalities can be obtained by modifying cellulose with biomolecules and/or nanomaterials, which can be explored for the development of applications in a range of... more
Bioengineering Research Group, iBB Materials with new and improved functionalities can be obtained by modifying cellulose with biomolecules and/or nanomaterials, which can be explored for the development of applications in a range of fields, eg, biosensing, textiles, biomedical materials, smart packaging, photonics, etc. One of the keys for the success of such cellulose-based materials is to master the ability to incorporate biomolecules and nanomaterials into cellulose matrices in such a way that the desired functionality is obtained. In general, the methodologies used to engineer cellulose-derived materials (eg chemical modification, physical adsorption, deposition) do not afford a precise control of biomolecule orientation or nanoparticle positioning. At iBB we develop bi-functional biomolecular constructs for the precise modification of cellulose matrices with nanostructures and/or biomolecules. The core idea is to use biomolecular engineering techniques to construct, produce and purify fusions of Carbohydrate Binding Modules (CBMs) with relevant biological partners (X). The CBM-X fusions are designed to enable the bridging of proteins, peptides and oligonucleotides with cellulose matrices like paper, microparticles and nanofibers. Applications developed range from paper-based devices and lateral flow assays for diagnostics, to antimicrobial dressings.