The Impact of Tiny Organisms: Microbial Communities and Disease States

In the last decade, primarily through the use of sequencing, much has been learned about the trillions of microorganisms that reside in human hosts. These microorganisms play a wide range of roles including helping our immune systems develop, digesting our food, and protecting us from the invasion of pathogenic organisms. My thesis focuses on the characterization of fungal, viral, and bacterial communities in humans, investigating the use of defined microbial communities to cure diseases in animal models, and examining the effects of human microbiome modifications through fecal microbiota transfers. In the first part of this thesis, I use deep sequencing of ribosomal RNA gene tags to characterize the composition of the bacterial, fungal, and archaeal microbiota in pediatric patients with Inflammatory Bowel Disease and healthy controls. Archaeal reads were rare in the pediatric samples, whereas an abundant amount of fungal reads was recovered. Pediatric IBD was found to be associated with reduced diversity in both fungal and bacterial gut microbiota, and specific Candida taxa were increased in abundance in the IBD samples. I, then, describe my use of a variety of experimental and computational methods to study the viral communities of immune-compromised lung transplant recipients. Anelloviruses, circular, single-stranded DNA viruses, were found in all lung samples but were 56 times more abundant in samples from lung transplant recipients as compared to healthy controls or HIV+ subjects. In the third part of this thesis, I describe the use of defined microbial communities in mice, and its ability to reduce the production of ammonia long term and mitigate hepatic encephalopathy. This was shown to be true in both mice on a normal protein diet or a low protein diet. Last, I investigate the transfer of viral communities between humans through FMT and characterize features associated with efficient transmission. A case series where feces from a single donor were used to treat three children with ulcerative colitis was used for the analysis. Ultimately this work showed that multiple viral lineages do transfer between human individuals through fecal microbiota transplants, but in this case series none of the viruses were known to infect human cells. In this thesis, I elucidate numerous roles for the microbiome in pediatric patients with IBD and lung-transplant recipients, show exciting new finding about engineering the microbiota to help with hyperammonia, and finally investigate a possible limitation about using microbial communities as therapeutics. Together this body of work provides insights into the assemblage of tiny organisms that live within us, constantly contributing

Eficácia de formulação veterinária contendo lincomicina contra patógenos do intestino de frangos de corte (Gallus gallus domesticus) e sua correlação com a administração via água e ração

Orientador: Felix Guillermo Reyes ReyesDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de AlimentosResumo: Este trabalho teve por objetivo avaliar a eficácia de uma formulação de lincomicina contra micro-organismos causadores de doenças em frangos de corte, após sua administração oral (através da água e da ração). Os animais receberam 10 mg de lincomicina por kg de peso corporal, por dia, durante 7 dias consecutivos. Amostras de tecido (intestino delgado e intestino grosso) foram obtidas ao longo do tempo para avaliação do comportamento farmacocinético tecidual. Também foi identificada a concentração mínima inibitória (CIM) da lincomicina pelo método de múltipla diluição e avaliação por turbidimetria. Foi desenvolvido e validado um método analítico por cromatografia líquida de alta eficiência associada à espectrometria de massas (LC-MS/MS) para quantificação dos resíduos de lincomicina nos tecidos alvo, tendo apresentado conformidade com o guia de validação adotado (VICH TOPIC GL 49, 2011). O método analítico mostrou-se sensível (LOQ = 125 µg/kg) e robusto, permitindo a quantificação da lincomicina com a exatidão e precisão necessárias. O resultado da CIM deste estudo com as principais cepas patogênicas estudadas para frangos de corte, resultou em valores entre 1 e 256 µg/mL. Verificou-se maior absorção da lincomicina no intestino grosso. Isso ocorre de forma similar quando comparamos concentrações de lincomicina administrada via água e ração e analisadas em ambos os intestinos, grosso e delgado. A eficácia abrangeu maior número de patógenos (Clostridium perfringens, Escherichia coli, Pasteurella multocida, Pseudomonas aeruginosa, Salmonella Enteritidis e Salmonella Typhimurium) no intestino grosso em comparação com o intestino delgado, assim como o maior número de patógenos na administração via água do que via ração. A lincomicina é classificada como um antimicrobiano tempo-dependente. Assim, a formulação aqui estudada foi considerada eficaz, pois o tempo em que a concentração tecidual do ativo principal permaneceu acima da CIM das bactérias de interesse, foi no mínimo 60% do tempo total de exposição, conforme recomendação do Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento do Brasil. A administração desta nova formulação via água foi eficaz contra as salmonelas estudadas, sendo a salmonelose uma das grandes preocupações da avicultura brasileira, já que a doença é responsável por perdas econômicas e por oferecer riscos à saúde humanaAbstract: This study has been conducted to evaluate the efficacy of a Lincomycin formulation against microorganisms that cause illness in poultry, after its oral administration (water and feed). Individuals received 10 mg of lincomycin per kg of body weight, per day, for 7 consecutive days. Tissue samples (large and small intestines) were obtained through time, to evaluate tissue pharmacokinetics behavior. Additionally, the lincomycin’s minimal inhibitory concentration (MIC) has been identified through the multiple dilution method and turbidimetry evaluation. A highly efficient liquid chromatography analytical method has been developed and validated, associated with mass spectrometry (LC-MS/MS) to quantify lincomycin residue in target tissues, having presented conformity with the adopted validation guideline (VICH TOPIC GL 49, 2011). The analytical method showed to be sensitive (LOQ = 125 µg/kg) and robust, allowing the lincomycin’s quantification with the necessary precision and accuracy. The MIC’s result in this study, applied with main poultry pathogenic strains, presented values between 1 and 256 µg/mL. It has been observed a higher lincomycin absorption in the large intestine. This occurs in a similar way when we compare lincomycin concentrations supplied through water and feed and analyzed in both intestines, large and small. The efficacy covered a larger range of pathogens (Clostridium perfringens, Escherichia coli, Pasteurella multocida, Pseudomonas aeruginosa, Salmonella Enteritidis e Salmonella Typhimurium) in the large intestine, when compared to the small intestine, as well as a larger range of pathogens in water supply when compared to feed. Lincomycin is classified as a time-dependent antimicrobial. Thus, the formulation analyzed in this study has been considered effective. The duration of time in which the active principle’s tissue concentration remained above the MIC for bacteria of interest, was at least 60% of the total exposure time, following recommendations from the Brazilian health authorities (Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento – MAPA). Water administration of this new formulation has been effective against the studied Salmonella, being this agent one of the greatest concerns of the Brazilian poultry industry, as it causes relevant economical losses and presents a major risk to human public healthMestradoCiência de AlimentosMestra em Ciência de Alimentos001CAPE

Frequency of urogenital abnormalities in the external genitalia in newborn male

Introduction: external urogenital anomaly is characterized by a change in the morphological structure of the body, due to malformation during embryogenesis. Objective: To study the frequency of external urogenital abnormalities of newborn males. Materials and Methods: A sample of n = 4,939 newborns represented in compulsory search (n = 4,543) and active surveillance (n = 396), in search conducted from April to November 2013 (compulsory search) and June and July 2014 (active search). Results: We identified themselves external urogenital anomalies in the newborn in compulsory search (n = 3) and active searching (n = 25). The results observed in compulsory search (n = 3) were distributed: one and two cryptorchism hypospadias in the active search (n = 25) were divided into fourteen hydrocele, hypospadias six-six cryptorchism. Statistical analysis showed a significant increase in the frequency of active surveillance compared compulsory search (Chi-square, p <0.001). Conclusion: The study shows that the frequency of urogenital anomalies is significantly higher in active search compared to compulsory search in newborn males.Introdução: Anomalia urogenital externa caracteriza-se por, uma alteração na estrutura morfológica do órgão, decorrente da malformação durante a embriogênese. Objetivo: Estudar a frequência de anomalias urogenitais externas do recém-nascido do sexo masculino. Materiais e Métodos: A amostra de n=4.939 recém-nascidos representada em busca compulsória (n= 4.543) e busca ativa (n=396), em busca efetuada de abril a novembro de 2013 (busca compulsória) e de junho e julho de 2014 (busca ativa). Resultados: Identificaramse anomalias urogenitais externa no recém-nascido na busca compulsória (n=3) e na Busca ativa (n=25). Os resultados observados na busca compulsória (n=3) foram distribuídos em: uma hipospádia e duas criptorquidias e na busca ativa (n=25), foram distribuídos em quatorze hidroceles, seis hipospádias e seis criptorquidias. A análise estatística evidenciou um aumento significativo na frequência da busca ativa em comparação a busca compulsória (Teste do Qui-quadrado, p< 0,001). Conclusão: O estudo evidencia que a frequência de anomalias urogenitais é significativamente maior na busca ativa comparada a busca compulsória em recém-nascidos do sexo masculino

Religious freedom and secularism: historical evolution and constitutional analysis

A presente dissertação tem por objetivo abordar analiticamente a liberdade religiosa e a laicidade, a partir de sua evolução histórica até o atual tratamento jurídico-constitucional que recebe no Brasil. Recentes e importantes acontecimentos influenciaram a opção pelo tema, como, por exemplo, a aparente abertura do País às religiões afro-brasileiras, minoritárias. A liberdade religiosa é alocada dentro da categoria dos direitos fundamentais, e acentuada como direito essencial à dignidade da pessoa humana, o que provem da evolução desses direitos desde a pré-história até o Estado da atualidade. Focando-se na liberdade religiosa, expõem-se as tentativas de conceituação de religião, de acordo com opiniões de ilustres pensadores da história. Continuando . a decomposição desse direito, estudam-se as liberdades de crença, de culto e de organização religiosa, bem como as formas de relacionamento entre a religião e o Estado. Estuda-se, também, o caminho percorrido pela liberdade 'religiosa ,e! pela laicidade no Brasil, desde o período pré-colonial até a Constituição Federal de 1988, atendo-se, por fim, à forma como esses temas recebem tratamento jurídico na atualidade, inclusive com vistas à jurisprudência pátriaThe present dissertation aims at addressing secularism' and religious freedom analytically, from their historical evolution up to the current juridical and constitutional treatment they receive in Brazil. The choice of this theme has been influenced by important recent facts, such as, for instance, the apparent opening of the country to African-Brazilian religions, which are in a minority. Religious freedom has been placed within the category of "fundamental rights" and has been stressed as a right which is essential to the dignity of the human being. This stems from the evolution of these rights from Pre-Historic Times up to the present State. By focusing on religious freedom, attempts at a concept of religion have been exposed based on the opinions of distinguished history scholars. On continuing to break down this right, the freedoms of belief, of cult and of religious organization have been studied, as well as the various kinds of relationship between religion and the State. I The path taken by religious freedom and secularism in Brazil has also been studied, from the Pre-Colonial period up. to the Federal Constitution of 1988, focusing finally on the way these themes are current1y addressed in terms of juridical order, including in reference to the jurisprudence in the countr

Efeitos decorrentes da ingestão do fluoreto na sensibilidade à insulina e transdução do sinal insulínico

Nos últimos anos tem ocorrido uma redução acentuada nos índices de cárie dentária em diversas regiões do planeta, fato que tem se atribuído ao consumo de produtos fluoretados. Entretanto, o flúor, quando ingerido em excesso, causa intoxicação crônica ou aguda, como a fluorose dentária e distúrbios na homeostase da glicose. As crianças se tornam foco de preocupação, principalmente às portadoras de diabetes mellitus (DM), pois geralmente ingerem grandes quantidades de dentifrício fluoretado durante a escovação, ultrapassando a dose preconizada como limite de ingestão diária de flúor de 0,05 a 0,07mg/F/kg de peso corpóreo. Este trabalho, que foi dividido em duas partes, pretende realizar uma breve revisão de literatura sobre os efeitos decorrentes da ingestão de NaF no metabolismo de carboidratos e avaliar os efeitos da ingestão do fluoreto na sensibilidade à insulina e na transdução do sinal insulínico. A primeira parte, baseada em artigos científicos publicados, procura discorrer sobre os efeitos da ingestão de flúor no metabolismo de carboidratos, na tolerância à glicose e no sinal insulínico, e algumas considerações sobre o diabetes mellitus e sobre as possíveis complicações que a ingestão de NaF pode ocasionar às crianças portadoras desta doença. Estes trabalhos demonstraram que o tratamento agudo ou prolongado com altas doses de fluoreto de sódio interfere na homeostase da glicose. Convém salientar que esta alteração é similar à observada em casos de diabetes mellitus. Além do mais, o flúor quando ingerido em excesso, também ocasiona diminuição da secreção de insulina, inibição da glicólise e depleção de glicogênio. Muitas dessas respostas sugerem que o NaF pode promover resistência à insulina. Portanto, a ingestão em excesso de NaF pode prejudicar a saúde, principalmente de crianças portadora de DM.Over the last few years there has been a significant reduction in the incidence of dental caries in several regions of the world. This has been attributed to the consumption of fluoridated products. However, excess of fluoride intake can cause chronic or acute intoxication, such as dental fluorosis and impaired glucose homeostasis. Concern is focused on children, especially those with diabetes mellitus, because children usually swallow large amounts of fluoridated dentifrice during tooth brushing, in excess of the maximum recommended daily fluoride dose of 0.05 to 0.07 mg/F/kg of body weight. This report, divided into two parts, intends to make a brief literature review about effects of NAF intake on glucose metabolism, and to determine the effects of this intake on insulin sensitivity and insulin signal transduction. The first part, based on published scientific articles, endeavors to describe the effects of NaF intake on glucose metabolism, glucose tolerance and insulin signal, and put forward considerations concerning diabetes mellitus (DM), and the possible complications that NaF intake could cause in children with DM. These reports demonstrated that the acute or chronic treatment with high sodium fluoride dose interferes in glucose homeostasis, resulting in conditions such as hyperglycemia. This alteration is similar to that observed in DM. Furthermore, NaF ingestion in high doses can produce abnormalities in insulin secretion, glycolysis inhibition, and glycogen depletion. Many of these evidences suggest that NaF can induce insulin resistance. Thus, excessive fluoride consumption could worsen health, particularly of diabetic children. Based on that fluoride can interfere in the glucose metabolism, it is important for the second part of this report to determine the acute effect of fluoride on insulin sensitivity and pp185 (IRS-1/IRS-2) phosphorylation in insulin sensitive tissues.Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP

Efeitos decorrentes da ingestão do fluoreto na sensibilidade à insulina e transdução do sinal insulínico

Nos últimos anos tem ocorrido uma redução acentuada nos índices de cárie dentária em diversas regiões do planeta, fato que tem se atribuído ao consumo de produtos fluoretados. Entretanto, o flúor, quando ingerido em excesso, causa intoxicação crônica ou aguda, como a fluorose dentária e distúrbios na homeostase da glicose. As crianças se tornam foco de preocupação, principalmente às portadoras de diabetes mellitus (DM), pois geralmente ingerem grandes quantidades de dentifrício fluoretado durante a escovação, ultrapassando a dose preconizada como limite de ingestão diária de flúor de 0,05 a 0,07mg/F/kg de peso corpóreo. Este trabalho, que foi dividido em duas partes, pretende realizar uma breve revisão de literatura sobre os efeitos decorrentes da ingestão de NaF no metabolismo de carboidratos e avaliar os efeitos da ingestão do fluoreto na sensibilidade à insulina e na transdução do sinal insulínico. A primeira parte, baseada em artigos científicos publicados, procura discorrer sobre os efeitos da ingestão de flúor no metabolismo de carboidratos, na tolerância à glicose e no sinal insulínico, e algumas considerações sobre o diabetes mellitus e sobre as possíveis complicações que a ingestão de NaF pode ocasionar às crianças portadoras desta doença. Estes trabalhos demonstraram que o tratamento agudo ou prolongado com altas doses de fluoreto de sódio interfere na homeostase da glicose. Convém salientar que esta alteração é similar à observada em casos de diabetes mellitus. Além do mais, o flúor quando ingerido em excesso, também ocasiona diminuição da secreção de insulina, inibição da glicólise e depleção de glicogênio. Muitas dessas respostas sugerem que o NaF pode promover resistência à insulina. Portanto, a ingestão em excesso de NaF pode prejudicar a saúde, principalmente de crianças portadora de DM.Over the last few years there has been a significant reduction in the incidence of dental caries in several regions of the world. This has been attributed to the consumption of fluoridated products. However, excess of fluoride intake can cause chronic or acute intoxication, such as dental fluorosis and impaired glucose homeostasis. Concern is focused on children, especially those with diabetes mellitus, because children usually swallow large amounts of fluoridated dentifrice during tooth brushing, in excess of the maximum recommended daily fluoride dose of 0.05 to 0.07 mg/F/kg of body weight. This report, divided into two parts, intends to make a brief literature review about effects of NAF intake on glucose metabolism, and to determine the effects of this intake on insulin sensitivity and insulin signal transduction. The first part, based on published scientific articles, endeavors to describe the effects of NaF intake on glucose metabolism, glucose tolerance and insulin signal, and put forward considerations concerning diabetes mellitus (DM), and the possible complications that NaF intake could cause in children with DM. These reports demonstrated that the acute or chronic treatment with high sodium fluoride dose interferes in glucose homeostasis, resulting in conditions such as hyperglycemia. This alteration is similar to that observed in DM. Furthermore, NaF ingestion in high doses can produce abnormalities in insulin secretion, glycolysis inhibition, and glycogen depletion. Many of these evidences suggest that NaF can induce insulin resistance. Thus, excessive fluoride consumption could worsen health, particularly of diabetic children. Based on that fluoride can interfere in the glucose metabolism, it is important for the second part of this report to determine the acute effect of fluoride on insulin sensitivity and pp185 (IRS-1/IRS-2) phosphorylation in insulin sensitive tissues.Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP