Marine and Environmental Sciences Centre

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The effect of riparian forest on landscape connectivity for the EPT community across European regions

Publication . Peredo Arce, Andrés; Kail, Jochem; Tasser, Erich; Feio, Maria João; Palt, Martin; Schletterer, Martin

Ephemeroptera, Plecoptera and Trichop- tera are three orders of freshwater macroinvertebrates with a short terrestrial adult life-stage that they use to disperse by flying upstream. This aerial dispersal can be assisted by native riparian forest, but regional variation has not yet been empirically tested. In this study we compared the EPT community of 153 sampling sites located in freshwater streams in four European regions (Central Plains, Central Highlands, Alps, Iberia). In each site, we assessed the EPT com- munity dispersal ability using the Species Flying Pro- pensity index. We also calculated the native decidu- ous forest cover in the riparian buffer and several environmental stressors such as saprobic pollution or catchment anthropization. Finally, we tested which of these parameters have a significant effect on the EPT community. In the Central Highlands and in Iberia, the share of weak dispersers increased with native deciduous forest cover, indicating a positive effect on dispersal of EPTs. In the Central Plains and the Alps, no such effect was found. We conclude that the effect of native deciduous forest depends on regional land- scape characteristics and the regional species pool, but considering the dispersal of the regional EPT communities is needed to create effective river man- agement policies.

2023Journal article

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Ecotoxicological effects of the anionic surfactant Sodium Dodecyl Sulfate (SDS) in two marine primary producers: Phaeodactylum tricornutum and Ulva lactuca

Publication . Cruz de Carvalho, Ricardo; Feijão, Eduardo; Matos, Ana; Cabrita, Maria Teresa; Utkin, Andrei; Novais, Sara; Lemos, Marco; Caçador, Isabel; Marques, João; Reis-Santos, Patrick; Fonseca, Vanessa; Duarte, Bernardo

Sodium Dodecyl Sulfate (SDS) is an anionic surfactant, extensively used in detergents, household and personal care products, as well as in industrial processes. The present study aimed to disclose the potential toxicological effects of SDS exposure under environmentally relevant concentrations (0, 0.1, 1, 3, and 10 mg L−1 ) on the physiology and biochemistry (photosynthesis, pigment, and lipid composition, antioxidative systems, and energy balance) of two marine autotrophs: the diatom Phaeodactylum tricornutum and the macroalgae Ulva lactuca. A growth rate (GR) reduction in P. tricornutum was observed with a classic dose-response effect towards the highest applied concentration, while a GR increase occurred in U. lactuca. Regarding photochemistry, the decrease in the fluorescence of the OJIP curves and laser-induced fluorescence allowed a better separation between SDS treatments in U. lactuca compared with P. tricornutum. Although all pigments significantly decreased in U. lactuca at the highest concentrations (except for antheraxanthin), no significant variations occurred in P. tricornutum. On the other hand, changes in fatty acid content were observed in P. tricornutum but not in U. lactuca. In terms of classical biomarker assessment, a dose-effect relationship of individual biomarkers versus SDS dose applied; U. lactuca displayed a higher number of biomarker candidates, including those in distinct metabolic pathways, increasing its usefulness for ecotoxicological applications. By evaluating the potential application of optical and biochemical traits, it was evident that the fatty acid profiles of the different exposure groups are excellent candidates in P. tricornutum, concomitant with the characteristics of this anionic surfactant. On the other hand, the results presented by laser-induced fluorescence and some parameters of PAM fluorometry in U. lactuca may be an advantage in the field, offering non-invasive, fast, easy-to-use, high-throughput screening techniques as excellent tools for ecotoxicology assessment.

2022Journal article

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Investigations of Olive Oil Industry By-Products Extracts with Potential Skin Benefits in Topical Formulations

Publication . Nunes, Andreia; Gonçalves, Lídia; Marto, Joana; Martins, Ana; Silva, Alexandra N.; Pinto, Pedro; Martins, Marta; Fraga, Carmo; Ribeiro, Helena

The by-products of olive oil industry are a major ecological issue due to their phenolic content, highly toxic organic load, and low pH. However, they can be recovered and reused, since their components have antioxidant, anti-inflammatory, and photoprotector properties. In this work, oil-in-water creams containing three different olive oil industry by-products extracts were produced without the use of organic solvents. First, the extracts were thoroughly characterized in vitro for cytotoxicity, inhibition of skin enzymes, and antioxidant and photoprotection capacities. Safety studies were then performed, including ocular and skin irritation tests, ecotoxicity evaluation, and in vivo Human Repeat Insult Patch Test. The results obtained in this initial characterization supported the incorporation of the extracts in the cream formulations. After preparation, the creams were characterized for their organoleptic, physicochemical, droplet size and rheological properties, and microbial contamination. The results showed that all formulations were semi-solid creams, with stable pH, compatible with the skin, without microbial contamination, and with the expected droplet size range. The rheological analysis showed shear-thinning behavior with yield stress, with the viscosity decreasing with increasing shear rate. The oscillatory results suggest that the creams have a strong network structure, being easily rubbed into the skin. Finally, compatibility, acceptability and antioxidant efficacy were evaluated in vivo, in human volunteers. No adverse reactions were observed after application of the formulations on skin and the cream with the highest concentrations of phenolic compounds showed the highest antioxidant efficiency. In conclusion, the results suggest that olive oil industry by-products extracts have valuable properties that favor their re-use in the cosmetic industry. The example presented here showed their successful incorporation into creams and their impact in these formulations’ appearance, pH, and rheological performance, as well as their in vivo compatibility with skin and antioxidant efficiency.

2021-03Journal article

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Production of human milk fat substitutes by lipase-catalyzed acidolysis: immobilization, synthesis, molecular docking and optimization studies

Publication . Soares, Cleide M. F.; Barbosa, Milson S.; Santos, Samuel B.; Mattedi, Silvana; Lima, Álvaro S.; Pereira, Matheus M.; Tecelão, Carla; Ferreira-Dias, Suzana

Human milk fat (HMF) triacylglycerols (TAGs) mainly contain palmitic acid esterified at the sn-2 position while oleic and other unsaturated fatty acids are located at positions sn-1,3. This study aimed at the production of HMF substitutes (HMFS) by lipase-catalyzed acidolysis of tripalmitin with oleic acid, in a solvent-free medium. Burkholderia cepacia lipase (BCL) was immobilized in silica (prepared with protic or aprotic ionic liquids) by covalent binding or encapsulation and used as biocatalyst. The supports and immobilized biocatalysts were characterized by FTIR, TGA, and SEM. Molecular docking analysis showed that BCL preferentially attacks oleic acid rather than tripalmitin, due to the lower free energy of hydrophobic binding with this acid (􀀀6.5 kcal mol􀀀1) than with tripalmitin (5.4 kcal mol􀀀1). Therefore, the tripalmitin attack by BCL and subsequent HMFS production only occurs after the binding to most of the oleic acid molecules. The highest acidolysis activity was obtained with BCL immobilized by covalent binding in prepared silica with aprotic ionic liquid. A central composite rotatable design, as a function of temperature (58–72 C) and oleic acid/tripalmitin molar ratio (MR = 2:1–6.8:1), was performed for acidolysis optimization. Under optimized conditions (58 C and MR = 4:1 or 60 C and MR = 2:1), the oleic acid incorporation of 28 mol.% was achieved after 48 h.

2023-05Journal article

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Cytotoxicity of marine fungi extracts on colorectal cancer cells and related mechanisms of action

Publication . Atalaia, Mariana Ramos da Costa; Alves, Celso; Rodrigues, Cecília Maria Pereira

O cancro colorretal (CRC, do inglês colorectal cancer) é o terceiro tipo de cancro com maior incidência sendo responsável por 10% dos diagnósticos e por 9% das mortes associadas. Apesar da existência de uma abordagem terapêutica multidisciplinar intensiva, somente 60% dos pacientes ocidentais consegue atingir a meta dos 5 anos de sobrevivência. A resistência aos regimes terapêuticos é uma ocorrência frequente em quimioterapia podendo ser hereditária ou desenvolvida pelas células cancerígenas por estas após exposição aos fármacos. Estas células também podem desenvolver uma múltipla resistência, a nível estrutural e funcional, a diversos fármacos em simultâneo. Esta problemática é bastante complexa de solucionar devido à heterogeneidade populacional e sub-populacional dos tumores, os quais apresentam diferentes características genéticas e epigenéticas promovendo a agressividade do mesmo. Outras estratégias de resistência consistem na transição epitelial para mesenquimal, desregulação de importantes vias de sinalização, resistência metabólica, mutações adquiridas, evasão da apoptose, ativação de resposta a danos de ADN, assim como readaptações nas células estaminais cancerígenas (CSC, do inglês cancer stem cells). As CSCs são caracterizadas por uma distinta capacidade de autorrenovação, associada à sua tumorigénese. Esta população específica de células faz parte do microambiente tumoral, participando na intercomunicação com as células vizinhas. Estas interações têm como objetivo recrutar e regular os componentes celulares do microambiente tumoral e reestruturar os constituintes da matriz extracelular. Assim, são reunidos os fatores necessários ao desenvolvimento do tumor através do aprimoramento das propriedades intrínsecas das CSCs, como estaminalidade, sobrevivência, capacidade angiogénica, transição epitelial-mesenquimal e metastática. Como tal, o desenvolvimento de novas abordagens terapêuticas, incluindo fármacos com mecanismos de ação distintos é da maior importância. O ambiente marinho, com uma elevada diversidade biológica e química, tem demonstrado ser uma fonte singular de novos metabolitos com características químicas incomuns, distintas e únicas, exibindo novos mecanismos de ação. Os referidos compostos são chamados de metabolitos secundários e estão distribuídos por diferentes classes químicas, tais como alcalóides, terpenóides, esteróides, policetídeos, açúcares, peptídeos, derivados do ácido chiquímico e uma infinidade de outros metabolitos. Estes produtos naturais são comumente produzidos pelos organismos marinhos como resposta a diferentes pressões relacionadas com fatores bióticos e abióticos, como variações de salinidade, pressão e temperatura, exposição à luz ultravioleta, mas também como resposta face à competição pelo espaço, predação, reprodução entre outros. Por este motivo, de entre os organismos marinhos, os vi invertebrados sésseis e os seus microorganismos simbiontes são apontados como importantes alvos de pesquisa farmacológica devido à sua necessidade de readaptação constante a estes fatores. Estudos anteriores sugerem a relação simbiótica entre fungos marinhos e outras espécies de organismos como responsáveis pela produção destes compostos bioativos, pois muitas vezes estes microrganismos são encontrados, como endófitos, em relações simbióticas com, principalmente, invertebrados sésseis. Compostos isolados a partir destes organismos têm sido associados a atividades antibacterianas, antivirais, antifúngicas e anticancerígenas, entre outras. Com a presente dissertação pretendeu-se avaliar o potencial citotóxico de extratos de fungos, isolados do ambiente marinho da costa portuguesa, em diferentes modelos celulares do CRC, mas também tentar compreender os seus mecanismos de ação. Mais especificamente, quatro espécies de fungos isolados do ambiente marinho (Aspergillus pseudoglaucus, Aspergillus chevalieri, Aspergillus fructus e Lindra obtusa) foram cultivadas. De seguida a citotoxicidade dos seus extratos foi avaliada em modelos 2D e num modelo de esferóides de CRC enriquecido em CSCs e, por fim, os efeitos em biomarcadores relacionados com o stress oxidativo, disfunção mitocondrial e apoptose foram avaliados. A biomassa dos fungos foi sujeita a uma extração líquido/ líquido com acetato de etilo obtendose rendimentos entre os 10 e os 82% sendo o mais alto proveniente da espécie Aspergillus chevalieri. Após esta extração, foi realizado um screening em duas linhas celulares de CRC (HCT-15 e Caco-12) e uma linha celular não-tumoral de fibroblastos do cólon (Ccd-18CO) através da avaliação do metabolismo de MTT. O extrato Aspergillus pseudoglaucus foi o mais citotóxico (IC50: 27.93 µg/mL) nas células cancerígenas, enquanto, na linha celular nãotumoral Ccd-18CO, não houve uma sensibilidade significativa à exposição ao extrato nas dosagens testadas. A partir deste screening, a linha celular que se mostrou mais sensível à atividade dos extratos, HCT-15, e o extrato que demonstrou ter uma atividade citotóxica mais marcada, Aspergillus pseudoglaucus, foram selecionados para os ensaios subsequentes. O extracto Aspergillus pseudoglaucus, induziu um aumento da morte celular, na linha HCT15, nos tempos de incubação mais longos (72h, 48h e 24h) sendo que, tais observações, foram corroborados através da diminuição da hidrólise de calceína-AM e do aumento da libertação de LDH. Para além disso, foram avaliados vários marcadores relacionados com a apoptose como o potencial da membrana mitocondrial, produção de espécies reativas de oxigénio e a atividade da caspase-3. Verificou-se um aumento no potencial da membrana mitocondrial de forma dependente da dose do extrato a partir das 3 horas após a incubação sendo que tal efeito foi- vii se perdendo nos tempos de incubação mais longos, possivelmente refletindo uma resposta adaptativa. A tendência para um aumento na produção de espécies reativas de oxigénio foi evidente após as 6 e as 3 horas de incubação. A tendência para um aumento na atividade de caspase-3 foi clara tanto à concentração de IC50 como à metade do IC50, ao fim de 12 horas de exposição ao extrato. A capacidade citotóxica do extrato Aspergillus pseudoglaucus foi também avaliada na linha celular de CRC HCT116 numa cultura celular 2D de monocamada, através do metabolismo de MTS, e num modelo 3D de tumoresferas enriquecidas em CSCs utilizando o metabolismo de ATP. Comparando os dois modelos celulares, foi observável uma melhor atividade do extrato nos esferoides enriquecidos em CSCs, já que o valor IC50 obtido foi 2.84 µg/mL (95% IC = 2.14 – 3.74), enquanto no modelo tradicional 2D, o valor obtido foi de 43.04 µg/mL (95% IC = 26.91 – 55.89). Os resultados mostraram ainda uma redução na área dos esferoides através da ação do extrato Aspergillus pseudoglaucus. De seguida, de modo a confirmar que o mecanismo de ação do extrato Aspergillus pseudoglaucus tinha por base a via da apoptose, as células HCT116 foram co-incubadas com um inibidor de apoptose, Zvad. Com este inibidor foram realizados ensaios de citotoxicidade e viabilidade celular, mas também de fragmentação nuclear e de ADN, após exposição à concentração de IC50 e a metade do IC50 do extrato. Na presença do inibidor Zvad, foi observada uma tendência para a redução na fragmentação de DNA e na morte celular sendo possível deduzir que a apoptose pode ter um papel importante na morte celular causada pelo extrato. Os objetivos principais desta dissertação de mestrado foram compridos já que o potencial citotóxico das espécies Aspergillus pseudoglaucus, Aspergillus chevalieri, Aspergillus fructus e Lindra obtusa, derivadas do ambiente marinho, foram avaliadas em diferentes linhas celulares de CRC, mas também numa linha celular não tumoral do colon. Para além disso, os dados obtidos sugerem o possível envolvimento da produção de ROS, alterações na MMP e da ativação da Casp3 na citotoxicidade mediada pelo extrato de Aspergillus pseudoglaucus. Foi observada uma possível maior especificidade do extrato no modelo de esferoides de CRC enriquecido em CSCs em relação ao modelo 2D de células HCT116. O envolvimento da apoptose observada também pode ser observado através da co-incubação com inibidor de apoptose Zvad. Estes resultados sugerem que o extrato Aspergillus pseudoglaucus ativa a via de sinalização da apoptose com uma possível maior especificidade para as CSCs. Estes resultados enaltecem o potencial do extrato Aspergillus pseudoglaucus como fonte de compostos citotóxicos para o desenvolvimento de novos agentes terapêuticos para o tratamento do CRC.

2023-12-19Master thesis

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