ESS - DM - Bioestatística e Bioinformática Aplicadas à Saúde
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- Hazard analysis and critical control point system: A compliance analysis of food security in PortugalPublication . Pinto, Tatiana Sofia Branco de Sousa; Faria, Brígida Mónica; Reis, Luís PauloAtualmente, a sociedade moderna está mais preocupada e alerta sobreperigos como a falta de segurança, a higiene e o controle de sistemas e serviços que podem afetar o consumidor. O sistema de Análise de Perigos e Ponto de ControloCrítico (HACCP) é baseado numa metodologia preventiva, para evitar potenciais riscos que podem causar danos aos consumidores, eliminando ou reduzindo estes perigos. Este sistema tenta garantir que os alimentos não seguros não sejam disponibilizados ao consumidor. A Autoridade de Segurança Alimentar e Económica (ASAE) é um órgão de polícia criminal especializado nas áreas de segurança alimentar e inspeção económica em Portugal. É responsável pela avaliação e comunicação de riscos na cadeia alimentar, bem como pelo cumprimento legal de atividades económicas nos setores alimentar e não alimentar. O sistema HACCP é reconhecido mundialmente e desenvolvido para evitar riscos potenciais ao consumidorsendo também seguido pela ASAE. A ASAE gera um grande e complexo volume de dados nas diversas inspeções que realiza, na receção de reclamações, na sua classificação, no seu registo e na monitorizaçãoaté o final do processo. Os dados analisados nesta dissertação referem-se a reclamações sobre entidades e pedidos de informações de 2014 a 2018.Nos anos de 2014 a 2018, fazendo uma análise estatística com o Python,pode-se verificarque as reclamações relacionadas ao sistema HACCP são maiores do que em 2014, 2017 e 2018.A percentagem relativa àsegurança alimentar é superior à segurança económicaem três anos,entre 2014 e 2018. Assim sendo, uma vez que o sistema HACCP é responsável por garantir a segurança alimentar, este estudo torna-se relevantedevido à sua análisededados,expressa com medidas estatísticas e visualização gráfica de reclamações relacionadas a este sistema.
- Bayesian pharmacokinetics: Pharmacodynamics modeling & simulationPublication . Mendonça, Verónica Maria Marques; Oliveira, Carla; Silva, Nuno ElvasPara que um fármaco entre no mercado farmacêutico, é necessário realizar estudos que demonstrem a sua eficácia e segurança. Estes estudos permitem estudar interações e influência de determinados fatores fisiológicos (idade, dieta) e patológicos (ex: problemas hepáticos) na absorção do fármaco no corpo humano. A farmacocinética (PK) tem como objetivo o estudo do processo cinético de absorção do fármaco - como também a biotransformação e eliminação, ou seja, estudo o que o corpo faz ao fármaco - usando parâmetros PK para medir a extensão do componente ativo, desde a fase de absorção até ao local de efeito. Por outro lado, a farmacodinâmica (PD) estuda o que o fármaco faz ao corpo (ex: após ocorrer ligação entre o fármaco e o recetor), isto é, estuda o efeito produzido. A análise individual em contraste com análise populacional não tem em conta fatores que podem explicar alguma da variabilidade observada no fármaco. Daí que, a abordagem populacional é muitas vezes útil quando se deseja identificar e quantificar fatores que influenciam o comportamento ou que expliquem a variabilidade (variabilidade inter-sujeitos) numa determinada população de interesse. Pois, é possível estimar o efeito do fármaco desprovido de outros fatores que possam interferir e deste modo estimar a dosagem apropriada a subpopulação específica, tais como crianças e idosos. Para a análise PK/PD usou-se modelo de efeitos fixos e de efeitos mistos não-lineares com recurso à modelação Bayesiana. A modelação Bayesiana é particularmente atraente do ponto de vista biológico, numa vez que permite a incorporação de distribuições informativas prévias. Como também é preferível, do ponto de vista da estimação, pois consegue lidar com um grande número de parâmetros e, com a não-linearidade dos processos cinéticos. Na modelação Bayesiana recorreu-se aos métodos de Markov chain-Monte Carlo, algoritmos que permitem gerar amostras cuja distribuição se vai moldando e estabilizando, à medida que o número de simulações aumenta, em torno de uma distribuição, na qual se estima os parâmetros de interesse com um determinado grau de credibilidade. O estágio na BlueClinical teve como objetivo caracterizar e perceber a análise individual e populacional da farmacocinética/farmacodinâmica para aceder à segurança e eficácia de um fármaco inovador num estudo ficcional de fase I e fase II de ensaios clínicos (conteúdo acedido por Metrum Institute). Assim foi possível explorar diferentes modelos, identificar e validar o modelo que melhor explica o estudo em causa. Neste estudo, conclui-se que o modelo que melhor explica PK/PD é o modelo de dois compartimentos e para modelar os efeitos secundários foi considerado o modelo semi-mecânico de Friberg and Karlsson.
- Assessing functional activity of astrocytes by calcium imaging: how do astrocytes respond to the electrophysiological microenvironmentPublication . Silva, Sara Cristina da Costa e; Aroso, Miguel; Aguiar, Paulo de Castro; Faria, Brígida MónicaApesar de não serem capazes de produzir potenciais de acção, é sabido que os astrócitos integram as sinapses, sendo capazes de detectar e responder a estímulos externos com dinâmicas de cálcio espaciotemporalmente complexas, podendo modelar a transmissão sináptica. O objectivo deste projecto é avaliar as dinâmincas de cálcio dos astrócitos através da modelação do seu microambiente electrofisiológico. Para tal, culturas de astrócitos foram estimuladas recorrendo a ThinMEAs©, monitorizando a actividade de cálcio. Os resultados obtidos demonstraram que os astrócitos respondem a estímulos de ±600mV ou ±800mV, gerando uma onda de cálcio que se propaga para células vizinhas. A amplitude, tempo de subida e velocidade de propagação da onda de cálcio está dependente do estímulo, sendo que um estímulo de maior amplitude resulta numa resposta de maior amplitude, demorando mais tempo a atingir o seu pico máximo mas atingindo distâncias mais longas. Apesar de preliminares, estes resultados indicam que os astrócitos são capazes de detectar e responder a mudanças eléctricas externas. Desta forma, os astrócitos são células electricamente excitáveis, possivelmente através do seguinte mecanismo: a estimulação leva à abertura dos canais de cálcio voltagem-dependentes de maneira dependente da voltagem, que irá sensibilizar o retículo endoplasmático resultando numa cascata de libertação de cálcio, gerando uma onda de cálcio que se irá propagar através de junções comunicantes ou gliotransmissão vesicular.
- Profiling cell response to a novel biomaterial for periodontal tissue regeneration: a proteomic approachPublication . Machado, Cláudia Alexandra Ribeiro; Ribeiro, Cristina; Caldeira, Joana; Castro, LuísaUm dos maiores desafios encontrados na cirurgia maxilofacial envolve o preenchimento de grandes defeitos, sendo necessário um biomaterial moldável, alternativo ao autoenxerto ósseo, que promova não só a formação óssea como também a integração de tecidos moles. O nosso grupo desenvolveu um sistema injetável para regeneração óssea composto por microesferas de HAp ricas em Sr e um veículo de alginato reticulado com Sr. Os resultados obtidos, inspiraram-nos para desenhar um material injetável de bicamada, composto por uma camada inferior, promotora de regeneração óssea e uma camada superior, promotora de integração com tecidos moles. Foram também incorporados no material plasma rico em plaquetas (PRP) e membranas fetais (FMs), dado serem ricos em fatores bioativos. A interface entre camadas manteve-se estável mesmo quando o material foi sujeito a forças de compressão. Verificou-se um aumento do número de células e da atividade metabólica, nas hMSCs e fibroblastos, quando em contacto com FMs, assim como um aumento da capacidade de mineralização das hMSCs. A análise proteómica mostrou que a incorporação de fatores bioativos resultou no enriquecimento de proteínas envolvidas na matrix celular, nos dois tipos celulares. Adicionalmente, foi observado um aumento na diferenciação osteoblástica nas formulações contendo FMs, sendo mais evidente quando associado PRP. Concluindo, este biomaterial apresenta-se promissor para reconstrução maxilofacial.
- In silico screening of antibiotic resistance genes in a genomics library of bacteriophagesPublication . Aguiar, Sara Catarina Leal; Fernandes, Ruben; Baylina, Pilar; Sá, VitorAntibiotic resistance (AR) is a worldwide concern that threatens the effective treatment of infectionsusing antibiotics (1-5). It is known that AR is often mobile between bacteria of different taxonomic and ecological groups by either transformation, conjugation or tranduction (6,7). Here is address the controversial dissemination of AR through the mechanism of transduction by determining the presence of antibiotic resistance genes in bacteriphages genomes through an in silico approach. As such this dissertation presentes the sreening of 4789 antibiotic resistance genes (ARGs) in all 2051 bacteriophages genomes of the order Caudovirales available online using an in silico method of choise, and further intends to discuss the chalanges in the choice as also discuss the pros and limitations of the method chosen. Results determinated the presence of 32 different antibiotic resistance gene famalies in 16 different phage hosts at a 99% confidence interval. Although the results showed strong diversity among the phage genomes where ARGs were found, the impact oh the spread of AR through the transduction mechanism remains unclear. In order to address these questions, further future work can be carried out, although the releance might be also questioned.
- Estudo epidemiológico da incidência e sobrevivência do cancro em pacientes da Região Norte de Portugal e IPO-PortoPublication . Silva, Soraia Alexandra Cardoso da; Antunes, Luís; Oliveira, AlexandraO cancro é um problema de saúde pública mundial. As estatísticas, tanto de incidência como de sobrevivência, são uma ferramenta importante para monitorizar os avanços do controlo do cancro e chamar a atenção para as áreas onde existe necessidade de intervenção. O objetivo deste trabalho foi auxiliar o Registo Oncológico Regional do Norte (RORENO), no sentido de criar as publicações de sobrevivência e incidência com dados dos doentes oncológicos da região norte de Portugal e dos doentes do IPO, pelas quais esta instituição é responsável. Assim sendo, para as publicações de incidência foi utilizado o software Excel tanto para os cálculos como para a criação de tabelas e gráficos necessários. Por sua vez, para o caso das publicações referentes à sobrevivência da doença oncológica, foi utilizado o software R para a análise das sobrevivências e o LATEX para a criação do formato final das publicações. As publicações de incidência, como o próprio nome indica, apresentam o número de casos novos de cancro para o ano em estudo, tanto para os doentes registados na região Norte como também para doentes diagnosticados apenas no IPO-Porto. Por outro lado, para cada uma das publicações de sobrevivência, são apresentados resultados da sobrevivência observada e da sobrevivência “net”. Para a sobrevivência observada foi utilizado o estimador de Kaplan-Meier e para a sobrevivência “net” um estimador recente, designado por Pohar-Perme. Também são apresentadas sobrevivências estratificadas por algumas variáveis: sexo, grupo etário, distrito de residência, extensão da doença e tipo histológico da doença. Além disto, foram calculadas as sobrevivências padronizadas para certos tipos de cancro e realizadas comparações entre curvas de sobrevivência e biénios, utilizando um teste do tipo log-rank para a sobrevivência “net”. Desse modo, no final do estágio foram obtidas duas publicações de incidência, uma direcionada ao estudo de incidência de cancro no Norte de Portugal, no ano de 2012, e outra direcionada à incidência de cancro no IPO do Porto, no ano de 2017. Além destas, foram também obtidas duas publicações relativas ao estudo da sobrevivência da doença oncológica, uma a para região Norte de Portugal e outra para o IPO-Porto, ambas no biénio 2011-2012.
- Exploring biosynthetic pathways and ecological function in Artic Ocean microbiomes; Biosynthetic gene clusters; Nitrogen transformation; Biotechnological applicationPublication . Silva, Cláudia Andreia Oliveira da; Magalhães, Catarina; Leão, Pedro; Fernandes, RúbenThe Arctic Ocean microbiome represents a rich source of metabolic functions that may include key biogeochemical transformations (e.g. nitrogen cycle) as well as pathways involved in the production of secondary metabolites associated with coping strategies. There is still an absence of studies investigating the metabolic and taxonomic link between microorganisms that are implicated in key ecological functions, such as nitrogen transformations, and microbial biosynthetic pathways. This study aims to fill this knowledge gap by studying the distribution of biosynthetic gene clusters (BGCs) and nitrogen cycle genes in metagenomes collected from the Arctic Ocean. Through metagenomic analysis, a total of 99 genomes obtained from metagenomes (MAGs) were recovered and evaluated at the taxonomic and functional level. Several BGCs were identified, with Terpenes being the most abundant class. The recovered BGCs are distributed by ten phyla of the Bacteria and Archaea domains, but Proteobacteria, Actinobacteria and Bacteroidetes stood out as the most prolific, with BGCs associated with the production of new compounds. Analysing the 7 most complete MAGs, some revealed the presence of genes associated with nitrogen transformation. These results suggest that microorganisms involved in the denitrification process also have potential in terms of the production of secondary metabolites with possible biotechnological applications. Although the possible link between these two metabolic pathways is still unknown, the microbiological diversity and functional richness of the Arctic Ocean is emphasized in this project.
- Mathematical modeling for pharmacological approaches directed to metabolic pathways in "diabetic paradox" in prostate cancerPublication . Santos, Inês Ribeiro da Silva de Lima; Fernandes, Rúben; Alves, Marco; Baylina, PilarObesity and diabetes are two metabolic risk factos for cancer. However, there is a metabolic paradox in prostate cancer in which diabetes appears to protect the patient form this type of cancer. The current study aims to develop explanatory models of this contradiction utilizing prostate cancer cell lines, PC3 and LNCaP, in contrast to the metabolismo of normal prostate cells, using bioinformatics methods (HPEpiC). Two of the major routes of prostate metabolism, glycolysis and gluconeogensis, were mathematically manipulated in this study. This mathematical model offers unique and revolutionary implications in personalized medicine since it predicts the Effect, therapeutic dose, and efficacy of medications in varied conditions of the tumor microenvironment and the patient’s metabolismo. As na illustration od the model’s usefulness, a novel anti-tumor drug in the clinical trials phase, 3-bromopyruvate, which has the modeled metabolic pathways as a therapeutic target, was employed. The efficacy od 3-bromopyruvate was investigated, and the IC50 was found to be capable of significantly inhibiting tumor cell lines. When compared to basal metabolismo, its IC50 delayed glycolytic metabolismo by 12 minutes. As a result, the diabetic environment has a slowing Effect on glycolytic metabolismo. The obese environment had no significant diferences in this form os cancer as compared to the healthy environment. Tha value of mathematical modeling is clear, as the Effect of anew drug on metabolismo may be computer evaluated and used as a novel tool to provide a tailored approach to each patient.
- Sleep quality of drivers: a study based on self-perceived and sleep companions feedbackPublication . Lopes, Tatiana Donai; Faria, Brígida Mónica; Oliveira, Alexandra Alves; Pimenta, RuiSleep is a crucial biological need for all individuals, being reparative on a physical and mental level. Driving heavy vehicles is a task that requires constant attention and vigilance, and sleep deprivation leads to behavioral and physiological changes that can develop sleep disorders that can put lives at risk. The main objective of this study is to analyse he sleep quality, excessive daytime sleepiness, circadian preference, and risk of suffering from obstructive sleep apnea in a population of portuguese of drivers. I tis also of interest to analyse and compare the ansewers given by the drivers companions to the complementary questionnaire of the Pittsburgh Sleep Index, in order to better understand self-perceived sleep. To fulfill the mentioned objectives, the flowing validated and translated to Portuguese questionnaires were also applied: Epworth Sleepiness Scale, Morningness-Eveningness, Stop-Bang Questionnaires, The Pittsburgh Sleep Index, and the Satisfaction alertness Timing Efficiency Durations. These questionnaires wre answered by 43 Portuguese drivers between 23 na d63 years old. The obtained results indicated that the older drivers tend to experience excessive daytime sleepiness (8±3; p=0.003). Regarding sleep quality, the majority of the drivers were classified with poor sleep quality (69.76%). These results allowed to infer the association between the self-perceived sleep of the drivers, and the sleep that their sleep partner perceive regarding the drivers sleep and snoring habits (α=0.10; p=0.09) and the excessive sleepiness that the drivers have while driving (α=0.05; p=0.05). Taking into consideration the circadian preferences, it was possible to conclude that the drivers of this sample have na indiferente circadian preference. Regarding perceived sleep health, the results showed that the drivers who do small courses have a worse self-perception of sleep health (22.28±5.17; p<0.01). Therefore, i tis importante to implemente prevention programs, which understand the basic rules for better sleep quality, as well as the treatment of sleep disorders in order to minimize the conequences that they entail.
- Applications of knowledge discovery for COVID-19 pandemic studyPublication . Correia, Cláudio Lima; Faria, Brígida Mónica; Fernandes, RúbenThe outbreak of tfe Severe Acute Respiratory Syndrome – Coronavirus 2 (SARS-CoV-2) – also known as COVID 19 has brought global insecurity and fear to our society. Every country in the worl figts together against the spread of this deadly disease with joining efforts. Among the standard models for COVID-19 global pandemic prediction, simple epidemiological and statistical models have received more attention from authorities, wich are popular in the media.Officials around the world are using several outbreak prediction models for COVID-19 to make informe decisions and enforce relevant control measures. Due to a high level of uncertainty and lack of essential data, standard models have shown low accuracy for long-term prediction. This work aims to show na explaratory data analysis od COVID-19 worlwide to understand the real threats and the subsequente planning of containment/mitigation actions. The machine learning models were used to study and understand the everyday exponential bahavior of the COVID-19 across the nations using real-time information from johns Hopkins University and, in particular, in Portugal, with real-time information from Portugal Health Ministry to predict future reachability. In this work, modeling diferente algorithms and evaluating their performance. These algorithms are Polynominal Regression, Support Vector Regression. For the Portuguese dataset, we modeled and evaluated the following algoritms’ performance: Linera Regression, Plynominal Regression, Support Vector Regression, Multilayer Perceptron, and Poly-MultilayerPerceptron. This work also compares three different countries (but very similar – Portugal, Spain and Italy). In the particular case of Portugal, the containment/mitigation actions used by the portuguese government were explored. A comparative analysis was also caried out between Portugal, Spain, and Italy, since the first reported case, in each country, over two months. We also study the effectiveness of mitigation measures, defined by the Portugues government, carried out by the health authorities and my fellow citizens. In the worldwide prediction of the first wave of COVID-19, the best model is the Polynominal Regression model (R-squared – 0.787, MAE – 540.39, RMSE – 782.14, nd the execution time is 0.16s), and in the second wave, the best model is Support Vector Regression (R-squared – 0.996, MAE – 17.41, RMSE 18.98, and the execution time is 0.35s). In the portuguese predictions of COVID-19 (diferente waves), the best model are Polynominal Regression, Multlayer Perceptron, and Poly-MultilayerPerceptron prediction models. In comparing three diferent countries (Portugal, Spain, and Italy), Portugal had the best performance in the testing and mitigation policies. In the study of effectiveness of mitigation measures, defined by the Portuguese government, as soon as the implementation of mitigation measures mores effective are the result of mitigation of the disease.
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