Research in infection biology aims to understand the complex nature of host–pathogen interactions. While this knowledge facilitates strategies for preventing and treating diseases, it can also be intentionally misused to cause harm. Such dual-use risk is potentially high for highly pathogenic microbes such as Risk Group-3 (RG3) bacteria and RG4 viruses, which could be used in bioterrorism attacks. However, other pathogens such as influenza virus (IV) and enterohemorrhagic Escherichia coli (EHEC), usually classified as RG2 pathogens, also demonstrate high (...) dual-use risk. As the currently approved therapeutics against these pathogens are not satisfactorily effective, previous outbreaks of these pathogens caused enormous public fear, media attention and economic burden. In this interdisciplinary review, we summarize the current perspectives of dual-use research on IV and EHEC, and further highlight the dual-use risk associated with evolutionary experiments with these infectious pathogens. We support the need to carry out experiments pertaining to pathogen evolution, including to gain predictive insights on their evolutionary trajectories, which cannot be otherwise achieved with stand-alone theoretical models and epidemiological data. However, we also advocate for increased awareness and assessment strategies to better quantify the risks-versus-benefits associated with such evolutionary experiments. In addition to building public trust in dual-use research, we propose that these approaches can be extended to other pathogens currently classified as low risk, but bearing high dual-use potential, given the particular pressing nature of their rapid evolutionary potential. (shrink)

Living organisms act as integrated wholes to maintain themselves. Individual actions can each be explained by characterizing the mechanisms that perform the activity. But these alone do not explain how various activities are coordinated and performed versatilely. We argue that this depends on a specific type of mechanism, a control mechanism. We develop an account of control by examining several extensively studied control mechanisms operative in the bacterium E. coli. On our analysis, what distinguishes a control mechanism from other (...) mechanisms is that it relies on measuring one or more variables, which results in setting constraints in the control mechanism that determine its action on flexible constraints in other mechanisms. In the most basic arrangement, the measurement process directly determines the action of the control mechanism, but in more complex arrangements signals mediate between measurements and effectors. This opens the possibility of multiple responses to the same measurement and responses based on multiple measurements. It also allows crosstalk, resulting in networks of control mechanisms. Such networks integrate the behaviors of the organism but also present a challenge in tailoring responses to particular measurements. We discuss how integrated activity can still result in differential, versatile, responses. (shrink)

The Protein Ontology (PRO) provides a formal, logically-based classification of specific protein classes including structured representations of protein isoforms, variants and modified forms. Initially focused on proteins found in human, mouse and Escherichia coli, PRO now includes representations of protein complexes. The PRO Consortium works in concert with the developers of other biomedical ontologies and protein knowledge bases to provide the ability to formally organize and integrate representations of precise protein forms so as to enhance accessibility to results (...) of protein research. PRO (http://pir.georgetown.edu/pro) is part of the Open Biomedical Ontologies (OBO) Foundry. (shrink)

I consider three explanatory strategies from recent systems biology that are driven by mathematics as much as mechanistic detail. Analysis of differential equations drives the first strategy; topological analysis of network motifs drives the second; mathematical theorems from control engineering drive the third. I also distinguish three abstraction types: aggregations, which simplify by condensing information; generalizations, which simplify by generalizing information; and structurations, which simplify by contextualizing information. Using a common explanandum as reference point—namely, the robust perfect adaptation of chemotaxis (...) in Escherichia coli—I argue that each strategy invokes a different combination of abstraction types and that each targets its abstractions to different mechanistic details. (shrink)

This paper adds to the philosophical literature on mechanistic explanation by elaborating two related explanatory functions of idealisation in mechanistic models. The first function involves explaining the presence of structural/organizational features of mechanisms by reference to their role as difference-makers for performance requirements. The second involves tracking counterfactual dependency relations between features of mechanisms and features of mechanistic explanandum phenomena. To make these functions salient, we relate our discussion to an exemplar from systems biological research on the mechanism for countering (...) heat shock—the heat shock response system—in Escherichia coli bacteria. This research also reinforces a more general lesson: ontic constraint accounts in the literature on mechanistic explanation provide insufficiently informative normative appraisals of mechanistic models. We close by outlining an alternative view on the explanatory norms governing mechanistic representation. (shrink)

PUERPÉRIO EM BOVINOS -/- INTRODUÇÃO -/- O puerpério é definido como o período entre o parto e a apresentação do primeiro estro fértil. Dois processos ocorrem durante o puerpério: a involução uterina e o início da atividade ovariana pós-parto. Em vacas leiteiras, os cuidados médicos pós-parto são essenciais nos programas de manejo, uma vez que as patologias uterinas são diagnosticadas e tratadas nesse período para que a vaca esteja em ótimas condições para ser inseminada, uma vez terminado o período de (...) espera voluntário. -/- 4.1 Involução uterina -/- O útero após o parto sofre modificações macroscópicas e microscópicas, até atingir as características de um útero não gestante, o que leva de 30 a 45 dias. O peso e o tamanho pós-parto diminuem rapidamente como consequência da atrofia das fibras musculares; por necrose das carúnculas e por eliminação de líquidos. Ao mesmo tempo em que o útero diminui de tamanho, o endométrio passa por um processo regenerativo para poder hospedar uma nova gestação. -/- A involução é promovida pelas contrações uterinas, que facilitam a eliminação de fluidos e dejetos e reduzem o tamanho do útero. As contrações são causadas pela secreção contínua de PGF2α, de origem uterina, e pela ocitocina secretada durante a amamentação. A PGF2α é secretada durante as primeiras 3 semanas pós-parto e seu envolvimento é considerado necessário para que a involução uterina ocorra normalmente. -/- Durante a involução uterina, as secreções conhecidas como lóquios, que são formadas por restos de membranas, carúnculas, fluidos fetais e sangue, são derramadas pela vagina. Essas secreções variam da cor vermelha ao marrom, têm consistência viscosa e são inodoras. A maioria dos lóquios é descartada durante os primeiros 15 dias após o parto e, em seguida, praticamente desaparece, exceto em casos de involução uterina anormal, quando o útero continua a derramar fluidos de consistência, cor e odor diferentes (figura 1). -/- Figura 1: O útero após o parto sofre alterações macroscópicas e microscópicas, até atingir as características de um útero não grávido, o que leva de 30 a 45 dias. -/- Antes do parto, o útero é estéril, pois é protegido da contaminação bacteriana pelo colo do útero ou cérvix. Durante e após o parto, essa barreira física desaparece e o útero é invadido por bactérias que se encontram no meio ambiente, pele e fezes, ou que são introduzidas durante a assistência ao parto. Além disso, a capacidade funcional dos fagócitos uterinos é baixa após o parto, o que contribui para o estabelecimento de infecções. Cerca de 95% das vacas desenvolvem infecções uterinas durante a involução, e uma alta porcentagem de vacas as eliminam por meio de mecanismos naturais. -/- Os mecanismos de defesa uterinos são constituídos pelas barreiras anatômicas (vagina, vulva e cérvix); fatores fisiológicos (produção de muco na vagina e cérvix); fagocitose promovida por neutrófilos, que migram da circulação geral para o útero; pela produção de substâncias inespecíficas, que inibem o crescimento bacteriano e favorecem a eliminação de microrganismos. A capacidade de eliminar bactérias do útero é determinada pelos hormônios ovarianos (progesterona e estrogênios); durante o diestro, a progesterona reduz a migração de neutrófilos, suprime o sistema imunocompetente, fecha o colo do útero e causa atonia uterina, resultando em aumento da suscetibilidade à infecção. Ao contrário, durante a fase folicular do ciclo estral (proestro e estro), o estradiol promove a migração de neutrófilos, abre a cérvix e aumenta o tônus uterino, o que facilita a eliminação de agentes infecciosos. Além disso, a atividade dos neutrófilos é afetada pelas deficiências antioxidantes e pela profundidade do balanço energético negativo. -/- 4.2 Anormalidades do puerpério -/- Após o parto, ocorrem algumas patologias que retardam a involução uterina e, consequentemente, afetam o intervalo entre o parto e o primeiro serviço. -/- 4.2.1 Retenção da placenta -/- A placenta é eliminada dentro de 12 horas após o parto; a retenção da placenta por mais de 24 horas é considerada uma patologia. A retenção placentária (RP) é uma alteração frequente do puerpério, que deve ser considerada como um sinal clínico de várias condições que podem ter origem infecciosa (aborto), metabólica (hipocalcemia, cetose, síndrome do vaca gorda), deficiências nutricionais (selênio e vitamina E) e erros de manejo (demasiada intervenção no parto). -/- A incidência de RP varia de 5 a 15% e depende, em grande parte, do estado de saúde e do manejo do rebanho. A RP é o principal fator de risco para infecções uterinas (metrite puerperal, metrite, endometrite e endometrite subclínica); também causa atraso no período entre o parto e a concepção e está associada à redução do percentual de concepção no primeiro serviço. -/- Em termos econômicos, determinou-se que a RP causa perdas significativas principalmente devido aos custos de serviços médicos, aumento da taxa de eliminação e diminuição da fecundidade. Além disso, vacas com retenção placentária produzem 355 kg a menos de leite durante os primeiros 60 dias do que vacas que não apresentam esta patologia (figuras 2 e 3). -/- 4.2.2 Patogenia -/- A placenta está ligada ao endométrio pelas vilosidades coriônicas, que estão ligadas às carúnculas (junção carúncula-cotilédone). A união entre essas estruturas é favorecida por um fluido adesivo formado por colágeno e outras proteínas. Antes e durante o trabalho de parto, observa-se um aumento da atividade das enzimas proteolíticas (colagenase, talvez a mais importante), que são responsáveis por separar o cotilédone da carúncula. Posteriormente, a placenta é removida mecanicamente por contrações uterinas após o parto do feto. -/- A etiologia e patogênese da retenção placentária não são conhecidas. Uma explicação proposta é que isso se deve a uma falha dos mecanismos proteolíticos responsáveis pela separação do cotilédone da carúncula. Foi observado que a atividade da colagenase no cotilédone é maior em vacas que não retêm placenta do que naquelas que a retêm. Propõe-se que alguns fatores de risco para retenção placentária possam estar atuando na redução da atividade da colagenase. Por outro lado, as condições inflamatórias na junção carúncula-cotilédone de origem infecciosa também impedem a separação da placenta. -/- Figura 3: Vaca com retenção placentária. -/- Figura 2: Vaca com retenção placentária. Em rebanhos comerciais, 5 a 15% das vacas retêm a placenta. -/- 4.2.3 Tratamento -/- Existem vários tratamentos, como a remoção manual da placenta em combinação com a aplicação local de antibióticos (infusões intrauterinas) e a administração de produtos hormonais (ocitócicos e PGF2α). A eficácia desses tratamentos é discutível. -/- A remoção manual da placenta é o tratamento mais popular; entretanto, não é a melhor, pois causa danos ao endométrio, que variam de leve sangramento a hematomas, mesmo quando não há evidências externas. Além disso, a remoção manual diminui a capacidade fagocítica dos leucócitos uterinos, resultando em metrite mais grave, maior atraso na involução uterina e baixo desempenho reprodutivo. -/- Outro tratamento consiste em cortar a placenta ao nível da vulva. Posteriormente, quando a placenta se separa das carúnculas, devido ao processo de decomposição do tecido, uma leve tração da vulva é suficiente para retirá-la, sem consequências. Essas vacas devem ser observadas quanto à febre e imediatamente integradas ao programa de check-up pós-parto, pois certamente desenvolverão metrite ou endometrite. A administração de antibióticos, tanto nos casos de retirada manual como naqueles em que a placenta é cortada, depende do estado geral da vaca. Deve-se sempre ter em mente que a RP é o principal fator de risco para metrite, portanto as vacas devem ser observadas para detectar prontamente aquelas que apresentam febre. Os antibióticos devem ser considerados para inibir a putrefação das membranas fetais, o que pode atrasar sua expulsão. No caso de opção pela administração de antibióticos, deve-se optar pela via parenteral em vez da intrauterina, pois esta causa irritação do endométrio, que está associada à baixa fertilidade (figura 4). -/- Outros tratamentos são baseados na administração de hormônios que estimulam a mobilidade uterina (ocitocina, estrogênios e PGF2α); entretanto, não há evidências clínicas que demonstrem sua eficácia; além disso, a causa menos frequente de RP é a incapacidade mecânica do útero de expelir a placenta. -/- 4.2.4 Prevenção -/- As estratégias de prevenção dessa patologia devem ter como objetivo reduzir a influência dos fatores de risco para RP. Assim, a incidência de abortos deve ser reduzida por meio de programas eficazes de vacinação e biossegurança; deve-se evitar períodos de seca muito longos para que as vacas não cheguem obesas ao parto; intervir o mínimo possível nos partos, e se atendido, deve ser feito com medidas de higiene rígidas; oferecer sais minerais de boa qualidade e administrar antioxidantes antes do parto (vitamina E, selênio e betacarotenos; tabela 1). -/- Figura 4: A placenta não deve ser removida inserindo a mão na vagina. É aconselhável aguardar a autólise (48 horas) e removê-la por leve tração. -/- Tabela 1: Incidência de retenção na membrana fetal (RMF), metrite hemorrágica (HM), metrite purulenta (PM) e puerpério anormal (PA) em vacas leiteiras tratadas com selênio e vitamina E nos dias 60, 21 antes do parto e 30, 90 pós-parto (grupo pré-pós-parto) e 21 dias pré-parto (grupo pré-parto) e testemunhas. -/- Laterais diferentes na mesma coluna indicam diferença estatística (P < 0,05). Adaptado de RUIZ et al., 2008. -/- 4.3 Infecções uterinas -/- Cerca de 95% das vacas desenvolvem infecção uterina durante os primeiros dias pós-parto; no entanto, a maioria elimina infecções por meio de seus mecanismos de defesa e apenas 30 a 50% delas desenvolvem metrite ou endometrite nas primeiras três semanas. As bactérias mais frequentes encontradas em processos inflamatórios no útero são: Arcanobacterium pyogenes (antes Actinomyces pyogenes), Fusobacterium necrophorum e Escherichia coli. Essas três bactérias agem sinergicamente. -/- 4.3.1 Metrite puerperal -/- A metrite puerperal é comum em vacas com retenção placentária. Essa patologia é observada nas três primeiras semanas pós-parto e é caracterizada pela presença de secreções abundantes na luz uterina que são vermelhas ou marrons, aquosas, fétidas e com involução retardada. As vacas afetadas mostram sinais de doença sistêmica (toxemia e febre > 39,5 °C) e diminuição da produção de leite (figura 5). -/- Figura 5: Vaca com metrite puerperal; vacas afetadas apresentam sinais de doença sistêmica. -/- 4.3.2 Metrite clínica -/- Metrite é o processo inflamatório que envolve as diferentes camadas do útero (mucosa, muscular e serosa). Esta condição se apresenta nos primeiros 21 dias pós-parto e é caracterizada por atraso na involução uterina e secreção purulenta, e não há sinais de doença sistêmica (figura 6). -/- 4.3.3 Endometrite clínica -/- Endometrite se refere à inflamação do revestimento uterino; clinicamente, caracteriza-se por retardo na involução uterina e eliminação de exsudato purulento ou mucopurulento. Pode surgir nos primeiros 21 dias pós-parto ou mais, sem apresentar qualquer afetação no estado geral. -/- Figura 6: Vaca com exsudato mucopurulento. Na prática, é difícil estabelecer um diagnóstico diferencial entre endometrite e metrite. Uma vaca com essa secreção pode ser tratada com cefalosporinas intrauterinas ou, se ela já estiver em ciclo, a administração de PGF2a é eficaz. -/- 4.3.4 Endometrite subclínica -/- Apresenta-se entre 21 e 40 dias pós-parto, não apresenta sinais externos e só é diagnosticada pela citologia uterina. Essa condição afeta entre 20 e 30% das vacas. Os fatores de risco identificados são retenção placentária e metrite. -/- 4.4 Diagnóstico -/- O diagnóstico é baseado na avaliação uterina por palpação retal, na qual são verificados o grau de involução e as características das secreções. Além disso, é necessária uma avaliação clínica geral, uma vez que vacas com metrite nos primeiros 10 dias pós-parto desenvolvem febre. Outra forma de estabelecer o diagnóstico é avaliando as secreções uterinas sem palpação retal. Pode ser feito introduzindo a mão por via vaginal, após a limpeza da região; embora este método possa parecer arriscado, a experiência em campo indica que é um método seguro e rápido. Outra possibilidade é por meio da vaginoscopia, esse método permite a avaliação da cérvix e das secreções uterinas. Existe um instrumento (Metricheck) que é inserido pela vagina e possui uma campânula atraumática na extremidade que permite a coleta das secreções uterinas (figuras 7 e 8). -/- 4.5 Impacto das infecções uterinas na reprodução e produção -/- As infecções uterinas (metrite e endometrite) prolongam o período do parto até a concepção; diminuem a porcentagem de concepção no primeiro serviço; a porcentagem de resíduos aumenta; a taxa de vacas inseminadas diminui e a produção diminui (300 kg a menos que vacas não afetadas). Além disso, eles afetam o período do parto à primeira ovulação; em vacas com puerpério anormal, os folículos dominantes são menores em diâmetro e produzem menos estradiol do que vacas saudáveis. Também uma proporção menor dos folículos da primeira onda ovula em comparação com as vacas com puerpério anormal. -/- A endometrite subclínica diminui a taxa de concepção no primeiro serviço e aumenta os dias abertos. Além disso, a metrite ou endometrite pode afetar os ovidutos e causar inchaço, obstrução e aderências (esse processo é mais frequente em vacas que recebem injeções de estrogênio). -/- Figura 8: Outra forma de diagnosticar infecções uterinas é por meio da introdução de um instrumento que possui em sua extremidade uma campânula atraumática que permite a coleta de secreções uterinas (Metricheck). -/- Figura 7: O diagnóstico de infecções uterinas pode ser estabelecido com a introdução da mão por via vaginal, após limpeza da região. -/- 4.6 Tratamentos -/- Para evitar o efeito negativo das infecções uterinas na eficiência reprodutiva, é necessário um diagnóstico e tratamento oportunos. Existem diversos tratamentos para a metrite ou endometrite, como o uso de antibióticos sistêmicos ou intrauterinos, infusões intrauterinas de antissépticos e a administração de hormônios. -/- 4.6.1 Antibióticos -/- Os tratamentos com antibióticos intrauterinos são usados há muitos anos e são uma opção, desde que alguns aspectos sejam considerados: que o útero é um ambiente anaeróbio; que há a presença de exsudatos e tecidos em decomposição e a existência de uma grande diversidade de bactérias, algumas das quais até produzem enzimas que inativam alguns antibióticos. -/- Como o útero é um ambiente anaeróbio, os antibióticos do grupo dos aminoglicosídeos não são ativos, pois precisam de oxigênio. Por outro lado, o acúmulo de exsudato purulento e restos de tecido no útero inibe a atividade das sulfonamidas. Os nitrofuranos são eficazes contra A pyogenes, somente quando doses extremamente altas são usadas; as doses usuais nunca atingem a concentração inibitória mínima no endométrio; além disso, não são ativos na presença de sangue ou exsudato purulento, são irritantes e estão associados a problemas de fertilidade. -/- A penicilina intrauterina ou parenteral é eficaz na cura de infecções entre os dias 25 e 30 após o parto; ou seja, quando for observada uma diminuição na diversidade de espécies bacterianas (menor probabilidade de que algumas bactérias produzam penicilinase) e predomina A pyogenes, que é sensível a este antibiótico. As formulações intrauterinas de cefalosporinas (cefapirina benzatina) são eficazes em vacas com endometrite entre os dias 15-20 pós-parto e não é necessário retirar o leite do mercado. -/- A tetraciclina é o antibiótico mais utilizado devido ao seu amplo espectro e por manter sua atividade nas condições do útero pós-parto; porém, a probabilidade de resistência bacteriana é alta devido ao seu uso contínuo por muitos anos, também causa danos ao endométrio e reduz a fertilidade (figura 9). -/- Em testes de campo, a administração de uma única infusão intrauterina de cefapirina benzatina, em vacas com endometrite entre os dias 15 a 20 pós-parto, produz uma maior taxa de recuperação e não afeta a fertilidade, em comparação com aquelas que foram tratadas com infusões de oxitetraciclina. -/- O problema mais importante na terapia com antibióticos é estabelecer um critério de quais animais realmente precisam. Nos casos de metrite puerperal não há dúvida, essas vacas precisam de tratamento com antibióticos por via sistêmica e intrauterina. Porém, em casos de metrite e endometrite a decisão é difícil, pois muitas vacas se curam sem nenhum tratamento. Na prática, antes que os antibióticos sejam administrados às vacas, deve-se considerar alguns dos fatores: características das secreções uterinas, dias após o parto, início da atividade ovariana, presença de febre e condição corporal. -/- Figura 9: As infusões de oxitetraciclina causam irritação do endométrio e diminuem a fertilidade. -/- 4.6.2 Tratamento com infusões de substâncias antissépticas -/- Tratamentos baseados na administração intrauterina de substâncias antissépticas também são usados. O tratamento mais frequente consiste na infusão de soluções de iodo; no entanto, os resultados com esta terapia não são positivos e estão associados a uma diminuição subsequente da fertilidade. Deve-se ter cautela no uso de antissépticos intrauterinos, pois todos causam irritação, afetam os mecanismos de defesa do útero e, em alguns casos, chegam a causar necrose do endométrio. -/- 4.6.3 Tratamentos hormonais -/- Na prática, a administração de estrogênio é comum em casos de metrite, principalmente quando o útero retém muito líquido. Sabe-se que os estrógenos em condições fisiológicas favorecem a contratilidade uterina e auxiliam na eliminação de infecções, porém, em doses farmacológicas o efeito é negativo. A administração de estrogênios pode contribuir para infecções que ascendem aos ovidutos e causam salpingite, aderências ovarianas e infertilidade. -/- A PGF2α desempenha um papel importante no parto e durante a involução uterina. Em vacas com puerpério normal, a duração dos níveis elevados de PGF2α está negativamente correlacionada com o tempo de involução uterina; portanto, quanto mais tempo duram os níveis elevados de PGF2α, menor é o tempo de involução uterina. Além disso, a administração de PGF2α a cada 12 horas, dos dias 3 a 10 pós-parto, encurta o período de involução uterina. Ao contrário, em vacas com puerpério anormal, foi observada uma correlação positiva entre as concentrações de PGF2α e o tempo de involução uterina; portanto, vacas com retenção placentária ou endometrite apresentam níveis mais elevados de PGF2α. -/- Algumas evidências envolvem a PGF2α como parte do mecanismo de eliminação da placenta; ou seja, foi observado que as vacas que normalmente eliminam a placenta apresentaram maiores concentrações de PGF2α na placenta, em comparação com as vacas com retenção placentária. Foi proposto que a falha do processo que leva à separação do cotilédone da carúncula está associada a uma alteração no metabolismo da prostaglandina, resultando em uma diminuição na PGF2α e um aumento na PGE2. Por outro lado, a inibição da síntese de PGF2α após o parto, por meio da injeção de ácido acetilsalicílico (aspirina), causa retenção da placenta. Esse conhecimento motivou estudos nos quais o tratamento com PGF2α após o parto foi avaliado para prevenir a retenção placentária ou reduzir o tempo de involução em vacas com retenção placentária ou metrite. Em alguns estudos, uma única injeção de PGF2α foi administrada nas primeiras horas após o parto com resultados conflitantes. Em outros estudos, a injeção de PGF2α entre os dias 20 a 30 pós-parto foi avaliada e não foi observado um efeito favorável na involução uterina. Porém, a injeção sistemática de PGF2α, a cada 14 dias a partir do 25º dia pós-parto, aumenta a proporção de vacas inseminadas, o que aumenta a taxa de prenhez. A PGF2α causa contrações uterinas e favorece a eliminação de secreções; entretanto, um efeito favorável da PGF2α na involução uterina, sem envolver um corpo lúteo, é questionável. -/- Na prática, um programa é usado com base na administração sistemática de PGF2α a todas as vacas a cada 14 dias, do 25º ao 30º dia pós-parto. Esse tratamento é baseado no encurtamento das fases lúteas, o que favorece a eliminação das infecções. Deve-se observar que cerca de 30% das vacas desenvolvem corpos lúteos longevos (21 a 50 dias) nos primeiros ciclos pós-parto, nessas condições a injeção de PGF2α, a cada 14 dias, encurta o ciclo estral e diminui o risco de persistência de infecções uterinas. -/- 4.7 Piometra -/- Esta patologia se desenvolve em vacas que ovulam nos primeiros 20 dias pós-parto e, concomitantemente, sofrem de infecção uterina. Nessas condições, a progesterona promove a proliferação bacteriana e fecha o colo do útero, causando acúmulo de exsudato purulento no útero. As alterações causadas no endométrio alteram a secreção de PGF2α, resultando na persistência do corpo lúteo e anestro. Vacas com piometra respondem muito bem ao tratamento com PGF2α; uma segunda injeção desse hormônio, 14 dias depois, encurta o período de recuperação (figura 10). -/- Figura 10: A piometra é caracterizada pelo acúmulo de exsudato purulento no útero, colo uterino fechado e presença de corpo lúteo. O diagnóstico é feito por palpação retal e tratado com PGF2α. -/- 4.8 Vaginite em fêmeas gestantes -/- A vaginite em fêmeas grávidas ocorre com baixa frequência; porém, quando há um caso, causa alarme porque é confundido com um aborto. Nesses casos, o veterinário deve fazer um exame retal para determinar se o produto está vivo e se a cérvix está aberta. O diagnóstico é concluído com o exame vaginal com vaginoscópio ou diretamente à mão com luva limpa. -/- No caso de um aborto, o produto geralmente está morto e a cérvix está aberta; nestes casos, o produto deve ser extraído. Ao contrário, se a cérvix estiver fechada e o feto estiver vivo, o prognóstico é favorável e o problema diminui com o tratamento com antibióticos sistêmicos. -/- RESUMO -/- < >O útero após o parto pesa 13 kg e no dia 21 pós-parto, 1 kg. A regeneração do epitélio uterino leva 25 dias. A regeneração das camadas profundas do endométrio leva 42 a 56 dias. 95% das vacas desenvolvem alguma infecção uterina. 30 a 50% das vacas desenvolvem metrite nas primeiras duas semanas após o parto. 15 a 20% persistem como endometrite clínica > 3 semanas após o parto. 18 a 20% têm metrite com efeitos sistêmicos. 20 a 30% das vacas têm endometrite subclínica. 5 a 15% das vacas retêm a placenta. 355 kg de leite são perdidos em vacas com retenção placentária. Em vacas que sofrem de puerpério anormal, a proporção de vacas prenhes é reduzida em 10 por cento no 90º dia pós-parto. No Reino Unido, 192 euros são gastos por cada vaca que tem um puerpério anormal. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS -/- ANDREWS, Anthony H. et al. (Ed.). Bovine medicine: diseases and husbandry of cattle. John Wiley & Sons, 2008. -/- AZAWI, O. I. Postpartum uterine infection in cattle. Animal reproduction science, v. 105, n. 3-4, p. 187-208, 2008. -/- BEARDEN, Henry Joe et al. Applied animal reproduction. Reston Publishing Company, Inc., 1984. -/- HOLY, Lubos; MARTÍNEZ JÚSTIZ, G. Colab. Biología de la reproducción bovina. Havana: Revolucionária, 1975. -/- HOPPER, Richard M. (Ed.). Bovine reproduction. John Wiley & Sons, 2014. -/- HORTA, António Eduardo Monteiro. Fisiologia do puerpério na vaca. Jornada Internales de Reproductión Animal, v. 8, p. 73-84, 1995. -/- KOZICKI, Luiz Ernandes. Aspectos fisiológicos e patológicos do puerpério em bovinos. Archives of Veterinary Science, v. 3, n. 1, 1998. -/- LEBLANC, S. J. et al. Defining and diagnosing postpartum clinical endometritis and its impact on reproductive performance in dairy cows. 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Starting with the results of Li et al. in 1992 there is valuable interest in finding long range correlations in DNA sequences since it raises questions about the role of introns and intron-containing genes. In the present paper we studied two sequences that are the human T-cell receptor alpha/delta locus, Gen-Bank name HUMTCRADCV, a noncoding chromosomal fragment of M = 97630 bases (composed of less than 10% of coding regions), and the Escherichia Coli K12, Gen-Bank name ECO110K, a (...) genomic fragment with M = 111401 bases consisting of mostly coding regions and containing more that 80% of coding regions. We attributed the value (+1) to the purines and the value (-1) to the pirimidines and to such reconstructed random walk we applied the method of the Recurrence Quantification Analysis(RQA) that was introduced by Zbilut and Webber in 1994. By using dimension D=1 and Embedded Dimensions D=3 and D=5, we obtain some indicative results. Also by a simple eye examination of the reconstructed maps, the differences between coding and non coding regions are evident and impressive and consist in the presence in noncoding regions of long patches of the same colour that are absent in the coding sequence. At first sight this suggests a simple explanation to the concept of „long-range‟ correlation. On the quantitative plane, we used the %Rec., the %Det., the Ratio, the Entropy, the %Lam., and the Lmax that, as explained in detail in the text, represent the basic variables of RQA. The significant result that we have here is that both Lmax and Laminarity exhibit very large values in HUMTCRADCV and actually different in values respect to ECO110K where such variables assume more modest values. Therefore we suggest that there is the observed difference between HUMTCRADCV and ECO110K. The claimed higher long-range correlations of introns respect to exons from many authors may be explained here in reasonof such found higher values of Lmax and of Laminarity in HUMTCRADCV respect to ECO110K. (shrink)

The biomedical literature makes extensive use of the concept of a genetic program. So far, however, the nature of genetic programs has received no satisfactory elucidation from the standpoint of computer science. This unsettling omission has led to doubts about the very existence of genetic programs, on the grounds that gene regulatory networks lack a predetermined schedule of execution, which may seem to contradict the very idea of a program. I show, however, that we can make perfect sense of genetic (...) programs, if only we abandon the preconception that all computers have a von Neumann architecture. Instead, genetic programs instantiate the computational architecture of Post–Newell Production Systems. That is, genetic programs are unordered sets of conditional instructions, instructions that fire independently when their conditions are matched. For illustration I present a paradigm Production System that regulates the functioning of the well-known lac operon of E. coli. On close reflection it turns out that not only genes, but also proteins encode instructions. I propose, therefore, to rename genetic programs to biomolecular programs. Biomolecular and/or genetic programs, and the cellular computers than run them, are to be understood not as von Neumann computers, but as Post–Newell production systems. (shrink)

The premise of biological modularity is an ontological claim that appears to come out of practice. We understand that the biological world is modular because we can manipulate different parts of organisms in ways that would only work if there were discrete parts that were interchangeable. This is the foundation of the BioBrick assembly method widely used in synthetic biology. It is one of a number of methods that allows practitioners to construct and reconstruct biological pathways and devices using DNA (...) libraries of standardized parts with known functions. In this paper, we investigate how the practice of synthetic biology reconfigures biological understanding of the key concepts of modularity and evolvability. We illustrate how this practice approach takes engineering knowledge and uses it to try to understand biological organization by showing how the construction of functional parts and processes can be used in synthetic experimental evolution. We introduce a new approach within synthetic biology that uses the premise of a parts-based ontology together with that of organismal self-organization to optimize orthogonal metabolic pathways in E. coli. We then use this and other examples to help characterize semisynthetic categories of modularity, parthood, and evolvability within the discipline. (shrink)

Selectionist evolutionary theory has often been faulted for not making novel predictions that are surprising, risky, and correct. I argue that it in fact exhibits the theoretical virtue of predictive capacity in addition to two other virtues: explanatory unification and model fitting. Two case studies show the predictive capacity of selectionist evolutionary theory: parallel evolutionary change in E. coli, and the origin of eukaryotic cells through endosymbiosis.

This article explores the use of model organisms in studying the cognitive phenomenon of decision-making. Drawing on the framework of biological control to develop a skeletal conception of decision-making, we show that two core features of decision-making mechanisms can be identified by studying model organisms, such as E. coli, jellyfish, C. elegans, lamprey, and so on. First, decision mechanisms are distributed and heterarchically structured. Second, they depend heavily on chemical information processing, such as that involving neuromodulators. We end by (...) discussing the implications for studying distinctively human decision-making. (shrink)

Although quantum mechanics can accurately predict the probability distribution of outcomes in an ensemble of identical systems, it cannot predict the result of an individual system. All the local and global hidden variable theories attempting to explain individual behavior have been proved invalid by experiments (violation of Bell’s inequality) and theory. As an alternative, Schrodinger and others have hypothesized existence of free will in every particle which causes randomness in individual results. However, these free will theories have failed to quantitatively (...) explain the quantum mechanical results. In this paper, we take the clue from quantum biology to get the explanation of quantum mechanical distribution. Recently it was reported that mutations (which are quantum processes) in DNA of E. coli bacteria instead of being random were biased in a direction such that the chance of survival of the bacteria is increased. Extrapolating it, we assume that all the particles including inanimate fundamental particles have a will and that is biased to satisfy the collective goals of the ensemble. Using this postulate, we mathematically derive the correct spin probability distribution without using quantum mechanical formalism (operators and Born’s rule) and exactly reproduce the quantum mechanical spin correlation in entangled pairs. Using our concept, we also mathematically derive the form of quantum mechanical wave function of free particle which is conventionally a postulate of quantum mechanics. Thus, we prove that the origin of quantum mechanical results lies in the will (or consciousness) of the objects biased by the collective goal of ensemble or universe. This biasing by the group on individuals can be called as “coherence” which directly represents the extent of life present in the ensemble. So, we can say that life originates out of establishment of coherence in a group of inanimate particles. (shrink)

The fructose 6-phosphate (Fru-6P) saturation curve for phosphofructokinase (PFK) from E. coli is sigmoidal in the presence of saturating MgATP levels, while the corresponding curve for B. stearothermophilus PFK is essentially hyperbolic. Sigmoidality can be due to apparent cooperativity arising from the kinetic mechanism of an enzyme. We have determined the kinetic mechanism of B. stearothermophilus PFK (BsPFK). BsPFK was found to obey a non rapid-equilibrium random mechanism similar to the one E. coli PFK (EcPFK) follows. Substrate inhibition (...) by MgATP was observed. We propose that substrates bind to BsPFK through two alternative pathways, one of which is slower. The substrate inhibition arises in part from reaction flux through the slower pathway. Although EcPFK and BsPFK obey similar kinetic mechanisms, they are inhibited differently by MgATP: EcPFK is profoundly inhibited, BsPFK only weakly. The structural basis for this difference could be closure of the active site via a conformational transition that occurs in EcPFK, but not BsPFK. To investigate the importance of this transition for MgATP inhibition of EcPFK, we have constructed a chimeric enzyme (ChiPFK) that contains the "rigid" ATP-binding domain of BsPFK grafted onto the remainder of the EcPFK subunit. Our results indicate that ChiPFK is locked in an "open" structure resembling the activated form of EcPFK. It is insensitive to heterotropic regulation. Nevertheless, ChiPFK exhibits residual cooperativity. Possible explanations for the cooperativity are discussed. The 6F loop is proposed to be important in PFK allosteric behavior. Residues along the loop are largely conserved between BsPFK and EcPFK, except for 161, which is a glutamate in BsPFK, and a glutamine in EcPFK. Using site-directed mutagenesis, Glu 161 of BsPFK has been changed to glutamine and alanine. Similarly, Gin 161 of EcPFK has been changed to glutamate, arginine and alanine. Of the five mutants, one, QA161, was particularly interesting. Though activated normally by GDP, it was completely insensitive to PEP inhibition. This indicates that the hydrogen-bonding ability of residue 161 is critical for PEP inhibition of EcPFK, and that GDP activation and PEP inhibition follow different structural pathways. (shrink)

Bacteria do many things as organized populations. We have recently learned much about the molecular basis of intercellular communication among prokaryotes. Colonies display bacterial capacities for multicellular coordination which can be useful in nature where bacteria predominantly grow as films, chains, mats and colonies. E. coli colonies are organized into differentiated non-clonal populations and undergo complex morphogenesis. Multicellularity regulates many aspects of bacterial physiology, including DNA rearrangement systems. In some bacterial species, colony development involves swarming (active migration of cell (...) groups). Swarm colony development displays precise geometrical controls and periodic phenomena. Motile E. coli cells in semi-solid media form organized patterns due to chemotactic autoaggregation. On poor media, B. subtilis forms branched colonies using group motility and long-range chemical signalling. The significances of bacterial colony patterns thus reside in a deeper understanding of prokaryotic biology and evolution and in experimental systems for studying self-organization and morphogenesis. (shrink)

The term “Complex Systems Biology” was introduced a few years ago [Kaneko, 2006] and, although not yet of widespread use, it seems particularly well suited to indicate an approach to biology which is well rooted in complex systems science. Although broad generalizations are always dangerous, it is safe to state that mainstream biology has been largely dominated by a gene-centric view in the last decades, due to the success of molecular biology. So the one gene - one trait approch, which (...) has often proved to be effective, has been extended to cover even complex traits. This simplifying view has been appropriately criticized, and the movement called systems biology has taken off. Systems biology [Noble, 2006] emphasizes the presence of several feedback loops in biological systems, which severely limit the range of validity of explanations based upon linear causal chains (e.g. gene → behaviour). Mathematical modelling is one the favourite tools of systems biologists to analyze the possible effects of competing negative and positive feedback loops which can be observed at several levels (from molecules to organelles, cells, tissues, organs, organisms, ecosystems). Systems biology is by now a well-established field, as it can be inferred by the rapid growth in number of conferences and journals devoted to it, as well as by the existence of several grants and funded projects.Systems biology is mainly focused upon the description of specific biological items, like for example specific organisms, or specific organs in a class of animals, or specific genetic-metabolic circuits. It therefore leaves open the issue of the search for general principles of biological organization, which apply to all living beings or to at least to broad classes. We know indeed that there are some principles of this kind, biological evolution being the most famous one. The theory of cellular organization also qualifies as a general principle. But the main focus of biological research has been that of studying specific cases, with some reluctance to accept (and perhaps a limited interest for) broad generalizations. This may however change, and this is indeed the challenge of complex systems biology: looking for general principles in biological systems, in the spirit of complex systems science which searches for similar features and behaviours in various kinds of systems. The hope to find such general principles appears well founded, and I will show in Section 2 that there are indeed data which provide support to this claim. Besides data, there are also general ideas and models concerning the way in which biological systems work. The strategy, in this case, is that of introducing simplified models of biological organisms or processes, and to look for their generic properties: this term, borrowed from statistical physics, is used for those properties which are shared by a wide class of systems. In order to model these properties, the most effective approach has been so far that of using ensembles of systems, where each member can be different from another one, and to look for those properties which are widespread. This approach was introduced many years ago [Kauffman, 1971] in modelling gene regulatory networks. At that time one had very few information about the way in which the expression of a given gene affects that of other genes, apart from the fact that this influence is real and can be studied in few selected cases (like e.g. the lactose metabolism in E. coli). Today, after many years of triumphs of molecular biology, much more has been discovered, however the possibility of describing a complete map of gene-gene interactions in a moderately complex organism is still out of reach. Therefore the goal of fully describing a network of interacting genes in a real organism could not be (and still cannot be) achieved. But a different approach has proven very fruitful, that of asking what are the typical properties of such a set of interacting genes. Making some plausible hypotheses and introducing some simplifying assumptions, Kauffman was able to address some important problems. In particular, he drew attention to the fact that a dynamical system of interacting genes displays selforganizing properties which explain some key aspects of life, most notably the existence of a limited number of cellular types in every multicellular organism (these numbers are of the order of a few hundreds, while the number of theoretically possible types, absent interactions, would be much much larger than the number of protons in the universe). In section 3 I will describe the ensemble based approach in the context of gene regulatory networks, and I will show that it can describe some important experimental data. Finally, in section 4 I will discuss some methodological aspects. (shrink)