Conselho nacional de desenvolvimento cientofico e tecnolo gico là gì năm 2024

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Ý nghĩa chính của CNPQ

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Tất cả các định nghĩa của CNPQ

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Summary The evolutionary success of insects regarding diversity in species and ecological niches reflects their prominent ability to control a wide array of pathogenic microbes. Therefore, my research focuses on several areas of insect biochemistry, molecular biology, and immunology. In the first part of this work a comparative analysis of immune-inducible transcriptomes of phylogenetically distant invertebrates is described. We identified genes that are induced in response to septic injury from the basal apterygote insect T. domestica, the microbial-stress resistant drone fly E. tenax, the model beetle T. castaneum, and, in addition, from the lophotrochozoans P. dumerilii and S. mediterranea, and the basal animal the cnidarian H. vulgaris. We found numerous immune-inducible genes in all of these animals that, interestingly, show a similar distribution corresponding to their physiological roles. For example, we identified genes that encode proteins potentially involved in e.g. immune-inducible signaling and defense reactions but also in e.g. stress response, metabolism, and cellular homeostasis. Comparisons of proteins such as defensins, ferritins, calreticulins, MMPs, and perforins shed new light on the origin and evolution of the metazoan immune system and may further give hints to study interrelationships between innate immune responses and essential cellular physiological processes such as regeneration, development, and homeostasis. The second part of this work deals with the elucidation of important molecular mechanisms of innate immunity using the insect model host G. mellonella. During tissue remodeling at the onset of metamorphosis we found that the innate immune response of G. mellonella is transiently stimulated and that this may be resulted by accruing collagen-IV-fragments which represent endogenous danger signals. We postulated that an endogenous MMP expressed during metamorphosis causes degradation of collagen-IV, which in turn results in activation of innate immunity. We identified the first lepidopteran MMP and determined its induced expression in hemocytes in response to immune-challenge and at the onset of metamorphosis. This implicates its participation in collagen-IV degradation upon septic injury and when larvae transform to pupae. Furthermore, our results reveal that the insect immune system senses endogenous alarm signals derived by proteinase activities during infection besides recognition of microbial pattern molecules. We also discovered that extracellular nucleic acids that have been found to play key roles in immune defense and blood coagulation in mammals enhance innate immune responses, induce coagulation, and prolong survival upon infection in insects. These results indicate that extracellular RNA and DNA provide alarm/danger signals in insect immunity and coagulation relevant for induction of defense mechanisms. Finally, we are examining the potential of insect-derived antimicrobials for their use as therapeutics and in modern plant protection. For example, we found that IMPI-1 represents a promising template for the design of second-generation antibiotics against thermolysin-like toxins produced by human pathogens and that IMPI-2 represents a lead compound for the discovery of novel-type MMP inhibitors which might be useful in antitumor therapies. In addition, our animal immunity SSH experiments yielded dozens of novel antimicrobial peptides which will be tested for their potential to inhibit growth of human pathogens and to render plants more resistant to crop diseases. Zusammenfassung Der evolutionäre Erfolg von Insekten spiegelt sich in ihrer immensen Artenvielfalt und ihren mannigfaltigen ökologischen Nischen wider. Dies bedingt allerdings die Fähigkeit, eine große Palette an verschiedenen pathogenen Mikroorganismen abzuwehren. Daher konzentrieren sich meine Untersuchungen auf verschiedene Aspekte der Insekten-Biochemie, Molekularbiologie und Immunologie. Im ersten Teil dieser Arbeit ist eine vergleichende Analyse der immuninduzierbaren Transkriptome phylogenetisch verschiedener Invertebraten beschrieben. Wir konnten Gene des ursprünglichen apterygoten Insekts T. domestica, der mikroben-resistenten Mistbiene E. tenax, des Modell-Käfers T. castaneum, der Lophotrochozoen P. dumerilii und S. mediterranea und des ursprünglichen Nesseltieres H. vulgaris identifizieren, die durch septische Verletzungen induziert werden. In all diesen Tieren konnten wir zahlreiche Gene finden, die interessanterweise eine ähnliche Verteilung bezüglich ihrer physiologischen Funktionen aufweisen. Wir konnten z.B. Gene identifizieren, die für Proteine kodieren, welche potentiell in immuninduzierbaren Signalwegen und Abwehrreaktionen, aber auch in Stressantworten, im Metabolismus und in der zellulärer Homöostase beteiligt sind. Vergleiche von Proteinen wie z.B. den Defensinen, Ferritinen, Calreticulinen, MMPs und Perforinen führten zu neuen Hinweisen zum Ursprung und zur Evolution des Immunsystems und zu Anknüpfungspunkten zur weiteren Untersuchung der Interaktionen des angeborenen Immunsystems mit wichtigen zellulären physiologischen Prozessen, wie z.B. der Regeneration, der Entwicklung und der Homöostase. Der zweite Teil dieser Arbeit widmet sich der Aufklärung wichtiger molekularer Mechanismen der angeborenen Immunität mit Hilfe des Insekten-Modellwirtes G. mellonella. Hierbei konnten wir nachweisen, dass während der Gewebs-Remodellierung zu Beginn der Metamorphose (Übergang vom Larven- zum Puppenstadium) die angeborene Immunität transient stimuliert ist. Wir vermuteten, dass dies womöglich durch sich anhäufende Fragmente des Kollagen Typ IV hervorgerufen wird, da diese endogene Gefahr-Signale in Galleria darstellen. Daraufhin haben wir postuliert, dass eine endogene MMP, die nachweislich vermehrt während der Metamorphose exprimiert wird, Kollagen-IV abbaut, was zu einer Aktivierung der Immunantworten führt. Wir konnten eine entsprechende MMP (die erste beschriebene MMP von Lepidopteren) identifizieren und ihre induzierte Expression in immunaktivierten Hemozyten und zu Beginn der Metamorphose nachweisen. Dies impliziert eine Beteiligung der MMP am Abbau des Kollagen-IV während einer septischen Verletzung und wenn sich eine Raupe zu einer Puppe transformiert. Weitere Untersuchungen ergaben, dass das Insekten-Immunsystem in der Lage ist, endogene Alarm-Signale, die durch proteolytische Aktivitäten während einer Infektion entstehen, neben den sog. mikrobiellen Muster-Molekülen wahrzunehmen. Des Weiteren haben wir zeigen können, dass extrazelluläre Nukleinsäuren, die in Säugetieren als wichtige Faktoren der Immunabwehr und der Blutgerinnung erkannt wurden, in Insekten zu einer Stimulation von Immunantworten führen, die Koagulation induzieren und das Überleben von infizierten Insekten verlängern. Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass extrazelluläre RNA und DNA Alarm/Gefahr-Signale in der Insekten-Immunität darstellen und wichtig für die Induktion von verschiedenen Abwehrmechanismen sind. Letztlich untersuchen wir das Potential antimikrobieller Insekten-Peptide zur Nutzung als Therapeutikum und im modernen Pflanzenschutz. Wir konnten z.B. nachweisen, dass das Galleria-Peptid IMPI-1 eine vielversprechende Vorlage zur Entwicklung sog. Zweite Generation Antibiotika zur Inhibition bakterieller Thermolysin-artiger Toxine darstellt und das Galleria-Peptid IMPI-2 zur Entdeckung neuartiger MMPInhibitoren genutzt werden kann, welche Anwendung in Anti-Tumor-Therapien finden könnten. Zusätzlich haben wir durch unsere SSH-Analysen tierischer Immunantworten dutzender neuer antimikrobieller Peptide zur Hand, die nun auf ihr Potential hin untersucht werden, inwieweit sie menschliche Krankheitserreger in ihrem Wachstum hemmen und Nutzpflanzen resistenter gegen Pflanzenkrankheiten machen können