Suppression of lung metastasis of B16 mouse melanoma by N-acetylglucosaminyltransferase III gene transfection.

The beta 1-6 structure of N-linked oligosaccharides, formed by beta-1,6-N-acetylglucosaminyltransferase (GnT-V), is associated with metastatic potential. We established a highly metastatic subclone, B16-hm, from low metastatic B16-F1 murine melanoma cells. The gene encoding beta-1,4-N-acetylglucosaminyltransferase (GnT-III) was introduced into the B16-hm cells, and three clones that stably expressed high GnT-III activity were obtained. In these transfectants, the affinity to leukoagglutinating phytohemagglutinin was reduced, whereas the binding to erythroagglutinating phytohemagglutinin was increased, indicating that the level of beta 1-6 structure was decreased due to competition for substrate between intrinsic GnT-V and ectopically expressed GnT-III. Lung metastasis after intravenous injection of the transfectants into syngeneic and nude mice was significantly suppressed, suggesting that the decrease in beta 1-6 structure suppressed metastasis via a mechanism independent of the murine system. These transfectants also displayed decreased invasiveness into Matrigel and inhibited cell attachment to collagen and laminin. Cell growth was not affected. Our results demonstrate a causative role for beta 1-6 branches in invasion and cell attachment in the extravasation stage of metastasis.

Apolipoprotein B mRNA-editing protein induces hepatocellular carcinoma and dysplasia in transgenic animals.

Apolipoprotein (apo-) B mRNA editing is the deamination of cytidine that creates a new termination codon and produces a truncated version of apo-B (apo-B48). The cytidine deaminase catalytic subunit [apo-B mRNA-editing enzyme catalytic polypeptide 1 (APOBEC-1)] of the multiprotein editing complex has been identified. We generated transgenic rabbits and mice expressing rabbit APOBEC-1 in their livers to determine whether hepatic expression would lower low density lipoprotein cholesterol concentrations. The apo-B mRNA from the livers of the transgenic mice and rabbit was extensively edited, and the transgenic animals had reduced concentrations of apo-B100 and low density lipoproteins compared with control animals. Unexpectedly, all of the transgenic mice and a transgenic rabbit had liver dysplasia, and many transgenic mice developed hepatocellular carcinomas. Many of the mouse livers were hyperplastic and filled with lipid. Other hepatic mRNAs with sequence motifs similar to apo-B mRNA were examined for this type of editing (i.e., cytidine deamination). One of these, tyrosine kinase, was edited in livers of transgenic mice but not of controls. This result demonstrates that other mRNAs can be edited by the overexpressed editing enzyme and suggests that aberrant editing of hepatic mRNAs involved in cell growth and regulation is the cause of the tumorigenesis. Finally, these findings compromise the potential use of APOBEC-1 for gene therapy to lower plasma levels of low density lipoproteins.

A synthetic inhibitor of the mitogen-activated protein kinase cascade.

Treatment of cells with a variety of growth factors triggers a phosphorylation cascade that leads to activation of mitogen-activated protein kinases (MAPKs, also called extracellular signal-regulated kinases, or ERKs). We have identified a synthetic inhibitor of the MAPK pathway. PD 098059 [2-(2'-amino-3'-methoxyphenyl)-oxanaphthalen-4-one] selectively inhibited the MAPK-activating enzyme, MAPK/ERK kinase (MEK), without significant inhibitory activity of MAPK itself. Inhibition of MEK by PD 098059 prevented activation of MAPK and subsequent phosphorylation of MAPK substrates both in vitro and in intact cells. Moreover, PD 098059 inhibited stimulation of cell growth and reversed the phenotype of ras-transformed BALB 3T3 mouse fibroblasts and rat kidney cells. These results indicate that the MAPK pathway is essential for growth and maintenance of the ras-transformed phenotype. Further, PD 098059 is an invaluable tool that will help elucidate the role of the MAPK cascade in a variety of biological settings.

Adenoviral E1B-55kDa protein inhibits yeast mRNA export and perturbs nuclear structure.

The mechanisms of export of RNA from the nucleus are poorly understood; however, several viral proteins modulate nucleocytoplasmic transport of mRNA. Among these are the adenoviral proteins E1B-55kDa and E4-34kDa. Late in infection, these proteins inhibit export of host transcripts and promote export of viral mRNA. To investigate the mechanism by which these proteins act, we have expressed them in Saccharomyces cerevisiae. Overexpression of either or both proteins has no obvious effect on cell growth. By contrast, overexpression of E1B-55kDa bearing a nuclear localization signal (NLS) dramatically inhibits cell growth. In this situation, the NLS-E1B-55kDa protein is localized to the nuclear periphery, fibrous material is seen in the nucleoplasm, and poly(A)+ RNA accumulates in the nucleus. Simultaneous overexpression of E4-34kDa bearing or lacking an NLS does not modify these effects. We discuss the mechanisms of selective mRNA transport.

De novo decorin gene expression suppresses the malignant phenotype in human colon cancer cells.

The rapid progress in the cloning of proteoglycan genes has enabled investigators to examine in depth the functional roles these polyhedric molecules play in the control of cell proliferation. Decorin, a leucine-rich proteoglycan expressed by most connective tissues, is a prototype molecule that regulates cellular growth via two mechanisms: modulation of growth factor activity and matrix assembly. We now provide direct evidence that human colon cancer cells stably transfected with decorin cDNA exhibit a marked suppression of the transformed phenotype: the cells have a reduced growth rate in vitro, form small colonies in soft agar, and do not generate tumors in scid/scid mice. Several independent clones are arrested in the G1 phase of the cell cycle, and their growth suppression can be restored by treatment with decorin antisense oligodeoxynucleotides. These effects are independent of growth factors and are not due to either clonal selection or integration site of the decorin gene. These findings correlate well with the observation that decorin gene expression is markedly up-regulated during quiescence. Decorin thus appears to be one component of a negative loop that controls cell growth.

The ethylene hormone response in Arabidopsis: a eukaryotic two-component signaling system.

The simple gas ethylene affects numerous physiological processes in the growth and development of higher plants. With the use of molecular genetic approaches, we are beginning to learn how plants perceive ethylene and how this signal is transduced. Components of ethylene signal transduction are defined by ethylene response mutants in Arabidopsis thaliana. The genes corresponding to two of these mutants, etr1 and etr1, have been cloned. The ETR1 gene encodes a homolog of two-component regulators that are known almost exclusively in prokaryotes. The two-component regulators in prokaryotes are involved in the perception and transduction of a wide range of environmental signals leading to adaptive responses. The CTR1 gene encodes a homolog of the Raf family of serine/threonine protein kinases. Raf is part of a mitogen-activated protein kinase cascade known to regulate cell growth and development in mammals, worms, and flies. The ethylene response pathway may, therefore, exemplify a conserved protein kinase cascade regulated by a two-component system. The dominance of all known mutant alleles of ETR1 may be due to either constitutive activation of the ETR1 protein or dominant interference of wild-type activity. The discovery of Arabidopsis genes encoding proteins related to ETR1 suggests that the failure to recover recessive etr1 mutant alleles may be due to the presence of redundant genes.

FtsH is required for proteolytic elimination of uncomplexed forms of SecY, an essential protein translocase subunit.

When secY is overexpressed over secE or secE is underexpressed, a fraction of SecY protein is rapidly degraded in vivo. This proteolysis was unaffected in previously described protease-defective mutants examined. We found, however, that some mutations in ftsH, encoding a membrane protein that belongs to the AAA (ATPase associated with a variety of cellular activities) family, stabilized oversynthesized SecY. This stabilization was due to a loss of FtsH function, and overproduction of the wild-type FtsH protein accelerated the degradation. The ftsH mutations also suppressed, by alleviating proteolysis of an altered form of SecY, the temperature sensitivity of the secY24 mutation, which alters SecY such that its interaction with SecE is weakened and it is destabilized at 42 degrees C. We were able to isolate a number of additional mutants with decreased ftsH expression or with an altered form of FtsH using selection/screening based on suppression of secY24 and stabilization of oversynthesized SecY. These results indicate that FtsH is required for degradation of SecY. Overproduction of SecY in the ftsH mutant cells proved to deleteriously affect cell growth and protein export, suggesting that elimination of uncomplexed SecY is important for optimum protein translocation and for the integrity of the membrane. The primary role of FtsH is discussed in light of the quite pleiotropic mutational effects, which now include stabilization of uncomplexed SecY.

L-arginine may mediate the therapeutic effects of low protein diets.

We have previously shown beneficial effects of dietary protein restriction on transforming growth factor beta (TGF-beta) expression and glomerular matrix accumulation in experimental glomerulonephritis. We hypothesized that these effects result from restriction of dietary L-arginine intake. Arginine is a precursor for three pathways, the products of which are involved in tissue injury and repair: nitric oxide, an effector molecule in inflammatory and immunological tissue injury; polyamines, which are required for DNA synthesis and cell growth; and proline, which is required for collagen production. Rats were fed six isocaloric diets differing in L-arginine and/or total protein content, starting immediately after induction of glomerulonephritis by injection of an antibody reactive to glomerular mesangial cells. Mesangial cell lysis and monocyte/macrophage infiltration did not differ with diet. However, restriction of dietary L-arginine intake, even when total protein intake was normal, resulted in decreased proteinuria, decreased expression of TGF-beta 1 mRNA and TGF-beta 1 protein, and decreased production and deposition of matrix components. L-Arginine, but not D-arginine, supplementation to low protein diets reversed these effects. These results implicate arginine as a key component in the beneficial effects of low protein diet.

Identificazione di miRNA correlati ad EGFR: nuovi potenziali biomarcatori di risposta alla terapia di 2a-3a linea in pazienti con NSCLC metastatico

La diagnosi di neoplasia epiteliale maligna polmonare è legata tradizionalmente alla distinzione tra carcinoma a piccole cellule (small-cell lung cancer, SCLC) e carcinoma non-a piccole cellule del polmone (non-small-cell lung cancer, NSCLC). Nell’ambito del NSCLC attualmente è importante di-stinguere l’esatto istotipo (adenocarcinoma, carcinoma squamocellulare e carcinoma neuroendocrino) perchè l’approccio terapeutico cambia a seconda dell’istotipo del tumore e la chemioterapia si dimostra molto spesso inefficace. Attualmente alcuni nuovi farmaci a bersaglio molecolare per il gene EGFR, come Erlotinib e Gefitinib, sono utilizzati per i pazienti refrattari al trattamento chemioterapico tradizionale, che non hanno risposto a uno o più cicli di chemioterapia o che siano progrediti dopo questa. I test per la rilevazione di specifiche mutazioni nel gene EGFR permettono di utilizzare al meglio questi nuovi farmaci, applicandoli anche nella prima linea di trattamento sui pazienti che hanno una maggiore probabilità di risposta alla terapia. Sfortunatamente, non tutti i pazienti rispondono allo stesso modo quando trattati con farmaci anti-EGFR. Di conseguenza, l'individuazione di biomarcatori predittivi di risposta alla terapia sarebbe di notevole importanza per aumentare l'efficacia dei questi farmaci a target molecolare e trattare con farmaci diversi i pazienti che con elevata probabilità non risponderebbero ad essi. I miRNAs sono piccole molecole di RNA endogene, a singolo filamento di 20-22 nucleotidi che svolgono diverse funzioni, una delle più importanti è la regolazione dell’espressione genica. I miRNAs possono determinare una repressione dell'espressione genica in due modi: 1-legandosi a sequenze target di mRNA, causando così un silenziamento del gene (mancata traduzione in proteina), 2- causando la degradazione dello specifico mRNA. Lo scopo della ricerca era di individuare biomarcatori capaci di identificare precocemente i soggetti in grado di rispondere alla terapia con Erlotinib, aumentando così l'efficacia del farmaco ed evitan-do/riducendo possibili fenomeni di tossicità e il trattamento di pazienti che probabilmente non ri-sponderebbero alla terapia offrendo loro altre opzioni prima possibile. In particolare, il lavoro si è fo-calizzato sul determinare se esistesse una correlazione tra la risposta all'Erlotinib ed i livelli di espressione di miRNAs coinvolti nella via di segnalazione di EGFR in campioni di NSCLC prima dell’inizio della terapia. Sono stati identificati 7 microRNA coinvolti nel pathway di EGFR: miR-7, -21, 128b, 133a, -133b, 146a, 146b. Sono stati analizzati i livelli di espressione dei miRNA mediante Real-Time q-PCR in campioni di NSCLC in una coorte di pazienti con NSCLC metastatico trattati con Erlotinib dal 1° gennaio 2009 al 31 dicembre 2014 in 2°-3° linea dopo fallimento di almeno un ciclo di chemioterapia. I pazienti sottoposti a trattamento con erlotinib per almeno 6 mesi senza presentare progressione alla malattia sono stati definiti “responders” (n=8), gli altri “non-responders” (n=25). I risultati hanno mostrato che miR-7, -133b e -146a potrebbero essere coinvolti nella risposta al trat-tamento con Erlotinib. Le indagini funzionali sono state quindi concentrate su miR-133b, che ha mo-strato la maggiore espressione differenziale tra i due gruppi di pazienti. E 'stata quindi studiata la capacità di miR-133b di regolare l'espressione di EGFR in due linee di cellule del cancro del polmone (A549 e H1299). Sono stati determinati gli effetti di miR-133b sulla crescita cellulare. E’ stato anche analizzato il rapporto tra miR-133b e sensibilità a Erlotinib nelle cellule NSCLC. L'aumento di espressione di miR-133b ha portato ad una down-regolazione del recettore di EGF e del pathway di EGFR relativo alla linea cellulare A549. La linea cellulare H1299 era meno sensibili al miR-133b up-regulation, probabilmente a causa dell'esistenza di possibili meccanismi di resistenza e/o di com-pensazione. La combinazione di miR-133b ed Erlotinib ha aumentato l'efficacia del trattamento solo nella linea cellulare A549. Nel complesso, questi risultati indicano che miR-133b potrebbe aumentare / ripristinare la sensibilità di Erlotinib in una frazione di pazienti.

Studying Coxiella burnetii Type IV Substrates in the Yeast Saccharomyces cerevisiae: Focus on Subcellular Localization and Protein Aggregation.

Coxiella burnetii is a Gram-negative obligate parasitic bacterium that causes the disease Q-fever in humans. To establish its intracellular niche, it utilizes the Icm/Dot type IVB secretion system (T4BSS) to inject protein effectors into the host cell cytoplasm. The host targets of most cognate and candidate T4BSS-translocated effectors remain obscure. We used the yeast Saccharomyces cerevisiae as a model to express and study six C. burnetii effectors, namely AnkA, AnkB, AnkF, CBU0077, CaeA and CaeB, in search for clues about their role in C. burnetii virulence. When ectopically expressed in HeLa cells, these effectors displayed distinct subcellular localizations. Accordingly, GFP fusions of these proteins produced in yeast also decorated distinct compartments, and most of them altered cell growth. CaeA was ubiquitinated both in yeast and mammalian cells and, in S. cerevisiae, accumulated at juxtanuclear quality-control compartments (JUNQs) and insoluble protein deposits (IPODs), characteristic of aggregative or misfolded proteins. AnkA, which was not ubiquitinated, accumulated exclusively at the IPOD. CaeA, but not AnkA or the other effectors, caused oxidative damage in yeast. We discuss that CaeA and AnkA behavior in yeast may rather reflect misfolding than recognition of conserved targets in the heterologous system. In contrast, CBU0077 accumulated at vacuolar membranes and abnormal ER extensions, suggesting that it interferes with vesicular traffic, whereas AnkB associated with the yeast nucleolus. Both effectors shared common localization features in HeLa and yeast cells. Our results support the idea that C. burnetii T4BSS effectors manipulate multiple host cell targets, which can be conserved in higher and lower eukaryotic cells. However, the behavior of CaeA and AnkA prompt us to conclude that heterologous protein aggregation and proteostatic stress can be a limitation to be considered when using the yeast model to assess the function of bacterial effectors.

Linear chaos for the Quick-Thinking-Driver model.

In recent years, the topic of car-following has experimented an increased importance in traffic engineering and safety research. This has become a very interesting topic because of the development of driverless cars (Google driverless cars, http://en.wikipedia.org/wiki/Google_driverless_car). Driving models which describe the interaction between adjacent vehicles in the same lane have a big interest in simulation modeling, such as the Quick-Thinking-Driver model. A non-linear version of it can be given using the logistic map, and then chaos appears. We show that an infinite-dimensional version of the linear model presents a chaotic behaviour using the same approach as for studying chaos of death models of cell growth.

Avaliação da contaminação conjunta de Dekkera bruxellensis e Lactobacillus fermentum sobre a fermentação alcoólica: efeito do substrato e formas de controle

As contaminações por leveduras selvagens e por bactérias no processo de produção de etanol combustível no Brasil causam prejuízos ao rendimento fermentativo e aumento de custos pelo uso de biocidas. No entanto, poucos estudos tem focado no efeito das contaminações conjuntas de leveduras selvagens e bactérias e as possíveis interações entre os micro-organismos, especialmente em função dos diferentes substratos de fermentação e das formas de controle. Este trabalho teve por objetivos verificar o efeito do substrato (caldo de cana e melaço) sobre o desenvolvimento das contaminações pela levedura da espécie Dekkera bruxellensis e pela bactéria Lactobacillus fermentum, em co-culturas com Saccharomyces cerevisiae (linhagem industrial PE-2) e possíveis formas de controle do crescimento dos contaminantes (pelo uso de metabissulfito de potássio e adição de etanol ao tratamento ácido) sem afetar a levedura do processo. Os testes foram realizados em condições de crescimento (substrato com 4 °Brix, culturas agitadas) e fermentação com reciclo celular (substrato com 16 °Brix, culturas estáticas). Houve interação entre as leveduras e a bactéria quando crescidas em caldo de cana 4 °Brix. A levedura industrial não foi afetada pela presença dos micro-organismos contaminantes, no entanto, para D. bruxellensis a presença de L. fermentum interferiu positivamente no crescimento, com aumento no número de UFC, e consequentemente inibição do crescimento da bactéria. Em melaço, houve um estímulo ao crescimento de L. fermentum quando em co-cultura com S. cerevisiae. Houve influência das contaminações sobre os parâmetros avaliados no experimento (pH, açúcar redutor total, etanol, glicerol e crescimento das células) e a contaminação conjunta de L. fermentum e D. bruxellensis potencializou o efeito das contaminações pelos micro-organismos isoladamente, tanto em caldo quanto em melaço. A adição de 13% de etanol à solução de ácido sulfúrico pH 2,0 no tratamento celular resultou em uma diminuição significativa no número de UFC de D. bruxellensis (entre 90-99%). A levedura PE-2 foi pouco afetada pelo tratamento proposto. A bactéria L. fermentum teve seu crescimento afetado em todas as combinações testadas. Como os experimentos foram feitos em co-culturas, verificouse que pode haver influência de um micro-organismo sobre a viabilidade do outro, dependendo da reação ao tratamento ácido-etanol. O metabissulfito de potássio (MBP), no intervalo entre 200-400 mg/L, foi eficaz para controlar o crescimento de D. bruxellensis dependendo do meio de cultura e linhagem. Quando adicionado (250 mg/L) à solução ácida (pH 2,0) no tratamento celular, um efeito significativo foi observado nas culturas mistas, pois ocorreu a inativação do SO2 pela S. cerevisiae e uma provável proteção das células de D. bruxellensis, não sendo essa levedura prejudicada pelo MBP. A resposta fisiológica de S. cerevisiae na presença de MBP pode explicar a diminuição significativa na produção de etanol. Quando o MBP foi adicionado ao meio de fermentação, resultou no controle da D. bruxellensis mas não em sua morte, com efeito menos intensivo sobre a eficiência fermentativa. Em cocultura com a adição de MBP, a eficiência fermentativa foi significativamente menor do que na ausência de MBP.

Efeito do substrato e das condições de tratamento do fermento sobre a fermentação etanólica contaminada com leveduras Saccharomyces cerevisiae selvagens e Lactobacillus fermentum

Pouco se sabe sobre o efeito do substrato e a interação entre as leveduras selvagens e bactérias do gênero Lactobacillus na fermentação alcoólica, pois os estudos tem se concentrado na avaliação dos efeitos da contaminação por um ou outro contaminante separadamente. Diante disso, este trabalho teve como objetivos estudar o efeito do substrato e das condições de tratamento do fermento sobre as fermentações contaminadas com ambos os micro-organismos, leveduras S. cerevisiae selvagens (três linhagens apresentando colônias rugosas e células dispostas em pseudohifas) e Lactobacillus fermentum, tendo a linhagem industrial de S. cerevisiae PE-2 como levedura do processo. Foram realizadas fermentações em batelada em mosto de caldo e de melaço, sem reciclo e com reciclo celular, utilizando tanto a cultura pura da linhagem PE-2 quanto as culturas mistas com as linhagens rugosas e ou L. fermentum. Foram avaliadas modificações no tratamento ácido do fermento, visando o controle do crescimento dos contaminantes sem afetar a levedura do processo. Em seguida, foram conduzidas fermentações contaminadas e não contaminadas submetidas ao tratamento ácido combinado com adição de etanol, tanto em caldo quanto em melaço, utilizando-se PE-2, uma das linhagens rugosas e L. fermentum. A atividade da invertase extracelular foi também avaliada em ambos os substratos para os micro-organismos estudados, em condições de crescimento. Concluiu-se que o tipo de substrato de fermentação, caldo de cana ou melaço, influenciou o desempenho da linhagem industrial PE-2 assim como afetou o desenvolvimento das contaminações com as leveduras rugosas S. cerevisiae na presença ou ausência da bactéria L. fermentum, em fermentações sem reciclo celular. O efeito da contaminação foi mais evidente quando se utilizou caldo de cana do que melaço como substrato, no caso da contaminação com leveduras rugosas, e o inverso no caso da contaminação com L. fermentum. O efeito da contaminação sobre a eficiência fermentativa foi maior na presença da levedura rugosa do que com a bactéria, e a contaminação dupla (tanto com a levedura rugosa quanto com a bactéria) não teve efeito maior sobre a eficiência fermentativa do que a contaminação simples, por um ou por outro micro-organismo isoladamente, especialmente na fermentação em batelada com reciclo celular, independentemente do substrato. Nas fermentações com reciclo de células, o efeito do substrato foi menos evidente. O controle do crescimento das linhagens rugosas pode ser realizado modificando o tratamento ácido normalmente realizado na indústria, seja pela adição de etanol à solução ácida ou pelo abaixamento do pH, dependendo da linhagem rugosa. O tratamento combinado baixo pH (2,0) + 13% etanol afetou a fisiologia da linhagem industrial, trazendo prejuízos à fermentação com reciclo celular, com pequeno controle sobre o crescimento da levedura rugosa e causando morte celular à L. fermentum. A diferença na atividade invertásica entre as linhagens rugosas e industrial de S. cerevisiae pode ser a responsável pela fermentação lenta apresentada pelas linhagens rugosas quando presentes na fermentação, sendo não significativa a influência do substrato sobre a atividade dessa enzima.

Fisiologia e formação de partículas lipídicas durante o crescimento da levedura Yarrowia lipolytica IMUFRJ 50682.

A levedura Yarrowia lipolytica tem sido muito investigada, especialmente por ser um microrganismo oleaginoso, ou seja, capaz de acumular grandes quantidades de lipídios, o que ocorre majoritariamente em organelas denominadas partículas lipídicas. Estes lipídios apresentam várias potenciais aplicações biotecnológicas, como por exemplo na produção de óleo microbiano (single cell oil) e na produção de biodiesel. Durante este projeto de mestrado, objetivou-se estudar a fisiologia de duas linhagens da levedura Y. lipolytica, sendo uma tradicionalmente estudada pela comunidade científica internacional (linhagem w29) e outra isolada da Baía da Guanabara, no Rio de Janeiro (linhagem IMUFRJ 50682). Foram realizados cultivos em frascos agitados tipo Erlenmeyer com defletores tampados com algodão (volume total 500 mL, volume de meio 100 mL, 28 oC e 200 rotações por minuto), durante os quais foi possível: 1) escolher um meio de cultivo de composição totalmente definida, com tiamina como único fator de crescimento, adequado a estudos de fisiologia quantitativa com esta levedura; 2) verificar que Y. lipolytica não é capaz de crescer com sacarose ou xilose como única fonte de carbono; 3) verificar que Y. lipolytica cresce com velocidade específica de crescimento máxima (Máx) de 0,49 h-1 num meio complexo contendo glicose, extrato de levedura e peptona (meio YPD), 0,31 h-1 em meio definido com glicose como única fonte de carbono e 0,35 h-1 no mesmo meio, mas com glicerol como única fonte de carbono, sem excreção de metabólitos para o meio de cultivo; 4) verificar que ocorreu limitação por oxigênio nos cultivos em frasco agitado, sendo este o motivo pelo qual as células deixaram de crescer exponencialmente; 5) verificar que o uso de ureia, em vez de sulfato de amônio, como fonte de nitrogênio, contribui para uma variação menor do pH durante os cultivos, sem prejuízo ao crescimento da levedura; 6) observar que, ao se restringir a oferta de nitrogênio à levedura (aumento da relação C/N inicial no meio de 12,6 para 126), as células têm sua morfologia alterada e apresentam maior quantidade de partículas lipídicas; 7) determinar uma composição elementar para a biomassa de Y. lipolytica (CH1,98O0,58N0,13), em que os átomos de carbono encontram-se em média mais reduzidos do que na biomassa de leveduras como Saccharomyces cerevisiae e Dekkera bruxellensis. Foram também realizados cultivos em biorreator em batelada (1 L de volume útil, 28 oC, aerobiose plena e pH controlado em 5,0), durante os quais foi possível: a) estabelecer um protocolo de cultivo para Y. lipolytica em biorreator (que envolvem agitação mecânica, aeração e uso de anti-espumante, entre outras diferenças em relação aos cultivos em frasco); b) confirmar os valores dos principais parâmetros fisiológicos apresentados por esta levedura, anteriormente obtidos a partir de cultivos em frasco; c) confirmar que o fator de conversão de substrato a células (Yx/s) é maior para cultivos realizados com glicerol como fonte única de carbono (0,53 g/g para a linhagem IMUFRJ 50682), do que com glicose (0,48 g/g para a mesma linhagem). Finalmente, cultivos realizados em quimiostato com glicerol como fonte de carbono e energia, limitados por amônio (fonte de nitrogênio, relação C/N 126), às vazões específicas de 0,25 h-1 e 0,15 h-1, permitiram observar que o número de partículas lipídicas por célula de Y. lipolytica permaneceu em torno de 2 em ambas as situações e houve uma diminuição no teor de nitrogênio nas células quando a velocidade específica de crescimento diminuiu de 0,25 para 0,15 h-1.

Estudo da cinética de crescimento de células de inseto Sf21 e infecção por baculovírus Anticarsia gemmatalis (AgMNPV) para a produção de bioinseticida.

O interesse em estudar o cultivo das células de inseto está relacionado entre outros usos a sua utilização na produção de biopesticidas. Há muitos anos os pesticidas químicos vêm contribuindo no controle de pragas na agricultura. Entretanto, o uso desses compostos prolongadamente tem resultado na seleção de insetos resistentes e em poluição ambiental. Diante disso, torna-se necessário o desenvolvimento e aprimoramento dos bioinseticidas. No Brasil, o baculovírus Anticarsia gemmatalis multiple nucleopolyhedrovirus (AgMNPV) foi o principal agente de controle biológico da praga da soja Anticarsia gemmatalis. Assim, estudos que viabilizem a produção desses vírus in vitro possibilitariam uma produção mais controlada e de melhor qualidade desses biopesticidas. Neste trabalho, investigou-se a suscetibilidade à infecção por AgMNPV de diferentes linhagens celulares de Sf21 e o crescimento dessas células em diferentes sistemas: cultivos em schotts, em spinner e em biorreator, variando-se a idade do inóculo (IA) e a concentração celular inicial (X0). Constatou-se variação no perfil de infecção das linhagens, sendo as linhagens mais adequadas para a produção de bioinseticida as linhagens de Sf21 denominadas EMBRAPA, UFRN e GibcoG, uma vez que estas apresentaram mais do que 40 % das células com poliedros em cultivos em suspensão, enquanto a linhagem denominada GibcoSF teve menos de 2 % das células infectadas com poliedros. Ao se estudar o efeito do número de subcultivos na morfologia e crescimento celular, foi averiguado um aumento no diâmetro de 10 % e no volume de 26 % das células UFRN em relação às células GibcoSF. Além disso, o crescimento das células UFRN foi 49% menor do que das células GibcoSF. Quando realizado o Delineamento Composto Central Rotacional (DCCR) para se analisar o efeito da IA e a X0 na taxa de crescimento específica máxima (?max) e na concentração celular máxima (Xvmax) em cultivos em schott com células UFRN, obteve-se um modelo empírico. Quando analisadas as variáveis IA e X0 separadamente, não foram encontradas diferenças significativas para as respostas Xvmax e ?max em relação a X0. Para a IA, entretanto, obteve-se os resultados mais satisfatórios para os inóculos com IA de 72 e 96 horas: Xvmax de 5,97.106 cel/mL e 5,99.106 cel/mL, e ?max de 0,70 dia-1 e 0,63 dia-1, respectivamente. Nos cultivos em spinner com células UFRN, foi observada a formação de grumos, o que levou a Xvmax de 2,00.106 cel/mL. No cultivo em biorreator com células UFRN, foi obtido um Xvmax de 6,21.106 cel/mL, ?max de 0,70 dia-1, Qo2 na fase exponencial de 67,3 ± 3,6 .10-18 molO2/cel/s, rendimento de glicose em célula igual a 1,0.109 cel/g de glicose e um rendimento de glutamina em células de 3,0.109 cel/mL. Comprovou-se, portanto, a existência de alterações na infecção entre diferentes linhagens de Sf21; a importância do estado fisiológico da célula nos subcultivos, a ocorrência de mudanças no crescimento celular de acordo com os sistemas de cultivo e o efeito do número de subcultivos na morfologia e crescimento de células Sf21.