Efeitos estruturais e cinéticos de micelas invertidas sobre uma amidase de pseudomonas aeruginosa

No presente trabalho foi executado o encapsulamento de células intactas, extracto celular e amidase purificada (E.C. 3.5.1.4) da estirpe L10 e AI3 de Pseudomonas aeruginosa num sistema de micelas invertidas composto pelo surfactante catiónico brometo de tetradeciltrimetilamónio (TTAB) em heptano/octanol 80/20 (v/v). O efeito do encapsulamento no sistema de micelas invertidas foi estudado avaliando a reacção de transamidação para síntese de ácido acetohidroxâmico, catalisada pela amidase expressa por ambas as estirpes. No sistema de micelas invertidas fez-se variar conteúdo de água (w0) e foi estudado o efeito na actividade enzimática e no rendimento de síntese de acetohidroxamato. Os resultados demonstraram um aumento considerável de actividade específica e do rendimento de síntese no sistema de micelas comparativamente ao meio convencional aquoso, sugerindo que a metodologia de encapsulamento do biocatalisador demonstrou potencialidades de utilização na síntese de hidroxamatos, compostos de elevada importância e aplicabilidade. Na variação do conteúdo de água no sistema micelar obteve-se uma curva em sino de actividade específica e de rendimento, com um pico de actividade para w0 = 10, quer em células intactas, extracto celular e amidase purificada de ambas as estirpes. No caso da Pseudomonas aeruginosa L10 alcançaram-se actividades específicas de 8, 11 e 103 UI/mg de proteína e rendimentos de 94, 99 e 40 % respectivamente para células intactas, extracto celular e amidase purificada. Quanto à Pseudomonas aeruginosa AI3 obtiveram-se, respectivamente, actividades específicas de 5, 9 e 163 UI/ mg de proteína e rendimentos de 66, 66 e 28 % para células intactas, extracto celular e amidase purificada. A estabilidade de armazenamento do biocatalisador no sistema de micelas invertidas e em solução aquosa a 24ºC foi avaliada. Este estudo revelou um aumento do t1/2 no sistema de micelas face ao armazenamento em solução aquosa convencional. No caso da Pseudomonas aeruginosa L10 os melhores resultados foram obtidos para a amidase purificada encapsulada revelando um t1/2 de 17 dias. Quanto ao extracto celular da Pseudomonas aeruginosa AI3 demonstrou um t1/2 de 26 dias quando encapsulado no sistema de micelas. O estudo das alterações estruturais na amidase, de ambas as estirpes, devidas ao encapsulamento em micelas invertidas foi realizado recorrendo à espectroscopia de FTIR. Esta análise permitiu verificar que a amidase AI3 não alterou significativamente a sua estrutura secundária em micelas invertidas para diferentes w0. No entanto, no encapsulamento a sua estrutura secundária sofreu alterações face à estrutura do enzima em solução aquosa. A amidase L10 exibe apenas alterações estruturais face à estrutura que exibe em solução aquosa quando confinada em micelas para w0 3,5 e 4.

Construção de um biossensor para o doseamento de ureia baseado na inibição enzimática da amidase de pseudomonas aeruginosa com recurso a um eléctrodo selectivo de iões amónio

Era objectivo do presente trabalho o desenvolvimento de um biossensor baseado na inibição da amidase de Pseudomonas aeruginosa para a quantificação de ureia em diversas amostras com recurso a um eléctrodo selectivo de iões amónio (ISE). A ureia é um poderoso inibidor do centro activo da amidase (Acilamida hidrolase EC 3.5.1.4) de Pseudomonas aeruginosa a qual catalisa a hidrólise de amidas alifáticas produzindo o ácido correspondente e amónia. O extracto celular de Pseudomonas aeruginosa L10 contendo actividade de amidase foi imobilizado em membranas de poliétersulfona modificadas (PES) e em membranas de nylon Porablot NY Plus na presença de gelatina e de glutaraldeído (GA) como agente bifuncional. Estas membranas foram posteriormente utilizadas na construção do biossensor baseado no ISE, utilizando acetamida como substrato, a reacção enzimática foi seguida medindo os iões amónio produzidos pela hidrólise da amida alifática, e a resposta do biossensor apresentada como a velocidade inicial da reacção (mV.min-1). A optimização dos parâmetros de imobilização foi efectuada de acordo com a metodologia ANOVA. Assim, a mistura de 30μL extracto celular, 2μL GA (5%) e 10 μL Gelatina 15% (p/v) foi a que conduziu a uma melhor resposta do biossensor. Efectuou-se ainda o estudo de optimização de alguns parâmetros experimentais pH e tempo de incubação em ureia, este conduziu ao valor pH=7,2 como pH óptimo de resposta do biossensor e 20 min como tempo óptimo de incubação das membranas nas soluções de ureia, sendo neste caso a resposta do biossensor dada pela diferença das respostas do biossensor antes e após incubação. A calibração do biossensor foi efectuada em soluções contendo concentrações conhecidas de ureia preparadas em tampão Tris, leite e vinho caseiro, exibindo um limite de detecção de 2,0 ×10-6 M de ureia. A incubação das membranas em hidroxilamina 2M por um período de 2h permitiu a recuperação de 70% da actividade enzimática da membrana. O biossensor apresentou uma elevada estabilidade de armazenamento por um período de 55 dias revelando uma perda de apenas 15% da sua resposta. O biossensor desenvolvido apresenta uma sensibilidade de 58,245 mV.min-1 e um tempo de resposta de aproximadamente 20s. A resposta do biossensor foi linear para concentrações de ureia presentes no vinho na gama de 4-10 μM de ureia.

Análise da produção de uma amidase recombinante de pseudomonas aeruginosa

O presente trabalho consistiu na optimização da produção da amidase (EC.3.5.1.4 recombinante de Escherichia coli cujo gene foi isolado de Pseudomonas aeruginosa 8602. O efeito na agregação do enzima in vivo de diversos parâmetros de crescimento, tais como concentração de IPTG, temperatura de incubação e 3% de etanol, foi estudado por combinação da actividade enzimática com a espectrocospia de FTIR. Os resultados demosntraram que ocorreu a formação de amidase agregada na forma de corpos de inclusão em todas as condições de crescimento. A actividade enzimática máxima obtida na fracção solúvel ocorreu para a condição de 4,40 mM IPTG com etanol a 37º C enquanto que nas fracções insolúveis a actividade enzimática máxima obtida foi para a condição de 0,70mM IPTG com etanol a 25ºC. Verificou-se ainda que o etanol nas condições de crescimento de 25ºC permitiu uma elevada expressão de amidase, mas que agragou numa forma biologicamente activa apresentando para determinadas condições um aumento de 60% de actividade específica em relação à fracção solúvel. A espectrocospia de FTIR foi utilizada para o estudo de possíveis alterações estruturais da amidase produzida nas diversas condições de crescimento. Constatou-se assim que para todas as condições de crescimento, a amidase agregou na forma de corpos de inclusão devido ao aumento de folhas-β agregadas resultante de um aumento de interacções intermoleculares comparativamente ao enzima purificado. De um modo geral as condições a 25ºC formam maior quantidade de folhas-β agregadas que as condições a 37ºC, principalmente na presença de etanol. Verificou-se ainda que os corpos de inclusão das condições de crescimento de 37ºC apresentam uma estrutura secundária mais semelhante com a solução de amidase purificada relativamente às condições de 25ºC. No entanto as condições de 37ºC apresentam agragados com menor actividade possivelmente devido à ocorrência de interacções intermoleculares associadas a uma estrutura secundária mais semelhante à nativa. A solubilização não desnaturante da amidase nos corpos de inclusão foi efectuada com sucesso na presença de L-Arginina obtendo-se maior rendimento de solubilização para as condições a 37ºC, comprovando a menor quantidade de interacções intermoleculares nestes agregados e uma estrutura secundária do enzima agregado semelhante à nativa.

Substrate interaction with recombinant amidase from Pseudomonas aeruginosa during biocatalysis

The interaction of a variety of substrates with Pseudomonas aeruginosa native amidase (E.C. 3.5.1.4), overproduced in an Escherichia coli strain, was investigated using difference FTIR spectroscopy. The amides used as substrates showed an increase in hydrogen bonding upon association in multimers, which was not seen with esters. Evidence for an overall reduction or weakening of hydrogen bonding while amide and ester substrates are interacting with the enzyme is presented. The results describe a spectroscopic approach for analysis of substrate-amidase interaction and in situ monitoring of the hydrolysis and transferase reaction when amides or esters are used as substrates.

Pseudomonas aeruginosa amidase: Aggregation in recombinant Escherichia coli

The effect of cultivation parameters such as temperature incubation, IPTG induction and ethanol shock on the production of Pseudomonasaeruginosa amidase (E.C.3.5.1.4) in a recombinant Escherichia coli strain in LB ampicillin culture medium was investigated. The highest yield of solubleamidase, relatively to other proteins, was obtained in the condition at 37 degrees C using 0.40 mM IPTG to induce growth, with ethanol. Our results demonstrate the formation of insoluble aggregates containing amidase, which was biologically active, in all tested growth conditions. Addition of ethanol at 25 degrees C in the culture medium improved amidase yield, which quantitatively aggregated in a biologically active form and exhibited in all conditions an increased specific activity relatively to the soluble form of the enzyme. Non-denaturing solubilization of the aggregated amidase was successfully achieved using L-arginine. The aggregates obtained from conditions at 37 degrees C by Furier transform infrared spectroscopy (FTIR) analysis demonstrated a lower content of intermolecular interactions, which facilitated the solubilization step applying non-denaturing conditions. The higher interactions exhibited in aggregates obtained at suboptimal conditions compromised the solubilization yield. This work provides an approach for the characterization and solubilization of novel reported biologically active aggregates of this amidase.

Production of hydroxamic acids by immobilized Pseudomonas aeruginosa cells Kinetic analysis in reverse micelles

Intact cells from Pseudomonas aeruginosa strain L10 containing amidase were used as biocatalysts both free and immobilized in a reverse micellar system. The apparent kinetic constants for the transamidation reaction in hydroxamic acids synthesis, were determined using substrates such as aliphatic, amino acid and aromatic amides and esters, in both media. In reverse micelles, K-m values decreased 2-7 fold relatively to the free biocatalyst using as substrates acetamide, acrylamide, propionamide and glycinamide ethyl ester. We have concluded that overall the affinity of the biocatalyst to each substrate increases when reactions are performed in the reversed micellar system as opposed to the buffer system. The immobilized biocatalyst in general, exhibits higher stability and faster rates of reactions at lower substrates concentration relatively to the free form, which is advantageous. Additionally, the immobilization revealed to be suitable for obtaining the highest yields of hydroxamic acids derivatives, in some cases higher than 80%. (C) 2013 Elsevier B.V. All rights reserved.

Inhibition of Aspergillus fumigatus and its biofilm by Pseudomonas aeruginosa is dependent on the source, phenotype and growth conditions of the bacterium

Aspergillus fumigatus (Af) and Pseudomonas aeruginosa (Pa) are leading fungal and bacterial pathogens, respectively, in many clinical situations. Relevant to this, their interface and co-existence has been studied. In some experiments in vitro, Pa products have been defined that are inhibitory to Af. In some clinical situations, both can be biofilm producers, and biofilm could alter their physiology and affect their interaction. That may be most relevant to airways in cystic fibrosis (CF), where both are often prominent residents. We have studied clinical Pa isolates from several sources for their effects on Af, including testing involving their biofilms. We show that the described inhibition of Af is related to the source and phenotype of the Pa isolate. Pa cells inhibited the growth and formation of Af biofilm from conidia, with CF isolates more inhibitory than non-CF isolates, and non-mucoid CF isolates most inhibitory. Inhibition did not require live Pa contact, as culture filtrates were also inhibitory, and again non-mucoid>mucoid CF>non-CF. Preformed Af biofilm was more resistant to Pa, and inhibition that occurred could be reproduced with filtrates. Inhibition of Af biofilm appears also dependent on bacterial growth conditions; filtrates from Pa grown as biofilm were more inhibitory than from Pa grown planktonically. The differences in Pa shown from these different sources are consistent with the extensive evolutionary Pa changes that have been described in association with chronic residence in CF airways, and may reflect adaptive changes to life in a polymicrobial environment.

Investigation of structural effects and behaviour of pseudomonas aeruginosa amidase encapsulated in reserved micelles

The acetohydroxamic acid synthesis reaction was studied using whole cells, cell-free extract and purified amidase from the strains of Pseudomonas aeruginosa L10 and A13 entrapped in a reverse micelles system composed of cationic surfactant tetradecyltrimethyl ammonium bromide. The specific activity of amidase, yield of synthesis and storage stability were determined for the reversed micellar system as well as for free amidase in conventional buffer medium. The results have revealed that amidase solutions in the reverse micelles system exhibited a substantial increase in specific activity, yield of synthesis and storage stability. In fact, whole cells from P. aeruginosa L10 and AI3 in reverse micellar medium revealed an increase in specific activity of 9.3- and 13.9-fold, respectively, relatively to the buffer medium. Yields of approximately 92% and 66% of acetohydroxamic acid synthesis were obtained for encapsulated cell free extract from P. aeruginosa L10 and A13, respectively. On the other hand, the half-life values obtained for the amidase solutions encapsulated in reverse micelles were overall higher than that obtained for the free amidase solution in buffer medium. Half-life values obtained for encapsulated purified amidase from P. aeruginosa strain L10 and encapsulated cell-free extract from P. aeruginosa strain AI3 were of 17.0 and 26.0 days, respectively. As far as the different sources biocatalyst are concerned, the data presented in this work has revealed that the best results, in both storage stability and biocatalytic efficiency, were obtained when encapsulated cell-free extract from P. aeruginosa strain AI3 at 14/0 of 10 were used. Conformational changes occurring upon encapsulation of both strains enzymes in reverse micelles of TAB in heptane/octanol were additionally identified by FTIR spectroscopy which clarified the biocatalysts performances.