Primary screening of the bioactivity of brackishwater cyanobacteria: toxicity of crude extracts to artemia salina larvae and paracentrotus lividus embryos

Cyanobacteria are a diverse group of Gram-negative bacteria that produce an array of secondary compounds with selective bioactivity against vertebrates, invertebrates, plants, microalgae, fungi, bacteria, viruses and cell lines. The aim of this study was to assess the toxic effects of aqueous, methanolic and hexane crude extracts of benthic and picoplanktonic cyanobacteria isolated from estuarine environments, towards the nauplii of the brine shrimp Artemia salina and embryos of the sea urchin Paracentrotus lividus. The A. salina lethality test was used as a frontline screen and then complemented by the more specific sea urchin embryo-larval assay. Eighteen cyanobacterial isolates, belonging to the genera Cyanobium, Leptolyngbya, Microcoleus, Phormidium, Nodularia, Nostoc and Synechocystis, were tested. Aqueous extracts of cyanobacteria strains showed potent toxicity against A. salina, whereas in P. lividus, methanolic and aqueous extracts showed embryo toxicity, with clear effects on development during early stages. The results suggest that the brackishwater cyanobacteria are producers of bioactive compounds with toxicological effects that may interfere with the dynamics of invertebrate populations.

Toxicity assessment of crude and partially purified extracts of marine Synechocystis and Synechococcus cyanobacterial strains in marine invertebrates

Among the Cyanoprokaryota, the genera Synechocystis and Synechococcus have rarely been studied with respect to potential toxicity. This is particularly true with marine environments where studies about the toxicity of cyanobacteria are restricted to filamentous forms at the warmer temperate and tropical regions and also to filamentous forms at cold seas such as the Baltic Sea. In this study, we describe the effects of cyanobacterial strains of the Synechocystis and Synechococcus genera isolated from the marine coast of Portugal, on marine invertebrates. Crude and partially purified extracts at a concentration of 100 mg/ml of freeze-dried material of the marine strains were tested for acute toxicity in nauplii of the brine shrimp Artemia salina, in the rotifer Brachionus plicatillis and in embryos of the sea urchin Paracentrotus lividus and the mussel Mytilus galloprovincialis. The cyanobacterial extracts, especially the crude extract, had an impact on A. salina nauplii. No significant toxic effects were registered against the rotifer. A negative impact of all strains was recorded on the embryonic development of the sea urchin, with toxic effects resulting in an inhibition of embryogenesis or development of smaller larvae. To the mussel embryos, the effects of cyanobacterial extracts resulted in a complete inhibition of embryogenesis. The results of all assays indicate that Synechocystis and Synechococcus marine strains contained toxic compounds to marine invertebrates.

Aproveitamento e valorização de resíduos provenientes da produção de Biodiesel

Com o desenvolvimento económico das últimas décadas, a gestão de recursos energéticos é um desafio que a sociedade moderna enfrenta. Assim, actualmente há a necessidade da procura de novas fontes de energia, fontes de energia renováveis. Sendo o biodiesel uma fonte de energia renovável, a sua crescente produção irá trazer um aumento da produção de resíduos, como o glicerol e ácidos gordos. É pois importante reduzir/valorizar estes resíduos de forma a impedir a sua acumulação ao longo do tempo. A valorização destes resíduos é o objectivo principal deste trabalho. A primeira parte consistiu na esterificação de ácidos gordos livres com glicerol, na presença de um catalisador ácido, para a produção de monoglicerídeos. Foram utilizados diferentes tipos de matérias-primas: glicerol (76,3%) e resíduo de ácidos gordos (20,8%), fornecidos pela empresa SOCIPOLE SA, glicerol puro (92,2%) e ácido oleico puro (93,1%). Os catalisadores usados foram o cloreto de zinco comercial e o ácido p-tolueonossulfónico comercial. Não foram efectuadas análises específicas aos monoglicerídeos, o produto foi caracterizado pelo índice de acidez. Aparentemente, a maior conversão de ácidos gordos foi obtida no ensaio de esterificação de ácidos gordos com glicerol, ambos da SOCIPOLE SA. No entanto, este não serviu como termo de comparação com os outros devido à formação de uma fase sólida (polímero). Relativamente aos outros ensaios, com razão molar glicerol/ácidos gordos de 1:3, o melhor resultado foi obtido na reacção de glicerol da SOCIPOLE SA com ácido oleico puro, na presença do catalisador ácido p-toluenossulfónico, à temperatura de 106,3ºC e tempo de reacção de 4h30min, sendo a conversão final de ácido oleico 80,7%. Na segunda parte foi feito o estudo da esterificação de ácidos gordos livres com metanol, na presença de ácido sulfúrico, para a produção de biodiesel utilizando ácidos gordos fornecidos pela empresa SOCIPOLE SA, ácidos gordos derivados dos sabões de um resíduo de glicerol fornecido pelo Laboratório de Tecnologia Química, Professora Doutora Lídia Vasconcelos do ISEP e ácidos gordos derivados dos sabões do glicerol bruto, fornecido pela empresa SOCIPOLE SA. Os ensaios foram efectuados a 65ºC, com uma agitação de 120rpm e uma razão molar ácidos gordos/metanol de 1:3. Verificou-se que o índice de acidez do produto, depois de lavado e seco, diminuía com o tempo de reacção e na generalidade a percentagem de ésteres aumentava, observando-se que a partir das seis horas, a reacção se tornava muito lenta. O estudo da razão ácidos gordos/metanol, não permitiu tirar conclusões. O melhor resultado obtido correspondeu a um produto com 96,2% de ésteres metílicos e 8,54mgKOH/gamostra de índice de acidez, pelo que não pode ainda ser designado de biodiesel.

Exploring bioactive properties of marine cyanobacteria Isolated from the Portuguese coast: high potential as a source of anticancer compounds

The oceans remain a major source of natural compounds with potential in pharmacology. In particular, during the last few decades, marine cyanobacteria have been in focus as producers of interesting bioactive compounds, especially for the treatment of cancer. In this study, the anticancer potential of extracts from twenty eight marine cyanobacteria strains, belonging to the underexplored picoplanktonic genera, Cyanobium, Synechocystis and Synechococcus, and the filamentous genera, Nodosilinea, Leptolyngbya, Pseudanabaena and Romeria, were assessed in eight human tumor cell lines. First, a crude extract was obtained by dichloromethane:methanol extraction, and from it, three fractions were separated in a Si column chromatography. The crude extract and fractions were tested in eight human cancer cell lines for cell viability/toxicity, accessed with the 3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyl tetrazolium bromide (MTT) and lactic dehydrogenase release (LDH) assays. Eight point nine percent of the strains revealed strong cytotoxicity; 17.8% showed moderate cytotoxicity, and 14.3% assays showed low toxicity. The results obtained revealed that the studied genera of marine cyanobacteria are a promising source of novel compounds with potential anticancer activity and highlight the interest in also exploring the smaller filamentous and picoplanktonic genera of cyanobacteria.

Picocyanobacteria From a Clade Of Marine Cyanobium Revealed Bioactive Potential Against Microalgae, Bacteria, And Marine

The production of bioactive compounds either toxic or with pharmacological applications by cyanobacteria is well established. However, picoplanktonic forms within this group of organisms have rarely been studied in this context. In this study, the toxicological potential of picocyanobacteria from a clade of marine Cyanobium strains isolated from the Portuguese coast was examined using different biological models. First, strains were identified by applying morphological and molecular approaches and cultured under lab conditions. A crude extract and three fractions reflecting a preliminary segregation of lipophilic metabolites were tested for toxicity with the marine microalga Nannochloropsis sp., the bacteria Pseudomonas sp., the brine shrimp Artemia salina, and fertilized eggs of the sea urchin Paracentrotus lividus. No significant apparent adverse effects were noted against Artemia salina. However, significant adverse effects were found in all other assays, with an inhibition of Nannochloropsis sp. and Pseudomonas sp. growth and marked reduction in Paracentrotus lividus larvae length. The results obtained indicated that Cyanobium genus may serve as a potential source of interesting bioactive compounds and emphasize the importance of also studying smaller picoplanktonic fractions of marine cyanobacteria.

Cytotoxicity in L929 fibroblasts and inhibition of herpes simplex virus type 1 Kupka by estuarine cyanobacteria extracts

The cyanobacteria are known to be a rich source of metabolites with a variety of biological activities in different biological systems. In the present work, the bioactivity of aqueous and organic (methanolic and hexane) crude extracts of cyanobacteria isolated from estuarine ecosystems was studied using different bioassays. The assessment of DNA damage on the SOS gene repair region of mutant PQ37 strain of Escherichia coli was performed. Antiviral activity was evaluated against influenza virus, HRV-2, CVB3 and HSV-1 viruses using crystal violet dye uptake on HeLa, MDCK and GMK cell lines. Cytotoxicity evaluation was performed with L929 fibroblasts by MTT assay. Of a total of 18 cyanobacterial isolates studied, only the crude methanolic extract of LEGE 06078 proved to be genotoxic (IF > 1.5) in a dose-dependent manner and other four were putative candidates to induce DNA damage. Furthermore, the crude aqueous extract of LEGE 07085 showed anti- herpes type 1 activity (IC50 = 174.10 μg dry extract mL−1) while not presenting any cytotoxic activity against GMK cell lines. Of the 54 cyanobacterial extracts tested, only the crude methanolic and hexane ones showed impair on metabolic activity of L929 fibroblasts after long exposure (48–72 h). The inhibition of HSV-1 and the strong cytotoxicity against L929 cells observed emphasizes the importance of evaluating the impact of those estuarine cyanobacteria on aquatic ecosystem and on human health. The data also point out their potential application in HSV-1 treatment and pharmacological interest.

Cytotoxicity Induced by Extracts of Pisolithus tinctorius Spores on Human Cancer and Normal Cell Lines—Evaluation of the Anticancer Potential

Fungi have been considered a potential source of natural anticancer drugs. However, studies on these organisms have mainly focused on compounds present in the sporocarp and mycelium. The aim of this study was to assess the anticancer potential of fungal spores using a bioassay-guided fractionation with cancer and normal cell lines. Crude extracts from spores of the basidiomycetous fungus Pisolithus tinctorius were prepared using five solvents/solvent mixtures in order to select the most effective crude extraction procedure. A dichloromethane/methanol (DCM/MeOH) mixture was found to produce the highest extraction yield, and this extract was fractionated into 11 fractions. Crude extracts and fractions were assayed for cytotoxicity in the human osteocarcinoma cell line MG63, the human breast carcinoma cell line T47D, the human colon adenocarcinoma cell line RKO, and the normal human brain capillary endothelial cell line hCMEC/D3. Cytotoxicity was assessed by the 3-(4,5-dimethyl-2-thiazolyl)-2,5-diphenyl-2H-tetrazolium bromide (MTT) reduction assay. The results showed a reduction in cancer cell viability of approximately 95% with 4 of 11 fractions without a significant reduction in viability of hCMEC/D3 cells. Data demonstrated that spores of P. tinctorius might serve as an interesting source of compounds with potential anticancer properties.

Exposure of Lycopersicon Esculentum to Microcystin-LR: Effects in the Leaf Proteome and Toxin Translocation from Water to Leaves and Fruits

Natural toxins such as those produced by freshwater cyanobacteria have been regarded as an emergent environmental threat. However, the impact of these water contaminants in agriculture is not yet fully understood. The aim of this work was to investigate microcystin-LR (MC-LR) toxicity in Lycopersicon esculentum and the toxin accumulation in this horticultural crop. Adult plants (2 month-old) grown in a greenhouse environment were exposed for 2 weeks to either pure MC-LR (100 μg/L) or Microcystis aeruginosa crude extracts containing 100 μg/L MC-LR. Chlorophyll fluorescence was measured, leaf proteome investigated with two-dimensional gel electrophoresis and Matrix Assisted Laser Desorption Ionization Time-of-Flight (MALDI-TOF)/TOF, and toxin bioaccumulation assessed by liquid chromatography-mass spectrometry (LC-MS)/MS. Variations in several protein markers (ATP synthase subunits, Cytochrome b6-f complex iron-sulfur, oxygen-evolving enhancer proteins) highlight the decrease of the capacity of plants to synthesize ATP and to perform photosynthesis, whereas variations in other proteins (ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase large subunit and ribose-5-phosphate isomerase) suggest an increase of carbon fixation and decrease of carbohydrate metabolism reactions in plants exposed to pure MC-LR and cyanobacterial extracts, respectively. MC-LR was found in roots (1635.21 μg/kg fw), green tomatoes (5.15–5.41 μg/kg fw), mature tomatoes (10.52–10.83 μg/kg fw), and leaves (12,298.18 μg/kg fw). The results raise concerns relative to food safety and point to the necessity of monitoring the bioaccumulation of water toxins in agricultural systems affected by cyanotoxin contamination.

Life Cycle Assessment of the Hybrid Vehicle – Toyota Prius

Die Luftverschmutzung, die globale Erwärmung sowie die Verknappung der endlichen Ressourcen sind die größten Bedenken der vergangenen Jahrzehnte. Die Nachfrage nach jeglicher Mobilität steigt rapide. Dementsprechend bemüht ist die Automobilindustrie Lösungen für Mobilität unter dem Aspekt der Nachhaltigkeit und dem Umweltschutz anzubieten. Die Elektrifizierung hat sich hierbei als der beste Weg herausgestellt, um die Umweltprobleme sowie die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen zu lösen. Diese Arbeit soll einen Einblick über die Umweltauswirkungen des Hybridfahrzeuges Toyota Prius geben. Hierbei findet eine Gliederung in vier verschiedene Lebensphasen statt. Im Anschluss bietet die Sachbilanz die Möglichkeit die Umweltauswirkungen mit verschiedenen Antriebsmöglichkeiten und Brennstoffen zu vergleichen. Das Modell hat gezeigt, dass der Toyota Prius während der Nutzung einen hohen Einfluss auf das Treibhauspotenzial aufweist. Durch die Nutzung anderer Brennstoffe, wie beispielsweise Ethanol oder Methanol lassen sich die Auswirkungen am Treibhauspotenzial sowie der Verbrauch an abiotischen Ressourcen reduzieren. Vergleicht man die Elektromobilität mit der konventionellen, so ist festzustellen, dass diese Art der Mobilität die derzeit beste Möglichkeit zur Reduzierung der Umweltbelastungen bietet. Die Auswirkungen der Elektromobilität sind im hohen Maße abhängig von der Art des verwendeten Strommixes.

Análise da atual unidade de desasfaltação pelo Propano para o tratamento de crudes não parafínicos

Este trabalho teve como principal objetivo o estudo da simulação da unidade de destilação atmosférica e a vácuo da fábrica de óleos base da Petrogal, permitindo verificar que, uma vez conseguido um modelo num programa de simulação que traduz o comportamento real de um dado processo, é possível sem riscos operacionais avaliar o efeito da alteração das condições normais de funcionamento desse processo. O trabalho foi orientado pelo Eng.º Carlos Reis, no que diz respeito à empresa, e pelo Prof. Dr. Luís Silva, pelo ISEP. O trabalho foi dividido em duas partes, sendo a primeira direcionada à obtenção do novo crude a partir de dois crudes pesados e caracterização dessa mistura. Já a segunda parte reside na refinação deste novo crude através da plataforma Aspen Plus para obtenção do resíduo de vácuo, para posterior processamento na coluna de discos rotativos usando um método de separação por extração liquido-liquido. Estudaram-se as propriedades físicas dos fluidos e verificou-se que na destilação atmosférica as curvas de destilação encontram-se muito próximas comparativamente com os resultados obtidos pela empresa, enquanto na destilação a vácuo os valores encontram-se mais afastados, apresentando uma variação de 30ºC a 100ºC em relação aos valores obtidos pelo Petro-Sim. Com a finalidade de cumprir um dos objetivos em falta, irão ser realizadas futuramente simulações no extrator de discos rotativos para otimização do processo para crudes pesados, sendo os resultados facultados, posteriormente, à Petrogal. Durante a realização do trabalho foi atingido um modelo real representativo da unidade de destilação atmosférica e a vácuo da Petrogal, podendo obter-se resultados para qualquer tipo de crude, fazendo apenas variar o assay da corrente de alimentação.

Valorização da Borra de Café: Otimização da Produção de Biodiesel por Catálise Enzimática

O decréscimo das reservas de petróleo e as consequências ambientais resultantes do recurso a combustíveis fósseis nos motores a diesel têm levado à procura de combustíveis alternativos. Esta pesquisa alicerçada nas fontes de energia renovável tornou-se essencial, face à crescente procura de energia e ao limitado fornecimento de combustíveis fósseis . Resíduos de óleo de cozinha, gordura animal, entre outros resíduos de origem biológica, tais como a borra de café, são exemplos de matérias-primas para a produção de biodiesel. A sua valorização tem interesse quer pela perspetiva ambiental, quer pela económica, pois aumenta não só a flexibilidade e diversificação das matérias-primas, mas também contribui para uma estabilidade de custos e alteração nas políticas agrícolas e de uso do solo. É neste contexto que se enquadra o biodiesel e a borra de café, pretendendo-se aqui efetuar o estudo da produção, à escala laboratorial, de biodiesel a partir da borra de café, por transesterificação enzimática, visando a procura das melhores condições reacionais. Iniciando-se com a caracterização da borra de café, foram avaliados antes e após a extração do óleo da borra de café, diversos parâmetros, de entre os quais se destacam: o teor de humidade (16,97% e 6,79%), teor de cinzas (1,91 e 1,57%), teor de azoto (1,71 e 2,30%), teor de proteínas (10,7 e 14,4%), teor de carbono (70,2 e 71,7%), teor de celulose bruta (14,77 e 18,48%), teor de lenhina (31,03% e 30,97%) e poder calorifico superior (19,5 MJ/kg e 19,9 MJ/kg). Sumariamente, constatou-se que os valores da maioria dos parâmetros não difere substancialmente dos valores encontrados na literatura, tendo sido evidenciado o potencial da utilização desta biomassa, como fonte calorifica para queima e geração de energia. Sendo a caracterização do óleo extraído da borra de café um dos objetivos antecedentes à produção do biodiesel, pretendeu-se avaliar os diferentes parâmetros mais significativos. No que diz respeito à caracterização do óleo extraído, distingue-se a sua viscosidade cinemática (38,04 mm2/s), densidade 0,9032 g/cm3, poder calorífico de 37,9 kcal/kg, índice de iodo igual a 63,0 gI2/ 100 g óleo, o teor de água do óleo foi de 0,15 %, o índice de acidez igual a 44,8 mg KOH/g óleo, ponto de inflamação superior a 120 ºC e teor em ácidos gordos de 82,8%. Inicialmente foram efetuados ensaios preliminares, a fim de selecionar a lipase (Lipase RMIM, TL 100L e CALB L) e álcool (metanol ou etanol puros) mais adequados à produção de biodiesel, pelo que o rendimento de 83,5% foi obtido através da transesterificação mediada pela lipase RMIM, utilizando como álcool o etanol. Sendo outro dos objetivos a otimização do processo de transesterificação enzimática, através de um desenho composto central a três variáveis (razão molar etanol: óleo, concentração de enzima e temperatura), recorrendo ao software JMP 8.0, determinou-se como melhores condições, uma razão molar etanol: óleo 5:1, adição de 4,5% (m/m) de enzima e uma temperatura de 45 ºC, que conduziram a um rendimento experimental equivalente a 96,7 % e teor de ésteres 87,6%. Nestas condições, o rendimento teórico foi de 99,98%. Procurou-se ainda estudar o efeito da adição de água ao etanol, isto é, o efeito da variação da concentração do etanol pela adição de água, para teores de etanol de 92%, 85% e 75%. Verificou-se que até 92% decorreu um aumento da transesterificação (97,2%) para um teor de ésteres de (92,2%), pelo que para teores superiores de água adicionada (75% e 85%) ocorreu um decréscimo no teor final em ésteres (77,2% e 89,9%) e no rendimento da reação (84,3% e 91,9%). Isto indica a ocorrência da reação de hidrólise em maior extensão, que leva ao desvio do equilíbrio no sentido contrário à reação de formação dos produtos, isto é, dos ésteres. Finalmente, relativamente aos custos associados ao processo de produção de biodiesel, foram estimados para o conjunto de 27 ensaios realizados neste trabalho, e que corresponderam a 767,4 g de biodiesel produzido, sendo o custo dos reagentes superior ao custo energético, de 156,16 € e 126,02 €, respetivamente. Naturalmente que não esperamos que, a nível industrial os custos sejam desta ordem de grandeza, tanto mais que há economia de escala e que as enzimas utilizadas no processo deveriam ser reutilizadas diversas vezes.