ABCC Subfamily Vacuolar Transporters are Involved in Pb (Lead) Detoxification in Saccharomyces cerevisiae

The present work has as objective to contribute for the elucidation of the mechanism associated with Pb detoxification, using the yeast Saccharomyces cerevisiae as a model organism. The deletion of GTT1 or GTT2 genes, coding for functional glutathione transferases (GST) enzymes in S. cerevisiae, caused an increased susceptibility to high Pb concentrations (500-1000 μmol L(-1)). These results suggest that the formation of glutathione-Pb conjugate (GS-Pb), dependent of GSTs, is important in Pb detoxification. The involvement of ATP-binding cassette (ABC) vacuolar transporters, belonging to class C subfamily (ABCC) in vacuolar compartmentalization of Pb, was evaluated. For this purpose, mutant strains disrupted in YCF1, VMR1, YBT1 or BPT 1 genes were used. All mutants tested, without vacuolar ABCC transporters, presented an increased sensitivity to 500-1000 μmol L(-1) Pb comparative to wild-type strain. Taken together, the obtained results suggest that Pb detoxification, by vacuolar compartmentalization, can occur as a result of the concerted action of GSTs and vacuolar ABCC transporters. Pb is conjugated with glutathione, catalysed by glutathione transferases and followed to the transport of GS-Pb conjugate to the vacuole by ABCC transporters.

Estudo da Toxicidade do Chumbo na Levedura Saccharomyces cerevisiae

O chumbo é um importante poluente ambiental. A levedura Saccharomyces cerevisiae constitui um modelo útil para o estudo dos efeitos tóxicos do chumbo. O conhecimento dos mecanismos de defesa e resistência à presença de metais pesados poderá ser útil em tecnologias de proteção ambiental, nomeadamente no desenvolvimento de novas metodologias para a biorremediação de metais pesados. O presente trabalho teve como objetivo avaliar o impacto do Pb na capacidade proliferativa, na integridade membranar e na produção intracelular de espécies reativas de oxigénio (ROS), na estirpe laboratorial da levedura Saccharomyces cerevisiae BY4741 (estirpe selvagem, WT). Foi também estudado o papel das mitocôndrias, como fonte de ROS induzida por Pb, e o envolvimento da H+-ATPase vacuolar (V-ATPase) e de transportadores vacuolares pertencentes à superfamília ABC (de ATP-binding cassette) na defesa contra a toxicidade do Pb. O estudo cinético do impacto de duas concentrações de Pb na viabilidade das leveduras (avaliado através de um ensaio clonogénico), na integridade da membrana celular (determinada com iodeto de propídio) e na produção intracelular de ROS (o anião superóxido foi detetado com dihidroetídio e o peróxido de hidrogénio com 2’,7’- diclorodihidrofluoresceína), revelou uma perda progressiva da capacidade proliferativa (53 e 17% de células viáveis, após a exposição durante 3h a 250 ou 1000 µmol/l de chumbo, respetivamente), coincidente com a acumulação intracelular de anião superóxido e de peróxido de hidrogénio, na ausência de perda da integridade membranar. A importância das mitocôndrias na produção de ROS, induzida por chumbo, foi levada a cabo usando um mutante deficiente respiratório desprovido de ADN mitocondrial (ƿ0). Quando comparado com a respetiva estirpe parental, o mutante ƿ0 apresentou uma maior resistência ao Pb e uma menor produção de ROS induzida por Pb. A exposição das células da estirpe BY4741 a 250 e 1000 µmol/l de chumbo originou a formação de 49 e 58% de células deficientes respiratórias, respetivamente. A função da V-ATPase, na desintoxicação de chumbo, foi avaliada utilizando mutantes com uma estrutura vacuolar normal mas defetivos em subunidades da VATPase (vma1Δ, vma2Δ, vma3Δ e vph1Δ). Comparativamente às células da estirpe WT, todos os mutantes testados, sem V-ATPase funcional, apresentaram uma maior suscetibilidade ao Pb. O papel dos transportadores vacuolares pertencentes à superfamília ABC, na defesa contra a toxicidade induzida por chumbo, foi levada a cabo utilizando mutantes sem os transportadores Ycf1p ou Vmr1p. Os resultados preliminares mostraram que quando comparadas com as células da estirpe WT, as células das estirpes ycf1Δ ou vmr1Δ não apresentavam uma maior perda da viabilidade. A modificação da morfologia vacuolar, em células expostas a chumbo, foi visualizada utilizando a estirpe Vma2p-GFP. O tratamento das células com Pb originou a fusão dos vacúolos de tamanho médio num único vacúolo de grande dimensão. Em conclusão, os estudos desenvolvidos no presente trabalho, utilizando a estirpe laboratorial BY4741, mostraram que a perda da capacidade proliferativa das leveduras, induzida pelo chumbo, pode ser atribuída à acumulação intracelular do anião superóxido e de peróxido de hidrogénio. As mitocôndrias parecem ser uma das principais fontes de ROS induzido por Pb e, simultaneamente, um dos principais alvos da sua toxicidade. Em S. cerevisiae, o vacúolo desempenha um papel importante na desintoxicação do Pb. A modificação da morfologia vacuolar após exposição ao chumbo poderá ser a consequência da acumulação de Pb no vacúolo. Enquanto os transportadores da superfamília ABC parecem não estar envolvidos na sequestração vacuolar de Pb, é necessária a presença, num estado funcional, da V-ATPase para que ocorra a compartimentação do Pb. Muito provavelmente, a compartimentação do Pb no vacúolo previne a sua acumulação no citosol e o desencadear dos respetivos efeitos tóxicos.

Evaluation of the role of glutathione in the lead-induced toxicity in saccharomyces cerevisiae

The effect of intracellular reduced glutathione (GSH) in the lead stress response of Saccharomyces cerevisiae was investigated. Yeast cells exposed to Pb, for 3 h, lost the cell proliferation capacity (viability) and decreased intracellular GSH level. The Pb-induced loss of cell viability was compared among yeast cells deficient in GSH1 (∆gsh1) or GSH2 (∆gsh2) genes and wild-type (WT) cells. When exposed to Pb, ∆gsh1 and ∆gsh2 cells did not display an increased loss of viability, compared with WT cells. However, the depletion of cellular thiols, including GSH, by treatment of WT cells with iodoacetamide (an alkylating agent, which binds covalently to thiol group), increased the loss of viability in Pb-treated cells. In contrast, GSH enrichment, due to the incubation of WT cells with amino acids mixture constituting GSH (l-glutamic acid, l-cysteine and glycine), reduced the Pb-induced loss of proliferation capacity. The obtained results suggest that intracellular GSH is involved in the defence against the Pb-induced toxicity; however, at physiological concentration, GSH seems not to be sufficient to prevent the Pb-induced loss of cell viability.

Lead (pb) toxicity in saccharomyces cerevisiae: the role of cell wall

O chumbo é utilizado em muitos produtos, tais como baterias, gasolina, tintas e corantes, resultando na sua libertação no meio ambiente. Neste trabalho, foi examinado o papel da parede celular da levedura Saccharomyces cerevisiae como uma barreira ou como alvo da toxicidade do chumbo. A biodisponibilidade do Pb é muito reduzida pelos componentes do meio de cultura YEPD, o que dificulta a avaliação da toxicidade deste elemento em concentrações ambientalmente realistas. Para avaliar a toxicidade de Pb em S. cerevisiae, em condições de crescimento, foram efetuadas diferentes diluições (10-100 vezes) do meio YEPD, as quais foram misturadas com várias concentrações de Pb (0,1-1,0 mmol/l). Observou-se que o YEPD diluído 25 vezes constituía a melhor condição de compromisso entre o crescimento celular e a precipitação de Pb. Os genes CWP1 e CWP2 codificam para duas grandes manoproteínas da parede celular da levedura S. cerevisiae; a deleção destes genes CWP aumenta a permeabilidade da parede celular. A suscetibilidade de células de levedura interrompidas no gene CWP1 (estirpe cwp1Δ) ou CWP2 (estirpe cwp2Δ) foi comparada com a da estirpe, isogénica, selvagem (WT). Verificou-se que o crescimento das estirpes cwp1Δ e cwp2Δ, no meio de cultura YEPD 25 vezes diluído, na presença de Pb, não diferiu do crescimento da estirpe WT. Este resultado sugere que a alteração da permeabilidade da parede celular não altera a sensibilidade de células de levedura ao Pb. Foi investigada o impacto do Pb na parede celular de levedura. Para este efeito, comparou-se a suscetibilidade ao dodecil sulfato de sódio (SDS), ao calcofluor (CFW) e a uma enzima que degrada a parede da célula (liticase), em células da estirpe WT não expostas ou expostas a Pb durante 4, 8 ou 24 h. Além disso, o conteúdo de quitina da parede celular de levedura foi investigada por coloração das células com CFW. Os resultados não mostraram uma alteração da suscetibilidade ao SDS e ao CFW, nas células tratadas com Pb; contudo, nas células tratadas durante 24 h com Pb, observou-se um aumento da sensibilidade à liticase e um aumento da coloração com CFW. Estes resultados sugerem que o chumbo interage com a parede celular da levedura e influencia a sua composição. Deve ser levado a cabo trabalho adicional a fim de confirmar estes resultados.

Improvement of the yeast slide culture technique

Este trabalho tem como objetivo melhorar a técnica de cultura em lâmina para ser usada na avaliação da viabilidade de leveduras sob diferentes condições fisiológicas. Inicialmente, foram otimizadas as condições ideais para o cultivo em lâmina de uma estirpe laboratorial (BY4741) e de uma estirpe industrial (NCYC 1214) da levedura Saccharomyces cerevisiae. O melhor protocolo foi obtido utilizando: YEPD agar com uma espessura de cerca de 2 mm; 20 μL de uma suspensão de 1 x 105 células/mL para a estirpe BY4741 ou de 5 x 104 células/mL para a estirpe NCYC 1214; uma câmara de humedecimento com 100 μL de água desionizada e um tempo de incubação de 24 h, a 25 ° C. Com o objetivo de facilitar a contagem das microcolónias, foi adicionado um corante (calcofluor white, CFW) ao meio YEPD agar. Ensaios preliminares, em YEPD líquido, contendo diferentes concentrações de CFW, permitiram verificar que o corante, até 5,0 μg/L, não inibe o crescimento da levedura. Uma concentração de 2,5 μg/L de CFW permitiu a coloração da parede das leveduras, não se observando células com morfologia alterada, sendo esta a concentração de CFW selecionado nos estudos subsequentes. A técnica de cultura em lâmina, com ou sem CFW, foi aplicada para avaliar a viabilidade de células saudáveis (células em fase exponencial de crescimento), células submetidas a stress de etanol [células expostas a 20% (v/v) de etanol, a 25 ºC, durante 2 h] e células envelhecidas (células incubadas em água, a 25 ° C, durante 48 h), da estirpe laboratorial. A percentagem de células viáveis não foi significativamente diferente entre as duas técnicas (com ou sem CFW), após uma incubação de 24 horas. Finalmente, a técnica de cultura de lâmina, contendo CFW, foi comparada com duas técnicas habitualmente usadas na indústria cervejeira: fermentação de curta duração e determinação da percentagem de células gemuladas. Os resultados obtidos através da técnica de cultura de lâmina, desenvolvida, seguem um padrão similar aos obtidos nos ensaios de fermentação de curta duração e aos da determinação da percentagem de células gemuladas. Os resultados obtidos sugerem que a técnica de cultura em lâmina, combinada com CFW, parece ser uma alternativa, fácil, rápida (em 24 h) e reprodutível, relativamente ao método convencional (técnica de plaqueamento), para a avaliação da viabilidade de células de levedura. Deverá ser realizado trabalho adicional a fim de validar o método com estirpes industriais.

Antimicrobial activity of quinoxaline 1,4-dioxide and three derivatives

O presente trabalho descreve o estudo da actividad e antimicrobiana de quarto derivados da quinoxalina N,N-dióxido: quinoxalina 1,4-dióxido, 2-metilquinoxalina 1,4- dióxido, 6-cloro-2,3-dimetilquinoxalina 1,4-dióxido e 3-benzoil-2-metilquinoxalina 1,4- dióxido contra as estirpes bacterianas Geobacillus stearothermophilus ATCC 10149, Escherichia coli ATCC 25922, Escherichia coli HB101, Escherichia coli (blaTEM, blaCTX-M) e Salmonella (blaCTX-M), assim como contra a estirpe de levedura Saccharomyces cerevisiae PYCC 4072. A determinação da concentração mínima inibitória (MIC) foi realizada pelo método de diluição. Os valores de MIC’s foram estimados para cada composto e estirpe. Os resultados obtidos sugerem potenciais novas drogas para quimioterapia.

Diagnóstico ambiental de uma queijaria e proposta de melhorias

O presente trabalho tem como objectivo o diagnóstico ambiental da empresa Lacticinios do Paiva, S.A, a avaliação da água do processo e da ETARI e o estudo da fermentação do soro de queijo com o intuito de produção de bioetanol. No diagnóstico ambiental da empresa, observou-se que 18.227.731 litros de leite usados anualmente geram 5.031 ton/ano de queijo, 7.204 ton/ano de soro de queijo, 74.201 m3/ano de efluente liquido, 14 ton/ano de plástico e 20 ton/ano de cartão. Os principais problemas com necessidade de optimização são a recuperação de água das lavagens, avaliação da produção de biogás no digestor anaeróbio, recuperação do volume de leite que é desperdiçado na produção de queijo fresco de longa duração, avaliação da eficiência energética da empresa, valorização das natas e do soro de queijo. Decidiu-se neste trabalho avaliar a possibilidade de reciclagem das águas de lavagem, avaliar o funcionamento da ETARI face à legislação existente e estudar a possibilidade de valorização do soro de queijo. Na avaliação das águas de processo das lavagens para posterior reciclagem, verifica-se que relativamente ao pH e aos sólidos suspensos não existe problema, podendo encarar-se a hipótese de reciclagem directa. No entanto, no que respeita à carga orgânica das águas de lavagem do sistema de ultrafiltração do queijo fresco de longa duração, constata-se que esta não poderia ser utilizada novamente, uma vez que apresenta valores elevados de CQO. Para a sua reutilização, será necessário remover a CQO, hipótese que se estudou com resultados positivos. Verificou-se que, um tratamento por adsorção em carvão activado precedido de microfiltração, reduz a CQO de forma significativa permitindo admitir a hipótese de reciclagem da água, nomeadamente para as 1ª e 3ª águas de lavagem. As outras águas teriam necessidade de mais tempo de contacto com o carvão activado. No sentido de avaliar o funcionamento da ETARI, foram analisadas várias correntes da mesma, em particular a do efluente final, no que respeita a parâmetros como: pH, Sólidos Suspensos Totais, Carência Química de Oxigénio, Carência Bioquímica de Oxigénio, Turvação, Nitratos, Fósforo Total, Azoto Kjeldalh, Azoto Amoniacal e Cloretos. Observou-se que os valores para o efluente final da ETARI são os seguintes: pH compreendido entre [7,21 – 8,69], SST entre [65,3 – 3110] mg/L, CQO entre [92,5 – 711,5] mg/L, CBO5 entre [58 – 161] mg/L, NO3- entre [10,8 – 106,7] mg/L, fósforo total entre [8,3 – 64,3] mg/L, turvação entre [67,7 – 733,3] FTU e cloretos entre [459,9 – 619,81] mg/L; pode-se dizer que os parâmetros analisados se encontram quase sempre dentro da gama de valores impostos pela Câmara Municipal de Lamego pelo que o efluente pode ser lançado no Colector Municipal de Cambres. Relativamente à fermentação alcoólica do soro de queijo, verifica-se que a levedura Kluyveromyces Marxianus consegue degradar praticamente todo o açúcar presente no permeado produzindo assim uma quantidade razoável de etanol. Quando se utilizou a levedura Saccharomyces Cerevisiae, a produção de etanol foi muito reduzida, como esperado, dado que esta levedura apresenta dificuldades na metabolização da lactose. Constatou-se assim que a melhor levedura para a fermentação do permeado do soro de queijo é a Kluyveromyces Marxianus, estimando-se em 150 mg a produção de etanol por L de soro.

Cleanup of industrial effluents containing heavy metals: a new opportunity of valorising the biomass produced by brewing industry

Heavy metal pollution is a matter of concern in industrialised countries. Contrary to organic pollutants, heavy metals are not metabolically degraded. This fact has two main consequences: its bioremediation requires another strategy and heavy metals can be indefinitely recycled. Yeast cells of Saccharomyces cerevisiae are produced at high amounts as a by-product of brewing industry constituting a cheap raw material. In the present work, the possibility of valorising this type of biomass in the bioremediation of real industrial effluents containing heavy metals is reviewed. Given the autoaggregation capacity (flocculation) of brewing yeast cells, a fast and off-cost yeast separation is achieved after the treatment of metal-laden effluent, which reduces the costs associated with the process. This is a critical issue when we are looking for an effective, eco-friendly, and low-cost technology. The possibility of the bioremediation of industrial effluents linked with the selective recovery of metals, in a strategy of simultaneous minimisation of environmental hazard of industrial wastes with financial benefits from reselling or recycling the metals, is discussed.