Functional and structural studies of a mini-ferritin protein

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Bioquímica

Estudo da libertação de ferro em miniferritinas

O presente trabalho teve como principais objectivos o estudo do mecanismo da libertação do ferro em proteínas da família da ferritina (DNA-binding proteins from starved cells, Dps), bem como a identificação, produção e caracterização de potenciais parceiros redox destas proteínas através da utilização de técnicas bioquímicas e espectroscópicas apropriadas. Foram identificadas no genoma de Marinobacter hydrocarbonoclasticus duas flavoproteínas (2375 e 3073) reconhecidas como possíveis parceiros redox da Dps de Pseudomonas nautica 617. Todas as proteínas foram expressas heterologamente em células de E. coli BL21 (DE3) e delineados protocolos de purificação em dois passos, por cromatografias de permuta iónica e de exclusão molecular, que permitiram obter rendimentos expressivos (Dps — 31,9 mg/L de cultura, Flavoproteína 2375 — 73 mg/L de cultura e Flavoproteína 3073 — 79,4 mg/L de cultura). Aquando da purificação da 2375 verificou-se que a estabilidade da holoproteína depende da força iónica, característica que limita a sua utilização como parceiro redox da Dps. O estudo da reacção de transferência electrónica foi iniciado com testes preliminares através da espectroscopia de UV/Visível, permitindo avaliar da ocorrência da reacção de redução do core férrico da Dps e concomitante libertação do produto final ferroso, por análise de uma mistura contendo NADH, flavoproteína 3073 oxidada e Dps core Fe. Este estudo não permite, contudo, estabelecer uma relação de causa efeito concreta e fiável que nos permita identificar o NADH como doador inicial de eletrões e ferro ferroso como produto final desta reacção. O mecanismo de libertação foi estudado em maior detalhe através de espectroscopia de Mössbauer permitindo estabelecer a natureza das diferentes espécies intervenientes na reacção e assim verificar, pela primeira vez, que na presença dos três componentes, acima mencionados, existe redução e libertação de ferro previamente incorporado na Dps, na forma de iões ferrosos, bem como determinar parâmetros cinéticos apropriados.

Funcionalização de fibras de celulose em papel com nanopartículas: aplicação como bactericida

As doenças infecciosas emergentes e o desenvolvimento de resistência aos antibióticos, por parte das bactérias patogénicas e fungos, a um ritmo alarmante são uma questão de extrema preocupação. Apesar do aumento do conhecimento da patogénese microbiana e aplicação de terapias modernas, a taxa de mortalidade associada a infecções microbianas ainda permanece alta. Muitas destas infecções têm origem nos alimentos e água que ingerimos. Torna-se, portanto, urgente procurar novas estratégias e encontrar novos agentes antimicrobianos, a partir de substâncias naturais e inorgânicas para desenvolver novos fármacos ou agentes para controlar as infecções microbianas. É aqui, que a nanotecnologia entra em acção com o conceito de embalagem activa. Esta beneficia do uso de nanopartículas para aumentar a segurança e a qualidade de um produto pois estas possuem actividade antimicrobiana. A maioria das embalagens é feita de papel, que possui óptimas propriedades e características (baixo custo, porosidade e biodegrabilidade), tornando-se um substrato cobiçado em diversas áreas de investigação. Neste trabalho, uniu-se as vantagens do papel com as propriedades antimicrobianas das nanopartículas. Assim, impregnaram-se diferentes substratos de papel com nanopartículas, com o objectivo de testar qual o que apresenta maior actividade antibacteriana. Para tal utilizou-se o cartão, o saco de refeições de take-away, papel de mesa e papel de talheres, os quais foram impregnados com nanopartículas de prata, cobre, óxido de zinco e óxido de tungsténio, com concentrações variadas. Estas nanopartículas foram testadas em cinco bactérias diferentes: Staphylococcus aureus (ATCC6538), Staphylococcus aureus resistente à meticilina (MRSA) (RN4220) e Enterococcus faecalis (ATCC29212), Escherichia coli (ATCC8739) e Pseudomonas aeruginosa (ATCC9027) e numa levedura Candida albicans (ATCC10231). Dos testes anti-bacterianos realizados, concluiu-se que os melhores resultados foram obtidos para o cartão com AgNPs. Utilizando o cartão como substrato e as nanopartículas de prata como agente anti-bacteriano, estudou-se a influência da concentração de AgNPs (2, 10, 25 e 50mM). A concentração de 50mM revelou-se mais eficaz, em especial para a bactéria Pseudomonas aeruginosa (ATCC9027).

Production of polyhydroxyalkanoates from oil-containing substrates

Different oil-containing substrates, namely, used cooking oil (UCO), fatty acids-byproduct from biodiesel production (FAB) and olive oil deodorizer distillate (OODD) were tested as inexpensive carbon sources for the production of polyhydroxyalkanoates (PHA) using twelve bacterial strains, in batch experiments. The OODD and FAB were exploited for the first time as alternative substrates for PHA production. Among the tested bacterial strains, Cupriavidus necator and Pseudomonas resinovorans exhibited the most promising results, producing poly-3-hydroxybutyrate, P(3HB), form UCO and OODD and mcl-PHA mainly composed of 3-hydroxyoctanoate (3HO) and 3-hydroxydecanoate (3HD) monomers from OODD, respectively. Afterwards, these bacterial strains were cultivated in bioreactor. C. necator were cultivated in bioreactor using UCO as carbon source. Different feeding strategies were tested for the bioreactor cultivation of C. necator, namely, batch, exponential feeding and DO-stat mode. The highest overall PHA productivity (12.6±0.78 g L-1 day-1) was obtained using DO-stat mode. Apparently, the different feeding regimes had no impact on polymer thermal properties. However, differences in polymer‟s molecular mass distribution were observed. C. necator was also tested in batch and fed-batch modes using a different type of oil-containing substrate, extracted from spent coffee grounds (SCG) by super critical carbon dioxide (sc-CO2). Under fed-batch mode (DO-stat), the overall PHA productivity were 4.7 g L-1 day-1 with a storage yield of 0.77 g g-1. Results showed that SCG can be a bioresource for production of PHA with interesting properties. Furthermore, P. resinovorans was cultivated using OODD as substrate in bioreactor under fed-batch mode (pulse feeding regime). The polymer was highly amorphous, as shown by its low crystallinity of 6±0.2%, with low melting and glass transition temperatures of 36±1.2 and -16±0.8 ºC, respectively. Due to its sticky behavior at room temperature, adhesiveness and mechanical properties were also studied. Its shear bond strength for wood (67±9.4 kPa) and glass (65±7.3 kPa) suggests it may be used for the development of biobased glues. Bioreactor operation and monitoring with oil-containing substrates is very challenging, since this substrate is water immiscible. Thus, near-infrared spectroscopy (NIR) was implemented for online monitoring of the C. necator cultivation with UCO, using a transflectance probe. Partial least squares (PLS) regression was applied to relate NIR spectra with biomass, UCO and PHA concentrations in the broth. The NIR predictions were compared with values obtained by offline reference methods. Prediction errors to these parameters were 1.18 g L-1, 2.37 g L-1 and 1.58 g L-1 for biomass, UCO and PHA, respectively, which indicates the suitability of the NIR spectroscopy method for online monitoring and as a method to assist bioreactor control. UCO and OODD are low cost substrates with potential to be used in PHA batch and fed-batch production. The use of NIR in this bioprocess also opened an opportunity for optimization and control of PHA production process.

Estudo da influência da flora intestinal do mosquito Anopheles sp. no estabelecimento da infecção por Plasmodium Berghei

A malária é uma doença infecciosa com um efeito devastador nas áreas afectadas. É provocada pelo protozoário Plasmodium e transmitida pelo insecto vector do género Anopheles. As fêmeas hematófagas ao alimentar-se de um hospedeiro infectado vão dar continuidade ao ciclo de vida do parasita e transmiti-lo a um novo hospedeiro na próxima refeição sanguínea. O intestino médio dos mosquitos é um órgão imunocompetente, onde a presença de microrganismos vai activar o sistema imunitário, determinando a sua capacidade vectorial. Novas abordagens de controlo biológico de doenças transmitidas por vectores parecem ganhar terreno. P. aeruginosa é uma bactéria Gram-negativa, potencialmente patogénica, em especial as estirpes produtoras de muco, sendo um microrganismo modelo em estudos de biofilmes. Estes são caracterizados por conferir tolerância a antibióticos e resistência ao sistema imune do hospedeiro. Com este trabalho pretendeu-se analisar o efeito da influência da flora bacteriana, nomeadamente isolados de Pseudomonas aeruginosa produtores de muco e não produtores, presentes no tracto digestivo de Anopheles sp. e a sua relação com a infecção por P. berghei. Com este estudo é possível afirmar a existência de uma proporcionalidade directa entre a taxa de infecção por P. berghei e a ausência da Microbiota. A presença de Pseudomonas produtoras de muco no intestino médio dos mosquitos demonstrou conferir algum grau de protecção no estabelecimento da infecção, bem como na intensidade da mesma. Contudo, mais estudos necessitam ser realizados e com um maior número de mosquitos, de forma a ultrapassar as limitações impostas pelo tratamento antibacteriano. Possivelmente, a sobreposição de respostas imunes anti-bacterianas e anti-Plasmodium, vão provocar um incremento no sistema imune e limitação das infecções por Plasmodium. Biofilmes bacterianos têm demonstrado a capacidade de aderir e inibir o crescimento de protozoários Uma melhor compreensão do papel da flora microbiana face ao sistema de defesa do hospedeiro poderá contribuir para o desenvolvimento de novas estratégias de controlo da transmissão da malária.