Optimização da Produção de Frutooligossacáridos por Aspergillus

Este trabalho foi proposto no âmbito do Projecto BIOLIFE – Produção de ingredientes para alimentos funcionais, em curso na BIOTEMPO, Lda desde 2004. Com este trabalho, pretendeu-se avaliar o potencial da produção de frutooligossacáridos (FOS) por Aspergillus sp, recorrendo a um sistema de fermentação descontínuo. Frutooligossacáridos (FOS) são oligossacáridos que ocorrem naturalmente em produtos de origem vegetal, tais como o tomate, cevada, cebola, banana, centeio, espargos, alcachofras, entre outros. Para além de existirem naturalmente, os FOS podem ser produzidos a partir da sacarose usando enzimas ou recorrendo a microrganismos produtores. A tecnologia de fermentação tem como vantagem face à tecnologia enzimática, actualmente a mais utilizada no mercado, o facto de evitar o passo de produção e separação das enzimas, simplificando o processo e reduzindo os custos de operação. Os FOS são prebióticos que, para além de serem compostos indigeríveis, possuem um bom poder adoçante que, apesar de inferior ao dos açúcares comuns é bastante significativo. Esta característica permite a sua utilização como adoçantes não calóricos. Adicionalmente, os prebióticos apresentam outras propriedades benéficas tais como o aumento da absorção de cálcio e magnésio, o aumento da velocidade de metabolismo dos lípidos e efeitos anticancerígenos. A produção de FOS por Aspergillus sp foi estudada recorrendo a um desenho experimental para restringir o número de experiencias requeridas num processo de optimização. Inicialmente foram efectuadas sete fermentações com o intuito de encontrar o ponto óptimo de produção de FOS. Os parâmetros de optimização utilizados foram a temperatura e a agitação. Posteriormente, foram incluídas mais quatro fermentações no referido desenho. O tratamento estatístico dos resultados conduziu a um modelo cúbico que foi posteriormente validado comprovando o seu ajuste. Concluindo, o desenho experimental permitiu obter um modelo que descreve a produção de FOS por Aspergillus sp, bem como determinar as condições para os quais o rendimento de produção de FOS é máximo.

Efeito da Sequestração de Intermediários na Eficácia Funcional de Ciclos Metabólicos de Transferência de Grupos

Um Ciclo Metabólico de Transferência de Grupo, CMTG, é um conjunto de reacções químicas acopladas, catalisadas por enzimas, que transfere um grupo químico de um dador para um aceitante, via um intermediário recirculado. No caso minimalista - ciclo referência - o ciclo tem duas reacções. Uma reacção, catalisada por uma enzima de carga, onde o dador transfere o grupo químico para o intermediário, que passa de intermediário descarregado a intermediário carregado. Outra reacção catalisada por uma enzima de descarga, onde o intermediário carregado transfere o grupo para o aceitante. Os CMTG’s exibem diversidade a nível do design, sendo muito comum que o intermediário tanto na forma carregada como na descarregada seja sequestrado. Na primeira parte do trabalho, investiga-se os princípios de design dum CMTG e na segunda parte investiga-se as implicações funcionais da sequestração do intermediário carregado e do desacarregado. Quanto aos princípios de design dum CMTG, concluiu-se, utilizando novos métodos, que para um CMTG funcionar eficazmente, o intermediário deve estar predominantemente na forma carregada, a enzima de carga deve estar saturada com o dador enquanto que a enzima de descarga deve estar saturada com o intermediário carregado e insaturada com o aceitante. A comparação entre os diferentes design’s, mostrou que a sequestração do intermediário carregado tem as seguintes vantagens: • aumenta a tamponização do intermediário carregado com respeito à variações nas variáveis externas • diminui a sensibilidade da concentração do intermediário carregado às actividades enzimáticas • aumenta o acoplamento entre a demanda e o fluxo de fornecimento de grupos para o aceitante. No entanto, a sequestração desse intermediário tem a desvantagem de aumentar o tempo de resposta do ciclo à perturbações.

Efeito da sequestração de Intermediários na Eficácia Funcional de Ciclos Metabólicos de Transferência de Grupos

Um Ciclo Metabólico de Transferência de Grupo, CMTG, é um conjunto de reacções químicas acopladas, catalisadas por enzimas, que transfere um grupo químico de um dador para um aceitante, via um intermediário recirculado. No caso minimalista - ciclo referência - o ciclo tem duas reacções. Uma reacção, catalisada por uma enzima de carga, onde o dador transfere o grupo químico para o intermediário, que passa de intermediário descarregado a intermediário carregado. Outra reacção catalisada por uma enzima de descarga, onde o intermediário carregado transfere o grupo para o aceitante. Os CMTG’s exibem diversidade a nível do design, sendo muito comum que o intermediário tanto na forma carregada como na descarregada seja sequestrado.Na primeira parte do trabalho, investiga-se os princípios de design dum CMTG e na segunda parte investiga-se as implicações funcionais da sequestração do intermediário carregado e do desacarregado. Quanto aos princípios de design dum CMTG, concluiu-se, utilizando novos métodos, que para um CMTG funcionar eficazmente, o intermediário deve estar predominantemente na forma carregada, a enzima de carga deve estar saturada com o dador enquanto que a enzima de descarga deve estar saturada com o intermediário carregado e insaturada com o aceitante. A comparação entre os diferentes design’s, mostrou que a sequestração do intermediário carregado tem as seguintes vantagens: 1)aumenta a tamponização do intermediário carregado com respeito à variações nas variáveis externas 2) diminui a sensibilidade da concentração do intermediário carregado às actividades enzimáticas 3)aumenta o acoplamento entre a demanda e o fluxo de fornecimento de grupos para o aceitante. No entanto, a sequestração desse intermediário tem a desvantagem de aumentar o tempo de resposta do ciclo à perturbações.A sequestração do intermediário descarregado, por seu lado, piora as tamponizações, as sensibilidades e o acoplamento referidos acima. Quanto ao aspecto temporal não se obteve um resultado absoluto do efeito dessa sequestração, mas antes, mostrou-se que o resultado depende do ambiente, pois para certos ambientes melhora o tempo de resposta em relação ao ciclo referência e para outros piora. Concluiu-se que há uma relação de compromisso entre os diferentes aspectos da eficácia funcional. A sequestração do intermediário carregado melhora os aspectos relacionados com propriedades estacionárias, isto é , tamponizações, sensibilidades e outros, enquanto que piora os aspectos temporais. Já a sequestração do intermediário descarregado piora os aspectos relacionados com variações nas propriedades estacionárias.

Perfil de Suscetibilidade da População de Aedes aegypti (Diptera: Culicidae) da ilha de Santiago, Cabo Verde, a inseticidas

Em Cabo Verde, arquipélago situado na Costa Ocidental Africana, os primeiros casos de dengue ocorreram em 2009, com a notificação de mais de 21.000 casos, a maioria desses registrados na Ilha de Santiago. O mosquito Aedes aegypti foi identificado como vetor, e ações para seu controle, usando os inseticidas temephos (larvicida) e a deltametrina (adulticida), têm sido implementadas. Objetiva-se com esse trabalho avaliar o atual status de suscetibilidade a inseticidas e caracterizar os mecanismos de resistência nessa população. Amostras de A. aegypti da ilha de Santiago foram coletadas através de armadilhas de oviposição, para o estabelecimento de uma população a ser analisada. Foram realizados bioensaios do tipo dose diagnóstica, usando garrafas impregnadas com doses únicas dos adulticidas malathion (organofosforado), deltametrina (piretróide) e cipermetrina (piretróide), e bioensaios do tipo dose resposta, usando múltiplas concentrações dos inseticidas temephos (organofosforado), Bacillus thuringiensis sorovariedade israelensis (bactéria entomopatogênica) e diflubenzuron (inibidor de síntese de quitina). Para a investigação dos mecanismos de resistências, foram realizados testes bioquímicos com substratos específicos para quantificar a atividade das enzimas glutationa S-transferases, esterases (α, β e PNPA) e oxidases de função mista, ligadas a detoxificação de xenobióticos, e a taxa de inibição da acetilcolinesterase ligada a insensibilidade do sítio alvo. Pesquisou-se também a presença de mutaçõeso do tipo kdr (knock-down resistance) associadas à resistência a piretróides, pela análise da sequência dos exons 20 e 21 no gene do canal de sódio. Nos resultados dos bioensaios constatou-se que a população de A. aegypti investigada apresenta resistência aos piretróides deltametrina e cipermetrina (mortalidade <80%) e ao organofosforado temephos (RR90=4), mas é suscetível ao malathion (mortalidade ≥98%), Bacillus thuringiensis sorovariedade israelensis (RR90=0.8) e ao diflubenzuron (RR90=2,2). Em relação a atividade das enzimas ligadas ao processo de detoxificação, foram detectadas alterações nas glutationa S-transferases (25%), oxidases de função mista (18%), esterase-α (19%) e esterase- β (17%). A taxa de inibição da acetilcolinesterase (6%) e a atividade da esterase-PNPA (7%) mostraram que estas estão inalteradas. Nenhuma das mutações do tipo kdr pesquisadas foi detectada. Estes resultados permitem concluir que a população de A. aegypti da ilha de Santiago, Cabo Verde, é suscetível aos inseticidas, excetuando os piretróides testados e o temephos, usados no seu controle; e que ela apresenta alterações em enzimas detoxificadoras que poderão estar implicadas na resistência a esses compostos.

Valorização da Drêche Cervejeira: Fermentação de Pentoses

O presente trabalho tem como objetivo a otimização da etapa de fermentação dos açúcares obtidos a partir da drêche cervejeira para produção do bioetanol através da utilização das leveduras Pichia stipitis NCYC 1541 e Kluyveromyces marxianus NCYC 2791 como agentes fermentativos. O meio de cultura usado para manter as culturas destas leveduras foi Yeast Extract Peptone Dextrose (YEPD). O principal propósito deste trabalho foi o de encontrar alternativas aos combustíveis fósseis, pautando-se por soluções inofensivas para o meio ambiente e sustentáveis. Assim, o trabalho está dividido em quatro etapas: 1) caraterização química e biológica da drêche; 2) pré-tratamento ácido e hidrólise enzimática para primeiramente quebrar as moléculas de lenhina que envolvem os polímeros de celulose e hemicelulose e em seguida romper as ligações poliméricas destas macromoléculas por ação enzimática e transforma-las em açúcares simples, respetivamente, obtendo-se então a glucose, a maltose, a xilose e a arabinose; e, por último, 3) otimização da etapa de fermentação da glucose, maltose e das pentoses que constitui a condição essencial para se chegar à síntese do bioetanol de um modo eficiente e sustentável e 4) a recuperação do bioetanol produzido por destilação fracionada. A quantificação dos açúcares libertados no processo foi feita recorrendo a análises por cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC). Neste estudo foram identificados e quantificados cinco açúcares: Arabinose, Glucose, Maltose, Ribose e Xilose. Na etapa de pré-tratamento e hidrólise enzimática foram usados os ácidos clorídrico (HCl) e nítrico (HNO3) com a concentração de 1% (m/m), e as enzimas Glucanex 100g e Ultraflo L. Foram testadas seis condições de pré-tratamento e hidrólise enzimática, alterando os parâmetros tempo de contacto e razão enzimas/massa de drêche, respetivamente, e mantendo a temperatura (50 ºC), velocidade de agitação (75 rpm) e concentração dos ácidos (1% (m/m)). No processamento de 25 g de drêche seca com 0,5 g de Glucanex, 0,5 mL de Ultraflo e um tempo de reação de 60 minutos para as enzimas foi obtida uma eficiência de 15%, em hidrolisado com 6% da celulose. Realizou-se a fermentação do hidrolisado resultante do pré-tratamento ácido e hidrólise enzimática de drêche cervejeira e de meios sintéticos preparados com os açúcares puros, usando as duas estirpes selecionadas para este estudo: Pichia stipitis NCYC 1541 e Kluyveromyces marxianus NYCY 2791. As eficiências de fermentação dos açúcares nos meios sintéticos foram superiores a 80% para ambas as leveduras. No entanto, as eficiências de fermentação do hidrolisado da drêche foram de 45,10% Valorização da Drêche Cervejeira: Fermentação de Pentoses pela Pichia stipitis e de 36,58 para Kluyveromyces marxianus, para um tempo de fermentação de 72 horas e à temperatura de 30 °C. O rendimento teórico em álcool no hidrolisado da drêche é de 0,27 g/g, três vezes maior do que o real (0,0856 g/g), para Pichia stipitis e de 0,19 g/g seis vezes maior do que o real (0,0308 g/g), para a Kluyveromyces marxianus.