Fisiologia e formação de partículas lipídicas durante o crescimento da levedura Yarrowia lipolytica IMUFRJ 50682.

A levedura Yarrowia lipolytica tem sido muito investigada, especialmente por ser um microrganismo oleaginoso, ou seja, capaz de acumular grandes quantidades de lipídios, o que ocorre majoritariamente em organelas denominadas partículas lipídicas. Estes lipídios apresentam várias potenciais aplicações biotecnológicas, como por exemplo na produção de óleo microbiano (single cell oil) e na produção de biodiesel. Durante este projeto de mestrado, objetivou-se estudar a fisiologia de duas linhagens da levedura Y. lipolytica, sendo uma tradicionalmente estudada pela comunidade científica internacional (linhagem w29) e outra isolada da Baía da Guanabara, no Rio de Janeiro (linhagem IMUFRJ 50682). Foram realizados cultivos em frascos agitados tipo Erlenmeyer com defletores tampados com algodão (volume total 500 mL, volume de meio 100 mL, 28 oC e 200 rotações por minuto), durante os quais foi possível: 1) escolher um meio de cultivo de composição totalmente definida, com tiamina como único fator de crescimento, adequado a estudos de fisiologia quantitativa com esta levedura; 2) verificar que Y. lipolytica não é capaz de crescer com sacarose ou xilose como única fonte de carbono; 3) verificar que Y. lipolytica cresce com velocidade específica de crescimento máxima (Máx) de 0,49 h-1 num meio complexo contendo glicose, extrato de levedura e peptona (meio YPD), 0,31 h-1 em meio definido com glicose como única fonte de carbono e 0,35 h-1 no mesmo meio, mas com glicerol como única fonte de carbono, sem excreção de metabólitos para o meio de cultivo; 4) verificar que ocorreu limitação por oxigênio nos cultivos em frasco agitado, sendo este o motivo pelo qual as células deixaram de crescer exponencialmente; 5) verificar que o uso de ureia, em vez de sulfato de amônio, como fonte de nitrogênio, contribui para uma variação menor do pH durante os cultivos, sem prejuízo ao crescimento da levedura; 6) observar que, ao se restringir a oferta de nitrogênio à levedura (aumento da relação C/N inicial no meio de 12,6 para 126), as células têm sua morfologia alterada e apresentam maior quantidade de partículas lipídicas; 7) determinar uma composição elementar para a biomassa de Y. lipolytica (CH1,98O0,58N0,13), em que os átomos de carbono encontram-se em média mais reduzidos do que na biomassa de leveduras como Saccharomyces cerevisiae e Dekkera bruxellensis. Foram também realizados cultivos em biorreator em batelada (1 L de volume útil, 28 oC, aerobiose plena e pH controlado em 5,0), durante os quais foi possível: a) estabelecer um protocolo de cultivo para Y. lipolytica em biorreator (que envolvem agitação mecânica, aeração e uso de anti-espumante, entre outras diferenças em relação aos cultivos em frasco); b) confirmar os valores dos principais parâmetros fisiológicos apresentados por esta levedura, anteriormente obtidos a partir de cultivos em frasco; c) confirmar que o fator de conversão de substrato a células (Yx/s) é maior para cultivos realizados com glicerol como fonte única de carbono (0,53 g/g para a linhagem IMUFRJ 50682), do que com glicose (0,48 g/g para a mesma linhagem). Finalmente, cultivos realizados em quimiostato com glicerol como fonte de carbono e energia, limitados por amônio (fonte de nitrogênio, relação C/N 126), às vazões específicas de 0,25 h-1 e 0,15 h-1, permitiram observar que o número de partículas lipídicas por célula de Y. lipolytica permaneceu em torno de 2 em ambas as situações e houve uma diminuição no teor de nitrogênio nas células quando a velocidade específica de crescimento diminuiu de 0,25 para 0,15 h-1.

Role of the denitrifying Haloarchaea in the treatment of nitrite-brines

Haloferax mediterranei is a denitrifying halophilic archaeon able to reduce nitrate and nitrite under oxic and anoxic conditions. In the presence of oxygen, nitrate and nitrite are used as nitrogen sources for growth. Under oxygen scarcity,this haloarchaeon uses both ions as electron acceptors via a denitrification pathway. In the present work, the maximal nitriteconcentration tolerated by this organism was determined by studying the growth of H. mediterranei in minimal medium containing30, 40 and 50 mM nitrite as sole nitrogen source and under initial oxic conditions at 42 °C. The results showed theability of H. mediterranei to withstand nitrite concentrations up to 50 mM. At the beginning of the incubation, nitrate wasdetected in the medium, probably due to the spontaneous oxidation of nitrite under the initial oxic conditions. The completeremoval of nitrite and nitrate was accomplished in most of the tested conditions, except in culture medium containing 50 mMnitrite, suggesting that this concentration compromised the denitrification capacity of the cells. Nitrite and nitrate reductases activities were analyzed at different growth stages of H. mediterranei. In all cases, the activities of the respiratory enzymeswere higher than their assimilative counterparts; this was especially the case for NirK. The denitrifying and possibly detoxifyingrole of this enzyme might explain the high nitrite tolerance of H. mediterranei. This archaeon was also able to remove60 % of the nitrate and 75 % of the nitrite initially present in brine samples collected from a wastewater treatment facility.These results suggest that H. mediterranei, and probably other halophilic denitrifying Archaea, are suitable candidates for thebioremediation of brines with high nitrite and nitrate concentrations.

Ferredoxin-dependent glutamate synthase: involvement in ammonium assimilation in Haloferax mediterranei

Glutamate synthase (GOGAT) is one of the two important enzymes involved in the ammonium assimilation pathway glutamine synthetase (GS)/GOGAT, which enables Hfx. mediterranei to thrive in media with low ammonium concentration or containing just nitrate as single nitrogen source. The gene coding for this enzyme, gltS, has been sequenced, analysed and compared with other GOGATs from different organisms from the three domains of life. According to its amino acid sequence, Hfx. mediterranei GOGAT displays high homology with those from other archaeal halophilic organisms and with the bacterial alpha-like subunit. Hfx. mediterranei GOGAT and GS expression was induced under conditions of ammonium restriction. The GOGAT protein was found to be a monomer with a molecular mass of 163.78 kDa, which is consistent with that estimated by gel filtration, 198 ± 30 kDa. The enzyme is highly ferredoxin dependent: activity was only observed with one of the two different 2Fe–2S ferredoxins chromatographically isolated from Hfx. mediterranei. The enzyme also displayed typical halophilic behaviour, being fully stable, and producing maximal activity, at salt concentrations from 3 to 4 M NaCl, pH 7.5 and a temperature of 50 °C.

Identification and characterization of GABA, proline and quaternary ammonium compound transporters from Arabidopsis thaliana

Arabidopsis thaliana grows efficiently on GABA as the sole nitrogen source, thereby providing evidence for the existence of GABA transporters in plants. Heterologous complementation of a GABA uptake-deficient yeast mutant identified two previously known plant amino acid transporters, AAP3 and ProT2, as GABA transporters with Michaelis constants of 12.9±1.7 and 1.7±0.3 mM at pH 4, respectively. The simultaneous transport of [1-14C]GABA and [2,3-3H]proline by ProT2 as a function of pH, provided evidence that the zwitterionic state of GABA is an important parameter in substrate recognition. ProT2-mediated [1-14C]GABA transport was inhibited by proline and quaternary ammonium compounds.

Rhizopus arrhizus - a producer for simultaneous saccharification and fermentation of starch waste materials to L(+)-lactic acid

Rhizopus arrhizus, strain DAR 36017, produced L(+)-lactic acid in a simultaneous saccharification and fermentation process using starch waste effluents. Lactic acid at 19.5 - 44.3 g l(-1) with a yield of 0.85 - 0.96 g g(-1) was produced in 40 h using 20 - 60 g starch l(-1). Supplementation of nitrogen source may be unnecessary if potato or corn starch waste effluent was used as a production medium.

Nodulated N-2-fixing Casuarina cunninghamiana is the sink for net N transfer from non-N-2-fixing Eucalyptus maculata via an ectomycorrhizal fungus Pisolithus sp using (NH4+)-N-15 or (NO3-)-N-15 supplied as ammonium nitrate

To determine the effects of nitrogen source on rates of net N transfer between plants connected by a common mycorrhizal network, we measured transfer of N supplied as (NH4NO3)-N-15-N-14 or (NH4NO3)-N-14-N-15 in three Casuarina/Eucalyptus treatments interconnected by a Pisolithus sp. The treatments were nonnodulated nonmycorrhizal/nonmycorrhizal; nonnodulated mycorrhizal/mycorrhizal; and nodulated mycorrhizal/mycorrhizal. Mycorrhization was 67% in Eucalyptus and 36% in Casuarina. N-2 fixation supplied 38% of the N in Casuarina. Biomass, N and N-15 contents were lowest in nonmycorrhizal plants and greatest in plants in the nodulated/mycorrhizal treatment. Nitrogen transfer was enhanced by mycorrhization and by nodulation, and was greater when N was supplied as (NH4+)-N-15 than (NO3-)-N-15. Nitrogen transfer rates were lowest in the nonmycorrhizal treatment for either N-15 source, and greatest in the nodulated, mycorrhizal treatment. Transfer was greater to Casuarina than to Eucalyptus and where ammonium rather than nitrate was the N source. Irrespective of N-15 source and of whether Casuarina or Eucalyptus was the N sink, net N transfer was low and was similar in both nonnodulated treatments. However, when Casuarina was the N sink in the nodulated, mycorrhizal treatment, net N transfer was much greater with (NH4+)-N-15 than with (NO3-)-N-15. High N demand by Casuarina resulted in greater net N transfer from the less N-demanding Eucalyptus. Net transfer of N from a non-N-2-fixing to an N-2-fixing plant may reflect the very high N demand of N-2-fixing species.

Adaptations of strangler figs to life in the rainforest canopy

Figs are rainforest keystone species. Non-strangler figs establish on the forest floor; strangler figs establish epiphytically, followed by a dramatic transition from epiphyte to free-standing tree that kills its hosts. Free-standing figs display vigorous growth and resource demand suggesting that epiphytic strangler figs require special adaptations to deal with resource limitations imposed by the epiphytic environment. We studied epiphytic and free-standing strangler figs, and non-strangler figs in tropical rainforest and in cultivation, as well as strangler figs in controlled conditions. We investigated whether the transition from epiphyte to free-standing tree is characterised by morphological and physiological plasticity. Epiphyte substrate had higher levels of plant-available ammonium and phosphate, and similar levels of nitrate compared with rainforest soil, suggesting that N and P are initially not limiting resources. A relationship was found between taxonomic groups and plant N physiology; strangler figs, all members of subgenus Urostigma, had mostly low foliar nitrate assimilation rates whereas non-strangler figs, in subgenera Pharmacocycea, Sycidium, Sycomorus or Synoecia, had moderate to high rates. Nitrate is an energetically expensive N source, and low nitrate use may be an adaptation of strangler figs for conserving energy during epiphytic growth. Interestingly, significant amounts of nitrate were stored in fleshy taproot tubers of epiphytic stranglers. Supporting the concept of plasticity, leaves of epiphytic Ficus benjamina L. had lower N and C content per unit leaf area, lower stomatal density and 80% greater specific leaf area than leaves of conspecific free-standing trees. Similarly, glasshouse-grown stranglers strongly increased biomass allocation to roots under water limitation. Epiphytic and free-standing F. benjamina had similar average foliar delta C-13, but epiphytes had more extreme values; this indicates that both groups of plants use the C-3 pathway of CO2 fixation but that water availability is highly variable for epiphytes. We hypothesise that epiphytic figs use fleshy stem tubers to avoid water stress, and that nitrate acts as an osmotic compound in tubers. We conclude that strangler figs are a unique experimental system for studying the transition from rainforest epiphyte to tree, and the genetic and environmental triggers involved.

Studies on the composition and nutritional value of the cultivated mushroom, agaricus bisporus (Lange) Sing

The effects of various cultural conditions on the composition and nutritional quality of Agaricus bisporus (Lange) Sing. were investigated. Variation in composition was found between different classes of sample. Sampling techniques were standardised to allow for major variations in the different developmental stages and culture ages. Fruitbodies were found to be of low calorific value but contained protein of high digestibility and quality, containing all the essential amino acids required by man. Quantitative estimates of the sulphur-containing amino acids indicated that fruitbodies were deficient in methionine and cysteine. The extent of water application and the supplementation of conventional substrates with various nitrogen-containing substances, influenced yield and composition, establishing the importance of these two factors in the physiology of fruitbodies and cultural management. Storage conditions influenced composition, high temperatures being deleterious to the nutritional value of fruitbodies. Submerged culture techniques were used to investigate the effects of various nutrients on growth and composition of mushroom mycelium, with special reference to the sulphur-containing amino acids. Yield and composition were greatly affected by the carbon:nitrogen ratio of the medium and by the nitrogen source. Significant increases in mycelial methionine content were observed on the addition of inorganic sulphate, the methionine derivative N-acetyl-L-methionine, and L-methionine. A greater increase in methionine content was obtained when the biomass of a thermophilic bacterium isolated from compost was used as a nitrogen source.

Amine-functionalised hexagonal mesoporous silica as support for copper(II) acetylacetonate catalyst

Copper(II) acetylacetonate was anchored onto a hexagonal mesoporous silica (HMS) material using a two-step procedure: (i) functionalisation of the surface hydroxy groups with (3-aminopropyl)triethoxysilane (AMPTSi) and then (ii) anchoring of the copper(II) complex through Schiff condensation with free amine groups, using two different metal complex loadings. Upon the first step, nitrogen elemental analysis, XPS and DRIFT showed the presence of amine groups on the surface of the HMS material, and porosimetry indicated that the structure of the mesoporous material remained unchanged, although a slight decrease in surface area was observed. Atomic absorption, XPS and DRIFT showed that copper(II) acetylacetonate was anchored onto the amine-functionalised HMS by Schiff condensation between the free amine groups and the carbonyl groups of the copper(II) complex; using EPR an NO3 coordination sphere was proposed for the anchored copper(II) complex. The new [Cu(acac)2]-AMPTSi/HMS materials were tested in the aziridination of styrene at room temperature, using PhI=NTs as nitrogen source and acetonitrile as solvent. The styrene conversion and total TON of the heterogeneous phase reaction are higher than those of the same reaction catalysed in homogeneous phase by [Cu(acac)2]; nevertheless, the initial activity decreases and the reaction time increases due to substrate and product diffusion limitations. The heterogeneous catalyst showed a successive slight decrease in catalytic activity when reused for two more times. © Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2006.

Data compilation on the biological response to ocean acidification: environmental and experimental context of data sets and related literature

The exponential growth of studies on the biological response to ocean acidification over the last few decades has generated a large amount of data. To facilitate data comparison, a data compilation hosted at the data publisher PANGAEA was initiated in 2008 and is updated on a regular basis (doi:10.1594/PANGAEA.149999). By January 2015, a total of 581 data sets (over 4 000 000 data points) from 539 papers had been archived. Here we present the developments of this data compilation five years since its first description by Nisumaa et al. (2010). Most of study sites from which data archived are still in the Northern Hemisphere and the number of archived data from studies from the Southern Hemisphere and polar oceans are still relatively low. Data from 60 studies that investigated the response of a mix of organisms or natural communities were all added after 2010, indicating a welcomed shift from the study of individual organisms to communities and ecosystems. The initial imbalance of considerably more data archived on calcification and primary production than on other processes has improved. There is also a clear tendency towards more data archived from multifactorial studies after 2010. For easier and more effective access to ocean acidification data, the ocean acidification community is strongly encouraged to contribute to the data archiving effort, and help develop standard vocabularies describing the variables and define best practices for archiving ocean acidification data.

Synthèse de sulfilimines et de sulfoximines catalysée par les métaux de transition

Les sulfilimines et les sulfoximines sont des motifs structuraux dont l’intérêt synthétique est grandissant, notamment du fait de leurs applications en chimie médicinale et en agrochimie. Les travaux rapportés dans cet ouvrage décrivent le développement de nouvelles méthodes de synthèse efficaces pour la production de ces unités atypiques. Ces méthodes sont basées sur la réactivité d’une source d’azote électrophile, vis-à-vis de thioéthers et de sulfoxydes. L’utilisation d’un complexe métallique introduit en quantité catalytique a permis de favoriser le processus réactionnel. En tirant bénéfice de l’expertise de notre groupe de recherche sur le développement de réactions d’amination stéréosélectives de liaisons C-H et d’aziridination de styrènes, nous avons d’abord étudié la réactivité des N-mésyloxycarbamates comme source d’azote électrophile. Après avoir optimisé sa synthèse sur grande échelle, ce réactif chiral a été utilisé dans des réactions d’amination de thioéthers et de sulfoxydes, catalysées par un dimère de rhodium (II) chiral. Un processus diastéréosélectif efficace a été mis au point, permettant de produire des sulfilimines et des sulfoximines chirales avec d’excellents rendements et sélectivités. Au cours de l’optimisation de cette méthode de synthèse, nous avons pu constater l’effet déterminant de certains additifs sur la réactivité et la sélectivité de la réaction. Une étude mécanistique a été entreprise afin de comprendre leur mode d’action. Il a été observé qu’une base de Lewis telle que le 4-diméthylaminopyridine (DMAP) pouvait se coordiner au dimère de rhodium(II) et modifier ses propriétés structurales et redox. Les résultats que nous avons obtenus suggèrent que l’espèce catalytique active est un dimère de rhodium de valence mixte Rh(II)/Rh(III). Nous avons également découvert que l’incorporation de sels de bispyridinium avait une influence cruciale sur la diastéréosélectivité de la réaction. D’autres expériences sur la nature du groupe partant du réactif N-sulfonyloxycarbamate nous ont permis de postuler qu’une espèce nitrénoïde de rhodium était l’intermédiaire clé du processus d’amination. De plus, l’exploitation des techniques de chimie en débit continu nous a permis de développer une méthode d’amination de thioéthers et de sulfoxydes très performante, en utilisant les azotures comme source d’azote électrophile. Basée sur la décompositon photochimique d’azotures en présence d’un complexe de fer (III) simple et commercialement disponible, nous avons été en mesure de produire des sulfilimines et des sulfoximines avec d’excellents rendements. Le temps de résidence du procédé d’amination a pu être sensiblement réduit par la conception d’un nouveau type de réacteur photochimique capillaire. Ces améliorations techniques ont permis de rendre la synthèse plus productive, ce qui constitue un élément important d’un point de vue industriel.

Otimização da produção biotecnológica de lipases e correlação com a produção de biossurfactantes

As lipases e os biossurfactantes são compostos produzidos por microrganismos através de fermentações em estado sólido (FES) ou sumberso (FSm), os quais são aplicáveis nas indústrias alimentícia e farmacêutica, na bioenergia e na biorremediação, entre outras. O objetivo geral deste trabalho foi otimizar a produção de lipases através de fermentação em estado sólido e fermentação submersa. Os fungos foram selecionados quanto à habilidade de produção de lipases através de FES e FSm e aqueles que apresentaram as maiores atividades lipolíticas foram utilizados na seleção de variáveis significativas e na otimização da produção de lipases nos dois modos de cultivo. Foram empregadas técnicas seqüenciais de planejamento experimental, incluindo planejamentos fracionários, completos e a metodologia de superfície de resposta para a otimização da produção de lipases. As variáveis estudadas na FES foram o pH, o tipo de farelo como fonte de carbono, a fonte de nitrogênio, o indutor, a concentração da fonte de nitrogênio, a concentração do indutor e a cepa do fungo. Na FSm, além das variáveis estudadas na FES, estudaram-se as variáveis concentração inicial de inóculo e agitação. As enzimas produzidas foram caracterizadas quanto à temperatura e pH ótimos e quanto à estabilidade a temperatura e pH. Nas condições otimizadas de produção de lipases, foi avaliada a correlação entre a produção de lipases e bioemulsificantes. Inicialmente foram isolados 28 fungos. Os fungos Aspergillus O- 4 e Aspergillus E-6 foram selecionados como bons produtores de lipases no processo de fermentação em estado sólido e os fungos Penicillium E-3, Trichoderma E-19 e Aspergillus O-8 como bons produtores de lipases através da fermentação submersa. As condições otimizadas para a produção de lipases através de fermentação em estado sólido foram obtidas utilizando-se o fungo Aspergillus O-4, farelo de soja, 2% de nitrato de sódio, 2% de azeite de oliva e pHs inferiores a 5, obtendo-se atividades lipolíticas máximas de 57 U. As condições otimizadas para a produção de lipases na fermentação submersa foram obtidas utilizando-se o fungo Aspergillus O-8, farelo de trigo, 4,5% de extrato de levedura, 2% de óleo de soja e pH 7,15. A máxima atividade obtida durante a etapa de otimização foi 6 U. As lipases obtidas por FES apresentaram atividades máximas a 35ºC e pH 6,0, enquanto que as obtidas por FSm apresentaram ótimos a 37ºC e pH 7,2. A estabilidade térmica das lipases produzidas via FSm foi superior a das lipases obtidas via FES, com atividades residuais de 72% e 26,8% após 1h de exposição a 90ºC e 60ºC, respectivamente. As lipases obtidas via FES foram mais estáveis em pH´s alcalinos, com atividades residuais superiores a 60% após 24 h de exposição, enquanto as lipases produzidas via FSm foram mais estáveis em pH´s ácidos, com 80% de atividade residual na faixa de pH entre 3,5 e 6,5. Na fermentação submersa a correlação entre a produção de lipases e a atividade emulsificante óleo em água (O/A) e água em óleo (A/O) dos extratos foi 95,4% e 86,8%, respectivamente, obtendo-se atividades emulsificantes máximas O/A e A/O de 2,95 UE e 42,7 UE. Embora a maior produção de lipases tenha sido obtida na fermentação em estado sólido, não houve produção concomitante de biossurfactantes. Os extratos da fermentação submersa apresentaram redução da tensão superficial de 50 mN m -1 para 28 mN m -1 e atividade antimicrobiana frente ao microrganismo S. aureus ATCC 25923, com potenciais antimicrobianos de 36 a 43% nos três primeiros dias de fermentação. A fermentação submersa foi a técnica que apresentou os melhores resultados de otimização da produção de lipases, bem como de produção simultânea de biossurfactantes.

Cultivo de microalgas para produção de biossurfactantes

Há uma crescente procura por alimentos mais saudáveis e seguros para atender uma população cada vez maior e mais exigente. Nos últimos anos o interesse por surfactantes de origem microbiana tem aumentado significativamente em decorrência de serem naturalmente biodegradáveis diminuindo assim o impacto ambiental. Uma grande variedade de microorganismos produz biossurfactantes, sendo que o tipo, a quantidade e a qualidade do biossurfactante são influenciados pelos constituintes do meio, tais como, fontes de carbono, nitrogênio e sais inorgânicos, além das condições de cultivo, como pH, temperatura, agitação e disponibilidade de oxigênio. Os biossurfactantes são metabólitos microbianos de superfície ativa que apresentam uma vasta aplicação no setor industrial. Os objetivos deste trabalho foram selecionar microalgas com potencial para produzir biossurfactantes e estudar a produção por microalgas em diferentes fotobiorreatores e condições nutricionais. O trabalho foi dividido em quatro etapas: 1) cultivo autotrófico e mixotrófico de microalgas para produção de biossurfactantes; 2) Seleção de microalgas para produção de biossurfactantes; 3) Produção de biossurfactantes por microalgas em diferentes fotobiorreatores e 4) Cultivo outdoor da microalga marinha Tetraselmis suecica OR para produção de biossurfactantes. Na primeira etapa Spirulina sp. LEB-18, Synechococcus nidulans LEB-25, Chlorella vulgaris LEB-106, Chlorella minutissima LEB-108 e Chlorella homosphaera foram cultivadas com glicose (cultivo mixotrófico). Spirulina sp. LEB-18 apresentou concentrações máximas de biomassa (2,55 g.L-1 ) quando foi utilizada 5 g.L-1 de glicose no meio de cultivo. A tensão superficial dos meios das microalgas foi reduzida de 70 para 43 mN.m-1 para as microalgas estudadas utilizando glicose como fonte de carbono. Resultados da segunda etapa mostraram que a microalga Scenedesmus sp. 3PAV3 apresentou valor de atividade emulsificante óleo em água (AE o/a) superior (339,8 UE.g-1 ) ao encontrado para as demais microalgas. Os menores valores de tensões superficiais variaram de 27,4 a 31,2 mN.m-1 . Na terceira etapa verificou-se que a microalga Chlorella sp. PROD1 apresentou valor de AE o/a semelhante (258,2 UE g -1 ) ao encontrado para o emulsificante comercial lecitina de soja (257,0 UE g -1 ) e ambas as microalgas estudadas alcançaram valores de tensões superficiais abaixo de 30 mN.m -1 . Na última etapa, Tetraselmis suecica OR cultivada em fotobiorreator do tipo Green Wall Panel apresentou menores valores de tensões superficiais para cultura com limitação de nitrogênio. Os resultados demonstraram a potencialidade das microalgas estudadas na produção de biossurfactantes, tanto pela redução da tensão superficial e interfacial, como pelo aumento da atividade emulsificante, confirmando uma possível aplicação como emulsificante, detergente, lubrificante, estabilizante, entre outras.

Synthèse de sulfilimines et de sulfoximines catalysée par les métaux de transition

Les sulfilimines et les sulfoximines sont des motifs structuraux dont l’intérêt synthétique est grandissant, notamment du fait de leurs applications en chimie médicinale et en agrochimie. Les travaux rapportés dans cet ouvrage décrivent le développement de nouvelles méthodes de synthèse efficaces pour la production de ces unités atypiques. Ces méthodes sont basées sur la réactivité d’une source d’azote électrophile, vis-à-vis de thioéthers et de sulfoxydes. L’utilisation d’un complexe métallique introduit en quantité catalytique a permis de favoriser le processus réactionnel. En tirant bénéfice de l’expertise de notre groupe de recherche sur le développement de réactions d’amination stéréosélectives de liaisons C-H et d’aziridination de styrènes, nous avons d’abord étudié la réactivité des N-mésyloxycarbamates comme source d’azote électrophile. Après avoir optimisé sa synthèse sur grande échelle, ce réactif chiral a été utilisé dans des réactions d’amination de thioéthers et de sulfoxydes, catalysées par un dimère de rhodium (II) chiral. Un processus diastéréosélectif efficace a été mis au point, permettant de produire des sulfilimines et des sulfoximines chirales avec d’excellents rendements et sélectivités. Au cours de l’optimisation de cette méthode de synthèse, nous avons pu constater l’effet déterminant de certains additifs sur la réactivité et la sélectivité de la réaction. Une étude mécanistique a été entreprise afin de comprendre leur mode d’action. Il a été observé qu’une base de Lewis telle que le 4-diméthylaminopyridine (DMAP) pouvait se coordiner au dimère de rhodium(II) et modifier ses propriétés structurales et redox. Les résultats que nous avons obtenus suggèrent que l’espèce catalytique active est un dimère de rhodium de valence mixte Rh(II)/Rh(III). Nous avons également découvert que l’incorporation de sels de bispyridinium avait une influence cruciale sur la diastéréosélectivité de la réaction. D’autres expériences sur la nature du groupe partant du réactif N-sulfonyloxycarbamate nous ont permis de postuler qu’une espèce nitrénoïde de rhodium était l’intermédiaire clé du processus d’amination. De plus, l’exploitation des techniques de chimie en débit continu nous a permis de développer une méthode d’amination de thioéthers et de sulfoxydes très performante, en utilisant les azotures comme source d’azote électrophile. Basée sur la décompositon photochimique d’azotures en présence d’un complexe de fer (III) simple et commercialement disponible, nous avons été en mesure de produire des sulfilimines et des sulfoximines avec d’excellents rendements. Le temps de résidence du procédé d’amination a pu être sensiblement réduit par la conception d’un nouveau type de réacteur photochimique capillaire. Ces améliorations techniques ont permis de rendre la synthèse plus productive, ce qui constitue un élément important d’un point de vue industriel.

Degradación bacteriana de cianuro y compuestos nitrogenados tóxicos

La ruta de asimilación de cianuro en P. pseudoalcaligenes CECT5344 transcurre a través de un nitrilo formado por la reacción química del cianuro con el oxalacetato, siendo este último acumulado como consecuencia de la acción conjunta de una malato:quinona oxidoreductasa (MQO) y la oxidasa terminal resistente a cianuro (CioAB) (Luque-Almagro et al., 2011b). Los nitrilos pueden ser convertidos en amonio por la acción de una nitrilasa o un sistema nitrilo hidratasa/amidasa. Con el objetivo de elucidar la ruta de asimilación de cianuro en P. pseudoalcalígenes CECT5344, se ha analizado el proteoma de este microorganismo en condiciones cianotróficas frente a nitrato como fuente de nitrógeno como control. En este estudio se identificaron proteínas relacionadas con la ruta de asimilación de cianuro en la estirpe CECT5344, que aparecían inducidas por cianuro, como NitB y NitG, cuyos genes se encuentran localizados en la agrupación génica nit1C. Además de NitB y NitG, de función desconocida, la agrupación génica nit1C codifica un regulador transcripcional del tipo Fis dependiente de σ54 (NitA), una nitrilasa (NitC), una proteína que pertenece a la superfamilia S-adenosilmetionina (NitD), un miembro de la superfamilia N-aciltransferasa (NitE), un polipéptido de la familia AIRS/GARS (NitF) y una oxidorreductasa dependiente de NADH (NitH). Un análisis transcripcional mediante RT-PCR determinó que los genes nitBCDEFGH se cotranscriben, mientras que el gen regulador nitA se transcribe de forma divergente. Además, resultados obtenidos por RT-PCR confirman que la expresión de los genes nitBCDEFGH está inducida por cianuro y reprimida por amonio. La relación entre el cianuro y el grupo de genes nit1C queda patente por el fenotipo de los mutantes deficientes nitA, nitB y nitC, incapaces de usar complejos cianuro-metálicos o 2-hidroxinitrilos como única fuente de nitrógeno. Todos estos datos indican que la nitrilasa NitC, junto con la proteína NitB, utilizan de forma específica determinados nitrilos alifáticos como sustrato, entre los que se encuentran el formado durante la asimilación de cianuro (Estepa et al., 2012). Además, entre las proteínas inducidas por cianuro se identificaron una dihidropicolinato sintasa (DapA), una fosfoserina transaminasa (SerC) y una proteína de función desconocida (Orf1), las tres codificadas por genes del operón cio, una cianasa (CynS), la proteína S6 de la subunidad ribosomal 30S (RpsF), una superóxido dismutasa (SodB), la ferritina (Dps), una oxidorreductasa (Fpr) y un factor de elongación P (EF-P). Una vez identificadas, estas proteínas se han analizado funcionalmente y se han localizado en el genoma de P. pseudoalcaligenes CECT5344 los genes correspondientes, así como los genes adyacentes. La inducción de estas proteínas en condiciones cianotróficas sugiere que el metabolismo del cianuro incluye, además de la resistencia y asimilación de este tóxico, otros procesos biológicos relacionados con el metabolismo del cianato y de algunos aminoácidos, el estrés oxidativo y la homeostasis de hierro, entre otros. Por otra parte, el conocimiento en profundidad y la interpretación de la secuencia génica de P. pseudoalcaligenes CECT5344, así como el análisis comparativo frente a organismos no cianotrofos ha permitido entender algunos de los mecanismos implicados en la resistencia y asimilación de cianuro, lo que permitiría conducir a la posterior mejora del proceso de biodegradación de cianuro. Además, el estudio del genoma de la estirpe CECT5344 permitirá explorar la capacidad de este organismo para ser utilizado en procesos de biorremediación de residuos cianurados en los que se encuentran metales y otros tóxicos (Luque-Almagro et al., 2013; Wibberg et al., 2014). En este trabajo se muestran y discuten los resultados de la secuenciación del genoma de P. pseudoalcaligenes, así como el estudio del análisis filogenético y evolutivo de la cepa, estableciéndose de esta manera relaciones con otras especies en base a los genomas secuenciados de las mismas, entre las que destaca P. mendocina ymp relacionada con P. pseudoalcaligenes CECT5344. El estudio de las características del genoma de P. pseudoalcaligenes CECT5344 ha sido completado con un análisis comparativo frente a los genomas de otras especies de Pseudomonas, encontrándose así semejanzas y diferencias en cuanto a la distribución génica funcional. Por último, se muestra un análisis del genoma de P. pseudoalcaligenes CECT5344 en relación con los genes implicados probablemente en los procesos de asimilación de cianuro y residuos cianurados, tales como los codificantes de nitrilasas y aquellos implicados en la resistencia a cianuro como los constituyentes del operón cio que codifican la oxidasa terminal insensible a cianuro. Finalmente, se discute la presencia de genes implicados posiblemente en otros procesos con una alto potencial biotecnológico, tales como la producción de bioplásticos y la biodegradación de diversos contaminantes.