Neocarzinostatin chromophore: structural, mechanistic, and synthetic studies

Neocarzinostatin chromophore 1 is the active component of the antitumor antibiotic neocarzinostatin (NCS). The chromophore reacts with thiols to form a highly strained cumulene-enyne species which rapidly rearranges to a biradical intermediate which can abstract hydrogen atoms from DNA, leading to strand cleavage. DNA damage is the proposed source of biological activity for NCS. The structure of the methyl thioglycolate monoadduct 2 of NCS chromophore, including the absolute stereochemistry, was determined by NMR studies. The presence of the cumulene-enyne intermediate and the rearrangement to a biradical were supported by data from low temperature NMR investigations. Also included are synthetic approaches to NCS chromophore model compounds based on intramolecular addition of an acetylide to an aldehyde.

Expanding the Toolkit for Synthetic Biology: Frameworks for Native-like Non-natural Gene Circuits

Synthetic biology combines biological parts from different sources in order to engineer non-native, functional systems. While there is a lot of potential for synthetic biology to revolutionize processes, such as the production of pharmaceuticals, engineering synthetic systems has been challenging. It is oftentimes necessary to explore a large design space to balance the levels of interacting components in the circuit. There are also times where it is desirable to incorporate enzymes that have non-biological functions into a synthetic circuit. Tuning the levels of different components, however, is often restricted to a fixed operating point, and this makes synthetic systems sensitive to changes in the environment. Natural systems are able to respond dynamically to a changing environment by obtaining information relevant to the function of the circuit. This work addresses these problems by establishing frameworks and mechanisms that allow synthetic circuits to communicate with the environment, maintain fixed ratios between components, and potentially add new parts that are outside the realm of current biological function. These frameworks provide a way for synthetic circuits to behave more like natural circuits by enabling a dynamic response, and provide a systematic and rational way to search design space to an experimentally tractable size where likely solutions exist. We hope that the contributions described below will aid in allowing synthetic biology to realize its potential.

Síntese e caracterização de biodiesel obtido via catálises homogênea e heterogênea de óleo extraído de sementes de Helianthus annuus

O biodiesel é definido como um mono alquil éster de ácidos graxos de cadeia longa derivado de fontes renováveis tais como óleos vegetais e gorduras animais. Sua importância esta associada ao uso como um combustível alternativo para motores do ciclo Diesel podendo ser utilizado puro ou em misturas com o diesel representando economia de petróleo e menor poluição ambiental. Em geral é obtido por meio da reação de transesterificação na qual os triacilgliceróis, principais constituintes dos óleos e gorduras reagem com álcool, em presença de um catalisador ácido ou básico, produzindo ésteres de ácidos graxos e glicerol. A transesterificação pode ser conduzida por catálise homogênea ou heterogênea. O grande desafio da indústria é otimizar o processo a fim de alcançar um produto e uma rota de produção tecnologicamente eficiente e ambientalmente correta. O objetivo desta pesquisa foi estudar a síntese do biodiesel utilizando o processo de transesterificação do óleo de girassol por catálises homogênea e heterogênea. Foram realizadas reações de transesterificação via rotas metílica e etílica, empregando como catalisador homogêneo alcóxido de potássio e como catalisador heterogêneo a resina comercial de troca iônica Amberlyst 26

An in vitro biomolecular breadboard for prototyping synthetic biological circuits

Biomolecular circuit engineering is critical for implementing complex functions in vivo, and is a baseline method in the synthetic biology space. However, current methods for conducting biomolecular circuit engineering are time-consuming and tedious. A complete design-build-test cycle typically takes weeks' to months' time due to the lack of an intermediary between design ex vivo and testing in vivo. In this work, we explore the development and application of a "biomolecular breadboard" composed of an in-vitro transcription-translation (TX-TL) lysate to rapidly speed up the engineering design-build-test cycle. We first developed protocols for creating and using lysates for conducting biological circuit design. By doing so we simplified the existing technology to an affordable ($0.03/uL) and easy to use three-tube reagent system. We then developed tools to accelerate circuit design by allowing for linear DNA use in lieu of plasmid DNA, and by utilizing principles of modular assembly. This allowed the design-build-test cycle to be reduced to under a business day. We then characterized protein degradation dynamics in the breadboard to aid to implementing complex circuits. Finally, we demonstrated that the breadboard could be applied to engineer complex synthetic circuits in vitro and in vivo. Specifically, we utilized our understanding of linear DNA prototyping, modular assembly, and protein degradation dynamics to characterize the repressilator oscillator and to prototype novel three- and five-node negative feedback oscillators both in vitro and in vivo. We therefore believe the biomolecular breadboard has wide application for acting as an intermediary for biological circuit engineering.

Photochemical electron transfer at fixed distance : a synthetic model of the photosynthetic primary process

A series of meso-phenyloctamethylporphyrins covalently bonded at the 4'phenyl position to quinones via rigid bicyclo[2.2.2]octane spacers were synthesized for the study of the dependence of electron transfer reaction rate on solvent, distance, temperature, and energy gap. A general and convergent synthesis was developed based on the condensation of ac-biladienes with masked quinonespacer-benzaldehydes. From picosecond fluorescence spectroscopy emission lifetimes were measured in seven solvents of varying polarity. Rate constants were determined to vary from 5.0x10⁹sec^-1 in N,N-dimethylformamide to 1.15x10¹⁰ Sec^-1 in benzene, and were observed to rise at most by about a factor of three with decreasing solvent polarity. Experiments at low temperature in 2-MTHF glass (77K) revealed fast, nearly temperature-independent electron transfer characterized by non-exponential fluorescence decays, in contrast to monophasic behavior in fluid solution at 298K. This example evidently represents the first photosynthetic model system not based on proteins to display nearly temperature-independent electron transfer at high temperatures (nuclear tunneling). Low temperatures appear to freeze out the rotational motion of the chromophores, and the observed nonexponential fluorescence decays may be explained as a result of electron transfer from an ensemble of rotational conformations. The nonexponentiality demonstrates the sensitivity of the electron transfer rate to the precise magnitude of the electronic matrix element, which supports the expectation that electron transfer is nonadiabatic in this system. The addition of a second bicyclooctane moiety (15 Å vs. 18 Å edge-to-edge between porphyrin and quinone) reduces the transfer rate by at least a factor of 500-1500. Porphyrinquinones with variously substituted quinones allowed an examination of the dependence of the electron transfer rate constant κ_ET on reaction driving force. The classical trend of increasing rate versus increasing exothermicity occurs from 0.7 eV≤ |ΔG^0'(R)| ≤ 1.0 eV until a maximum is reached (κ_ET = 3 x 10⁸ sec^-1 rising to 1.15 x 10¹⁰ sec^-1 in acetonitrile). The rate remains insensitive to ΔG⁰ for ~ 300 mV from 1.0 eV≤ |ΔG^0’(R)| ≤ 1.3 eV, and then slightly decreases in the most exothermic case studied (cyanoquinone, κ_ET = 5 x 10⁹ sec^-1).

Estudo de adsorção de ácidos naftênicos a partir de correntes de hidrocarbonetos

Ácidos naftênicos correspondem à complexa mistura de ácidos carboxílicos presentes no petróleo, responsáveis diretamente pela sua acidez e pela sua corrosividade em fase líquida durante o refino. Tais compostos também estão presentes nas frações destiladas do petróleo, causando diversos problemas na qualidade final do produto. Uma possível forma de remover esses ácidos das frações destiladas é através da adsorção em materiais porosos. Contudo, os resultados até então apresentados indicam que resinas trocadoras de íons seriam os melhores adsorventes destes compostos, o que poderia aumentar o custo do processo e diminuir sua viabilidade. Neste trabalho, dois adsorventes comerciais (argila e alumina ativada) foram caracterizados por diversas técnicas físico-químicas e avaliados quanto à sua capacidade de remover os ácidos naftênicos de frações médias e pesadas de petróleo. Avaliou-se, ainda, para fins de comparação, o comportamento de ácidos naftênicos comerciais em óleos sintéticos preparados com óleo mineral. Em complementação, a corrosividade do aço carbono nos meios estudados foi também verificada. A argila apresentou maior afinidade com os ácidos naftênicos, tendo capacidade de adsorção superior e cinética de processo ligeiramente mais rápida às da alumina para as cargas sintéticas. No entanto, em virtude da maior concorrência pelos sítios de adsorção, apresentada pelos outros componentes presentes em óleos reais, observou-se uma perda na eficiência para estas amostras. Neste caso, a alumina apresentou melhores resultados. Embora ambos adsorventes tenham apresentado boa capacidade de remoção do soluto, a resina trocadora de íons ainda apresentou resultado mais eficaz para as amostras reais. Nas condições desse estudo, a taxa de corrosão do aço nas amostras sintéticas e em duas das reais não foi significativa e apenas uma delas apresentou-se corrosiva (Óleo 1). No entanto, a remoção dos ácidos naftênicos por adsorção conseguiu reduzir a taxa de corrosão neste meio em até 99%

Petroleum hydrocarbons in fresh waters: a preliminary desk study and bibliography

A literature survey was carried out into the effects of petroleum hydrocarbons in freshwater, from the toxicity, biodegradability and concentration aspects. It was supplemented by a selective search on hydrocarbons in the marine environment for comparison. The aim was to determine the major inputs of these hydrocarbons, their accumulation, effects and fate in freshwaters. The search was confined to the period 1965-1978. The bibliography contains 390 references, divided by subject.

Influence of synthetic method on the properties of La0.5Ba0.5FeO3 SOFC cathode

Power Point presentado en The Energy and Materials Research Conference - EMR2015 celebrado en Madrid (España) entre el 25-27 de febrero de 2015

Effect of crude oil and some petroleum products on Clarias Gariepinus fingerlings (Catfish: Claridae)

Ninety (90) hatchery bred fingerlings of Clarias gariepinus (mean weight: 0.96 ± 0.1g) were randomly placed in 15 plastic baths (25 litres each) at the Research laboratory and were exposed to different concentrations of oil products to determine their effects on the fish, to facilitate inferential deductions that will enhance effective aquatic environmental management. Three (3) replicate basins of 5 experimental treatments (crude oil, petrol oil, kerosene oil, engine oil and control) were used at a concentration of 1.25ml. L-1. The control experiment was devoid of oil treatment. Six (6) fingerlings were placed in each replicate basin, flooded with 20 litres of clean tap water and fed with nutrafin cichilid food, 2 times daily at 3% body weight. The results showed that the feeding behaviour and swimming performances of fish were reduced after 24 hours of the addition of the various oil pollutants. Mortality of fingerlings in the oiled basins increased as the hours of exposure increased (i.e. 24, 48, 72 and 96 hours). Recovery was not immediate in the treated basin while surviving fingerlings in the control basins grew up to post-fingerlings after 90 days (3 months). There were significant differences (P<0.01 and P<0.05) in the effect of crude oil and the petroleum products on the mortality rate of C. gariepinus when exposed to oil pollutants at 1.25ml. L-1 concentration

Desenvolvimento de metodologias para a determinação da atividade biogênica de bactérias redutoras de sulfato

A corrosão causada por H2S biogênico frequentemente resulta em danos extensos na indústria do petróleo. O presente trabalho avaliou parâmetros de crescimento microbiano e aplicou metodologias de determinação de sulfetos por técnicas espectrofotométrica na região da luz visível e radiorespirométrica para avaliação da atividade metabólica, correlacionando com a população de bactérias redutoras de sulfato, determinada através da técnica do Número Mais Provável (NMP). Amostras de água de formação e consórcio de BRS foram avaliadas através do arraste de sulfetos estáveis produzidos biogenicamente e quantificados por espectrofotometria. O cálculo das velocidades instantâneas e específicas de produção de sulfetos permitiu avaliar de que maneira alguns parâmetros de crescimento microbiano podem afetar o metabolismo das BRS. A detecção de concentrações traço de sulfetos biogênicos pode ser realizada através de ensaios radiorespirométricos. Para isto, diluições em série de água do mar sintética com três amostras distintas foram avaliadas. Os testes realizados indicam que o acréscimo do tempo de incubação de cultura microbiana anaeróbia mista contribuiu para o aumento das capacidades de redução de sulfato, assim como o aumento das fontes de carbono. Ambas as técnicas provaram ser um rápido teste para a detecção de sulfetos biogênicos, particularmente aqueles associados aos produtos de corrosão, sendo uma ferramenta muito útil para monitoração e controle de tanques de armazenamento de água e óleo, plataformas continentais de petróleo e diversos tipos de reservatórios. O presente trabalho prevê a continuidade dos experimentos, através de avaliação de um maior universo de amostras da indústria do petróleo e medições menos espaçadas da técnica espectrofotométrica, além da avaliação radiorespirométrica em modo contínuo, evitando os efeitos inibitórios do H2S