Modeling and optimization of extracellular polysaccharides production by Enterobacter A47

Polysaccharides are gaining increasing attention as potential environmental friendly and sustainable building blocks in many fields of the (bio)chemical industry. The microbial production of polysaccharides is envisioned as a promising path, since higher biomass growth rates are possible and therefore higher productivities may be achieved compared to vegetable or animal polysaccharides sources. This Ph.D. thesis focuses on the modeling and optimization of a particular microbial polysaccharide, namely the production of extracellular polysaccharides (EPS) by the bacterial strain Enterobacter A47. Enterobacter A47 was found to be a metabolically versatile organism in terms of its adaptability to complex media, notably capable of achieving high growth rates in media containing glycerol byproduct from the biodiesel industry. However, the industrial implementation of this production process is still hampered due to a largely unoptimized process. Kinetic rates from the bioreactor operation are heavily dependent on operational parameters such as temperature, pH, stirring and aeration rate. The increase of culture broth viscosity is a common feature of this culture and has a major impact on the overall performance. This fact complicates the mathematical modeling of the process, limiting the possibility to understand, control and optimize productivity. In order to tackle this difficulty, data-driven mathematical methodologies such as Artificial Neural Networks can be employed to incorporate additional process data to complement the known mathematical description of the fermentation kinetics. In this Ph.D. thesis, we have adopted such an hybrid modeling framework that enabled the incorporation of temperature, pH and viscosity effects on the fermentation kinetics in order to improve the dynamical modeling and optimization of the process. A model-based optimization method was implemented that enabled to design bioreactor optimal control strategies in the sense of EPS productivity maximization. It is also critical to understand EPS synthesis at the level of the bacterial metabolism, since the production of EPS is a tightly regulated process. Methods of pathway analysis provide a means to unravel the fundamental pathways and their controls in bioprocesses. In the present Ph.D. thesis, a novel methodology called Principal Elementary Mode Analysis (PEMA) was developed and implemented that enabled to identify which cellular fluxes are activated under different conditions of temperature and pH. It is shown that differences in these two parameters affect the chemical composition of EPS, hence they are critical for the regulation of the product synthesis. In future studies, the knowledge provided by PEMA could foster the development of metabolically meaningful control strategies that target the EPS sugar content and oder product quality parameters.

Identificação de práticas de gestão do conhecimento com impacto na Inovação: caso de estudo

As constantes mudanças que a sociedade enfrenta tornaram o mundo bastante mais competitivo, levando as organizações a adaptarem-se. A sociedade tem vindo a tornar-se cada vez mais exigente obrigando a que as empresas recorram a novas ideias e alterem a sua forma de atuação para aumentarem a sua vantagem competitiva. É com este pressuposto de aumento da vantagem competitiva e após diversas revoluções que as organizações começam a fazer do conhecimento a sua arma. Assim, e inseridas na sociedade do conhecimento, as organizações têm vindo a encarar a Gestão do Conhecimento como a base para a melhoria do seu desempenho. A realização desta dissertação, baseada num caso prático, pretende avaliar como a gestão do conhecimento, seus princípios e práticas, é entendida no contexto da empresa em estudo. Com a realização de um caso de estudo numa empresa do Grupo Brisa foi possível verificar a existência, ou não, de um ambiente de trabalho onde seja promovido o intercâmbio de novos conhecimentos e onde se faça a gestão correta dos seus recursos intangíveis. Através de revisão da literatura existente e de entrevistas aos diversos colaboradores da organização em análise atingiram-se os objetivos propostos para esta dissertação, terminando com a exposição e discussão dos resultados. Uma vez terminado este trabalho foi possível retirar algumas conclusões no que toca à importância dada pela organização relativamente à Gestão do Conhecimento e quais osfatores essenciais para que seja possível inovar num ambiente competitivo e em constantemudança como o que as organizações estão inseridas atualmente.

Identificação de práticas de gestão do conhecimento com impacto na inovação: caso de estudo

As constantes mudanças que a sociedade enfrenta tornaram o mundo bastante mais competitivo, levando as organizações a adaptarem-se. A sociedade tem vindo a tornar-se cada vez mais exigente obrigando a que as empresas recorram a novas ideias e alterem a sua forma de atuação para aumentarem a sua vantagem competitiva. É com este pressuposto de aumento da vantagem competitiva e após diversas revoluções que as organizações começam a fazer do conhecimento a sua arma. Assim, e inseridas na sociedade do conhecimento, as organizações têm vindo a encarar a Gestão do Conhecimento como a base para a melhoria do seu desempenho. A realização desta dissertação, baseada num caso prático, pretende avaliar como a gestão do conhecimento, seus princípios e práticas, é entendida no contexto da empresa em estudo. Com a realização de um caso de estudo numa empresa do Grupo Brisa foi possível verificar a existência, ou não, de um ambiente de trabalho onde seja promovido o intercâmbio de novos conhecimentos e onde se faça a gestão correta dos seus recursos intangíveis. Através de revisão da literatura existente e de entrevistas aos diversos colaboradores da organização em análise atingiram-se os objetivos propostos para esta dissertação, terminando com a exposição e discussão dos resultados. Uma vez terminado este trabalho foi possível retirar algumas conclusões no que toca à importância dada pela organização relativamente à Gestão do Conhecimento e quais os fatores essenciais para que seja possível inovar num ambiente competitivo e em constante mudança como o que as organizações estão inseridas atualmente.

Estudos nutricionais das populações rurais da Amazônia. II. Rio Negro

Um inquérito nutricional foi realizado na população ribeirinha do rio Negro, no Estado do Amazonas, numa área de baixíssima densidade populacional. Todas as famílias com crianças abaixo de 6 anos, num trecho de 20OKm entre a foz do rio Branco e a cidade de Barcelos foram estudados num total de 60 famílias e 121 crianças. Este número de crianças representa cerca de. 4,8% das crianças da área rural, dos Municípios envolvidos. Todas as crianças foram submetidas a exame clínico, medidas e pesadas e, de 66 crianças, foi colhido sangue por punção digital para determinação de, hematócrito e, hemoglobina. Foram coletadas amostras de fezes de 78 crianças, para exame panasitológico. Todas as mães foram também medidas e pesadas, além de entrevistadas quanto a hábtos de higiene, alimentação da criança e alimentos por ela ingeridos nas últimas 24 horas, De 42 mães, foi colhido sangue pana determinação de hematúcrito e hemoglobina.As condições de higiene da população local são bastante primitivas. A água. é consumida diretamente do rio, e a defecação efetuada ao nível do solo, em torno das casas. A natimortalidade for estimada em 80/1000 nascimentos, abortos espontâneos de 66,7/1000 gestações e mortalidade infantilde 93,2/1000 nascidos vivos. Todos esses índices são elevados para as condições locais. 0 período de amamentação na área é prolongado e o desmame ocorre em torno de 16 meses, com 72% das crianças amamentadas por mais de 1 ano. Metade das mães introduzem outros alimentos na dieta infantil em torno de 6 meses, principalmente papa de farinha de. mandioca. De acordo com os critérios de Gomez, 63,3% das crianças são malnutridas, enquanto que segundo os critérios de Waterlow, 70% apresentavam nanismo nutricional e 18% atrofia nutricional. No primeiro se -mestre de vida, o nanismo nutricional, atingiu somente 15,8% das crianças, enquanto que no segundo semestre esse valor se eleva para 63,6%. Apesar da amamentação prolongada , 25% das crianças, no primeiro ano de vida, apresentaram diarréia no momento do exame. Os picos na prevalência de diarréia foram observados no segundo semestre e. segundo ano de vida, coincidindo com a alta prevalência de desnutrição aguda (atrofia nutricional).A desnutrição crônica (nanismo nutricional) foi significantemente mais prevalente nas crianças com histórias de quadros diarréicos freqüentes. Parasitas intestinais foram encontrados em 84,6% das crianças cujas fezes foram coletadas, sendo que A. lumbricoides, Ancilostomideo e T. trichiura afetando mais de 60%. Os sinais clínicos de deficiências de ferro e possivelmente vitaminas, tais como riboflavina e vitamina A, foram as mais freqüentemente observados.Níveis de hemoglobina abaixo de 11 g% e concentração de Hemoglobina Corpuscular média abaixo de 30% foram observados em 71,2% das crianças, sugerindo que anemia feropriva é altamente prevalente na área.Obesidade foi mais freqüentemente encontrada nas mães do que emagrecimento, sugerindo que o consumo total de energia e alimentos não é limitante nessa população. Peixe foi consumido nas últimas 24 horas por 75% das mães e 50% consumiu de mandioca é altíssimo. O consumo de frutas foi limitado, principalmente bananas, e o uso de vegetais limitado a condimentos. Os níveis de hemoglobina foram baixos em 62% das mães, sugerindo que a deficiência de ferro é um problema na área, apesar da dieta ser alta em proteinas e baixa em fibras e fitato.

Relações entre fluxos de água subterrânea e superficial em bacia hidrográfica caracterizada por cobertura florestal amazônica.

O experimento foi conduzido em uma bacia hidrográfica de 1,3 km2, drenada pelo igarapé Barro-Branco, localizada na Reserva florestal Ducke, à cerca de 30 km de Manaus. A cobertura vegetal dessa bacia e caracterizada, em quase sua totalidade, por floresta amazônica do tipo "Terra-firme". A coleta de dados e respectivos cálculos estenderam-se no período de maio de 1981 a dezembro de 1983. Para o período em questão, os resultados obtidos mostraram que, em termos médios, o escoamento total do igarapé representou 32,3% da chuva, dos quais apenas 2,8% se deram na forma de escoamento superficial direto, implicando numa evapotranspiração da ordem de 67,7% do total precipitado. Considerando-se um valor médio de 22% para o total da chuva interceptada pela cobertura florestal, a transpiração dada pela floresta pode ser estimada como sendo de cerca de 45,7% da precipitação. Acredita-se que o corte indiscriminado e irracional da Floresta Amazônica, visando-se a sua ocupação, deverá alterar significativamente as relações encontradas, trazendo como conseqüências, sérios problemas de erosão, transporte de sedimentos, menor tempo de residência da água na bacia e outros problemas que certamente irão interferir no atual equilíbrio ecológico da maior reserva florestal do mundo.

Tree species diversity in a seasonally-dry forest: the case of the Pinkaití site, in the Kayapó Indigenous Area, Southeastern limits of the Amazon

This study investigates patterns of forest structure and tree species diversity in an anthropogenic palm grove and undisturbed areas at the seasonally-dry Pinkaití research station, in the Kayapó Indigenous Area. This site, managed by the Conservation International do Brasil, is the most southeastern site floristically surveyed in the Amazon until now. The secondary and a nearby undisturbed forest were sampled in a group of 52 floristic plots of 0.0625-ha (25x25-m) where all trees with DBH > 10 cm were measured and identified. The analyses were complemented with other two floristic plots of 1-ha (10x1000-m). The present study has shown that the Pinkaití, like other seasonally-dry forests, have great heterogeneity in forest structure and composition, associated with biotic characteristics of the most important tree species, natural disturbance and history of land-use. The palm grove, moderately dominated by the arborescent palm Attalea maripa (Aubl.) Mart., presented high tree species diversity and was floristically similar to undisturbed forests at the study site. It is discussed the importance of large arborescent palms for the seasonally-dry Amazon forests regeneration.

The role of ascorbate peroxidase, guaiacol peroxidase, and polysaccharides in cassava (Manihot esculenta Crantz) roots under postharvest physiological deterioration

Abstract This study aimed to investigate the role of ascorbate peroxidase (APX), guaiacol peroxidase (GPX), polysaccharides, and protein contents associated with the early events of postharvest physiological deterioration (PPD) in cassava roots. Increases in APX and GPX activity, as well as total protein contents occurred from 3 to 5 days of storage and were correlated with the delay of PPD. Cassava samples stained with periodic acid-Schiff (PAS) highlighted the presence of starch and cellulose. Degradation of starch granules during PPD was also detected. Slight metachromatic reaction with toluidine blue is indicative of increasing of acidic polysaccharides and may play an important role in PPD delay. Principal component analysis (PCA) classified samples according to their levels of enzymatic activity based on the decision tree model which showed GPX and total protein amounts to be correlated with PPD. The Oriental (ORI) cultivar was more susceptible to PPD.

Cross-scale determinants of palm species distribution

We investigate palm species distribution, richness and abundance along the Mokoti, a seasonally-dry river of southeastern Amazon and compare it to the patterns observed at a large scale, comprising the entire Brazilian territory. A total of 694 palms belonging to 10 species were sampled at the Mokoti River basin. Although the species showed diverse distribution patterns, we found that local palm abundance, richness and tree basal area were significantly higher from the hills to the bottomlands of the study region, revealing a positive association of these measures with moisture. The analyses at the larger spatial scale also showed a strong influence of vapor pressure (a measure of moisture content of the air, in turn modulated by temperature) and seasonality in temperature: the richest regions were those where temperature and humidity were simultaneously high, and which also presented a lower degree of seasonality in temperature. These results indicate that the distribution of palms seems to be strongly associated with climatic variables, supporting the idea that, by 'putting all the eggs in one basket' (a consequence of survival depending on the preservation of a single irreplaceable bud), palms have become vulnerable to extreme environmental conditions. Hence, their distribution is concentrated in those tropical and sub-tropical regions with constant conditions of (mild to high) temperature and moisture all year round.

UV-visible scanning spectrophotometry and chemometric analysis as tools for carotenoids analysis in cassava genotypes (Manihot esculenta Crantz)

In this study, the metabolomics characterization focusing on the carotenoid composition of ten cassava (Manihot esculenta) genotypes cultivated in southern Brazil by UV-visible scanning spectrophotometry and reverse phase-high performance liquid chromatography was performed. Cassava roots rich in -carotene are an important staple food for populations with risk of vitamin A deficiency. Cassava genotypes with high pro-vitamin A activity have been identified as a strategy to reduce the prevalence of deficiency of this vitamin. The data set was used for the construction of a descriptive model by chemometric analysis. The genotypes of yellow-fleshed roots were clustered by the higher concentrations of cis--carotene and lutein. Inversely, cream-fleshed roots genotypes were grouped precisely due to their lower concentrations of these pigments, as samples rich in lycopene (redfleshed) differed among the studied genotypes. The analytical approach (UV-Vis, HPLC, and chemometrics) used showed to be efficient for understanding the chemodiversity of cassava genotypes, allowing to classify them according to important features for human health and nutrition.

Discrimination of Brazilian propolis according to the seasoning using chemometrics and machine learning based on UV-Vis scanning data

Propolis is a chemically complex biomass produced by honeybees (Apis mellifera) from plant resins added of salivary enzymes, beeswax, and pollen. The biological activities described for propolis were also identified for donor plants resin, but a big challenge for the standardization of the chemical composition and biological effects of propolis remains on a better understanding of the influence of seasonality on the chemical constituents of that raw material. Since propolis quality depends, among other variables, on the local flora which is strongly influenced by (a)biotic factors over the seasons, to unravel the harvest season effect on the propolis chemical profile is an issue of recognized importance. For that, fast, cheap, and robust analytical techniques seem to be the best choice for large scale quality control processes in the most demanding markets, e.g., human health applications. For that, UV-Visible (UV-Vis) scanning spectrophotometry of hydroalcoholic extracts (HE) of seventy-three propolis samples, collected over the seasons in 2014 (summer, spring, autumn, and winter) and 2015 (summer and autumn) in Southern Brazil was adopted. Further machine learning and chemometrics techniques were applied to the UV-Vis dataset aiming to gain insights as to the seasonality effect on the claimed chemical heterogeneity of propolis samples determined by changes in the flora of the geographic region under study. Descriptive and classification models were built following a chemometric approach, i.e. principal component analysis (PCA) and hierarchical clustering analysis (HCA) supported by scripts written in the R language. The UV-Vis profiles associated with chemometric analysis allowed identifying a typical pattern in propolis samples collected in the summer. Importantly, the discrimination based on PCA could be improved by using the dataset of the fingerprint region of phenolic compounds ( = 280-400m), suggesting that besides the biological activities of those secondary metabolites, they also play a relevant role for the discrimination and classification of that complex matrix through bioinformatics tools. Finally, a series of machine learning approaches, e.g., partial least square-discriminant analysis (PLS-DA), k-Nearest Neighbors (kNN), and Decision Trees showed to be complementary to PCA and HCA, allowing to obtain relevant information as to the sample discrimination.

Quadro citológico vaginal, concentração plasmática de progesterona durante a gestação e medidas fetais em paca (Cuniculus paca Linnaeus, 1766)

Em 27 pacas (Cuniculus paca Linnaeus, 1766) objetivou-se descrever aos 30, 60 e 90 dias (D) de prenhez diagnosticada por ultrassonografia (US), os tipos celulares do epitélio vaginal em esfregaços vaginais, relatar as condições de abertura da vulva e as características do muco vaginal, determinar a concentração plasmática de progesterona (P4) por radioimunoensaio, e ainda, mensurar por ultrassonografia (US) o diâmetro biparietal (DBP) fetal aos 60 e 90 dias de prenhez. No D30, 40% das amostras exibiram células (com características estrogênicas) superficiais e presença de núcleos nus. Nos D60 e D90, células parabasais, intermediárias, superficiais e naviculares estavam presentes nas mesmas proporções, mas células endocervicais foram descritas em apenas 73,9% e 69% das amostras daqueles dias, respectivamente. No D30 a maior proporção de células naviculares e superficiais diferiu (p < 0,05) em relação aos outros tipos celulares presentes. O muco vaginal apresentou-se cristalino e fluido em 100% e em 70% das fêmeas nos D30 e D60, respectivamente. Observou-se o vestíbulo vaginal aberto em torno de 50% das fêmeas em todos os dias de exames. Valores mínimos detectáveis de P4 foram obtidos em 72% e em 83% das fêmeas, enquanto que as médias das medidas dos DBP foram 1,25 cm (± 0,16) e 2,34 cm (± 0,25) nos D60 e D90, respectivamente. O quadro citológico vaginal nos D30, D60 e D90 e o DBP fornecem elementos que contribuem para diagnóstico de gestação em pacas. A concentração de P4 demonstra a necessidade de maiores estudos da endocrinologia da gestação em pacas.

Biological and morphometric aspects and rearing of Syssphinx molina (Cramer) (Lepidoptera: Saturniidae), a defoliator of parica tree

The objective of this research was to describe the biological and morphometric aspects of the parica tree defoliator, Syssphinx molina (Cramer), and make recommendations about the insect rearing. The life cycle was 62.9 days with mean periods for the egg, larval, pre-pupal and pupal stages of 5.6, 31.1, 2.2 and 16.6 days respectively. The pupal viability was 60.5% for females and 48.6% for males. The sexual ratio was 0.5 with mean production of 182.3 ± 2.2 eggs per female and egg viability of 24.3%. The mean longevity was 7.9 ± 2 and 8.1 ± 3 days for females and males respectively. Other parameters were also observed and compared with description of other Saturniidae species.

Rotary peeling yield of Schizolobium amazonicum (Leguminosae - Caesalpinioideae)

The tropical tree Schizolobium amazonicum is native from the Amazonian forest, naturally occurring in Brazil, Peru and Colombia. This work aimed to study the veneer yield made from this species. For this purpose, 50 logs from S. amazonicum were rotary peeled in a plywood industry installed in Brazilian Amazon region. The results indicated that S. amazonicum had a peeling yield similar or even higher than those usually obtained for species traditionally used for this purpose in Brazil, like those of Pinus and Eucalyptus. It was also observed that the dendrometric parameters of the log can be used to estimate the peeling yield in this species.

Data supporting the role of enzymes and polysaccharides during cassava postharvest physiological deterioration

This data article is referred to the research article entitled The role of ascorbate peroxidase, guaiacol peroxidase, and polysaccharides in cassava (Manihot esculenta Crantz) roots under postharvest physiological deterioration by Uarrota et al. (2015). Food Chemistry 197, Part A, 737746. The stress duo to PPD of cassava roots leads to the formation of ROS which are extremely harmful and accelerates cassava spoiling. To prevent or alleviate injuries from ROS, plants have evolved antioxidant systems that include non-enzymatic and enzymatic defence systems such as ascorbate peroxidase, guaiacol peroxidase and polysaccharides. In this data article can be found a dataset called newdata, in RData format, with 60 observations and 06 variables. The first 02 variables (Samples and Cultivars) and the last 04, spectrophotometric data of ascorbate peroxidase, guaiacol peroxidase, tocopherol, total proteins and arcsined data of cassava PPD scoring. For further interpretation and analysis in R software, a report is also provided. Means of all variables and standard deviations are also provided in the Supplementary tables (data.long3.RData, data.long4.RData and meansEnzymes.RData), raw data of PPD scoring without transformation (PPDmeans.RData) and days of storage (days.RData) are also provided for data analysis reproducibility in R software.

Palm community transitions along a topographic gradient from floodplain to terra firme in the eastern Amazon

Palms show clear niche segregation patterns along topographic gradients in tropical forests, with some species associated to terra firme and others to seasonally flooded areas. The aim of this study was to quantitatively describe the fine-scale spatial variation within a palm community, tracking the changes in species' abundance along environmental gradients associated with a perennial stream the eastern Amazon. The study of palm communities was based on 60 forest plots in which all adult palms were counted. We found a total of 566 palms in a community containing 11 species. Furthermore, we found a significant separation in the palm community between seasonally-flooded and terra firme forests. We found a gradient with various densities of the three most abundant palm species within the first 100 m away from the flooded area. Other species were located exclusively in the terra firme forest. The abundance of the six most common species were distributed in relation to humidity gradients from floodplains to terra firme, with palm distribution from the most flood-tolerant to the least flood-tolerant palm species as follows: Euterpe oleracea, Attalea phalerata and Socratea exorrhiza (species with floodplain affinity), Astrocaryum gynacanthum, Astrocaryum aculeatum, Attalea maripa (species with terra firme affinity)