Mechanical effects of plant cell wall enzymes on xyloglucan/cellulose composites

Xyloglucan-acting enzymes are believed to have effects on type I primary plant cell wall mechanical properties. In order to get a better understanding of these effects, a range of enzymes with different in vitro modes of action were tested against cell wall analogues (bio-composite materials based on Acetobacter xylinus cellulose and xyloglucan). Tomato pericarp xyloglucan endo transglycosylase (tXET) and nasturtium seed xyloglucanase (nXGase) were produced heterologously in Pichia pastoris. Their action against the cell wall analogues was compared with that of a commercial preparation of Trichoderma endo-glucanase (EndoGase). Both 'hydrolytic' enzymes (nXGase and EndoGase) were able to depolymerise not only the cross-link xyloglucan fraction but also the surface-bound fraction. Consequent major changes in cellulose fibril architecture were observed. In mechanical terms, removal of xyloglucan cross-links from composites resulted in increased stiffness (at high strain) and decreased visco-elasticity with similar extensibility. On the other hand, true transglycosylase activity (tXET) did not affect the cellulose/xyloglucan ratio. No change in composite stiffness or extensibility resulted, but a significant increase in creep behaviour was observed in the presence of active tXET. These results provide direct in vitro evidence for the involvement of cell wall xyloglucan-specific enzymes in mechanical changes underlying plant cell wall re-modelling and growth processes. Mechanical consequences of tXET action are shown to be complimentary to those of cucumber expansin.

Influence of organic fertilization on the number of culturable diazotrophic endophytic bacteria isolated from sugarcane

The numbers of culturable diazotrophic endophytic bacteria (CDEB) from roots stems and leaves of sugarcane submitted to organic inorganic or no fertilization were compared In order to determine the size of the N(2) fixing populations the Most Probable Number technique (MPN) was used The quantification of diazotrophic bacteria by using the acetylene reduction assay (ARA) was more accurate than observing the bacterial growth in the vials to confirm N(2) fixing capability the detection of gene nifH was performed on a sample of 105 Isolated bacteria The production of extracellular enzymes involved in the penetration of the plants by the bacteria was also studied The results showed that organic fertilization enhances the number of CDEB when compared with conventional fertilization used throughout the growing season The maximum number of bacteria was detected in the roots Roots and stems presented the greatest number of CDEB in the middle of the cropping season and in leaves numbers varied according to the treatment Using two pairs of primers and two different methods the nifH gene was found in 104 of the 105 tested isolates Larger amounts of pectinase were released by isolates from sugarcane treated with conventional fertilizers (66%) whereas larger amounts of cellulase were released by strains isolated from sugarcane treated with organic fertilizers (80%) (C) 2010 Elsevier Masson SAS All rights reserved

Adesão, proliferação e genotoxicidade celular de celulose bacteriana modificada por plasma

Bacterial cellulose (BC) has a wide range of potential applications, namely as temporary substitute skin in the treatment of skin wounds, such as burns, ulcers and grafts. Surface properties determine the functional response of cells, an important factor for the successful development of biomaterials. This work evaluates the influence of bacterial cellulose surface treatment by plasma (BCP) on the cellular behavior and its genotoxicity potential. The modified surface was produced by plasma discharge in N2 and O2 atmosphere, and the roughness produced by ion bombardment characterized by scanning electron microscopy (SEM) and atomic force microscopy (AFM). Cell adhesion, viability and proliferation on BCP were analysed using crystal violet staining and the 3-[4,5-dimethylthiazol-2-yl]-2,5-diphenyl-tetrazolium (MTT) method. Genotoxicity was evaluated using the comet and cytokinesis block micronucleus assay. The results show that the plasma treatment changed surface roughness, producing an ideal cell attachment, evidenced by more elongated cell morphology and improved proliferation. The excellent biocompatibility of BCP was confirmed by genotoxicity tests, which showed no significant DNA damage. The BCP has therefore great potential as a new artificial implant

Ação do metabólito secundário 5-hidroxi-2-hidroximetil gama-pirona isolado de fungos do gênero Aspergillus sobre monócitos humanos in vitro

O 5-hidroxi-2-hidroximetil-gama-pirona (HMP) é um metabólito secundário sintetizado por algumas espécies de fungos dos gêneros Aspergillus, Penicillium Acetobac-ter. O HMP tem várias aplicações, sendo utilizado como antioxidante, inibidor da tirosinase, agente protetor contra a radiação e antitumoral. Recentemente, foi também demonstrado que esse metabólito atua como ativador de macrófagos. No entanto, o efeito do HMP em mo-nócitos humanos é desconhecido. Assim, o objetivo deste estudo foi avaliar os efeitos de HMP sobre a viabilidade e diferenciação celular de monócitos do sangue humano in vi-tro. Leucócitos humanos do sangue periférico foram obtidos a partir de bolsas de san-gue doadas pela Fundação Centro de Hemoterapia e Hematologia do Pará (HEMOPA). O isolamento das células foi realizado por meio de gradiente de densidade com Histopaque ®1077. Os monócitos foram tratados durante 24, 48 e 72 horas com 50 e 100 μg / mL de HMP. A análise ultraestrutural dos monócitos tratados revelou que essas células apresen-tam maior espraiamento, elevado número de projeções citoplasmáticas e vacúolos, caracterís-ticas que são frequentemente observadas em células ativadas. A análise da expressão da proteína de superfície específica para macrófago (F4/80) por imunofluorescência, de-monstrou que os monócitos humanos tratados com 50 e 100 μg / mL de HMP por 48 e 72 horas, mostrou um padrão de expressão semelhante ao verificado em macrófagos humanos originados de monócitos tratados com o M-CFS. Os testes de viabilidade utilizados (Método thiazolyl blue, Potencial de membrana mitocondrial, Vermelho Neutro e Azul de Tripan) mostraram que o HMP não tem nenhum efeito citotóxico em monócitos humanos quando tra-tados com 50 e 100 μg/ mL do bioproduto. Estes resultados demonstram um novo papel pa-ra HMP como um agente imunomodulador, induzindo a diferenciação de monócitos em macrófagos.

Diversidade e evolução na simbiose entre bactérias e formigas Attini

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Nano- and macroscale structural and mechanical properties of in situ synthesized bacterial cellulose/PEO-b-PPO-b-PEO biocomposites

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Produção de biohidrogênio a partir de soro de leite em AnSBBR com recirculação da fase líquida

O presente estudo investigou a aplicação de dois tipos de AnSBBR (reatores anaeróbio com biofilme e operados em batelada e batelada alimentada sequenciais: com recirculação da fase líquida e com agitação) para produção de biohidrogênio tratando água residuária sintética (a base de soro de leite e lactose, respectivamente). O AnSBBR com recirculação da fase líquida, que foi o estudo principal do presente trabalho, apresentou problemas na produção de hidrogênio utilizando soro de leite como substrato. Algumas alternativas, como adaptação da biomassa com substratos puros de degradação mais fácil, controle do pH em valores muito baixos e diferentes formas de inoculação foram testadas, entretanto, sem obtenção de sucesso. A solução do problema foi obtida ao refrigerar o meio de alimentação a 4ºC para evitar a fermentação no frasco de armazenamento, retirar a ureia e a suplementação de nutrientes, e realizar lavagens periódicas do material suporte para retirada de parte da biomassa. Dessa forma eliminaram-se indícios de produção de H2S por possível ação de bactérias redutoras de sulfato (BRS) e atingiu-se uma produção estável de hidrogênio sem, entretanto, eliminar completamento o metano, que foi produzido em baixas concentrações. Depois de atingida a estabilidade, investigou-se a influência da concentração afluente de substrato, do tempo de enchimento e da temperatura na produção de biohidrogênio no AnSBBR com recirculação da fase líquida tratando soro de leite. O estudo da concentração afluente apresentou um ponto ótimo para a concentração de 5400 mgDQO.L-1, atingindo valores de 0,80 mol H2.mol-1 lactose e de 660 mL H2.L-1.d-1. O estudo do tempo de enchimento apresentou resultados similares para as condições analisadas. Com relação à temperatura, os melhores resultados foram obtidos com a temperatura mais baixa testada de 15ºC (1,12 mol H2.mol lactose-1 e 1080 mL H2.L-1.d-1), sendo que na temperatura mais alta testada (45°C) não ocorreu produção de hidrogênio. Para o AnSBBR com agitação mecânica, que foi um estudado complementar realizado pelo fato da lactose ser o principal complemento do soro de leite, o desempenho do biorreator foi avaliado de acordo com influência conjunta do tempo de ciclo (tC – 2, 3 e 4 h), da concentração afluente (CSTA – 3600-5400 mgDQO.L-1) e da carga orgânica volumétrica aplicada (COAV – 9,3, 12,3, 13,9, 18,5 e 27,8 mgDQO.L-1.d-1). Foram obtidos excelentes resultados: consumos de carboidratos (lactose), com valores médios sempre acima de 90% e uma produção estável de biohidrogênio em todas as condições estudadas, com metano em baixas concentrações apenas na condição de maior COAV. A diminuição do tC apresentou tendência clara de melhora sobre o RMCRC,n (rendimento molar entre hidrogênio produzido e carboidrato removido) apenas para as condições com menor concentração CSTA, havendo uma relação direta entre CSTA, e RMCRC,n em todos os valores de tC, exceto para o tempo de ciclo de 3 h, exatamente onde ocorreu produção de metano. O melhor valor de RMCRC,n obtido na operação com lactose (1,65 mol H2.mol Carboidrato-1) foi superior aos obtidos em outros trabalhos utilizando a mesma configuração de reator e sacarose como substrato. As análises filogenéticas mostraram que a maioria dos clones analisados foi semelhante à Clostridium. Além destes, clones filogeneticamente semelhantes com a Família Lactobacilaceae, especificamente Lactobacillus rhamnosus foram observados em menor porcentagem no reator, assim como clones com sequências semelhantes a Acetobacter indonesiensis.

Mechanical effects of plant cell wall enzymes on cellulose/xyloglucan composites

Xyloglucan-acting enzymes are believed to have effects on type I primary plant cell wall mechanical properties. In order to get a better understanding of these effects, a range of enzymes with different in vitro modes of action were tested against cell wall analogues (bio-composite materials based on Acetobacter xylinus cellulose and xyloglucan). Tomato pericarp xyloglucan endo transglycosylase (tXET) and nasturtium seed xyloglucanase (nXGase) were produced heterologously in Pichia pastoris. Their action against the cell wall analogues was compared with that of a commercial preparation of Trichoderma endo-glucanase (EndoGase). Both 'hydrolytic' enzymes (nXGase and EndoGase) were able to depolymerise not only the cross-link xyloglucan fraction but also the surface-bound fraction. Consequent major changes in cellulose fibril architecture were observed. In mechanical terms, removal of xyloglucan cross-links from composites resulted in increased stiffness (at high strain) and decreased visco-elasticity with similar extensibility. On the other hand, true transglycosylase activity (tXET) did not affect the cellulose/xyloglucan ratio. No change in composite stiffness or extensibility resulted, but a significant increase in creep behaviour was observed in the presence of active tXET. These results provide direct in vitro evidence for the involvement of cell wall xyloglucan-specific enzymes in mechanical changes underlying plant cell wall re-modelling and growth processes. Mechanical consequences of tXET action are shown to be complimentary to those of cucumber expansin.

Investigation into the ability of Gluconacetobacter sacchari to live as an endophyte in sugarcane

The relatively low numbers and sporadic pattern of incidence of the acetic acid bacterium Gluconacetobacter sacchari with the pink sugarcane mealybug (PSMB) Saccharicoccus sacchari Cockerell (Homoptera: Pseudococcidae) over time and from different sugarcane-growing regions do not indicate that Glac. sacchari is a significant commensal of the PSMB, as has been previously proposed. This study was conducted to investigate the hypothesis that Glac. sacchari is, like its closest relative Glac. diazotrophicus, an endophyte of sugarcane (Saccharum officinarium L.). In this study, both Glac. sacchari and Glac. diazotrophicus were isolated from internal sugarcane tissue, although the detection of both species was sporadic in all sugarcane-growing regions of Queensland tested. To confirm the ability of Glac. sacchari to live endophytically, an experiment was conducted in which the roots of micropropagated sugarcane plantlets were inoculated with Glac. sacchari, and the plantlets were subsequently examined for the presence of the bacterium in the stem cells. Pure cultures of Glac. sacchari were grown from homogenized surface sterilized sugarcane stems inoculated with Glac. sacchari. Electron microscopy was used to provide further conclusive evidence that Glac. sacchari lives as an endophyte in sugarcane. Scanning electron microscopy of (SEM) sugarcane plantlet stems revealed rod-shaped cells of Glac. sacchari within a transverse section of the plantlet stem cells. The numbers of bacterial cells inside the plant cell indicated a successful infection and colonization of the plant tissue. Using transmission electron microscopy, (TEM) bacterial cells were more difficult to find, due to their spatial separation. In our study, bacteria were mostly found singularly, or in groups of up to four cells inside intercellular spaces, although bacterial cells were occasionally found inside other cells.

Ocorrência de bactérias diazotroficas em diferentes genótipos de cana-de-açúcar.

O objetivo deste trabalho foi avaliar a localização e o numero de bactérias endolíticas em quatro genótipos de cana-de-açúcar e investigar sobre a possível existência de correlação com os resultados apresentados em trabalhos de quantificação da fixação biológica de nitrogênio (FBN). Fez-se um levantamento das bactérias diazotróficas presentes, e quantificou-se a população de Herbaspirillum spp. E Acetobacter diazotrophicus, em genótipos de cana-de-açúcar contrastantes quanto a capacidade de obter N da FBN. De acordo com o levantamento realizado neste trabalho, as bactérias estudadas (Azospirillum lipoferum, A. brasilense, A. amazonense, Herbaspirillum spp. e Acetobacter diazotrophicus) estavam presentes nos quatro genotipos avaliados e em todas as partes da planta, exceto A. amazonense, que nao foi isolado de amostras de folhas. A quantificaçãoo das bactérias Herbaspirillum spp. e A. diazotrophicus mostrou não haver diferenças significativas entre os genótipos, e que, geralmente, elas estão presentes em maior numero nas raízes. Enquanto Herbaspirillum spp. mantêm-se mais estável ao longo do ciclo da cultura, a população de A. diazotrophicus decresce com a aproximação do final do ciclo comercial. Pode-se sugerir que as diferenças entre as taxas de FBN encontradas nos diversos genótipos não e causada por diferenças na presença ou no numero das bactérias aqui estudadas The objective of this work was to find out the localization and number of endophytic bacteria in four sugar cane genotypes and investigate upon the possible existence of correlation to the results obtained in some studies about quantification of biological nitrogen fixation (BNF). A survey of the diazotrophic bacteria present in sugar cane genotypes differingin their capacity to obtain nitrogen through BNF was performed, and population of Herbaspirillum spp. and Acetobacter diazotrophicus was quantified. The bacteria tested in the survey were Azospirillum lipoferum, A. brasilense, A. amazonense, Herbaspirillum spp. and Acetobacter diazotrophicus. All these bacteria were present in the four genotypes and were found in all parts of the plants, except A. amazonense which was not isolated from leaf samples. The quantification of Herbaspirillum spp. and A. diazotrophicus showed that there were no significant differences among the sugar cane genotypes and, generally, the bacteria were in greater number in roots. While number of Herbaspirillum spp. remained stable during the life-cycle of the culture, the population of A. diazotrophicus suffer a decrease with the approach of the end of the commercial cycle. It is suggested that the differences in the rates of BNF found in sugar cane genotypes are not caused by differences in the presence or the number of the bacterial species studied here.