Soybean Lipoxygenase-1 Oxidizes 3Z-Nonenal : A Route to 4S-Hydroperoxy-2E-Nonenal and Related Products

In previous work with soybean (Glycine max), it was reported that the initial product of 3Z-nonenal (NON) oxidation is 4-hydroperoxy-2E-nonenal (4-HPNE). 4-HPNE can be converted to 4-hydroxy-2E-nonenal by a hydroperoxide-dependent peroxygenase. In the present work we have attempted to purify the 4-HPNE-producing oxygenase from soybean seed. Chromatography on various supports had shown that O2 uptake with NON substrate consistently coincided with lipoxygenase (LOX)-1 activity. Compared with oxidation of LOX's preferred substrate, linoleic acid, the activity with NON was about 400- to 1000-fold less. Rather than obtaining the expected 4-HPNE, 4-oxo-2E-nonenal was the principal product of NON oxidation, presumably arising from the enzyme-generated alkoxyl radical of 4-HPNE. In further work a precipitous drop in activity was noted upon dilution of LOX-1 concentration; however, activity could be enhanced by spiking the reaction with 13S-hydroperoxy-9Z,11E-octadecadienoic acid. Under these conditions the principal product of NON oxidation shifted to the expected 4-HPNE. 4-HPNE was demonstrated to be 83% of the 4S-hydroperoxy-stereoisomer. Therefore, LOX-1 is also a 3Z-alkenal oxygenase, and it exerts the same stereospecificity of oxidation as it does with polyunsaturated fatty acids. Two other LOX isozymes of soybean seed were also found to oxidize NON to 4-HPNE with an excess of 4S-hydroperoxy-stereoisomer.

Evidence that free polyunsaturated fatty acids modify Na+ channels by directly binding to the channel proteins.

The effects of free polyunsaturated fatty acids (PUFA) on the binding of ligands to receptors on voltage-sensitive Na+ channels of neonatal rat cardiac myocytes were assessed. The radioligand was [benzoyl-2,5-(3)H] batrachotoxinin A 20alpha-benzoate ([(3)H]BTXB), a toxin that binds to the Na+ channel. The PUFA that have been shown to be antiarrhythmic, including eicosapentaenoic acid (EPA; C20:5n-3), docosahexaenoic acid (DHA; C22:6n-3), eicosatetraynoic acid (ETYA), linolenic acid (C18:3n-3), and linoleic acid (C18:2n-6), inhibited [(3)H]BTXB binding in a dose-dependent fashion with IC50 values of 28-35 microM, whereas those fatty acids that have no antiarrhythmic effects including saturated fatty acid (stearic acid, C18:0), monounsaturated fatty acid (oleic acid; C18:1n-9), and EPA methyl ester did not have a significant effect on [(3)H]BTXB binding. Enrichment of the myocyte membrane with cholesterol neither affected [(3)H]BTXB binding when compared with control cells nor altered the inhibitory effects of PUFA on [(3)H]BTXB binding. Scatchard analysis of [(3)H]BTXB binding showed that EPA reduced the maximal binding without altering the Kd for [(3)H]BTXB binding, indicating allosteric inhibition. The inhibition by EPA of [(3)H]BTXB binding was reversible (within 30 min) when delipidated bovine serum albumin was added. The binding of the PUFA to this site on the Na+ channel is reversible and structure-specific and occurs at concentrations close to those required for apparent antiarrhythmic effects and a blocking effect on the Na+ current, suggesting that binding of the PUFA at this site relates to their antiarrhythmic action.

Arachidonic and docosahexaenoic acids are biosynthesized from their 18-carbon precursors in human infants.

It is becoming clear that an adequate level of long-chain highly unsaturated fatty acids in the nervous system is required for optimal function and development; however, the ability of infants to biosynthesize long-chain fatty acids is unknown. This study explores the capacity of human infants to convert 18-carbon essential fatty acids to their elongated and desaturated forms, in vivo. A newly developed gas chromatography/negative chemical ionization/mass spectrometry method employing 2H-labeled essential fatty acids allowed assessment of this in vivo conversion with very high sensitivity and selectivity. Our results demonstrate that human infants have the capacity to convert dietary essential fatty acids administered enterally as 2H-labeled ethyl esters to their longer-chain derivatives, transport them to plasma, and incorporate them into membrane lipids. The in vivo conversion of linoleic acid (18:2n6) to arachidonic acid (20:4n6) is demonstrated in human beings. All elongases/desaturases necessary for the conversion of linolenic acid (18:3n3) to docosahexaenoic acid (22:6n3) are also active in the first week after birth. Although the absolute amounts of n-3 fatty acid metabolites accumulated in plasma are greater than those of the n-6 family, estimates of the endogenous pools of 18:2n6 and 18:3n3 indicate that n-6 fatty acid conversion rates are greater than those of the n-3 family. While these data clearly demonstrate the capability of infants to biosynthesize 22:6n3, a lipid that is required for optimal neural development, the amounts produced in vivo from 18:3n3 may be inadequate to support the 22:6n3 level observed in breast-fed infants.

Transformation of mammalian cells by overexpressing H2O2-generating peroxisomal fatty acyl-CoA oxidase.

Peroxisome proliferators induce qualitatively predictable pleiotropic responses, including development of hepatocellular carcinomas in rats and mice despite the inability of these compounds to interact with and damage DNA directly. In view of the nongenotoxic nature of peroxisome proliferators, it has been postulated that hepatocarcinogenesis by this class of chemicals is due to a receptor-mediated process leading to transcriptional activation of H2O2-generating peroxisomal fatty acyl-CoA oxidase (ACOX) in liver. To test this hypothesis, we overexpressed rat ACOX in African green monkey kidney cells (CV-1 cells) under control of the cytomegalovirus promoter. A stably transfected CV-1 cell line overexpressing rat ACOX, designated CV-ACOX4, when exposed to a fatty acid substrate (150 microM linoleic acid) for 2-6 weeks, formed transformed foci, grew efficiently in soft agar, and developed adenocarcinomas when transplanted into nude mice. These findings indicate that sustained overexpression of H2O2-generating ACOX causes cell transformation and provide further support for the role of peroxisome proliferation in hepatocarcinogenesis induced by peroxisome proliferators.

Integration of transplanted hepatocytes into host liver plates demonstrated with dipeptidyl peptidase IV-deficient rats.

To analyze mechanisms of liver repopulation, we transplanted normal hepatocytes into syngeneic rats deficient in dipeptidyl peptidase IV activity. When isolated hepatocytes were injected into splenic pulp, cells promptly migrated into hepatic sinusoids. To examine whether transplanted hepatocytes entered liver plates and integrated with host hepatocytes, we analyzed sharing of hepatocyte-specific gap junctions and bile canaliculi. Colocalization studies showed gap junctions uniting adjacent transplanted and host hepatocytes in liver plates. Visualization of bile canalicular domains in transplanted and host hepatocytes with dipeptidyl peptidase IV and ATPase activities, respectively, demonstrated hybrid bile canaliculi, which excreted a fluorescent conjugated bile acid analogue. These results indicate that transplanted hepatocytes swiftly overcome mechanical barriers in hepatic sinusoids to enter liver plates and join host cells. Integration into liver parenchyma should physiologically regulate the function or disposition of transplanted hepatocytes and benefit applications such as gene therapy.

The octadecanoic pathway: signal molecules for the regulation of secondary pathways.

Plant defense against microbial pathogens and herbivores relies heavily on the induction of defense proteins and low molecular weight antibiotics. The signals between perception of the aggression, gene activation, and the subsequent biosynthesis of secondary compounds are assumed to be pentacylic oxylipin derivatives. The rapid, but transient, synthesis of cis-jasmonic acid was demonstrated after insect attack on a food plant and by microbial elicitor addition to plant suspension cultures. This effect is highly specific and not caused by a number of environmental stresses such as light, heavy metals, or cold or heat shock. Elicitation of Eschscholtzia cell cultures also led to a rapid alkalinization of the growth medium prior to jasmonate formation. Inhibition of this alkalinization process by the protein kinase inhibitor staurosporine also inhibited jasmonate formation. The induction of specific enzymes in the benzo[c]phenanthridine alkaloid pathway leading to the antimicrobial sanguinarine was induced to a qualitatively and quantitatively similar extent by fungal elicitor, methyl jasmonate, and its linolenic acid-derived precursor 12-oxophytodienoic acid. It is herein proposed that a second oxylipid cascade may exist in plants starting from linoleic acid via 15,16-dihydro-12-oxophytodienoic acid to 9,10-dihydrojasmonate. Experiments with synthetic trihomojasmonate demonstrated that beta-oxidation is not a prerequisite for biological activity and that 12-oxophytodienoic acid and derivatives are most likely fully active as signal transducers. Octadecanoic acid-derived compounds are essential elements in modulating the synthesis of antibiotic compounds and are thus integral to plant defense.

Free, long-chain, polyunsaturated fatty acids reduce membrane electrical excitability in neonatal rat cardiac myocytes.

Because previous studies showed that polyunsaturated fatty acids can reduce the contraction rate of spontaneously beating heart cells and have antiarrhythmic effects, we examined the effects of the fatty acids on the electrophysiology of the cardiac cycle in isolated neonatal rat cardiac myocytes. Exposure of cardiomyocytes to 10 microM eicosapentaenoic acid for 2-5 min markedly increased the strength of the depolarizing current required to elicit an action potential (from 18.0 +/- 2.4 pA to 26.8 +/- 2.7 pA, P < 0.01) and the cycle length of excitability (from 525 ms to 1225 ms, delta = 700 +/- 212, P < 0.05). These changes were due to an increase in the threshold for action potential (from -52 mV to -43 mV, delta = 9 +/- 3, P < 0.05) and a more negative resting membrane potential (from -52 mV to -57 mV, delta = 5 +/- 1, P < 0.05). There was a progressive prolongation of intervals between spontaneous action potentials and a slowed rate of phase 4 depolarization. Other polyunsaturated fatty acids--including docosahexaenoic acid, linolenic acid, linoleic acid, arachidonic acid, and its nonmetabolizable analog eicosatetraynoic acid, but neither the monounsaturated oleic acid nor the saturated stearic acid--had similar effects. The effects of the fatty acids could be reversed by washing with fatty acid-free bovine serum albumin. These results show that free polyunsaturated fatty acids can reduce membrane electrical excitability of heart cells and provide an electrophysiological basis for the antiarrhythmic effects of these fatty acids.

Avaliação do potencial fotoprotetor e identificação de metabólitos secundários do fungo endofítico Annulohypoxylon stygium associado à alga marinha Bostrychia radicans

Os organismos marinhos constituem uma fonte potencial de metabólitos secundários biologicamente ativos. Neste contexto, os micro-organismos isolados de algas marinhas, dentre eles fungos endofíticos, representam alvos para a pesquisa de novas substâncias com potencial farmacológico pronunciado. Substâncias naturais provenientes de espécies de fungos associados às algas marinhas vêm sendo bastante utilizadas em formulações fotoprotetoras devido à ação antioxidante e ao potencial contra a radiação solar. Deste modo, o presente trabalho teve como objetivo a investigação biológica e química dos fungos endofíticos marinhos pertencentes à família Xylariaceae, o Annulohypoxylon stygium, o Cladosporium sp. e o Acremonium implicatum (Hypocreaceae). A princípio, foi realizado um screening para avaliar a absorção de luz ultravioleta na faixa do UVA e UVB pelos extratos obtidos em escala piloto destes fungos endofíticos associados às algas marinhas. O extrato do fungo A. stygium apresentou intensa absorção na região do UV, mostrando-se promissor para a produção de metabólitos secundários com ação fotoprotetora. Além do ensaio proposto, foi realizada a avaliação do potencial antibacteriano e antifúngico da espécie A. stygium. O estudo químico em escala ampliada deste fungo proporcionou o isolamento e identificação de uma substância inédita da classe derivada da 2,5- dicetopiperazina, 3-benzilideno-2-metil-hexahidro-pirrolo [1,2-?] pirazina-1,4-diona (Sf3), e além desta, foram isolados mais quatro metabólitos como, os diasteroisômeros 1-fenil-1,2- propanediol (Sd2) e 1-fenil-1,2-propanediol (Sd3), 1,3-benzodioxole-5-metanol (Sc1), 1,2- propanodiol-1-(1,3-benzodioxol-5-il) (Se1). Ainda foi possível a desreplicação de substâncias via cromatografia gasosa acoplada à espectrometria de massas (CG-EM), entre elas o ácido palmítico, palmitato de metila, ácido metil linoléico, ácido oléico, álcool benzílico e o piperonal. Quanto ao estudo da atividade biológica, não foi observado potencial antibacteriano e antifúngico para os extratos e frações do fungo. Entretanto, notouse um potencial como fotoprotetor in vitro para as frações n-Hexano/AcOEt (2:3) e n- Hexano/AcOEt (1:4) obtidas a partir do extrato do cultivo de 28 dias do fungo A. stygium, extraído com solventes diclorometano/metanol (CH2Cl2/MeOH 2:1) e para a substância (Sf3) isolada do mesmo. Desta forma, o estudo químico e biológico do fungo Annulohypoxylon stygium demonstrou potencial para a produção de metabólitos secundários com atividade fotoprotetora, visto que uma estrutura inédita com esta atividade foi isolada e identificada como produto natural.

Efeito dos ácidos graxos ômega-3, ômega-6 e ômega-9 sobre o risco cardiovascular de indivíduos adultos: estudo clínico de prevenção primária.

INTRODUÇÃO: As doenças cardiovasculares (DCV) são a principal causa de morte no mundo, sendo muitos dos fatores de risco passíveis de prevenção e controle. Embora as DCV sejam complexas em sua etiologia e desenvolvimento, a concentração elevada de LDL-c e baixa de HDL-c constituem os fatores de risco modificáveis mais monitorados na prática clínica, embora não sejam capazes de explicar todos os eventos cardiovasculares. Portanto, investigar como intervenções farmacológicas e nutricionais podem modular parâmetros oxidativos, físicos e estruturais das lipoproteínas pode fornecer estimativa adicional ao risco cardiovascular. Dentre os diversos nutrientes e compostos bioativos relacionados às DCV, os lipídeos representam os mais investigados e descritos na literatura. Nesse contexto, os ácidos graxos insaturados (ômega-3, ômega-6 e ômega-9) têm sido foco de inúmeros estudos. OBJETIVOS: Avaliar o efeito da suplementação com ômega-3, ômega-6 e ômega-9 sobre os parâmetros cardiometabólicos em indivíduos adultos com múltiplos fatores de risco e sem evento cardiovascular prévio. MATERIAL E MÉTODOS: Estudo clínico, randomizado, duplo-cego, baseado em intervenção nutricional (3,0 g/dia de ácidos graxos) sob a fórmula de cápsulas contendo: ômega-3 (37 por cento de EPA e 23 por cento de DHA) ou ômega-6 (65 por cento de ácido linoleico) ou ômega-9 (72 por cento de ácido oleico). A amostra foi composta por indivíduos de ambos os sexos, com idade entre 30 e 74 anos, apresentando pelo menos um dos seguintes fatores de risco: Dislipidemia, Diabetes Mellitus, Obesidade e Hipertensão Arterial Sistêmica. Após aprovação do Comitê de Ética, os indivíduos foram distribuídos nos três grupos de intervenção. No momento basal, os indivíduos foram caracterizados quanto aos aspectos demográficos (sexo, idade e etnia) e clínicos (medicamentos, doenças atuais e antecedentes familiares). Nos momentos basal e após 8 semanas de intervenção, amostras de sangue foram coletadas após 12h de jejum. A partir do plasma foram analisados: perfil lipídico (CT, LDL-c, HDL-c, TG), apolipoproteínas AI e B, ácidos graxos não esterificados, atividade da PON1, LDL(-) e auto-anticorpos, ácidos graxos, glicose, insulina, tamanho e distribuição percentual da LDL (7 subfrações e fenótipo A e não-A) e HDL (10 subfrações). O efeito do tempo, da intervenção e associações entre os ácidos graxos e aspectos qualitativos das lipoproteínas foram testados (SPSS versão 20.0, p <0,05). RESULTADOS: Uma primeira análise dos resultados baseada em um corte transversal demonstrou, por meio da análise de tendência linear ajustada pelo nível de risco cardiovascular, que o maior tercil plasmático de DHA se associou positivamente com HDL-c, HDLGRANDE e tamanho de LDL e negativamente com HDLPEQUENA e TG. Observou-se também que o maior tercil plasmático de ácido linoleico se associou positivamente com HDLGRANDE e tamanho de LDL e negativamente com HDLPEQUENA e TG. Esse perfil de associação não foi observado quando foram avaliados os parâmetros dietéticos. Avaliando uma subamostra que incluiu indivíduos tabagistas suplementados com ômega-6 e ômega-3, observou-se que ômega-3 modificou positivamente o perfil lipídico e as subfrações da HDL. Nos modelos de regressão linear ajustados pela idade, sexo e hipertensão, o DHA plasmático apresentou associações negativas com a HDLPEQUENA. Quando se avaliou exclusivamente o efeito do ômega-3 em indivíduos tabagistas e não tabagistas, observou-se que fumantes, do sexo masculino, acima de 60 anos de idade, apresentando baixo percentual plasmático de EPA e DHA (<8 por cento ), com excesso de peso e gordura corporal elevada, apresentam maior probabilidade de ter um perfil de subfrações de HDL mais aterogênicas. Tendo por base os resultados acima, foi comparado o efeito do ômega-3, ômega-6 e ômega-9 sobre os parâmetros cardiometabólicos. O ômega-3 promoveu redução no TG, aumento do percentual de HDLGRANDE e redução de HDLPEQUENA. O papel cardioprotetor do ômega-3 foi reforçado pelo aumento na incorporação de EPA e DHA, no qual indivíduos com EPA e DHA acima de 8 por cento apresentaram maior probabilidade de ter HDLGRANDE e menor de ter HDLPEQUENA. Em adição, observou-se também que o elevado percentual plasmático de ômega-9 se associou com partículas de LDL menos aterogênicas (fenótipo A). CONCLUSÃO: Ácidos graxos plasmáticos, mas não dietéticos, se correlacionam com parâmetros cardiometabólicos. A suplementação com ômega-3, presente no óleo de peixe, promoveu redução no TG e melhoria nos parâmetros qualitativos da HDL (mais HDLGRANDE e menos HDLPEQUENA). Os benefícios do ômega-3 foram particularmente relevantes nos indivíduos tabagistas e naqueles com menor conteúdo basal de EPA e DHA plasmáticos. Observou-se ainda que o ômega-9 plasmático, presente no azeite de oliva, exerceu impacto positivo no tamanho e subfrações da LDL.

Novel particulate BCG-loaded delivery system for mucosal immunization against tuberculosis

Tese de doutoramento, Farmácia (Tecnologia Farmacêutica), Universidade de Lisboa, Faculdade de Farmácia, 2016

Polyunsaturated fatty acids in tumour-induced cachexia

A transplantable murine colon adenocarcinoma (MAC16) was utilised as a model of human cancer cachexia. This tumour has been found to produce extensive weight loss, characterised by depletion of host body protein and lipid stores at a small tumour burden. This weight loss has been found to be associated with production by the tumour of a lipolytic factor, activity of which was inhibited in vitro by the polyunsaturated fatty acid (PUFA) eicosapentaenoic acid (EPA). EPA has also been shown to possess anti-tumour and anti-cachectic activity in vivo, leading to the hypothesis that fatty acids mobilised by the lipolytic factor supply a growth requirement of the MAC16 tumour. In this study mobilisation and sequestration of fatty acids by the tumour was found to be non-specific, although a relationship between weight loss and arachidonic acid (AA) concentration was found in both tumour-bearing mice, and human cancer patients. The anti-tumour effect of EPA, which was found to be associated with an increase in cell loss, but not its anti-cachectic activity, was reversed by the administration of the PUFAs oleic acid (OA) and linoleic acid (LA). LA was also found to be capable of stimulating tumour growth. Inhibition of either the cyclooxygenase or lipoxygenase pathways was found to result in reduction of tumour growth, leading to the implication of one of the metabolites of LA or AA in tumour growth and cachexia. The ethyl ester of EPA was found to be inactive against the growth and cachexia of the MAC16 tumour, due to its retarded uptake compared with the free acid. The anti-proliferative agent 5-fluorouracil was found to cause tumour growth inhibition, and when given in combination with EPA, reduced the phase of tumour regrowth observed after 4 to 5 days of treatment with EPA.

Produção de lipidios funcionais por ação de lipase fúngica

A modificação estrutural de óleos e gorduras é uma das principais áreas de interesse de pesquisa em diferentes setores industriais. No caso da indústria de alimentos, a interesterificação é empregada para melhorar propriedades nutricionais e funcionais, em que se obtêm compostos diferentes dos que lhes deram origem. As lipases microbianas são os biocatalisadores mais utilizados industrialmente, por serem mais estáveis, específicas e com propriedades bem mais diversificadas que as lipases de outras fontes. Este trabalho objetivou, primeiramente, a caracterização da gordura da pele de frango (GPF) e sua comparação com óleo de soja, como referência, visando a utilização de GPF em reações de interesterificação. Para isto foram caracterizados quanto aos índices de rancidez hidrolítica e oxidativa, bem como de matéria insaponificável, índices de saponificação, refração e iodo. Foi realizado ainda o fracionamento e perfil de ácidos graxos destes lipídios e suas frações, com o cálculo de seus índices nutricionais. Foi verificado que a GPF apresentou qualidade satisfatória devido aos baixos índices de acidez (0,65 g ácido oleico.100 g -1 ), peróxido (2,14 meq.kg-1 ), p-anisidina (0,70 unidades de absorvância.g-1 ), além de fonte de ácidos graxos mono-insaturados (40%), sendo fonte promissora para estudos de interesterificação. Em um segundo momento o objetivo foi produzir lipídios modificados ricos em ácidos graxos essenciais a partir da gordura da pele de frango e ácidos graxos ramificados, utilizando lipase sn-1,3 específica e interesterificação do tipo acidólise. Foram estudados os fatores concentração de enzima, adição de água, proporção de substratos e tempo, segundo um planejamento experimental fatorial completo 2 4 . As separações analíticas foram executadas em placas de cromatografia de camada delgada, sendo as frações posteriormente extraídas, ressuspensas e injetadas no cromatógrafo a gás. Foi verificado que a adição de água ao meio reacional apresentou efeito significativo (p<0,05) para todos ácidos graxos avaliados dos triacilgliceróis, sendo que para o ácido essencial linoleico (C18:2) o efeito do tempo de reação também foi significativo, sendo verificado que quanto maior o tempo de reação, menor a quantidade de água a ser adicionada. Em um terceiro momento, o objetivo foi produzir éster fenólico a partir do DHCA, além de realizar reações de transesterificação deste éster com tricaprilina. Para a reação de transesterificação, foi utilizado um delineamento composto central rotacional (DCCR) variando a quantidade de enzima, tempo de reação e temperatura sobre a resposta (%) dos reagentes consumidos. A lipase Novozym® 435 de Candida antarctica foi utilizada como catalisador de todas reações. Foi verificado que a maior produção de éster (50%) ocorreu em oito dias. Nas reações de transesterificação, as relações molares em que houve maior consumo do éster produzido foram 1:5 e 1:10, sendo obtidos 21,1% e 29,6% de residual de dihidrocafeato de octila, respectivamente em 24 h. Foi observado que em altas temperaturas e tempo superior a 26 h, houve o menor residual de dihidrocafeato de octila (18,2%). Foram identificados três diferentes compostos fenólicos, contendo em sua estrutura dihidrocafeato de octila e ácido caprílico.

Obtenção de biopeptídeos com atividade antioxidante a partir de proteínas de origem animal

Pele, ossos, espinhas, entre outros, separados durante o processamento de produtos cárneos podem ser uma boa fonte de proteína, especialmente de colágeno. Para obtenção de colágeno nativo a partir de ossos é necessário um tratamento prévio de desproteinização e desmineralização. Portanto, o objetivo deste trabalho foi determinar os melhores parâmetros para a desmineralização de ossos de pescado e frango utilizando soluções de HCl e EDTA um complexante de íons metálicos. O melhor efeito da desmineralização foi obtido com solução de HCl 1,0 mol/L. Após 48 h de extração, 99,4 e 95,4% das substâncias minerais foram solubilizadas para os ossos de pescado e para ossos de frango, respectivamente. Paralelamente, a menor perda de colágeno também foi observada nessas condições. O processo realizado empregando soluções de EDTA foi menos eficaz do que com solução de HCl. Após 48 h de extração com EDTA 0,1 mol/L, 37,5 e 32,4% dos compostos minerais foram removidos dos ossos de pescado e dos ossos de frango, respectivamente. Uma maior eficiência foi alcançada com solução de EDTA 0,5 mol/L. O rendimento do processo foi de cerca de 66,6% a partir dos ossos de pescado e 70,6% a partir os ossos de frango. A desmineralização com EDTA não provocou perda de colágeno.

Produção e purificação de biogás utilizando microalga spirulina sp. LEB-18

O crescimento da população mundial e a tentativa de substituição parcial dos combustíveis fósseis por novas fontes de energia têm levado a uma maior atenção quanto à possível escassez de alimentos e a carência de grandes áreas disponíveis para agricultura. Microalgas, por meio do metabolismo fotossintético, utilizam energia solar e gás carbônico como nutrientes para o crescimento. A microalga Spirulina pode ser utilizada como suplemento alimentar, na biofixação de CO2, como fonte de biocombustíveis e no tratamento de efluentes. A digestão anaeróbia da biomassa microalgal produz biogás e os resíduos deste processo podem ser utilizados como substrato para novos cultivos da microalga. O objetivo deste trabalho foi estudar a conversão de Spirulina sp. LEB-18 em biogás em escala piloto e produzir biomassa microalgal utilizando os efluentes bicarbonato e dióxido de carbono do processo anaeróbio como fonte de nutrientes. Spirulina foi utilizada como substrato na digestão anaeróbia para produção de biogás em escala piloto sob temperaturas variáveis (12- 38 °C). Efluente do processo anaeróbio foi adicionado (20 %, v/v) como fonte de carbono no cultivo da microalga para avaliar o crescimento e a composição da biomassa. A seguir foi avaliada a capacidade da microalga de remover CO2 presente no biogás através de biofixação para obtenção do biocombustível purificado. O biogás produzido sob as diferentes temperaturas apresentou entre 72,2 e 74,4 % de CH4, quando realizado nas temperaturas 12 a 21 °C e 26 a 38 °C, respectivamente. A redução na temperatura do processo anaeróbio provocou um decréscimo na conversão de biomassa em biogás (0,30 para 0,22 g.g-1 ), ocorrendo dentro da faixa adequada e segura para as bactérias metanogênicas (pH 6,9; alcalinidade entre 1706,0 e 2248,0 mg.L-1 CaCO3 e nitrogênio amoniacal 479,3 a 661,7 mg.L-1 ). Os cultivos de Spirulina sp. LEB-18 em efluente anaeróbio contendo 20 % (v/v) e meio Zarrouk modificado (NaHCO3 2,8 e 5,3 g.L-1 ) apresentaram velocidade específica máxima de crescimento entre 0,324 e 0,354 d-1 , produtividade volumétrica entre 0,280 e 0,297 g.L-1 .d-1 e produtividade areal entre 14,00 e 14,85 g.m-2 .d-1 , sem diferenças significativas (p > 0,05) entre as diferentes condições estudadas. Lipídios variaram entre 4,9 e 5,0 % com proporção de ácido linoleico maximizada nos meios com efluente e ácido alfa-linolênico reduzida nesses meios em comparação ao meio Zarrouk completo. Nos ensaios para avaliar a capacidade da microalga Spirulina sp. LEB-18 de remover CO2 contaminante no biogás, as máximas concentrações celulares e produtividades de biomassa variaram, respectivamente, entre 1,12 e 1,24 g.L-1 e 0,11 e 0,14 g.L-1 .d-1 , não apresentando diferenças significativas (p > 0,05) entre os ensaios. A maior fixação diária total (FDT) de dióxido de carbono obtida foi 58,01 % (v/v) em cultivos com adição de biogás contendo 25 % (v/v) CO2. Obteve-se biogás com 89,5 % (v/v) de CH4 após injeção em cultivos de Spirulina, no qual aproximadamente 45 % (v/v) do CO2 injetado foi fixado pela microalga, gerando biomassa para diversas aplicações e biogás purificado.

Produção de lipídios microbianos a partir de glicerol bruto gerado na síntese de biodiesel

Diante da grande quantidade de glicerol bruto gerado na síntese do biodiesel e seu baixo valor comercial, torna-se fundamental encontrar formas alternativas para converter este substrato em produtos com valor agregado. Neste contexto, este trabalho teve como objetivo avaliar diferentes leveduras oleaginosas capazes de metabolizar o glicerol bruto, gerado como coproduto na síntese de biodiesel, visando produzir biomassa como fonte de lipídios. Todos os cultivos foram realizados em frascos agitados, em condições estabelecidas de acordo com cada etapa do trabalho, sendo obtidos dados relativos ao crescimento celular e à produção de lipídios, tratados estatisticamente conforme o propósito. Lipomyces lipofer NRRL Y-1155 apresentou diferenças significativas em relação às outras leveduras oriundas de banco de cultura, atingindo 57,64% de lipídios na biomassa. Estas leveduras apresentarem perfis de ácidos graxos diferenciados, semelhantes aos dos principais óleos vegetais utilizadas na síntese de biodiesel, com predominância de ácidos graxos poli-insaturados, especialmente ácido linoleico (68,3% na levedura Rhodotorula glutinis NRRL YB-252). O ácido gama-linolênico, um ácido graxo essencial ω6, foi detectado em todas as leveduras analisadas, sendo que na biomassa de Candida cylindracea NRRL Y-17506 chegou a 23,1%. Através de um planejamento experimental Plackett-Burman, verificou-se que as variáveis concentração de extrato de levedura e de MgSO4.7H20 demonstraram maior influência na produção de lipídios por uma linhagem silvestre de Rhodotorula mucilaginosa. Para esta levedura, a partir da análise de efeitos foi possível estabelecer a seguinte condição para a produção de lipídios: 30,0 g.L-1 glicerol; 5,0 g.L-1 KH2PO4; 1,0 g.L-1 Na2HPO4; 3,0 g.L-1 MgSO4.7H2O; 1,2 g.L-1 extrato de levedura; pH inicial 4,5; temperatura 25°C. Nestas condições conseguiu-se um teor de lipídios de 59,96% e lipídios totais produzidos de 5,51 g.L-1 . Também foi possível observar aumento no teor de lipídios da biomassa ao longo do tempo de cultivo, bem como o aumento do teor relativo do ácido linoleico, que atingiu 52%. Dentre as leveduras isoladas a partir de amostras ambientais do Extremo Sul do Brasil, a levedura identificada como Cryptococcus humicola se destacou das demais, apresentando proporção de 23,5% de ácidos graxos saturados, 14,8% de ácidos graxos monoinsaturados e 54,9% de ácidos graxos poli-insaturados, destacando-se o ácido linoleico. O planejamento Plackett-Burman foi também utilizado para esta levedura, sendo que as variáveis concentração de extrato de levedura e glicerol bruto demonstraram maior influência na produção de lipídios. Posteriormente, um delineamento composto central rotacional (DCCR) foi proposto visando à otimização da produção de lipídios. Os modelos empíricos preditivos obtidos para biomassa máxima e lipídios totais permitiram estabelecer para a produção de lipídios por Cryptococcus humicola a seguinte condição otimizada: 100,0 g.L-1 glicerol; 5,0 g.L-1 KH2PO4; 1,0 g.L-1 Na2HPO4; 4,8 g.L-1 extrato de levedura; pH inicial 4,5; temperatura 25°C. Esta condição representou um incremento de cerca de 2 vezes nos lipídios totais em relação à melhor condição estabelecida pelo planejamento Plackett-Burmann e um acréscimo de cerca de 4,8 vezes em relação às condições testadas inicialmente, atingindo 37,61% de lipídios e 8,85 g.L-1 de lipídios totais. Deste modo, os propósitos de valorização de um coproduto oriundo da síntese de biodiesel, bem como a produção de um óleo com potencial para a produção de biodiesel, foram cumpridos.