In situ NIR spectroscopy monitoring of plasmid production processes effect of producing strain, medium composition and the cultivation strategy

BACKGROUNDWhile the pharmaceutical industry keeps an eye on plasmid DNA production for new generation gene therapies, real-time monitoring techniques for plasmid bioproduction are as yet unavailable. This work shows the possibility of in situ monitoring of plasmid production in Escherichia coli cultures using a near infrared (NIR) fiber optic probe. RESULTSPartial least squares (PLS) regression models based on the NIR spectra were developed for predicting bioprocess critical variables such as the concentrations of biomass, plasmid, carbon sources (glucose and glycerol) and acetate. In order to achieve robust models able to predict the performance of plasmid production processes, independently of the composition of the cultivation medium, cultivation strategy (batch versus fed-batch) and E. coli strain used, three strategies were adopted, using: (i) E. coliDH5 cultures conducted under different media compositions and culture strategies (batch and fed-batch); (ii) engineered E. coli strains, MG1655endArecApgi and MG1655endArecA, grown on the same medium and culture strategy; (iii) diverse E. coli strains, over batch and fed-batch cultivations and using different media compositions. PLS models showed high accuracy for predicting all variables in the three groups of cultures. CONCLUSIONNIR spectroscopy combined with PLS modeling provides a fast, inexpensive and contamination-free technique to accurately monitoring plasmid bioprocesses in real time, independently of the medium composition, cultivation strategy and the E. coli strain used.

Processing and characterization of 3D dense chitosan pieces, for orthopedic applications, by adding plasticizers

In this work, plasticizer agents were incorporated in a chitosan based formulation, as a strategy to improve the fragile structure of chitosan based-materials. Three different plasticizers: ethylene glycol, glycerol and sorbitol, were blended with chitosan to prepare 3D dense chitosan specimens. The properties of the obtained structures were assessed for mechanical, microstructural, physical and biocompatibility behavior. The results obtained revealed that from the different specimens prepared, the blend of chitosan with glycerol has superior mechanical properties and good biological behavior, making this chitosan based formulation a good candidate to improve robust chitosan structures for the construction of bioabsorbable orthopedic implants.

Viscosity and self-diffusion coefficients of dialkyl adipates: a correlation scheme with predictive capabilities

A correlation and predictive scheme for the viscosity and self-diffusivity of liquid dialkyl adipates is presented. The scheme is based on the kinetic theory for dense hard-sphere fluids, applied to the van der Waals model of a liquid to predict the transport properties. A "universal" curve for a dimensionless viscosity of dialkyl adipates was obtained using recently published experimental viscosity and density data of compressed liquid dimethyl (DMA), dipropyl (DPA), and dibutyl (DBA) adipates. The experimental data are described by the correlation scheme with a root-mean-square deviation of +/- 0.34 %. The parameters describing the temperature dependence of the characteristic volume, V-0, and the roughness parameter, R-eta, for each adipate are well correlated with one single molecular parameter. Recently published experimental self-diffusion coefficients of the same set of liquid dialkyl adipates at atmospheric pressure were correlated using the characteristic volumes obtained from the viscosity data. The roughness factors, R-D, are well correlated with the same single molecular parameter found for viscosity. The root-mean-square deviation of the data from the correlation is less than 1.07 %. Tests are presented in order to assess the capability of the correlation scheme to estimate the viscosity of compressed liquid diethyl adipate (DEA) in a range of temperatures and pressures by comparison with literature data and of its self-diffusivity at atmospheric pressure in a range of temperatures. It is noteworthy that no data for DEA were used to build the correlation scheme. The deviations encountered between predicted and experimental data for the viscosity and self-diffusivity do not exceed 2.0 % and 2.2 %, respectively, which are commensurate with the estimated experimental measurement uncertainty, in both cases.

HEMAGGLUTINATION TEST FOR THE DIAGNOSIS OF HUMAN NEUROCYSTICERCOSIS: DEVELOPMENT OF A STABLE REAGENT USING HOMOLOGOUS AND HETEROLOGOUS ANTIGENS

A hemagglutination (HA) test was standardized using formalin- and tannin-treated gander red blood cells sensitized with a total salt extract of C. cellulosae (HA-Cc) and an antigenic extract of Cysticercus longicollis (HA-Cl) vesicular fluid. A total of 61 cerebrospinal fluid (CSF) samples were assayed, 41 from patients with neurocysticercosis and 20 from a control group, which were, respectively, reactive and non-reactive to ELISA using C. cellulosae. The CSF samples from the control group did not react and 35 (85.4%) and 34 (82.9%) CSF samples from patients were reactive to the HA-Cc and HA-Cl tests, respectively. The reagents ready for use were stable up to 6 months when stored at 4°C in 50% glycerol. The present results confirm that the reagent using Cysticercus longicollis stabilized with glycerol can be used as an alternative in the immunological diagnosis of neurocysticercosis

Development of 2-oxazoline-based hydrogels and porous polyester microparticles in scCO2

Thesis submitted to Faculdade de Ciências e Tecnologia from Universidade Nova de Lisboa in partial fulfillment of the requirements for the obtention of the degree of Master of Science in Biotechnology

Heat stress adaptation in hyperthermophiles: bosynthesis of inositol-containing compatible solutes

Dissertation presented to obtain the Ph.D. degree in Biochemistry

Produção de sideróforo pela bactéria Bacillus megaterium

Os agentes quelantes, como é o caso do EDTA, são utilizados numa ampla variedade de indústrias como a indústria têxtil, da pasta de papel, alimentar, de cosméticos ou de detergentes. Contudo, os agentes complexantes sintéticos, habitualmente usados, não são biodegradáveis, pelo que a sua acumulação no meio ambiente constitui motivo de preocupação. Deste modo, existe um interesse crescente na substituição destes compostos por compostos similares biodegradáveis sendo, deste modo, ambientalmente amigáveis. Alguns microrganismos são capazes de produzir moléculas com capacidade de captar metais. Um desses exemplos são os sideróforos: compostos produzidos por bactérias, fungos e plantas gramíneas, com capacidade de formar quelatos muito estáveis com o ferro. A presente dissertação teve como objetivo estudar o efeito de diferentes condições culturais e nutricionais na produção de sideróforo pela bactéria Bacillus megaterium. A avaliação da produção de sideróforo, utilizando o método colorimétrico Chrome Azurol S (CAS), durante o crescimento da bactéria, em meio de cultura deficiente em ferro, na presença de 5 ou de 20 g/L de glucose, mostrou que o início da sua produção ocorre, durante a fase exponencial de crescimento, não está relacionada com a esporulação e não é afetada pela concentração de glucose. Contudo, o crescimento da bactéria na presença de diferentes fontes de carbono (glicerol, frutose, galactose, glucose, manose, lactose, maltose ou sacarose) evidenciou que a produção de sideróforo é afetada pelo tipo de fonte de carbono. O crescimento na presença de glicerol promoveu a maior produção de sideróforo; efeito inverso foi observado na presença de manose. A bactéria B. megaterium, quando crescida na presença de frutose, galactose, glucose, lactose, maltose ou sacarose, produziu concentrações similares de sideróforo. O aumento da concentração de arginina, no meio de cultura, não aumentou a produção de sideróforo. A agitação apresentou um efeito positivo na produção de sideróforo; o crescimento em condições estáticas atrasou e diminuiu a produção de sideróforo. Em conclusão, o glicerol parece constituir uma fonte de carbono alternativa, aos monossacáridos e dissacáridos, para a produção de sideróforo. A agitação apresenta um efeito positivo na produção de sideróforo pela bactéria B. megaterium ATCC 19213.

Preparação de biofilmes a partir de resíduos da indústria de curtumes

A indústria dos curtumes é uma das indústrias mais antigas e tradicionais de Portugal e é também uma das mais poluentes. Esta indústria produz muitos resíduos sólidos, entre os quais, está o pelo de bovino. A valorização deste resíduo permite reduzir o impacto ambiental e aumentar a eco-eficiência da indústria dos curtumes. O pelo de bovino, rico em queratina, é um bom candidato para a produção de biofilmes. O objetivo deste trabalho foi a valorização de um resíduo de indústria de curtume (pelo de bovino) através da produção de filmes à base de queratina por termocompressão. Foi estudada a melhor formulação e as condições operatórias mais favoráveis com a finalidade de melhorar as propriedades mecânicas dos filmes. O trabalho realizado durante este projeto dividiu-se em 5 partes: preparação do material, caracterização do material, seleção do pré-tratamento, produção de filmes e caracterização dos filmes. Foram produzidos filmes para a seleção do pré-tratamento e para a respetiva caracterização. Os pré-tratamentos testados foram: tratamento com detergente, tratamento com detergente e sulfureto de sódio e, tratamento com detergente e éter de petróleo. O pré-tratamento selecionado foi o tratamento com detergente. Para a produção de filmes para a posterior caracterização, foram escolhidos 4 conjuntos de condições operatórias diferentes: 160 oC – 147 kN – 8 min – 30% glicerol; 160 oC – 147 kN – 12 min – 30% glicerol; 160 oC – 147 kN – 8 min – 40% glicerol; 160 oC – 147 kN – 12 min – 40% glicerol; identificados como Conjuntos A, B, C e D, respetivamente. Na caracterização dos filmes foram analisados vários parâmetros, nomeadamente a espessura, a permeabilidade ao vapor de água ao vapor de água, as isotérmicas de sorção, a cor, a solubilidade e as propriedades mecânicas. Também foram feitas as análises de calorimetria diferencial de varrimento (DSC) e microscopia eletrónica de varrimento (SEM). Concluiu-se que os filmes do conjunto A (160 oC – 147 kN – 8 min – 30% glicerol) tiveram um melhor desempenho apresentando espessuras médias de 0,25 0,02 mm, permeabilidade ao vapor de água ao vapor de água igual a 1,20 x 10-8 6,79 x 10-10 g/(m.s.Pa), solubilidade igual a 27,9 0,4 %, tensão de rutura média igual a 9,23 1,19 N/mm2, deformação na rutura média igual a 1,9 0,2 % e módulo de elasticidade médio igual a 554 26 N/mm2. Verificou-se um bom ajuste do modelo de GAB aos resultados experimentais. A análise DSC indicou uma temperatura de fusão aos 170 ºC para a mistura de pelo e glicerol que não se verificou nos filmes formados e indicou a temperatura de degradação do material por volta dos 240-250 ºC. A análise SEM mostrou que os filmes não estão totalmente fundidos e provou a irregularidade da superfície dos mesmos. Provou-se que é possível a produção de filmes de pelo bovino sendo ainda necessário melhorar o processo de mistura do pelo com o glicerol.

Refractive index matching applied to fecal smear clearing

Thick smears of human feces can be made adequate for identification of helminth eggs by means of refractive index matching. Although this effect can be obtained by simply spreading a fleck of feces on a microscope slide, a glycerol solution has been routinely used to this end. Aiming at practicability, a new quantitative technique has been developed. To enhance both sharpness and contrast of the images, a sucrose solution (refractive index = 1.49) is used, which reduces the effect of light-scattering particulates. To each slide a template-measured (38.5 mm³) fecal sample is transferred. Thus, egg counts and sensitivity evaluations are easily made.

Rat muscle opacity decrease due to the osmosis of a simple mixture

It is known that the fibrous structure of muscle causes light scattering. This phenomenon occurs due to the refractive index discontinuities located between muscle fibers and interstitial fluid. To study the possibility of reducing light scattering inside muscle, we consider its spectral transmittance evolution during an immersion treatment with an optical clearing solution containing ethanol, glycerol, and distilled water. Our methodology consists of registering spectral transmittance of muscle samples while immersed in that solution. With the spectral data collected, we represent the transmittance evolution for some wavelengths during the treatment applied. Additionally, we study the variations that the treatment has caused on the samples regarding tissue refractive index and mass. By analyzing microscopic photographs of tissue cross section, we can also verify changes in the internal arrangement of muscle fibers caused by the immersion treatment. Due to a mathematical model that we develop, we can explain the variations observed in the studied parameters and estimate the amount of optical clearing agent that has diffused into the tissue samples during the immersion treatment. At the end of the study, we observe and explain the improvement in tissue spectral transmittance, which is approximately 65% after 20 min.

Produção de biodiesel a partir de pastas de gordura e resíduo de glicerol

O principal objectivo deste trabalho consistiu na produção de biodiesel a partir de resíduos fornecidos pela Empresa SOCIPOLE, S.A. Esta, forneceu, pastas de gordura (depósito formado nos óleos usados), só aproveitadas pela empresa para a produção de sabões, e resíduo de glicerol proveniente da produção de biodiesel. Com as pastas de gordura, foi feito um estudo onde se variaram alguns parâmetros, tais como: o tipo de reactor, catalisador, temperatura, agitação, tempo de reacção, razão molar gordura:metanol e condições de secagem. O estudo mais pormenorizado foi efectuado com o NaOH, como catalisador. Foram feitos vários ensaios para os tempos de reacção de 30minutos, 1hora e 2horas, a 65ºC e razão molar gordura:metanol 1:6, tendo-se obtido respectivamente 86,7; 88,1 e 87,5% para o teor de ésteres. No caso da resina catiónica forte como catalisador, aparentemente não houve reacção ao fim de 12h, enquanto no ensaio que utilizou o ácido sulfúrico, o teor de ésteres foi de 82,6%, ao fim de 12h com razão molar gordura:metanol igual a 1:11. Quanto à produção de biodiesel a partir do resíduo de ácidos gordos resultante da purificação do resíduo de glicerol, foi feito um estudo preliminar usando diferentes catalisadores, uma resina catiónica forte, ácido sulfúrico e zircónia sulfatada. Este resíduo continha cerca de 60% de ácidos gordos e aproximadamente 39% de ésteres metílicos. Dos três catalisadores usados, o que permitiu obter maior teor de ésteres foi a zircónia sulfatada, tendo-se obtido 82,9% trabalhando a 60ºC durante 18horas com agitação de 230rpm e razão molar ácidos gordos:metanol de 1:12 . O ensaio em que se obteve menor percentagem de ésteres (56,4%) foi com resina catiónica. Com as duas matérias-primas obteve-se sempre um teor de ésteres, no produto final, abaixo dos 96,5% estabelecidos pela Norma Europeia EN 14103. Estes resultados reflectem provavelmente a composição complexa das matérias-primas. As pastas de gordura podem conter compostos não esterificáveis, solúveis no biodiesel, ou mais dificilmente esterificáveis nas condições operacionais usadas. Já o resíduo de ácidos gordos apresenta uma cor escura o que indica a existência de compostos corados, talvez polímeros. Portanto, para se tirar conclusões fundamentadas é necessário fazer análises mais completas das pastas de gordura e do resíduo de ácidos gordos, assim como ao biodiesel produzido de forma a identificar as possíveis contaminações existentes nos produtos com esta proveniência.

Kinetic, Structural, and EPR Studies Reveal That Aldehyde Oxidoreductase from Desulfovibrio gigas Does Not Need a Sulfido Ligand for Catalysis and Give Evidence for a Direct Mo-C Interaction in a Biological System

J. Am. Chem. Soc., 2009, 131 (23), pp 7990–7998 DOI: 10.1021/ja809448r

Development of integrated separation processes with green solvents

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Química Sustentável

Classification of varieties of pasteurella pestis strains isolated in the interior of the state of Pernambuco-Brazil

Studies were made on the biochemical behavior of 100 strains of P.pestis isolated in Northeastern Brazil with regard to production of nitrous acid, reduction of nitrates to nitrltes, and aciáification of glycerol. Results showed that 98 strains can be classified as "orientalis variety", while the remaining two could not be included in any of the existing "varieties".

A systems biology framework for pathway level culture media engineering: pplication to Pichia pastoris cultures

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Engenharia Química e Bioquímica