High expression of human carboxypeptidase M in Pichia pastoris: Purification and partial characterization

Carboxypeptidase M (CPM) is an extracellular glycosylphosphatidyl-inositol-anchored membrane glycoprotein, which removes the C-terminal basic residues, lysine and arginine, from peptides and proteins at neutral pH. CPM plays an important role in the control of peptide hormones and growth factor activity on the cell surface. The present study was carried out to clone and express human CPM in the yeast Pichia pastoris in order to evaluate the importance of this enzyme in physiological and pathological processes. The cDNA for the enzyme was amplified from total placental RNA by RT-PCR and cloned in the vector pPIC9, which uses the methanol oxidase promoter and drives the expression of high levels of heterologous proteins in P. pastoris. The cpm gene, after cloning and transfection, was integrated into the yeast genome, which produced the active protein. The recombinant protein was secreted into the medium and the enzymatic activity was measured using the fluorescent substrate dansyl-Ala-Arg. The enzyme was purified by a two-step protocol including gel filtration and ion-exchange chromatography, resulting in a 1753-fold purified active protein (16474 RFU mg protein-1 min-1). This purification protocol permitted us to obtain 410 mg of the purified protein per liter of fermentation medium. SDS-PAGE showed that recombinant CPM migrated as a single band with a molecular mass similar to that of native placental enzyme (62 kDa), suggesting that the expression of a glycosylated protein had occurred. These results demonstrate for the first time the establishment of a method using P. pastoris to express human CPM necessary to the development of specific antibodies and antagonists, and the analysis of the involvement of this peptidase in different physiological and pathological processes

Litiumin erotus väkevistä kloridiliuoksista ioninvaihdolla

Litiumioniakkujen kehityksen myötä litiumin tarve ja kysyntä ovat kasvaneet viime vuodet tasaisesti noin 10 % vuosivauhdilla. Kasvun on myös ennustettu jatkuvan samanlaisena tulevaisuudessa, jonka takia erilaiset litiumin erotusprosessit ovat nousseet tutkimuksen kohteeksi. Tärkeimmät litiumlähteet sijaitsevat suola-aavikoilla ja -järvillä, joihin litiumia on kerääntynyt suuria määriä maanpinnan läheisyyteen. Litiumia erotetaan suolatasangoilla aikaa vievissä haihdutus- ja saostusvaiheissa. Suolaliuokset sisältävät litiumin lisäksi muita metalleja, kuten magnesiumia, kalsiumia ja natriumia, joista etenkin magnesium häiritsee litiumin erotusta. Aikaisemmissa tutkimuksissa ei ole löydetty litiumille riittävän selektiivistä ioninvaihtohartsia. Tehdyissä tutkimuksissa muut metallit on usein erotettu selektiivisesti ennen litiumia ja litium on erotettu lopuksi. Litiumin erotusta voitaisiin parantaa, mikäli se onnistuisi selektiivisesti suoraan suolaliuoksesta. Tässä työssä tutkittiin litiumin selektiivistä erotusta magnesium- ja kalsiumpitoisesta väkevästä kloridiliuoksesta ioninvaihtohartseilla sekä molekyyliseulalla. Käytetyt neljä ioninvaihtohartsia olivat kaupallisia Puroliten hartseja: MN200, S940, CT151 ja A170. Molekyyliseula oli Sigman huokoskoon 4 Å zeoliittia. Kromatografisilla kolonnikokeilla saadut näytteet analysoitiin ICP-AES:lla. Tulosten perusteella ei yksikään tutkituista hartseista ja molekyyliseulasta ollut selektiivinen litiumille.

Plasma amino acids in pregnancy, placental intervillous space and preterm newborn infants

Plasma amino acid levels have never been studied in the placental intervillous space of preterm gestations. Our objective was to determine the possible relationship between plasma amino acids of maternal venous blood (M), of the placental intervillous space (PIVS) and of the umbilical vein (UV) of preterm newborn infants. Plasma amino acid levels were analyzed by ion-exchange chromatography in M from 14 parturients and in the PIVS and UV of their preterm newborn infants. Mean gestational age was 34 ± 2 weeks, weight = 1827 ± 510 g, and all newborns were considered adequate for gestational age. The mean Apgar score was 8 and 9 at the first and fifth minutes. Plasma amino acid values were significantly lower in M than in PIVS (166%), except for aminobutyric acid. On average, plasma amino acid levels were significantly higher in UV than in M (107%) and were closer to PIVS than to M values, except for cystine and aminobutyric acid (P < 0.05). Comparison of the mean plasma amino acid concentrations in the UV of preterm to those of term newborn infants previously studied by our group showed no significant difference, except for proline (P < 0.05), preterm > term. These data suggest that the mechanisms of active amino acid transport are centralized in the syncytiotrophoblast, with their passage to the fetus being an active bidirectional process with asymmetric efflux. PIVS could be a reserve amino acid space for the protection of the fetal compartment from inadequate maternal amino acid variations.

Isolation and characterization of a serine proteinase with thrombin-like activity from the venom of the snake Bothrops asper

A serine proteinase with thrombin-like activity was isolated from the venom of the Central American pit viper Bothrops asper. Isolation was performed by a combination of affinity chromatography on aminobenzamidine-Sepharose and ion-exchange chromatography on DEAE-Sepharose. The enzyme accounts for approximately 0.13% of the venom dry weight and has a molecular mass of 32 kDa as determined by SDS-PAGE, and of 27 kDa as determined by MALDI-TOF mass spectrometry. Its partial amino acid sequence shows high identity with snake venom serine proteinases and a complete identity with a cDNA clone previously sequenced from this species. The N-terminal sequence of the enzyme is VIGGDECNINEHRSLVVLFXSSGFL CAGTLVQDEWVLTAANCDSKNFQ. The enzyme induces clotting of plasma (minimum coagulant dose = 4.1 µg) and fibrinogen (minimum coagulant dose = 4.2 µg) in vitro, and promotes defibrin(ogen)ation in vivo (minimum defibrin(ogen)ating dose = 1.0 µg). In addition, when injected intravenously in mice at doses of 5 and 10 µg, it induces a series of behavioral changes, i.e., loss of the righting reflex, opisthotonus, and intermittent rotations over the long axis of the body, which closely resemble the `gyroxin-like' effect induced by other thrombin-like enzymes from snake venoms.

Increased expression and purification of soluble iron-regulatory protein 1 from Escherichia coli co-expressing chaperonins GroES and GroEL

Iron is an essential metal for all living organisms. However, iron homeostasis needs to be tightly controlled since iron can mediate the production of reactive oxygen species, which can damage cell components and compromise the integrity and/or cause DNA mutations, ultimately leading to cancer. In eukaryotes, iron-regulatory protein 1 (IRP1) plays a central role in the control of intracellular iron homeostasis. This occurs by interaction of IRP1 with iron-responsive element regions at 5' of ferritin mRNA and 3' of transferrin mRNA which, respectively, represses translation and increases mRNA stability. We have expressed IRP1 using the plasmid pT7-His-hIRP1, which codifies for human IRP1 attached to an NH2-terminal 6-His tag. IRP1 was expressed in Escherichia coli using the strategy of co-expressing chaperonins GroES and GroEL, in order to circumvent inclusion body formation and increase the yield of soluble protein. The protein co-expressed with these chaperonins was obtained mostly in the soluble form, which greatly increased the efficiency of protein purification. Metal affinity and FPLC ion exchange chromatography were used in order to obtain highly purified IRP1. Purified protein was biologically active, as assessed by electrophoretic mobility shift assay, and could be converted to the cytoplasmic aconitase form. These results corroborate previous studies, which suggest the use of folding catalysts as a powerful strategy to increase protein solubility when expressing heterologous proteins in E. coli.

Expression and purification of the non-tagged LipL32 of pathogenic Leptospira

Leptospirosis is a reemerging infectious disease and the most disseminated zoonosis worldwide. A leptospiral surface protein, LipL32, only occurs in pathogenic Leptospira, and is the most abundant protein on the bacterial surface, being described as an important factor in host immunogenic response and also in bacterial infection. We describe here an alternative and simple purification protocol for non-tagged recombinant LipL32. The recombinant LipL32(21-272) was expressed in Escherichia coli without His-tag or any other tag used to facilitate recombinant protein purification. The recombinant protein was expressed in the soluble form, and the purification was based on ion exchange (anionic and cationic) and hydrophobic interactions. The final purification yielded 3 mg soluble LipL32(21-272) per liter of the induced culture. Antiserum produced against the recombinant protein was effective to detect native LipL32 from cell extracts of several Leptospira serovars. The purified recombinant LipL32(21-272) produced by this protocol can be used for structural, biochemical and functional studies and avoids the risk of possible interactions and interferences of the tags commonly used as well as the time consuming and almost always inefficient methods to cleave these tags when a tag-free LipL32 is needed. Non-tagged LipL32 may represent an alternative antigen for biochemical studies, for serodiagnosis and for the development of a vaccine against leptospirosis.

Expression, production, and renaturation of a functional single-chain variable antibody fragment (scFv) against human ICAM-1

Intercellular adhesion molecule-1 (ICAM-1) is an important factor in the progression of inflammatory responses in vivo. To develop a new anti-inflammatory drug to block the biological activity of ICAM-1, we produced a monoclonal antibody (Ka=4.19×10−8 M) against human ICAM-1. The anti-ICAM-1 single-chain variable antibody fragment (scFv) was expressed at a high level as inclusion bodies in Escherichia coli. We refolded the scFv (Ka=2.35×10−7 M) by ion-exchange chromatography, dialysis, and dilution. The results showed that column chromatography refolding by high-performance Q Sepharose had remarkable advantages over conventional dilution and dialysis methods. Furthermore, the anti-ICAM-1 scFv yield of about 60 mg/L was higher with this method. The purity of the final product was greater than 90%, as shown by denaturing gel electrophoresis. Enzyme-linked immunosorbent assay, cell culture, and animal experiments were used to assess the immunological properties and biological activities of the renatured scFv.

Fumonisin B1 and ochratoxin A in beers made in Brazil

Samples of beer made in Brazil were analyzed for the presence of fumonisin B1 (FB1) and ochratoxin A (OTA). FB1 was searched for in 58 beer samples from 30 plants located in nine states. The samples were concentrated and cleaned up with strong ion exchange column, derivatized with OPA and analyzed by HPLC with fluorescence detection. The limit of detection was 0.26 ng.mL-1 and the average recovery was 98%. Twenty-five samples contained FB1 ranging from 1 to 40 ng.mL-1. Beer (123 samples) from 36 plants located in 5 states were analyzed for OTA by means of immunoaffinity column cleanup followed by liquid chromatography associated with fluorescence. The detection limit was 0.1 ng.mL-1 and the average recovery was 92%. Five samples contained OTA in concentrations from 1 to 18 ng.mL-1. The results indicate that FB1 and OTA contamination in Brazilian beer is not geographically limited and that beer does not contribute significantly to FB1 intake by consumers. In the case of regular high ingestion, beer could contribute sizably to OTA, intake although still below the maximum considered tolerable for the toxin.

Optimization and validation of a methodology to determine total arsenic, As(III) and As(V), in water samples, through graphite furnace atomic absorption spectrometry

The Graphite furnace atomic absorption spectrometry (GF AAS) was the technique chosen by the inorganic contamination laboratory (INCQ/ FIOCRUZ) to be validated and applied in routine analysis for arsenic detection and quantification. The selectivity, linearity, sensibility, detection, and quantification limits besides accuracy and precision parameters were studied and optimized under Stabilized Temperature Platform Furnace (STPF) conditions. The limit of detection obtained was 0.13 µg.L-1 and the limit of quantification was 1.04 µg.L-1, with an average precision, for total arsenic, less than 15% and an accuracy of 96%. To quantify the chemical species As(III) and As(V), an ion-exchange resin (Dowex 1X8, Cl- form) was used and the physical-chemical parameters were optimized resulting in a recuperation of 98% of As(III) and of 90% of As(V). The method was applied to groundwater, mineral water, and hemodialysis purified water samples. All results obtained were lower than the maximum limit values established by the legal Brazilian regulations, in effect, 50, 10, and 5 µg.L-1 para As total, As(III) e As(V), respectively. All results were statistically evaluated.

Höyryvoimalaitoksen lisäveden valmistus

Kandidaatintyössä tutustuttiin raakaveden sisältämiin epäpuhtauksiin ja niiden aiheuttamiin ongelmiin höyryvoimalaitoksen vesi-höyrypiirissä. Vedenkäsittelyn teoriassa perehdyttiin esikäsittely-, pehmennys-, ioninvaihto- ja käänteisosmoosimenetelmiin, joista suurinta huomiota sai ioninvaihtomenetelmä. Kandidaatintyötä tehdessä oli tekijällä mahdollisuus perehtyä myös käytännön vedenkäsittelylaitoksen toimintaperiaatteeseen. Perehdytty vedenkäsittelylaitos pitää sisällään esikäsittelylaitoksen ja ioninvaihdolla toteutetun suolanpoiston.

Mineraalien rikastusprosessin vesijalanjälki

Mineraalien rikastamiseen käytetään useita fysikaalisia ja kemiallisia menetelmiä. Prosessi sisältää malmin hienonnuksen, rikastuksen ja lopuksi vedenpoistamisen rikastelietteestä. Malmin rikastamiseen käytetään muun muassa vaahdotusta, liuotusta, magneettista rikastusta ja tiheyseroihin perustuvia rikastusmenetelmiä. Rikastuslietteestä voidaan poistaa vettä sakeuttamalla ja suodattamalla. Rikastusprosessin ympäristövaikutuksia voidaan arvioida laskemalla tuotteen vesijalanjälki, joka kertoo valmistamiseen kulutetun veden määrän. Tässä kirjallisuustyössä esiteltiin mineraalien käsittelymenetelmiä sekä prosessijätevesien puhdistusmenetelmiä. Kirjallisuuslähteiden pohjalta selvitettiin Pyhäsalmen kaivoksella valmistetun kuparianodin vesijalanjälki sekä esitettiin menetelmiä, joilla prosessiin tarvittavan raakaveden kulutusta voitaisiin vähentää. Pyhäsalmella kuparirikasteesta valmistetun kuparianodin vesijalanjälki on 240 litraa H2O ekvivalenttia tuotettua tonnia kohden. Pyhäsalmen prosessin raakaveden kulutusta voidaan vähentää lisäämällä sisäistä vedenkierrätystä. Kalsiumsulfaatin saostuminen putkiin ja pumppuihin on ilmentynyt ongelmaksi vedenkierrätyksen lisäämisessä. Kalsiumsulfaattia voidaan erottaa vedestä membraaneihin, ioninvaihtoon ja sähkökemiaan perustuvilla tekniikoilla. Vaihtoehdossa, jossa johdetaan kaikista kolmesta vaahdotuksesta saatavat rikastuslietteen ja rikastushiekan sakeutuksien ylitteet sekä suodatuksien suodosvedet samaan vedenkäsittelyyn voidaan kattaa arviolta noin 65 % koko veden tarpeesta. Raakavettä säästetään vuodessa 3,4 Mm^3 ja samalla rikastushiekka-altaiden tarvittava koko pienenee, joka vähentää ympäristöriskejä.

Lignoselluloosapohjaisten väkevähappohydrolysaattien kromatografinen fraktiointi

Väkevän hapon katalysoiman hydrolyysin avulla lignoselluloosasta on mahdollista valmistaa arvokkaita sokereita. Katalyyttinä toimiva happo voidaan käyttää uudelleen hydrolyysissä, jos se saadaan erotettua sokereista ilman neutralointia. Tämän kandidaatintyön tavoitteena oli selvittää, soveltuuko happoretardaatiotekniikka väkevähappohydrolysaatin fraktiointiin. Työssä verrattiin happoretardaatiotekniikkaa elektrolyyttiekskluusiotekniikkaan. Työn kirjallisuusosassa käsiteltiin happoretardaation ja elektrolyyttiekskluusion teoriaa. Lisäksi esiteltiin elektrolyyttiekskluusioon ja happoretardaatioon liittyviä tutkimuksia. Työn kokeellisessa osassa suoritettiin panoskromatografiakokeita käyttäen syöttöliuoksena rikkihappoa, etikkahappoa, glukoosia ja ksyloosia sisältävää synteettistä liuosta. Erotusmateriaaleina käytettiin neljää eri anionin- ja yhtä kationinvaihtohartsia. Kokeiden perusteella tutkittiin anioninvaihtohartsin tyypin ja kolonnin latauksen vaikutusta happoretardaatiotekniikalla saavutettavaan erotustulokseen sekä verrattiin elektrolyyttiekskluusiota happoretardaatioon. Työn tulosten perusteella rikkihappo laimeni happoretardaatiotekniikalla jopa 20-kertaisesti kromatografiakolonniin syötettyyn liuokseen verrattuna, riippumatta kolonnin latauksesta ja anioninvaihtohartsista. Rikkihapon laimenemisen vuoksi happoretardaatio ei soveltunut lignoselluloosapohjaisten väkevähappohydrolysaattien fraktiointiin. Elektrolyyttiekskluusiotekniikalla rikkihapon laimeneminen oli merkittävästi vähäisempää, minkä vuoksi elektrolyyttiekskluusion todettiin soveltuvan happoretardaatiota paremmin lignoselluloosapohjaisten väkevähappohydrolysaattien fraktiointiin.

Supramolecular polymers azo-containing : photo-responsive block copolymer elastomers and homopolymers

Beaucoup d'efforts dans le domaine des matériaux polymères sont déployés pour développer de nouveaux matériaux fonctionnels pour des applications spécifiques, souvent très sophistiquées, en employant des méthodes simplifiées de synthèse et de préparation. Cette thèse porte sur les polymères photosensibles – i.e. des matériaux fonctionnels qui répondent de diverses manières à la lumière – qui sont préparés à l'aide de la chimie supramoléculaire – i.e. une méthode de préparation qui repose sur l'auto-assemblage spontané de motifs moléculaires plus simples via des interactions non covalentes pour former le matériau final désiré. Deux types de matériaux photosensibles ont été ciblés, à savoir les élastomères thermoplastiques à base de copolymères à blocs (TPE) et les complexes d'homopolymères photosensibles. Les TPEs sont des matériaux bien connus, et même commercialisés, qui sont généralement composés d’un copolymère tribloc, avec un bloc central très flexible et des blocs terminaux rigides qui présentent une séparation de phase menant à des domaines durs isolés, composés des blocs terminaux rigides, dans une matrice molle formée du bloc central flexible, et ils ont l'avantage d'être recyclable. Pour la première fois, au meilleur de notre connaissance, nous avons préparé ces matériaux avec des propriétés photosensibles, basé sur la complexation supramoléculaire entre un copolymère tribloc simple parent et une petite molécule possédant une fonctionnalité photosensible via un groupe azobenzène. Plus précisément, il s’agit de la complexation ionique entre la forme quaternisée d'un copolymère à blocs, le poly(méthacrylate de diméthylaminoéthyle)-poly(acrylate de n-butyle)-poly(méthacrylate de diméthylaminoéthyle) (PDM-PnBA-PDM), synthétisé par polymérisation radicalaire par transfert d’atomes (ATRP), et l'orange de méthyle (MO), un composé azo disponible commercialement comportant un groupement SO3 -. Le PnBA possède une température de transition vitreuse en dessous de la température ambiante (-46 °C) et les blocs terminaux de PDM complexés avec le MO ont une température de transition vitreuse élevée (140-180 °C, en fonction de la masse molaire). Des tests simples d'élasticité montrent que les copolymères à blocs complexés avec des fractions massiques allant de 20 à 30% présentent un caractère élastomère. Des mesures d’AFM et de TEM (microscopie à force atomique et électronique à ii transmission) de films préparés à l’aide de la méthode de la tournette, montrent une corrélation entre le caractère élastomère et les morphologies où les blocs rigides forment une phase minoritaire dispersée (domaines sphériques ou cylindriques courts). Une phase dure continue (morphologie inversée) est observée pour une fraction massique en blocs rigides d'environ 37%, ce qui est beaucoup plus faible que celle observée pour les copolymères à blocs neutres, dû aux interactions ioniques. La réversibilité de la photoisomérisation a été démontrée pour ces matériaux, à la fois en solution et sous forme de film. La synthèse du copolymère à blocs PDM-PnBA-PDM a ensuite été optimisée en utilisant la technique d'échange d'halogène en ATRP, ainsi qu’en apportant d'autres modifications à la recette de polymérisation. Des produits monodisperses ont été obtenus à la fois pour la macroamorceur et le copolymère à blocs. À partir d'un seul copolymère à blocs parent, une série de copolymères à blocs partiellement/complètement quaternisés et complexés ont été préparés. Des tests préliminaires de traction sur les copolymères à blocs complexés avec le MO ont montré que leur élasticité est corrélée avec la fraction massique du bloc dur, qui peut être ajustée par le degré de quaternisation et de complexation. Finalement, une série de complexes d'homopolymères auto-assemblés à partir du PDM et de trois dérivés azobenzènes portant des groupes (OH, COOH et SO3) capables d'interactions directionnelles avec le groupement amino du PDM ont été préparés, où les dérivés azo sont associés avec le PDM, respectivement, via des interactions hydrogène, des liaisons ioniques combinées à une liaison hydrogène à travers un transfert de proton (acidebase), et des interactions purement ioniques. L'influence de la teneur en azo et du type de liaison sur la facilité d’inscription des réseaux de diffraction (SRG) a été étudiée. L’efficacité de diffraction des SRGs et la profondeur des réseaux inscrits à partir de films préparés à la méthode de la tournette montrent que la liaison ionique et une teneur élevée en azo conduit à une formation plus efficace des SRGs.

Solid acid-catalyzed dehydration/Beckmann rearrangement of aldoximes: towards high atom efficiency green processes

Rare earth metal ion exchanged (La3+, Ce3+, RE3+) KFAU-Y zeolites were prepared by simple ion-exchange methods and have been characterized using different physico-chemical techniques. In this paper a novel application of solid acid catalysts in the dehydration/ Beckmann rearrangement of aldoximes; benzaldoxime and 4-methoxybenzaldoxime is reported. Dehydration/Beckmann rearrangement reactions of benzaldoxime and 4-methoxybenzaldoxime is carried out in a continuous down flow reactor at 473K. 4-Methoxybenzaldoxime gave both Beckmann rearrangement product (4-methoxyphenylformamide) and dehydration product (4-methoxybenzonitrile) in high overall yields. The difference in behavior of the aldoximes is explained in terms of electronic effects. The production of benzonitrile was near quantitative under heterogeneous reaction conditions. The optimal protocol allows nitriles to be synthesized in good yields through the dehydration of aldoximes. Time on stream studies show a fast decline in the activity of the catalyst due to neutralization of acid sites by the basic reactant and product molecules.