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.

Antioxidant potential of two Apiaceae plant extracts: a comparative study focused on the phenolic composition

The present study aimed to characterize the extracts prepared from Pimpinella anisum L. (anise) and Coriandrum sativum L. (coriander) (Apiaceae plants) seeds in terms of phenolic composition, and to correlate the obtained profiles with the antioxidant activity. Anise gave the highest abundance in phenolic compounds (42.09± 0.11 mg/g extract), mainly flavonoids (28.08±0.17 mg/g extract) and phenolic acids (14.01±0.06 mg/g extract), and also the highest antioxidant potential, accessed for the ability to inhibit lipid peroxidation and -carotene bleaching, reducing power and free radical scavenger activity. Apigenin and luteolin derivatives, as also caffeoylquinic acid derivatives appear to be directly related with the higher in vitro antioxidant potential of the anise extract.. In contrast, the weak antioxidant potential of coriander seems to be due to their lower abundance in phenolic compounds (2.24±0.01 mg/g extract). Further studies are necessary to evaluate the in vivo antioxidant potential of the tested extracts, but the performed in vitro experiments highlight them as potential health promoters.

Litterfall production in intact and selectively logged forests in southern of Amazonia as a function of basal area of vegetation and plant density

Nutrient recycling in the forest is linked to the production and decomposition of litter, which are essential processes for forest maintenance, especially in regions of nutritionally poor soils. Human interventions in forest such as selecttive logging may have strong impacts on these processes. The objectives of this study were to estimate litterfall production and evaluate the influence of environmental factors (basal area of vegetation, plant density, canopy cover, and soil physicochemical properties) and anthropogenic factors (post-management age and exploited basal area) on this production, in areas of intact and exploited forest in southern Amazonia, located in the northern parts of Mato Grosso state. This study was conducted at five locations and the average annual production of litterfall was 10.6 Mg ha-1 year-1, higher than the values for the Amazon rainforest. There were differences in litterfall productions between study locations. Effects of historical logging intensity on litterfall production were not significant. Effects of basal area of vegetation and tree density on litterfall production were observed, highlighting the importance of local vegetation characteristics in litterfall production. This study demonstrated areas of transition between the Amazonia-Cerrado tend to have a higher litterfall production than Cerrado and Amazonia regions, and this information is important for a better understanding of the dynamics of nutrient and carbon cycling in these transition regions.

Phytosterols isolated from endophytic fungus Colletotrichum gloeosporioides(Melanconiaceae)

ABSTRACTEndophytic fungi are fungi that colonize internal tissues of plants. There are few studies of compounds isolated from endophytic fungi of Amazon plants. Thus, the aim this study was the isolation and structural identification of sitosterol (1), stigmasterol (2), sitostenone (3), squalene (4), ergosterol (5) and ergosterol peroxide (6) from fungus Colletotrichum gloeosporioidesisolated as endophytic from Virola michelli, a typical Amazon plant, used in folk medicine against skin infection. Compounds were isolated by chromatography column on silica and identified by 1H and 13C NMR and MS. The presence of phytosterols in fungi is rare and this is the first report of the isolation of the phytosterols sitosterol, stigmasterol and sitostenone from the genus Colletotrichum.

Bioactivity of phenolic acids: Metabolites versus parent compounds: A review

Phenolic acids are present in our diet in different foods. In particular, mushrooms are a good source of these molecules. Due to their bioactive properties, phenolic acids are extensively studied and there is evidence of their role in disease prevention. Nevertheless, in vivo, these compounds are metabolized and circulate in the organism as glucuronated, sulfated and methylated metabolites, displaying higher or lower bioactivity. To clarify the importance of the metabolism of phenolic acids, the knowledge about the bioactivity of the metabolites is extremely important. In this review, chemical features, biosynthesis and bioavailability of phenolic acids are discussed as well as the chemical and enzymatic synthesis of their metabolites. Finally, the metabolites bioactive properties are compared with that of the corresponding parental compounds.

Pharmacological evaluation of plant extracts from Chapada Diamantina (Bahia, Brazil): Focus on antioxidant and cytotoxic properties

Tese de Doutoramento em Biologia de Plantas MAP - Bioplant

Current situation on the occurrence of mycotoxins and toxigenic fungi in Portugal

Mycotoxins are secondary metabolites produced by filamentous fungi that are toxic for humans and animals in small amounts and that are found worldwide in a large number of agricultural commodities. They are usually ingested involuntarily, when contaminated plant products are consumed, and represent a great risk for public health. Therefore, governments throughout the world have imposed strict legal limits for their levels in food and feed products in order to reduce potential health risks for consumers. Despite of its ubiquity, the mycotoxin problem is mainly dependent on regional factors, such as the mycotoxigenic characteristics of the local mycoflora, the local climate conditions, and the local agricultural practices. For this reason, a constant vigilance from local governmental food safety agencies and from the local researcher community is needed. This communication will review the current situation on the occurrence of mycotoxigenic fungi in some Portuguese cultures, such as wine grapes, corn and dried fruits. Particular attention will be given to the incidence of mycotoxigenic Aspergillus strains in those cultures and to the levels of ochratoxin A, aflatoxins, cyclopiazonic acid and fumonisin B2 produced. Data will be discussed taking into account the geographical origin of the isolates and the particular climate conditions of each sampling region. An updated review on the levels of the main mycotoxins found in local products and in imported commodities will also be presented.

Characterization of microbial populations in a wastewater treatment plant focusing on Staphylococcus aureus and Pseudomonas aeruginosa

Dissertação de mestrado em Bioengenharia

Aspectos moleculares del desarrollo de biofilms, la colonización de la planta y la emisión de compuestos orgánicos volátiles en bacterias rizosféricas. Molecular aspects of biofilm development, plant colonization and microbial volatile organic emission in rhizospheric bacteria.

Las bacterias que habitan la rizosfera y que poseen la capacidad de provocar un efecto positivo sobre las plantas son denominadas en su conjunto como Rizobacterias Promotoras del Crecimiento Vegetal (PGPR). Estas bacterias han desarrollado diferentes estrategias para adaptarse a diversas condiciones ambientales. La capacidad para responder a variaciones en la disponibilidad nutricional permite la persistencia de la bacteria en el suelo y mejora sus posibilidades para colonizar la planta hospedadora. En la naturaleza, a menudo las bacterias se encuentran en estructuras de comunidades de microorganismos interconectados denominados biofilms, con un estilo de vida diferente al de la vida en forma planctónica. La formación del biofilm podría representar una estrategia de supervivencia de la rizobacteria a condiciones adversas del suelo. Por Microscopía Confocal de Barrido Láser (CLSM), hemos observado que Rhizobium leguminosarum desarrolla un biofilm característico sobre una superficie abiótica. Hemos identificado algunos de los factores genéticos que influyen en su formación. El presente proyecto propone avanzar en el conocimiento de los factores ambientales y genéticos que influyen sobre la capacidad de las rizobacterias para formar biofilms y su impacto en la interacción con las plantas. A través de enfoques genéticos (mutacionales y de expresión génica) y análisis por CLSM nos proponemos acercarnos a un modelo de los factores de superficie, extracelulares y regulatorios propios de la bacteria que influyen en las propiedades de adhesión y la formación de biofilms. Por último, se intentará correlacionar la emisión de compuestos orgánicos volátiles por las bacterias rizosféricas con ciertos aspectos de la promoción del crecimiento de las plantas.

Efecto de los ácidos grasos poliinsaturados y sus metabolitos en la modulación de factores de transcripción sobre la carcinogénesis. Effects of Polyunsaturatd fatty acids and their metabolites on transcriptional factors modulation in carcinogenesis.

El cáncer se origina por mutaciones, competición y selección natural en células somáticas de tejidos de diferentes órganos,siendo un proceso complejo y multifactorial que ocurre en una secuencia de etapas: iniciación, promoción y progresión (1). Factores hereditarios,genéticos y epigenéticos como los lípidos dietarios, estrés oxidativo, hormonas, pesticidas y otros, influyen tanto en el desarrollo como en la inhibición de esta enfermedad (2). Datos epidemiológicos y experimentales tanto nuestros como de otros laboratorios han demostrado que el consumo de dietas ricas en ácidos grasos de la familia n-3, n-6 o n-9 cambian la fluidez, la actividad de enzimas, el nivel de proteínas y favorecen la formación de moléculas bioactivas derivadas de los lípidos como los eicosanoides y endocanabinoides que modulan el proceso carcinogénico (3-15). Estos derivados lípídicos activan vias de señalización produciendo cambios especificos en la expresión génica, un proceso fundamental durante la transformación neoplásica (1-2).También ha sido demostrado que estos cambios en la expresión génica inducidos por derivados lipídicos modulan funciones en células cancerosas como proliferación y muerte celular, migración y producción de matriz extracelular (16-17). A pesar de estos conocimientos, la identidad de los derivados lipídicos implicados en la modulación de la expresión génica durante la transformación neoplásica asi como los mecanismos utilizados por estas moléculas permanecen aun poco conocidos. HIPOTESIS: En los modelos a utilizar en el presente proyecto, la variación lipídica de las membranas que se induzca por manipulación dietaria deberán generar también variaciones en los eicosanoides . endocanabinoides y otros peróxidos que afecten factores de transcripción nucleares como el p53 y GLI incidiendo en los mecanismos responsables de la muerte y proliferación de células cancerosas. OBJETIVOS: Nos proponemos establecer el impacto de dietas enriquecidas con ácidos grasos de las familias n-3, n-6 o n-9 sobre modelos experimentales in-vivo e in-vitro. Se estudiarán los ácidos grasos de membrana plasmática, la generación de eicosanoides y endocanabinoides derivados de las vias COX y LOX Además se determinará el efecto de los peróxidos en la expresión y actividad de los factores nucleares de transcripción p53 y GLI como mecanismos responsables de la muerte y proliferación celular. MATERIALES Y MÉTODO: Se utilizará un modelo in-vivo de cáncer de mama empleando ratones C57BL6J inducidos con DMBA que se alimentarán con una dieta base semi-sintética suplemetada con diferentes PUFAs (Chia: n-3, Maíz: n-6 y Oleico: n-9 , empleada en estudios previos (8).Modelos in vitro: se utilizarán lineas celulares cancerígenas humanas de mama MCF-7 y MDA, las cuales se tratarán exógenamente con diferentes PUFAS (GLA:n-6,EPA:n-3, Oleico n-9)(9). Se determinarán ácidos grasos de membranas por Cromatografía de gas (CG)(10-11). El análisis de eicosanoides en células tumorales se realizará por HPLC (9-11). Los endocanabinoides por GC-Espectometría de Masa (18).La formación de peróxidos intracelulares se determinará por análisis de Glutation reducido (GSH)(16).La apoptosis se medirá por actividad caspasas y por Citometria de flujo usando Annexina V FICT (19).La expresión celular de Tp53 y GLI se realizará por Western Blot, PCR e inmunohistoquímica (20-21).RESULTADOS ESPERADOS: Se espera que los lípidos añadidos en las dietas de ratones inyectados con DMBA o al medio de cultivo de células tumorales de mama o páncreas modifiquen los ácidos grasos de membrana y sus derivados lipídicos los eicosanoides y endocanabionoides que suponemos afectarán la activación y expresión de factores de transcripción regulando la carcinogénesis. IMPORTANCIA: Diseñar nuevos modelos experimentales para implementar en terapias génicas y aplicar los resultados sobre factores nutricionales que pudieran actuar como inhibidores o promotores del desarrollo del cáncer en humanos.

Inducción sistémica de la biosintesis de metabolitos secundarios en plantas aromáticas mediada por rizobacterias. Systemic induction of secondary metablolites biosynthesis in aromatic plants by rhizobacteria.

El uso de microorganismos como inoculantes para incrementar la disponibilidad y toma de nutrientes por parte de los cultivos, es una nueva tecnología que ha dado buenos resultados, observándose un incremento en la emergencia, vigor, mayor desarrollo en la parte aérea y de raíces, registrándose aumentos considerables de los rendimientos en cultivos de interés comercial. Esto es debido a que los microorganismos PGPR (Plant Growth promoting rhizobacteria) sintetizan ciertas sustancias reguladoras del crecimiento como giberelinas, citoquininas y auxinas; las cuales estimulan la densidad y longitud de los pelos radicales, aumentando así la cantidad y longitud de las raíces de los vegetales. Así, se incrementa la capacidad de absorción de agua y nutrientes, haciendo que las plantas sean más vigorosas, productivas y tolerantes a condiciones climáticas adversas, como sequías o heladas. Otro factor benéfico es que ciertos microorganismos solubilizan nutrientes poco móviles en el suelo como el caso del fósforo, segundo nutriente, después del nitrógeno en importancia para el crecimiento de los cultivos. Estos microorganismos también tienen una función muy importante en el control natural de agentes patógenos, a través de la inducción del sistema de defensa en las plantas, aumentando su resistencia a enfermedades, a través de la producción de compuestos bacterianos como antibióticos y sideróforos. Los variados mecanismos mediante los cuales la acción PGPR se lleva a cabo no son plenamente conocidos y, por lo tanto, es necesario determinar con precisión su efecto particular en la biología de la planta beneficiada. Las plantas aromáticas y medicinales inoculadas con microorganismos (rizobacterias) registran un incremento en varios parámetros de crecimiento vegetal (peso fresco parte aérea, peso seco de raíz, número de hojas, etc) y en el rendimiento de aceite esencial (AE). El aumento de la síntesis, y la variación de los porcentajes relativos de los componentes principales de AE en plantas aromáticas, como efecto de la inoculación, podría considerarse como una respuesta defensiva de la planta frente a la colonización de microorganismos dado que varios AE poseen propiedades antimicrobianas. El incremento de estos metabolitos también se ha registrado como respuesta frente a la herbivoría. En el presente proyecto se propone dilucidar la existencia de una relación entre las defensas inducidas por rizobacterias con la producción de metabolitos secundarios en plantas aromaticas y medicinales. The use of microorganisms as inoculants to increase the availability and nutrient uptake by crops, is a new technology that has been successfully applied, with an increase in the emergence, vigor, greater development in the shoot and roots, recording significant increases in yields of crop with commercial interest. This is because microorganisms PGPR (Plant Growth Promoting rhizobacteria) synthesize certain growth regulating substances such as gibberellins, cytokinins and auxins, which stimulate the density and length of root hairs, increasing the number and length of roots. Thus, increase the capacity of absorbing water and nutrients, make the plants more vigorous, productive and tolerant to adverse climatic conditions such as drought or frost.Another beneficial factor is that some microorganisms solubilize nutrients mobile in the soil as the case of phosphorus, second nutrient after nitrogen important for plant growth. These organisms also have an important role in the natural control of pathogens through the induction of the plants defense system, increasing their resistance to disease through the production of compounds such as antibiotics and bacterial siderophores. The various mechanisms by which PGPR action takes place are not fully known and therefore it is necessary to accurately determine its particular effect on the biology of the specific plant benefit. Aromatic and medicinal plants inoculated with microorganisms (rhizobacteria) recorded an increase in several parameters of plant growth (shoot fresh weight, root dry weight, leaf number, etc) and essential oil yield (AE). The increase in the biosynthesis, and changes in the relative percentages of the main components of AE in aromatic plants inoculated with rizobacterias, could be regarded as a plant defense response against microbial colonization, since several AE have antimicrobial properties. The increase of these metabolites have also been recorded as a response to herbivory.