Novas bio-estratégias para a destoxificação de ocratoxina A utilizando bactérias do ácido láctico

A ocorrência de bolores micotoxigénicos pertencentes aos géneros Aspergillus, Penicillium e Fusarium em alimentos para consumo Humano e animal, tem um impacto importante sobre a saúde pública e constitui também um importante problema económico. Isto é devido à síntese por este tipo de fungos filamentosos de metabolitos altamente tóxicos conhecidos como micotoxinas. A maioria das micotoxinas são substâncias cancerígenas, mutagénicas, neurotóxicas e imunossupressoras, sendo a ocratoxina A (OTA) uma das mais importantes. A OTA é uma micotoxina, tóxica para os animais e Humanos principalmente devido às suas propriedades nefrotóxicas. Alguns grupos de bactérias gram positivas nomeadamente as bactérias do ácido láctico (BAL) são capazes de controlar o crescimento de fungos, melhorando e aumentando a vida útil de muitos produtos fermentados e, assim, reduzir os riscos para a saúde provocados pela exposição às micotoxinas. Algumas BAL são, também, capazes de destoxificar certas micotoxinas. Em trabalhos anteriores do nosso grupo foi observada a biodegradação da OTA por estirpes de Pediococcus parvulus isoladas de vinhos do Douro. Assim, com este trabalho, pretendeu-se compreender com maior detalhe o processo de biodegradação da OTA pelas referidas estirpes e identificar quais as enzimas que estão associadas à sua biodegradação. Para atingir este objetivo utilizaram-se algumas ferramentas ioinformáticas (BLAST, CLUSTALX2, CLC Sequence Viewer 7, Finch TV), desenharam-se primers específicos e realizaram-se PCR específicos para os genes envolvidos. Através da utilização de ferramentas de bioinformática, foi possível identificar várias proteínas que pertencem à família das carboxipeptidases e que podem eventualmente participar no processo da degradação da OTA, tais como D-Ala-D-Ala carboxipeptidase serínica e carboxipeptidase membranar. Estas BAL podem desempenhar um papel importante na destoxificação da OTA, sendo as carboxipeptidases uma das enzimas envolvidas na sua biodegradação.

Interrelationship between partition behavior of organic compounds and proteins in aqueous dextran-Polyethylene glycol and Polyethylene glycol-sodium sulfate two-phase systems

Partition behavior of adenosine and guanine mononucleotides was examined in aqueous dextran-polyethylene glycol (PEG) and PEG-sodium sulfate two-phase systems. The partition coefficients for each series of mononucleotides were analyzed as a functions of the number of phosphate groups and found to be dependent on the nature of nucleic base and on the type of \ATPS\ utilized. It was concluded that an average contribution of a phosphate group into logarithm of partition coefficient of a mononucleotide cannot be used to estimate the difference between the electrostatic properties of the coexisting phases of ATPS. The data obtained in this study were considered together with those for other organic compounds and proteins reported previously, and the linear interrelationship between logarithms of partition coefficients in dextran-PEG, PEG-Na2SO4 and PEG-Na2SO4-0.215 M NaCl (all in 0.01 M Na- or K/Na-phosphate buffer, pH 7.4 or 6.8) was established. Similar relationship was found for the previously reported data for proteins in Dex-PEG, PEG-600-Na2SO4, and PEG-8000-Na2SO4 ATPS. It is suggested that the linear relationships of the kind established in \ATPS\ may be observed for biological properties of compounds as well.

Microbial respiration with chlorine oxyanions: diversity and physiological and biochemical properties of chlorate- and perchlorate-reducing microorganisms

Chlorine oxyanions are valuable electron acceptors for microorganisms. Recent findings have shed light on the natural formation of chlorine oxyanions in the environment. These suggest a permanent introduction of respective compounds on Earth, long before their anthropogenic manufacture. Microorganisms that are able to grow by the reduction of chlorate and perchlorate are affiliated with phylogenetically diverse lineages, spanning from the Proteobacteria to the Firmicutes and archaeal microorganisms. Microbial reduction of chlorine oxyanions can be found in diverse environments and different environmental conditions (temperature, salinities, pH). It commonly involves the enzymes perchlorate reductase (Pcr) or chlorate reductase (Clr) and chlorite dismutase (Cld). Horizontal gene transfer seems to play an important role for the acquisition of functional genes. Novel and efficient Clds were isolated from microorganisms incapable of growing on chlorine oxyanions. Archaea seem to use a periplasmic Nar-type reductase (pNar) for perchlorate reduction and lack a functional Cld. Chlorite is possibly eliminated by alternative (abiotic) reactions. This was already demonstrated for Archaeoglobus fulgidus, which uses reduced sulfur compounds to detoxify chlorite. A broad biochemical diversity of the trait, its environmental dispersal, and the occurrence of relevant enzymes in diverse lineages may indicate early adaptations of life toward chlorine oxyanions on Earth.

The role of marine anaerobic bacteria and archaea in bioenergy production

The development of products from marine bioresources is gaining importance in the biotechnology sector. The global market for Marine Biotechnology products and processes was, in 2010, estimated at 2.8 billion with a cumulative annual growth rate of 510% (Børresen et al., Marine biotechnology: a new vision and strategy for Europe. Marine Board Position Paper 15. Beernem: Marine Board-ESF, 2010). Marine Biotechnology has the potential to make significant contributions towards the sustainable supply of food and energy, the solution of climate change and environmental degradation issues, and the human health. Besides the creation of jobs and wealth, it will contribute to the development of a greener economy. Thus, huge expectations anticipate the global development of marine biotechnology. The marine environment represents more than 70% of the Earths surface and includes the largest ranges of temperature, light and pressure encountered by life. These diverse marine environments still remain largely unexplored, in comparison with terrestrial habitats. Notwithstanding, efforts are being done by the scientific community to widespread the knowledge on oceans microbial life. For example, the J. Craig Venter Institute, in collaboration with the University of California, San Diego (UCSD), and Scripps Institution of Oceanography have built a state-of-the-art computational resource along with software tools to catalogue and interpret microbial life in the worlds oceans. The potential application of the marine biotechnology in the bioenergy sector is wide and, certainly, will evolve far beyond the current interest in marine algae. This chapter revises the current knowledge on marine anaerobic bacteria and archaea with a role in bio-hydrogen production, syngas fermentation and bio-electrochemical processes, three examples of bioenergy production routes.

Microfluidic based on aqueous two-phase system for plasmidic DNA purification

Dissertação de mestrado em Bioquímica Aplicada (área de especialização em Biotecnologia)

Estudo de estirpes probióticas como inoculantes de silagens para o controlo de micotoxinas

Dissertação de mestrado em Bioengenharia

The effects of sodium hypochlorite against selected drinking water-isolated bacteria in planktonic and sessile states

Chlorine is the most commonly used agent for general disinfection, particularly for microbial growth control in drinking water distribution systems. The goals of this study were to understand the effects of chlorine, as sodium hypochlorite (NaOCl), on bacterial membrane physicochemical properties (surface charge, surface tension and hydrophobicity) and on motility of two emerging pathogens isolated from drinking water, Acinetobacter calcoaceticus and Stenotrophomonas maltophilia. The effects of NaOCl on the control of single and dual-species monolayer adhered bacteria (2 h incubation) and biofilms (24 h incubation) was also assessed. NaOCl caused significant changes on the surface hydrophobicity and motility of A. calcoaceticus, but not of S. maltophilia. Planktonic and sessile S. maltophilia were significantly more resistant to NaOCl than A. calcoaceticus. Monolayer adhered co-cultures of A. calcoaceticus-S. maltophilia were more resilient than the single species. Oppositely, dual species biofilms were more susceptible to NaOCl than their single species counterparts. In general, biofilm removal and killing demonstrated to be distinct phenomena: total bacterial viability reduction was achieved even if NaOCl at the higher concentrations had a reduced removal efficacy, allowing biofilm reseed. In conclusion, understanding the antimicrobial susceptibility of microorganisms to NaOCl can contribute to the design of effective biofilm control strategies targeting key microorganisms, such as S. maltophilia, and guarantying safe and high-quality drinking water. Moreover, the results reinforce that biofilms should be regarded as chronic contaminants of drinking water distribution systems and accurate methods are needed to quantify their presence as well as strategies complementary/alternative to NaOCl are required to effectively control the microbiological quality of drinking water.

Biotechnological production and application of fructooligosaccharides

Currently, prebiotics are all carbohydrates of relatively short chain length. An important group is the fructooligosaccharides, which are a special kind of prebiotics associated to their selective stimulation of the activity of certain groups of colonic bacteria that have a positive and beneficial effect on intestinal microbiota, reducing incidence of gastrointestinal infections, respiratory and also possessing a recognized bifidogenic effect. Traditionally, these prebiotic compounds have been obtained through extraction processes from some plants, as well as through enzymatic hydrolysis of sucrose. However, different fermentative methods have also been proposed for the production of fructooligosaccharides, such as solid-state fermentation utilizing various agroindustrial by-products. By optimizing the culture parameters, fructooligosaccharides yields and productivity can be improved. The use of immobilized enzymes and cells has also been proposed as being an effective and economic method for large-scale production of fructooligosaccharides. This paper is an overview on the results of recent studies on fructooligosacharides biosynthesis, physicochemical properties, sources, biotechnological production and applications.

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

Dissertação de mestrado em Bioengenharia

Malolactic fermentation in winemaking: evaluation of operational parameters

Dissertação de mestrado em Bioengenharia

Impact of nutritional counseling in reducing serum cholesterol in public health service patients

OBJECTIVE: To assess the impact of nutritional attention on the lipid profile and nutritional status of hypercholesterolemic patients attended in health centers of Belo Horizonte. METHODS: Using nutritional attendance patient record cards from two health units, the evolution of the lipid profile and the nutritional state (BMI) was monitored of 96 hypercholesterolemic patients who received diet. The patients were appraised at the following moments: initial (1st consultation), after 3 months (2nd consultation) and last consultation (variable for each patient). RESULTS: On the first attendance, 44,4% of the patients presented not only high total cholesterol and LDL-c, but also hypertriglyceridemia and 70.3% were overweight or obese, but most patients (75.6%) presented adequate HDL-c levels. There was significant reduction in the BMI, total cholesterol, LDL-c values (p < 0.01) and also in the triglyceride levels (p < 0.05) in the first three months, without alteration in the HDL-c levels. A significant reduction (p < 0.01) was observed in the frequency of individuals with high cholesterol (from 89.6% down to 47.9%), high and very high LDL-c (from 82.6% down to 45.7%), as well as high and very high triglyceride (from 43.6% down to 16.7%). The observed reduction in frequency of the low HDL-c was statistically meaningless. CONCLUSION: This study evidences the effect of the nutritional attention on lipid profile in hypercholesterolemic patients, reinforcing the need for a multiprofessional team to attend them at the public health services.

Estudio de epitopes de antígenos para interpretar su respuesta inmune. Modelo 1: Virus rubeola. Modelo 2: Bacteria Chlamydia trachomatis

El estudio de los epitopes de los antígenos permitirá no sólo la diferenciación de cepas sino también la interpretación correcta de la respuesta inmune. Modelo1: Rubeola es una enfermedad infecciosa caracterizada por una erupción localizada, fiebre y adenopatías, que por lo general se produce en niños de edad escolar o preescolar. El virus de la rubeola es el único miembro del género ribivirus en la familia de los Togavirus. Se sabe que es una partícula esférica que mide 60-90 nm y lleva la información genética en una sola cadena de RNA de polaridad positiva formando una cápside icosahédrica. Estructuralmente está compuesto por tres proteínas, una no glicosilada, asociada al RNA en la nucleocápside, llamada C, y dos glicoproteínas E1 y E2 que se encuentran en la envoltura del virus donde se presentan formando complejos por dímeros E1-E1 y E1-E2. Uno de los motivos por los que se realizan estudios comparativos entre diferentes cepas de virus rubeola radica en la observación de que la respuesta inmune frente a la infección con la cepa salvaje es más eficiente y duradera que la inducida por la cepa vacunal y que no se conocen fehacientemente si la capacidad teratogénica del virus depende de la cepa viral o del tipo de infección que se produce en la placenta y en el feto. La disminución o desaparición de la respuesta inmune específica puede posibilitar la reinfección de una persona vacunada, lo que adquiere particular importancia en el caso de las embarazadas. Es por ello que este estudio se centra en el análisis comparativo de las propiedades biológicas y estructurales de la cepa de virus rubeola de circulación local (cepa Córdoba y sus clones) frente a las cepas Glichrist (prototipo) y RA 27/3 (vacunal). Esta parte del trabajo contribuye al proyecto mundial de obtención de una vacuna sintética o infectiva para controlar la infección por el virus rubeola. Objetivos: 1. Estudiar la cinética de aparición de los epitopes en citoplasma y membrana celular con una técnica de inmunofuorescencia indirecta de células infectadas y bloquear a distintos pasos la vía de síntesis de proteínas en las células infectadas para producir el camino de síntesis del complejo E1-E1 hasta su aparición en membrana. 2. Realizar la técnica de mapeo peptídico para la proteína E2 en diferentes cepas. Modelo 2: Chlamydia trachomatis es una bacteria intracelular obligada de un ciclo de vida dimórfico, con una fase extracelular llamada Cuerpo Elemental (CE), que es la forma infectiva y metabólicamente inactiva y una fase intracelular llamada Cuerpo Reticular que es la forma replicada y metabólicamente activa de la bacteria. Es el agente etiológico de Enfermedades de Transmisión Sexual (ETS) más comunmente aislado en poblaciones de riesgo, además de ser la primera causa de ceguera prevenible a nivel mundial. El resultado de la infección con C. trachomatis puede terminar en inmunidad o enfermedad dependiendo de la interacción del sistema inmune del huésped con los antígenos chlamydiales específicos. El estudio de los antígenos que generan la respuesta inmune humoral como los tipos e isotipos de inmunoglobulinas producidas en esta respuesta, en las poblaciones con diferentes manifestaciones de la infección por C. trachomatis , podrían asociarse a un tipo de perfil de respuesta de linfocitos TH y dar un valor pronóstico de la evolución de la infección. Objetivo: 1. Separar y estudiar algunos de los más importantes antígenos de la bacteria Chlamydia trachomatis .

Preservación de la información génica en bacterias; mecanismos y modulación molecular. Preservation of the genetic information in bacteria; mechanisms and molecular modulation.

El objetivo general del presente proyecto es contribuir a la caracterización genética y bioquímica molecular de mecanismos involucrados en el mantenimiento de la información génica, a través del estudio de sistemas fisiológicos involucrados en la prevención, reparación y tolerancia de mutaciones. Dichos sistemas se encuentran evolutivamente conservados y ampliamente distribuidos en los seres vivos. La importancia de los mismos se refleja en el hecho que su deficiencia genera en humanos, enfermedades genéticas, apoptosis y cáncer; y en especies procariotas, células denominadas "hipermutadoras". En los últimos años el estudio de la hipermutabilidad en bacterias ha cobrado gran interés ya que se le atribuye importancia en procesos infectivos y en aspectos básicos relacionados a evolución. Nuestro modelo de estudio son las bacterias Pseudomonas aeruginosa y Escherichia coli, siendo esta última especie no solo modelo de estudio sino también especie de referencia. P. aeruginosa es una bacteria ambiental gram negativa, e importante patógeno oportunista de humanos. Específicamente nos proponemos estudiar en P. aeruginosa algunos aspectos particulares del Sistema de Reparación de Bases Apareadas Incorrectamente (Mismatch Repair System, MRS), del Sistema de Prevención/Reparación de Lesiones Oxidativas generadas a través de 8-oxo-7,8-dihidroguanina (8-oxo-dG ó GO) y el papel de las ADN Polimerasas de baja fidelidad en la modulación de la tasa de mutación. Asimismo estamos interesados en estudiar en cepas de E. coli deficientes en el sistema Dam, la existencia de subpoblaciones de alta estabilidad genética debido a la eliminación de posibles mutantes por incremento de la expresión de los otros componentes del MRS. Metodológicamente la caracterización bioquímica de factores proteicos se llevará a cabo utilizando proteínas recombinantes purificadas, análisis de interacción proteína-proteína y proteína-ADN mediante electroforesis en geles y resonancia plasmónica de superficie (Biacore), mutagenésis dirigida in vitro, y estudios de complementación en cepas mutantes específicas. Aspectos fenotípicos y de regulación génica en cultivos de biofilm y células en suspensión serán estudiados mediante la construcción de cepas mutantes, fusiones transcripcionales, PCR en tiempo real, western blot y microscopia de fluorescencia confocal.

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.

Impacto de las prácticas agrícolas en los recursos hídricos de la provincia de Córdoba: aislamiento y caracterización de bacterias degradadoras de pesticidas para su utilización en procesos de biorremediación. Impact of agricultural activities on aquatic environments of Córdoba: isolation and characterization of bacteria with pesticide removal capacities for bioremediation treatments.

Los sistemas de agua dulce constituyen fuentes vitales para el desarrollo de la vida. Entre otras causas, el excesivo y poco controlado uso de pesticidas por las prácticas agrícolas modernas ha contribuido con la degradación de estos ecosistemas en la provincia de Córdoba (Secretaría de Ambiente, 2008). Los pesticidas son compuestos tóxicos y químicamente estables en el ambiente. Diversas especies microbianas presentan la capacidad para mineralizar dichos compuestos, siendo uno de los mecanismos de descomposición más importante. En el presente trabajo se pretende (1) Detectar y cuantificar principios activos de pesticidas en diferentes aguas ambientales de la región centro-sur de la provincia de Córdoba; (2) Aislar y caracterizar especies bacterianas a partir de muestras de aguas superficiales y subterráneas de la región que demuestren ser eficientes en la biodegradación de diferentes pesticidas. Para ello, se estudiará la presencia de 10 pesticidas organoclorados y organofosforados (lindano, 2,4D, DDT, p,p-DDE, �-endosulfán, �-endosulfán, clorpirifós, dimetoato) y herbicidas (atrazina) en muestras de agua superficiales y subterráneas (8 - 12m de profundidad) de la región agrícola centro-sur de Córdoba. Se establecerán diferentes puntos de muestreo en las principales cuencas hidrográficas: Río Tercero y Embalse de Río Tercero, Canal Desviador de Bell Ville, Laguna La Salada, Río Saladillo, Río Carcarañá y Río Cuarto. La determinación de pesticidas se realizará mediante Cromatografía de Gases (GC). Conjuntamente, se realizará el aislamiento de microorganismos a partir de las muestras de agua suplementadas con diferentes concentraciones de pesticidas (López et al., 2005) y se procederá a la caracterización morfológica y bioquímica (Lechevalier, 1989). Se realizarán curvas de crecimiento (DO600) y se determinará la viabilidad celular mediante el método de recuento en placa. El potencial catabólico de cada aislamiento se determinará analizando la concentración residual de pesticidas en el sobrenadante de los cultivos (Benimeli et al, 2003) y mediante ensayos de resting-cell (Hernández et al, 2008). Finalmente se realizará la caracterización genética (Weisburg, 1991) de los aislamientos que demuestren una mayor eficiencia en la biodegradación de pesticidas. El presente estudio pretende abordar una temática prioritaria como es la contaminación ambiental de ecosistemas acuáticos de la provincia de Córdoba. la detección de principios activos de pesticidas sería, por lo tanto, un indicador de contaminación de origen antropológica y brindaría información respecto al deterioro de la calidad del agua. Por otra parte, el aislamiento de bacterias adaptadas a las condiciones ecológicas de la región y capaces de metabolizar eficientemente diferentes pesticidas como fuentes de carbono y energía sería beneficioso para su utilización en futuros ensayos de biorremediación.