Evaluation of the impact of polyethylene microbeads ingestion in European sea bass (Dicentrarchus labrax) larvae

Microplastics are present in marine habitats worldwide and may be ingested by low trophic organisms such as fish larvae, with uncertain physiological consequences. The present study aims at assessing the impact of polyethylene (PE 10-45µM) microbeads ingestion in European sea bass (Dicentrarchus labrax) larvae. Fish were fed an inert diet including 0, 104 and 105 fluorescent microbeads per gram from 7 until 43 days post-hatching (dph). Microbeads were detected in the gastrointestinal tract in all fish fed diet incorporating PE. Our data revealed an efficient elimination of PE beads from the gut since no fluorescent was observed in the larvae after 48h depuration. While the mortality rate increased significantly with the amount of microbeads scored per larvae at 14 and 20 dph, only ingestion of the highest concentration slightly impacted mortality rates. Larval growth and inflammatory response through Interleukine-1-beta (IL-1) gene expression were not found to be affected while cytochrome-P450-1A1 (cyp1a1) expression level was significantly positively correlated with the number of microbeads scored per larva at 20 dph. Overall, these results suggest that ingestion of PE microbeads had limited impact on sea bass larvae possibly due to their high potential of egestion

Coarse Graining to Invesitigate Peptide-Lipid Interactions

Experimental characterization of molecular details is challenging, and although single molecule experiments have gained prominence, oligomer characterization remains largely unexplored. The ability to monitor the time evolution of individual molecules while they self assemble is essential in providing mechanistic insights about biological events. Molecular dynamics (MD) simulations can fill the gap in knowledge between single molecule experiments and ensemble studies like NMR, and are increasingly used to gain a better understanding of microscopic properties. Coarse-grained (CG) models aid in both exploring longer length and time scale molecular phenomena, and narrowing down the key interactions responsible for significant system characteristics. Over the past decade, CG techniques have made a significant impact in understanding physicochemical processes. However, the realm of peptide-lipid interfacial interactions, primarily binding, partitioning and folding of amphipathic peptides, remains largely unexplored compared to peptide folding in solution. The main drawback of existing CG models is the inability to capture environmentally sensitive changes in dipolar interactions, which are indigenous to protein folding, and lipid dynamics. We have used the Drude oscillator approach to incorporate structural polarization and dipolar interactions in CG beads to develop a minimalistic peptide model, WEPPROM (Water Explicit Polarizable PROtein Model), and a lipid model WEPMEM (Water Explicit Polarizable MEmbrane Model). The addition of backbone dipolar interactions in a CG model for peptides enabled us to achieve alpha-beta secondary structure content de novo, without any added bias. As a prelude to studying amphipathic peptide-lipid membrane interactions, the balance between hydrophobicity and backbone dipolar interactions in driving ordered peptide aggregation in water and at a hydrophobic-hydrophilic interface, was explored. We found that backbone dipole interactions play a crucial role in driving ordered peptide aggregation, both in water and at hydrophobic-hydrophilic interfaces; while hydrophobicity is more relevant for aggregation in water. A zwitterionic (POPC: 1-palmitoyl-2-oleoyl-sn-glycero-3-phosphocholine) and an anionic lipid (POPS: 1-palmitoyl-2-oleoyl-sn-glycero-3-phospho-L-serine) are used as model lipids for WEPMEM. The addition of head group dipolar interactions in lipids significantly improved structural, dynamic and dielectric properties of the model bilayer. Using WEPMEM and WEPPROM, we studied membrane-induced peptide folding of a cationic antimicrobial peptide with anticancer activity, SVS-1. We found that membrane-induced peptide folding is driven by both (a) cooperativity in peptide self interaction and (b) cooperativity in membrane-peptide interactions. The dipolar interactions between the peptide and the lipid head-groups contribute to stabilizing folded conformations. The role of monovalent ion size and peptide concentration in driving lipid domain formation in anionic/zwitterionic lipid mixtures was also investigated. Our study suggest monovalent ion size to be a crucial determinant of interaction with lipid head groups, and hence domain formation in lipid mixtures. This study reinforces the role of dipole interactions in protein folding, lipid membrane properties, membrane induced peptide folding and lipid domain formation. Therefore, the models developed in this thesis can be used to explore a multitude of biomolecular processes, both at longer time-scales and larger system sizes.

Produção e extração da enzima anidrase carbônica e de ficobiliproteínas a partir de microalgas

Muito interesse tem sido focado no potencial biotecnológico das microalgas, principalmente devido à identificação de diversas substâncias sintetizadas por estes organismos, dentre elas a anidrase carbônica e as ficobiliproteínas. A anidrase carbônica é uma metaloenzima que catalisa a hidratação reversível do CO2 em bicarbonato com alta eficiência, sendo utilizada para captação de CO2 através de sistemas biológicos. A C-ficocianina e a aloficocianina, corantes naturais, são os dois principais componentes das ficobiliproteínas em cianobactérias e apresentam diversas aplicações dentro da indústria alimentícia, cosmética e farmacêutica. O objetivo principal desta tese foi avaliar a produção e a extração da anidrase carbônica e das ficobiliproteínas a partir de diferentes microalgas. Para isso, primeiramente foi realizado uma investigação da produção da anidrase carbônica pela microalga Dunaliella tertiolecta, onde foi estudada a extração da enzima e sua aplicação em sistemas de captura enzimática de CO2. Posteriormente foi avaliada a produção da enzima ao longo do cultivo de diferentes microalgas marinhas e dulcícolas (Dunaliella tertiolecta, Tetraselmis sueccica, Phaeodactylum tricornutum, Nannochloropsis oculata, Isochysis galbana, Chlorella vulgaris e Scenedesmus obliquus). A produção da enzima e de ficobiliproteínas, também, foi estudada para as cianobactérias Spirulina platensis LEB 52, Spirulina sp. LEB 18 e Synechococcus nidulans. Todos os cultivos foram acompanhados em termos de biomassa e pH. Por último, foi realizado um estudo de extração da enzima de P. tricornutum e extração conjunta da anidrase carbônica e de ficobiliproteínas da cianobactéria S. sp. LEB 18. Os cultivos foram realizados em frascos erlenmeyer contendo os meios Conway (marinhas), BG-11 (dulcícolas) e Zarrouk 20% (cianobactérias). Na avaliação da ruptura celular foram testadas as técnicas de maceração em gral e pistilo, agitação em vórtex com pérolas de vidro, sonicação com pérolas de vidro, homogeneizador ultrassônico, secagem, congelamento e descongelamento e a combinação de tratamentos. Maiores rendimentos de extração da enzima a partir da microalga D. tertiolecta foram obtidos utilizando tratamento ultrassônico, juntamente com baixas concentrações de biomassa úmida (0,1 e 0,2 g/L), e a mesma apresentou potencial para aplicação em processos de captação enzimática do CO2. Durante os cultivos, a microalga C. vulgaris se destacou como maior produtora da enzima anidrase carbônica, atingindo valores de atividade enzimática de 44,0 U/L. As cianobactérias apresentaram valores de atividade entre 41,6 e 45,9 U/L, sendo que a S. sp. LEB 18 foi a que apresentou maiores produções de C-ficocianina e aloficocianina no ponto de máxima atividade volumétrica, 65,9 e 82,2 µg/mL, respectivamente. A enzima extraída da biomassa de S. platensis LEB 52 catalisou a hidratação do CO2 que precipitou na forma de CaCO3. Maiores rendimentos de extração da enzima a partir das microalgas P. tricornutum e S. sp. LEB 18 foram obtidos utilizando homogeneizador ultrassônico, que foram 31,3 U/g e 25,5 U/g, respectivamente. A biomassa de S. sp. LEB 18, também apresentou potencial para a extração de ficobiliproteínas, obtendo- se altas concentrações de C-ficocianina (100,5 mg/g) e aloficocianina (69,9 mg/g). Através dos resultados obtidos, pode-se verificar a potencialidade das microalgas e das cianobactérias para produção da enzima anidrase carbônica e das ficobiliproteínas, biomoléculas de alto valor industrial. Este trabalho apresenta processos eficientes para a extração da enzima e de ficobiliproteínas tanto para escala laboratorial como industrial.

Purificação de C-ficocianina e sua incorporação em nanofibras

C-ficocianina (C-FC) é uma ficobiliproteína, de cor natural azul, com diversas aplicações na indústria alimentícia, farmacêutica e biomédica, dependendo do seu grau específico de pureza, que pode variar de 0,7 a 4,0, com respectivo aumento de seu valor comercial. Essa pureza é alcançada através de diversas técnicas de purificação, que podem ser aplicadas em diferentes sequências. Um destes processos de purificação de proteínas baseia-se na cromatografia de troca iônica, que utiliza trocadores que adsorvem as proteínas como resultado de interações iônicas entre a superfície da proteína e o trocador. Resinas e colunas de leito expandido podem ser utilizadas para aumentar a produtividade dessa técnica. É fundamental conhecer o perfil do processo de adsorção, para melhor aplicá-lo como ferramenta para o design e otimização de parâmetros operacionais. Outra tecnologia para o tratamento de biomoléculas é a ultrafiltração. Esta técnica é aplicável em larga escala, apresenta baixa complexidade de aplicação e pode ser realizada em condições brandas, minimizando o dano para o produto. Para aumentar a estabilidade da C-FC, e facilitar a sua aplicação, podem ser avaliadas técnicas recentes, não exploradas para este fim, como as nanofibras obtidas através do processo de electrospinning. Estas fibras possuem uma área superficial específica extremamente elevada devido a seu pequeno diâmetro. O objetivo deste trabalho foi avaliar parâmetros de adsorção e diferentes técnicas para purificação de C-ficocianina de Spirulina platensis e obter nanofibras poliméricas incorporadas de C-ficocianina. O trabalho foi dividido em quatro artigos. No primeiro artigo, foram avaliados os parâmetros e as isotermas de adsorção de C-ficocianina em resina de troca iônica para leito expandido Streamline® DEAE. Verificou-se que o maior coeficiente de partição foi obtido em pH 7,5, nas temperaturas de 15 e 25 °C. As isotermas de adsorção da Cficocianina foram bem representadas pelos modelos de Langmuir, de Freundlich e de Langmuir-Freundlich, sendo os valores estimados para Qm e Kd obtidos pela isoterma de Langmuir foram, respectivamente, 33,92 mg.mL-1 e 0,123 mg.mL-1, respectivamente. No segundo artigo foi avaliada a purificação de C-FC até grau alimentar, utilizando ultrafiltração (UF). Com a membrana de 50 kDa, identificou-se que somente a temperatura e a aplicação de diferentes ciclos de diafiltração (DF) causaram influência significativa sobre a purificação e recuperação da C-ficocianina. Foram então aplicados o aumento gradativo da quantidade de ciclos, e a diafiltração previamente à ultrafiltração (DF/UF), onde obteve-se um extrato de Cficocianina com pureza de 0,95. No terceiro artigo foram propostos processos de purificação, envolvendo a utilização das diferentes técnicas para obtenção de C-FC com diferentes purezas. Determinou-se que a partir de cromatografia de troca iônica em leito fixo seguido de DF/UF, obtém-se C-FC para uso em cosméticos e a partir de precipitação com sulfato de amônio, e DF/UF obtém-se C-FC para uso em biomarcadores. Com uma sequência de precipitação com sulfato de amônio, DF/UF e cromatografia de troca iônica em leito fixo chega-se a C-FC de grau analítico. No último artigo, C-FC foi incorporada a nanofibras de óxido de polietileno (PEO) através de processo de electrospinning. Foram determinadas a condutividade da solução de C-FC/PEO, a estrutura e comportamento termogravimétrico das nanofibras formadas. Soluções de polímeros com concentração de 6 e 8% proporcionaram a formação de nanofibras com diâmetro médio inferior a 800 nm, homogêneas, sem a presença de gotas. A análise termogravimétrica identificou aumento na resistência térmica da C-FC incorporada nas fibras.

The whole-cell immobilization of D-hydantoinase-engineered Escherichia coli for D-CpHPG biosynthesis

Background: D-Hydroxyphenylglycine is considered to be an important chiral molecular building-block of antibiotic reagents such as pesticides, and β-lactam antibiotics. The process of its production is catalyzed by D-hydantoinase and D-carbamoylase in a two-step enzyme reaction. How to enhance the catalytic potential of the two enzymes is valuable for industrial application. In this investigation, an Escherichia coli strain genetically engineered with D-hydantoinase was immobilized by calcium alginate with certain adjuncts to evaluate the optimal condition for the biosynthesis of D-carbamoyl-p-hydroxyphenylglycine (D-CpHPG), the compound further be converted to D-hydroxyphenylglycine (D-HPG) by carbamoylase. Result: The optimal medium to produce D-CpHPG by whole-cell immobilization was a modified Luria-Bertani (LB) added with 3.0% (W/V) alginate, 1.5% (W/V) diatomite, 0.05% (W/V) CaCl2 and 1.00 mM MnCl2. The optimized diameter of immobilized beads for the whole-cell biosynthesis here was 2.60 mm. The maximized production rates of D-CpHPG were up to 76%, and the immobilized beads could be reused for 12 batches. Conclusions: This investigation not only provides an effective procedure for biological production of D-CpHPG, but gives an insight into the whole-cell immobilization technology. © 2016 Pontificia Universidad Católica de Valparaíso. Production and hosting by Elsevier B.V. All rights reserved.

Extração, caracterização estrutural parcial e atividades farmacológicas do olginato obtido da alga marrom Lobophora variegata (Lamouroux) Oliveira Filho, 1977

The alginic acid or alginates are acidic polysaccharides found in brown seaweed widely used in food, cosmetic, medical and pharmaceutical industry. This paper proposes the extraction, chemical characterization and verification of the pharmacological activities of brown seaweed variegata Lobophora . The alginate was extracted from the seaweed Lobophora variegata and part was sulphated for comparative purposes. The native extract showed 42% total sugar, 65% uronic acid, 0,36 % protein and 0% of sulfate, while the sulfate showed 39% , 60%, 0.36% and 27,92 % respectively. The presence of a sulfate group may be observed by the metachromasia with toluidine blue in electrophoresis system and characteristic vibration 1262,34 cm-1 in infrared spectroscopy connections assigned to S = O. We observed the formation of films and beads of native alginate, where more concentrated solution 6% resulted in a thicker and more consistent film. Native alginate showed proliferative activity at concentrations (25 and 50 mcg), (50 mg) and (100 mg) in 3T3 cell line in 24h, 48h and 72h, respectively , as the sulfated (100 mg) in 24 . Also showed antiproliferative or cytotoxic activity in HeLa cells of strain, (25 and 100 mg), (25 and 100 mg) and (25, 50 and 100 mg), to native, now for the sulfate concentrations (100 mg) in 24 (25, 50 and 100 mg) in 48 hours, and (50 and 100 mg ) 72h. For their antioxidant activity, the sulfated alginates have better total antioxidant activity reaching 29 % of the native activity while 7.5 % of activity . For the hydroxyl radical AS showed high inhibition ( between 77-83 % ) in concentrations, but the AN surpassed these numbers in the order of 78-92 % inhibition. The reducing power of AN and AS ranged between 39-82 % . In the method of ferric chelation NA reached 100 % chelating while the AS remained at a plateau oscillating 6.5%. However, in this study , we found alginates with promising pharmacological activities, to use in various industries as an antioxidant / anti-tumor compound

Porosity imaged by a vector projection algorithm correlates with fractal dimension measured on 3D models obtained by microCT

International audience

Quantificação do ião cálcio nas uvas e vinhos brancos por espectroscopia de infravermelho

Com o objetivo de diminuir a incidência das leveduras encapsulas em alginato se aglomerarem na segunda fermentação em garrafa e reduzir custos associados à sua eliminação, pretendeu-se utilizar a metodologia NIR para determinar a quantidade de cálcio no vinho. Foram quantificados outros minerais para avaliar hipotéticos antagonismos iónicos. Observou-se também que este controlo de qualidade poderá ser efetuado no mosto. Atualmente este controlo é realizado por metodologias de análise de referência bastante morosas como EAA. Contudo a metodologia NIR demonstrou ser uma boa alternativa no controlo dos parâ-metros de qualidade na produção de vinho espumante, permitindo a diminuição do tempo de análise e de resíduos. No desenvolvimento dos modelos matemáticos para a calibração do NIR utilizaram-se 79 vinhos brancos e 60 amostras de mosto. Foram desenvolvidos 11 modelos de calibração onde o coeficiente de correlação foi, em aproximadamente 58% dos casos, maior que 0,99; ABSTRACT: In order to reduce the incidence of alginate beads aggregation during the second fermentation in the bottle and to reduce costs associated with their disposal, it was used the NIR technology to quantify calcium content in the wine. Other minerals were also quantified in order to evaluate possible ionic antagonisms. Quality control is usually done in the base wine but it can also be evaluated in the must. Currently this control was carried out by reference analysis methodologies generally rather slow as AAS. However NIR proved to be a good alternative technique in the control of quality parameters of wine production, allowing the reduction of the analysis time and waste. In order to develop mathematical models for the calibration of NIR it was used 79 white wine samples and 60 must samples. Eleven calibration models have been developed, where the correlation coeffi-cient was, in approximately 58% of cases, greater than 0,99.

Non chemical natural organic matter removal with a contact TiO2 process

Dissertação de Mestrado, Tecnologia dos Alimentos, Instituto Superior de Engenharia, Universidade do Algarve, 2014

Avaliação da abertura de filtração de geotêxteis sob confinamento e parcialmente colmatados

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2016.

Uso de agentes inteligentes no controle simultâneo da largura e do reforço dos cordões de solda no processo GMAW-S

Tese (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2016.

Preenchimento de cavidades provenientes de remoção de trinca em turbinas hidráulicas por meio do processo GMAW-P

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2016.

Counter-pressure-assisted ITP with electrokinetic injection under field-amplified conditions for bacterial analysis

Counter-pressure was used to extend the duration of field-amplified sample injection in isotachophoresis (FASI-ITP) in order to improve the detection of bacterial cells. Using 0.51-μm negatively charged encapsulated fluorescent beads as a model, the counter-pressure, injection and separation voltages, and times were optimized. Using 6-min 8,963-Pa counter-pressure FASI-ITP injections at −12 kV followed by mobilization of the ITP band with continued injection at −6 kV, the limit of detection (LOD) for Escherichia coli was improved to 78 cells/mL, a factor of 4 when compared with FASI-ITP without counter-pressure.

Reaching for the heavenly bead of teaching through structured problem solving

Japanese Lesson Study has provoked intense interest since it became known in the mid-1990s due to descriptions of the "typical" Japanese abacus - the soroban - with its Earth and Heaven beads as its metaphor, this paper examines the Earth beads necessary to reach the goal of a Heavenly bead - that is, an effective structured problem-solving mathematics lesson.

Kinetic analysis of metal uptake by dry and gel alginate particles

The kinetics of metal uptake by gel and dry calcium alginate beads was analysed using solutions of copper or lead ions. Gel beads sorbed metal ions faster than the dry ones and larger diffusivities of metal ions were calculated for gel beads: approximately 10−4 cm2/min vs. 10−6 cm2/min for dry beads. In accordance, scanning electron microscopy and nitrogen adsorption data revealed a low porosity of dry alginate particles. However, dry beads showed higher sorption capacities and a mechanical stability more suitable for large-scale use. Two sorption models were fitted to the kinetic results: the Lagergren pseudo-first order and the Ho and McKay pseudo-second order equations. The former was found to be the most adequate to model metal uptake by dry alginate beads and kinetic constants in the orders of 10−3 and 10−2 min−1 were obtained for lead solutions with concentrations up to 100 g/m3. The pseudo-first order model was also found to be valid to describe biosorbent operation with a real wastewater indicating that it can be used to design processes of metal sorption with alginate-based materials.