Fishing the key biological components of the bacterium Geobacter metallireducens for optimal biotechnological applications

Os resultados apresentados no capítulo 2 foram incluídos no artigo Dantas JM, Campelo LM, Duke NEC, Salgueiro CA, Pokkuluri PR (2015) "The structure of PccH from Geobacter sulfurreducens – a novel low reduction potential monoheme cytochrome essential for accepting electrons from an electrode", FEBS Journal, 282, 2215-2231.

Sol-gel entrapped biosystems: enzyme(s) and whole cells

In this work two different procedures to utilize the sol-gel technology were applied to immobilize/encapsulate enzymes and living cells. CO2 has reached levels in the atmosphere that make it a pollutant. New methods to utilize this gas to obtain products of added value can be very important, both from an environmentally point of view and from an economic standpoint. The first goal of this work was to study the first reaction of a sequential, three-step, enzymatic process that carries out the conversion of CO2 to methanol. Of the three oxidoreductases involved, our focus was on formate dehydrogenase (FateDH) that converts CO2 to formate. This reaction requires the presence of the cofactor β-nicotinamide adenine dinucleotide in reduced form (NADH). The cofactor is expensive and unstable. Our experiments were directed towards generating NADH from its oxidized form (NAD+), using glutamate dehydrogenase (GDH). The formation of NADH from NAD+ in aqueous medium was studied with both free and sol-gel entrapped GDH. This reaction was then followed by the conversion of CO2 to formate, catalysed by free or sol-gel entrapped FateDH. The quantification of NADH/NAD+ was made using UV/Vis spectroscopy. Our results showed that it was possible to couple the GDH-catalyzed generation of the cofactor NADH with the FateDH-catalyzed conversion of CO2, as confirmed by the detection of formate in the medium, using High Performance Liquid Chromatography (HPLC). The immobilization of living cells can be advantageous from the standpoint of ease of recovery, reutilization and physical separation from the medium. Also dead cells may not always exhibit enzymatic activities found with living cells. In this work cell encapsulation was performed using Escherichia coli bacteria. To reduce toxicity for living organisms, the sol-gel method was different than for enzymes, and involved the use of aqueous-based precursors. Initial encapsulation experiments and viability tests were carried out with E. coli K12. Our results showed that sol-gel entrapment of the cells was achieved, and that cell viability could be increased with additives, namely betaine that led to greater viability improvement and was selected for further studies. For an approach to “in-cell” Nuclear Magnetic Resonance (NMR) experiments, the expression of the protein ctCBM11 was performed in E. coli BL21. It was possible to obtain an NMR signal from the entrapped cells, a considerable proportion of which remained alive after the NMR experiments. However, it was not possible to obtain a distinctive NMR signal from the target protein to distinguish it from the other proteins in the cell.

Coupling organic substrate removal to methane production in a fully biological microbial electrolysis cell

Microbial electrolysis cells (MECs) are an innovative and emerging technique based on the use of solid-state electrodes to stimulate microbial metabolism for wastewater treatment and simultaneous production of value-added compounds (such as methane). This research studied the performance of a two-chamber MEC in terms of organic matter oxidation (at the anode) and methane production (at the cathode). MEC‟s anode had been previously inoculated with an activated sludge, whereas the cathode chamber inoculum was an anaerobic sludge (containing methanogenic microorganisms). During the experimentation, the bioanode was continuously fed with synthetic solutions in anaerobic basal medium, at an organic load rate (OLR) of around 1 g L-1 d-1, referred to the chemical oxygen demand (COD). At the beginning (Run I), the feeding solution contained acetate and subsequently (Run II) it was replaced with a more complex solution containing soluble organic compounds other than acetate. For both conditions, the anode potential was controlled at -0.1 V vs. standard hydrogen electrode, by means of a potentiostat. During Run I, over 80% of the influent acetate was anaerobically oxidized at the anode, and the resulting electric current was recovered as methane at the cathode (with a cathode capture efficiency, CCE, accounting around 115 %). The average energy efficiency of the system (i.e., the energy captured into methane relative to the electrical energy input) under these conditions was over 170%. However, reactor‟s performance decreased over time during this run. Throughout Run II, a substrate oxidation over 60% (on COD basis) was observed. The electric current produced (57% of coulombic efficiency) was also recovered as methane, with a CCE of 90%. For this run the MEC‟s average energy efficiency accounted for almost 170 %. During all the experimentation, a very low biomass growth was observed at the anode whereas ammonium was transferred through the cationic membrane and concentrated at the cathode. Tracer experiments and scanning electron microscopy analyses were also carried out to gain a deeper insight into the reactor performance and also to investigate the possible reasons for partial loss of performance. In conclusion, this research suggests the great potential of MEC to successfully treat low-strength wastewaters, with high energy efficiency and very low sludge production.

Free-standing multilayered membranes based on graphene and natural polymers for biomedical applications

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Biomédica (área de especialização em Biomateriais, Reabilitação e Biomecânica)

Development of hyaluronic acid, dextrin and extracellular matrix hydrogels for cell expansion

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Biomédica (área de especialização em Engenharia Clínica)

Hormonal, metabolic and nutritional alterations in smokers: emergency for smoking abstinence

OBJECTIVE: To evaluate the biochemical and nutritional status of smokers in treatment for smoking cessation and its association with anthropometric parameters. METHODS: This is a cross-sectional study with convenience sample. Adult smokers were assessed at the start of treatment in the Interdisciplinary Center for Tobacco Research and Intervention of the University Hospital of the Federal University of Juiz de Fora (CIPIT/HU-UFJF). We evaluated the body mass index (BMI), conicity index (CI); waist circumference (WC), percentage of body fat (%BF), fasting glycemia, cortisol, insulin, total cholesterol (TC), LDL-c, HDL-c, triglycerides (TG) and metabolic syndrome (MS). RESULTS: Most participants (52.2%) had MS and high cardiovascular risk. The fasting glycemia was abnormal in 30.4%. There was a significant positive correlation between BMI and WC (r = 0.90; p = 0.0001), %BF (r = 0.79; p = 0.0001), CI (r = 0.65; p = 0.0001), glycemia (r = 0.42; p = 0.04) and TG (r = 0.47; p = 0.002). The CI presented positive correction with insulin (r = 0.60; p = 0.001), glycemia (r = 0.55; p = 0.007), TG (r = 0.54; p = 0.008) and %BF (r = 0.43; p = 0.004). Patients with longer duration of smoking had a higher risk of developing MS (OR = 9.6, p = 0.016). CONCLUSION: The smokers evaluated had increased risk for developing MS, especially those with longer duration of smoking, requiring urgent smoking cessation.

Efeito dos ácidos graxos ômega-3 sobre o relaxamento-dependente do endotélio em coelhos hipercolesterolêmicos

OBJETIVO: Estudar o efeito dos ácidos graxos ômega-3 sobre o relaxamento-dependente do endotélio, o colesterol plasmático, as LDL, VLDL, HDL, triglicérides e a peroxidação lipídica das partículas de LDL-nativas, oxidadas e da parede arterial. MÉTODOS: Coelhos da raça Nova Zelândia foram submetidos a dieta enriquecida com colesterol (0,5%) e gordura de coco (2%), por 30 dias e separados em grupo hipercolesterolemia (H) e ômega-3 (O-3), sendo administrado ao O-3 ácidos graxos ômega-3 na dose de 300mg/kg/dia, durante 15 dias, através de gavagem. O colesterol plasmático, triglicérides, LDL-colesterol, VLDL e HDL-colesterol foram medidos através de kits enzimáticos e os resultados expressos em mg/dl. As LDL foram obtidas por ultracentrifugação e oxidadas através da exposição ao Cu++. A peroxidação lipídica das LDL e da parede da aorta foi mensurada pela dosagem do malondialdeido (MDA). A função endotelial foi avaliada por curvas de concentração-efeito obtidas pela acetilcolina e nitroprussiato, após contração com norepinefrina. RESULTADOS: Houve aumento do colesterol plasmático e das VLDL, sem interferência nos níveis de LDL e HDL, no O-3. Observou-se redução significante dos triglicérides. Verificou-se aumento significante do teor de MDA nas LDL-nativas e oxidadas, assim como na parede arterial. O relaxamento-dependente do endotélio foi significativamente menor no O-3. CONCLUSÃO: A administração de ácidos graxos ômega-3 na dosagem de 300/mg/kg/dia, a coelhos hipercolesterolêmicos aumentou o colesterol e as VLDL plasmáticas, enquanto reduziu os triglicérides. O relaxamento-dependente do endotélio foi menor que no grupo H.

Avaliação dos efeitos a curto prazo de programas de conscientização e de terapia com pravastatina em indivíduos de alto risco para doença cardiovascular provenientes de consultórios particulares

OBJETIVO: Avaliar a eficácia de programas de conscientização (PC) sobre o controle de fatores de risco (FR) para doença cardiovascular (DCV). MÉTODOS: Pacientes hipercolesterolêmicos de alto risco para DCV foram divididos em 2 grupos durante 16 semanas. O grupo A (n=417, 54,3±10,0 anos, 55% homens) recebeu orientação verbal e escrita sobre controle de FR, e o grupo B (n=180, 54,4±10,9 anos, 45% homens) apenas orientação verbal. Todos os participantes receberam 10mg/dia de pravastatina por 12 semanas. Avaliaram-se o peso, pressão arterial, o colesterol total (CT) e frações, triglicérides, índices I e II de Castelli (CT/HDL-C e LDL-C/HDL-C) e escores de Framingham. RESULTADOS: No basal, A diferiu de B no HDL-C (40,0±11,0 vs 43,0±11,0mg/dl, p=0,013) e no índice I (8,2±3,0 vs 7,6±2,3, p=0,008). Após 16 semanas as variações % foram maiores em A do que B no CT (-28,0 vs -25,0, p<0,05), LDL-C (-29,0 vs -27,6, p<0,05), HDL-C (+13,7 vs. + 10,8, p<0,05) e índice I (-39,0 vs -33,0; p<0,05). A pravastatina potencializou os efeitos da dieta sobre os lípides. CONCLUSÃO: O PC parece ser mais eficaz a curto prazo, em reduzir os FR para DCV do que a orientação apenas verbal.

Fatores de risco de aterosclerose na infância. Um estudo epidemiológico

OBJETIVO: Obter um perfil dos fatores de risco coronário em uma amostra populacional pediátrica da cidade de Bento Gonçalves, RS, no período de maio/90 a junho/91. MÉTODOS: Foram estudados 1501 escolares de 6 a 16 anos incompletos, visando a detecção dos níveis séricos de colesterol total, lipoproteínas, triglicerídeos, bem como a avaliação da pressão arterial e da história familiar de doença cardiovascular isquêmica e obesidade. RESULTADOS: Foram detectadas 420 (27,98%) crianças com hipercolesterolemia, sendo que 75 (5%) apresentavam hipertensão arterial sistólica e 48 (3,20%) hipertensão arterial diastólica. A história familiar foi importante quando positiva, porém, sua ausência não excluia a presença de fatores de risco para a aterosclerose. A hipertrigliceridemia foi encontrada em 136 (9,06%) escolares e a LDL-colesterol elevada em 155 (10,33%), mostrando forte associação com hipercolesterolemia. Apresentaram índice de massa corporal acima de percentil 95, não mostrando uma maior prevalência de hipercolesterolemia, 111 crianças. CONCLUSÃO: Os fatores de risco para a aterosclerose estão presentes na infância e deveriam ser pesquisados independentemente do nível socioeconômico, da história familiar, da idade e do sexo, devendo o pediatra ser um dos responsáveis por esta investigação.

Estudo multicêntrico de idosos atendidos em ambulatórios de cardiologia e geriatria de instituições brasileiras

OBJETIVO: Avaliar aspectos epidemiológicos, clínicos e terapêuticos de idosos com doenças cardiovasculares (DCV), no Brasil. MÉTODOS: Idosos com DCV, atendidos em 36 serviços de Cardiologia e Geriatria do Brasil, foram investigados através de questionário aplicado aos que tinham consulta marcada para o período analisado (um mês). RESULTADOS: Estudados 2196 idosos de 65 a 96 anos, sendo 60% mulheres e analisados os fatores de risco: sedentarismo (74%), pressão arterial (PA) elevada (53%), LDL colesterol aumentado (33%), colesterol total aumentado (30%), obesidade (30%), HDL-colesterol diminuído (15%), diabetes (13%) e tabagismo (6%). Observou-se maior prevalência nas mulheres, com três ou mais fatores de risco. O principal motivo de consulta foi a PA elevada (48%). Teste ergométrico e cinecoronariografia, foram mais solicitados para os homens. Os diagnósticos mais comuns foram hipertensão arterial sistêmica (HAS) (67%) e insuficiência coronária (ICo) (29%). Os medicamentos mais utilizados foram diuréticos (42%). CONCLUSÃO: Foi observada alta prevalência de fatores de risco (93%), principalmente nas mulheres; sedentarismo, como fator de risco mais freqüente, aumentando de prevalência com a idade; HAS, como principal motivo de consulta e diagnóstico; menor investigação e diagnóstico de ICo em mulheres; diuréticos, como os fármacos mais freqüentemente prescritos; insuficiência cardíaca como principal doença associada a internação (31%) e atendimento de emergência (10%).

Prevalência de dislipidemias em adultos da demanda laboratorial de Salvador, Brasil

OBJETIVO: Determinar a prevalência das dislipidemias em adultos da demanda laboratorial não-hospitalar da cidade de Salvador (BA). MÉTODOS: Casuística procedente de amostra probabilística de 25% dos laboratórios não-hospitalares da cidade que usavam o método enzimático para dosagem dos lípides séricos e controle de qualidade da Sociedade Brasileira de Patologia Clínica (93% do total); LDL estimado pela fórmula de Friedewald. Sorteados os meses ímpares de 1995 para o estudo. Critérios para dislipidemias, em mg/dl: colesterol ³240; LDL ³160; HDL <35 e triglicérides ³200. Análise: prevalências, seus intervalos de confiança (IC) a 95% e qui-quadrado (chi²). RESULTADOS: Excluídos uma recusa e um laboratório que arquivava laudos só por 3 meses, foram analisados dados de 24 dos 26 laboratórios amostrados. Dos 7392 adultos, 65,5% eram mulheres. Prevalências estimadas e valores dos IC a 95% para homens, foram: hipercolesterolemia =24,0% (20,5; 27,5); LDL elevado =26,1 (22,4; 29,3); HDL baixo =15,9 (14,2; 17,8) e hipertrigliceridemia =27,6 (25,7; 29,5). Para mulheres: hipercolesterolemia =30,0 (27,8; 32,2), LDL elevado =33,1 (30,8; 35,4); HDL baixo =8,0 (7,1; 8,9) e hipertrigliceridemia =30,4 (29,0; 31,4). Todas as prevalências diferiram significantemente inter-gênero (p, 0,05 a p<0,001). Também foram mais freqüentes nas mulheres os níveis indesejáveis do colesterol e LDL. CONCLUSÃO: As dislipidemias são importante fator de risco para aterosclerose na demanda laboratorial de Salvador em ambos os gêneros. Os resultados subsidiam os médicos para incentivar mudanças no estilo de vida que conduzam seus pacientes a níveis lipídicos desejáveis.

Efeito da berinjela sobre os lípides plasmáticos, a peroxidação lipídica e a reversão da disfunção endotelial na hipercolesterolemia experimental

OBJETIVO: Estudar o efeito do suco da berinjela sobre os lípides plasmáticos, o colesterol tecidual, a peroxidação lipídica das LDL nativas, oxidadas e da parede arterial e o relaxamento dependente do endotélio, em coelhos hipercolesterolêmicos. MÉTODOS: Coelhos foram separados em grupos controle (GC), hipercolesterolêmico (GH) e berinjela (GB), (n=10). Os animais do GC foram alimentados com ração normal, o GH e o GB com ração acrescentada de colesterol (0,5%) e gordura de babaçu (10%) durante 30 dias. Ao GB acrescentou-se suco de berinjela, nos últimos 15 dias do experimento. Os lípides plasmáticos foram medidos através de kits enzimáticos, a peroxidação lipídica pela dosagem do malondialdeído (MDA) e o relaxamento dependente do endotélio, por curvas de concentração efeito pela acetilcolina e nitroprussiato. RESULTADOS: O peso dos animais foi menor no GB em relação ao GC e GH (p<0,05). O colesterol total plasmático, as LDL e os triglicérides que se elevaram no GH, reduziram-se em 19%, 29% e 38%, respectivamente no GB (p<0,05). O colesterol tecidual foi menor no GB (50%) em relação ao GH (p<0,05). Nos animais do GB ocorreu redução significante do teor de MDA nas LDL nativas (56%) e oxidadas (22%), assim como na parede arterial (30%) (p<0,05). O relaxamento máximo dependente do endotélio, , elevou-se significantemente em 28% no GB em relação ao GH (p<0,05). CONCLUSÃO: O suco de berinjela administrado a coelhos hipercolesterolêmicos reduziu significantemente o peso corpóreo, o colesterol total, as LDL plasmáticas, os triglicérides, o colesterol tecidual, a peroxidação lipídica das LDL nativas, oxidadas e da parede arterial, assim como aumentou o relaxamento dependente do endotélio.

Distribuição de gordura corporal, pressão arterial e níveis de lipídios-lipoproteínas plasmáticas

OBJETIVO: Investigar associações entre distribuição do tecido adiposo e níveis de pressão arterial e concentrações de lipídios-lipoproteínas plasmáticas, mediante controle de indicadores, quanto à quantidade de gordura corporal e à prática da atividade física. MÉTODOS: Estudo de 62 indivíduos com idades entre 20 e 45 anos. A distribuição do tecido adiposo foi determinada baseando-se na relação circunferência de cintura/quadril (CCQ), e como indicador da quantidade de gordura corporal recorreu-se às informações do índice de massa corporal (IMC), enquanto o nível de prática da atividade física foi estabelecido mediante estimativas do consumo máximo de oxigênio (VO2max). As associações entre CCQ e níveis de pressão arterial e de lipídios-lipoproteínas plasmáticas, com os efeitos do IMC e do VO2max controlados estatisticamente, foram estabelecidas pelo coeficiente de correlação parcial. RESULTADOS: Após correção pelo IMC verificou-se significativa correlação parcial entre a distribuição centrípeta do tecido adiposo e os níveis de pressão arterial, LDL-C e triglicerídios plasmáticos. Entretanto, controlando-se o VO2max, não foram constatadas associações significativas entre CCQ e qualquer variável sangüínea e pressão arterial.CONCLUSÃO: A distribuição centrípeta do tecido adiposo, independente da quantidade de gordura corporal, foi relacionada com concentrações de lipídios-lipoproteínas plasmáticas e níveis de pressão arterial em ambos os sexos. A prática da atividade física parece ser um importante modulador dessa associação, enfatizando seu papel no controle dos fatores de risco predisponentes às doenças cardiovasculares.

Terapia combinada de colestiramina e inibidores da HMG-CoA redutase na prevenção secundária da doença coronária

OBJETIVO: Avaliar as alterações obtidas no perfil lipídico de coronariopatas dislipidêmicos, após a adição de colestiramina, em pacientes tratados com inibidores da HMG-CoA redutase, e que não atingiram os valores ideais de LDL-colesterol. MÉTODOS: Vinte coronariopatas (12 submetidos à revascularização do miocárdio, 3 à angioplastia coronária e 5 mantidos sob tratamento clínico), com média de idade de 60,78 anos, que já realizavam dieta hipolipemiante e eram medicados com lovastatina 20mg/dia ou sinvastatina 10mg/dia, receberam também colestiramina na dose de 8 a 16g/dia durante 8 semanas, com o objetivo de reduzir LDL-colesterol para valores inferiores a 100mg/dl. RESULTADOS: Houve significante redução do colesterol total (valor médio inicial 239,52mg/dL e ao final 199,00mg/dL), obtendo-se um decréscimo percentual médio de 16,92%. O valor médio de LDL-colesterol também se reduziu, significantemente, de 172,73mg/dL para 118,26mg/dL, com decréscimo percentual médio de 31,53%. A trigliceridemia média aumentou, ainda dentro da faixa de referência normal, de 145,05mg/dL para 162,00mg/dL, (diferença percentual média de 11,69%). Houve significante aumento da fração HDL-colesterol de um valor médio inicial de 38,00mg/dL para um valor médio final de 48,21mg/dL (diferença média percentual 26,87%). Não houve efeitos adversos que impedissem a continuidade do tratamento. CONCLUSÃO: A associação de colestiramina a doses baixas de vastatinas em pacientes com hipercolesterolemia primária e de alto risco coronário é uma boa opção terapêutica, podendo atingir benefícios sobre o perfil lipídico semelhantes àqueles obtidos quando esses fármacos são utilizados, isoladamente, ou em associação, e em doses mais elevadas.

Prevalência de dislipidemias na demanda laboratorial de três diferentes prestadores de assistência

OBJETIVO: Detectar diferenças nas prevalências das dislipidemias em adultos da demanda laboratorial de três diferentes prestadores de assistência médica, em Salvador, 1995. MÉTODOS: Estudo seccional, clínico epidemiológico, baseado em resultados das dosagens de lípides séricos de uma amostra probabilística de 25% dos 104 laboratórios que usavam o mesmo método de dosagem e o mesmo padrão para controle de qualidade. O critério de dislipidemia foi o do II Consenso Brasileiro de Dislipidemias para adultos. Os resultados foram agrupados conforme procedência: Sistema Único de Saúde (SUS), convênios (C) e seguros privados + particulares (SP). Análise: prevalência com intervalos de confiança (IC) a 95%, e teste do chi². RESULTADOS: Dos 5.464 adultos com menção da procedência, 14,8% foram do SUS, 31,6% dos C e 53,6% dos S+P. As mais elevadas prevalências de hipercolesterolemia - 28,0% (IC 24,0; 32,0) e de LDL-c elevado - 30,4% (IC 27,6; 33,2) foram detectadas no grupo C. No grupo S+P concentraram-se as maiores prevalências de HDL-c anormal - 12,3% (IC 10,0; 13,8) e hipertrigliceridemia - 17,8% (IC 16,3; 19,3). Quase todas as diferenças entre as prevalências foram estatisticamente significantes, favoráveis às taxas mais baixas do SUS. CONCLUSÃO: O melhor perfil lipídico do grupo SUS sugere diferenças sociais nas prevalências das dislipidemias. Para os três prestadores de assistência, a prevalência do HDL-c <35mg/dL foi baixa quando comparada às das demais dislipidemias. Os resultados podem ser inferidos para a prática médica dos respectivos prestadores de assistência e indicam a necessidade de informação e de orientação dos usuários para redução das dislipidemias e melhoria do estilo de vida.