Brazilian fruit pulps as functional foods and additives: Evaluation of bioactive compounds

Eight tropical fruit pulps from Brazil were simultaneously characterised in terms of their antioxidant and antimicrobial properties. Antioxidant activity was screened by DPPH radical scavenging activity (126–3987 mg TE/100 g DW) and ferric reduction activity power (368–20819 mg AAE/100 g DW), and complemented with total phenolic content (329–12466 mg GAE/100 g DW) and total flavonoid content measurements (46–672 mg EE /100 g DW), whereas antimicrobial activity was tested against the most frequently found food pathogens. Acerola and açaí presented the highest values for the antioxidant-related measurements. Direct correlations between these measurements could be observed for some of the fruits. Tamarind exhibited the broadest antimicrobial potential, having revealed growth inhibition of Pseudomonas aeruginosa. Escherichia coli, Listeria monocytogenes, Salmonella sp. and Staphylococcus aureus. Açaí and tamarind extracts presented an inverse relationship between antibacterial and antioxidant activities, and therefore, the antibacterial activity cannot be attributed (only) to phenolic compounds.

On the way towards the understanding of suberin degradation by Aspergillus nidulans

Dissertation presented to obtain the Ph.D degree in Biochemistry.

Fiber functionalization for biomedical applications

Deep-eutectic solvents (DES) are considered novel renewable and biodegradable solvents, with a cheap and easy synthesis, without waste production. Later it was discovered a new subclass of DES that even can be biocompatible, since their synthesis uses primary metabolites such as amino acids, organic acids and sugars, from organisms. This subclass was named natural deep-eutectic solvents (NADES). Due to their properties it was tried to study the interaction between these solvents and biopolymers, in order to produce functionalized fibers for biomedical applications. In this way, fibers were produced by using the electrospinning technique. However, it was first necessary to study some physical properties of NADES, as well as the influence of water in their properties. It has been concluded that the water has a high influence on NADES properties, which can be seen on the results obtained from the rheology and viscosity studies. The fluid dynamics had changed, as well as the viscosity. Afterwards, it was tested the viability of using a starch blend. First it was tested the dissolution of these biopolymers into NADES, in order to study the viability of their application in electrospinning. However the results obtained were not satisfactory, since the starch polymers studied did not presented any dissolution in any NADES, or even in organic solvents. In this way it was changed the approach, and it was used other biocompatible polymers. Poly(ethylene oxide), poly(vinyl alcohol) and gelatin were the others biopolymers tested for the electrospinning, with NADES. All polymers show good results, since it was possible to obtain fibers. However for gelatin it was used only eutectic mixtures, containing active pharmaceutical ingredients (API’s), instead of NADES. For this case it was used mandelic acid (antimicrobial properties), choline chloride, ibuprofen (anti-inflammatory properties) and menthol (analgesic properties). The polymers and the produced fibers were characterized by scanning electron microscope (SEM), Transmission electron microscopy (TEM) and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR). With the help of these techniques it was possible to conclude that it was possible to encapsulate NADES within the fibers. Rheology it was also study for poly(ethylene oxide) and poly(vinyl alcohol), in a way to understand the influence of polymer concentration, on the electrospinning technique. For the gelatin, among the characterization techniques, it was also performed cytotoxicity and drug release studies. The gelatin membranes did not show any toxicity for the cells, since their viability was maintained. Regarding the controlled release profile experiment no conclusion could be drawn from the experiments, due to the rapid and complete dissolution of the gelatin in the buffer solution. However it was possible to quantify the mixture of choline chloride with mandelic acid, allowing thus to complete, and confirm, the information already obtained for the others characterization technique.

Biofunctionalization of titanium surfaces for dental implants: osteogenic, anti-microbial and tribocorrosion resistant surfaces

PhD thesis in Biomedical Engineering

Zeolite-based nanomaterials for the control of opportunistic pathogenic microorganisms

Dissertação de mestrado em Applied Biochemistry (área de especialização em Biomedicine)

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.

Própolis do sudeste e nordeste do Brasil: influência da sazonalidade na atividade antibacteriana e composição fenólica

The composition and biological activities of propolis, a resinous hive product collected by honeybees from various plant sources, depends on various factors such as season and vegetation of the area. The aim of this study was to evaluate the influence of the seasonal effect on the ethanolic extracts of Brazilian propolis (EEP) type 6 and type 12, collected during 6 months in terms of antibacterial activity and phenolic composition. The antimicrobial properties were evaluated by MIC and MBC on S. mutans Ingbritt 1600 and the profile of chemical composition by UV-visible spectrophotometry, HPLC-RF and GC-MS. The results demonstrated that the season in which propolis is collected influences its chemical composition, resulting in modifications in its antibacterial activity.

Abietatrienes diterpenoids from Sagittaria montevidensis SSP Montevidensis

The antimicrobial properties of the hexane, hexane/EtOAc and methanol fractions of the fresh petioles of Sagittaria montevidensis ssp montevidensis (Alismataceae) were evaluated against fungi and Gram-negative and Gram-positive bacteria. A new abietatriene-type diterpenoid, 3β,7α-dihydroxi-abieta-8,11,13-triene and the known 3β-hydroxy-abieta-8,11,13-trien-7-one were isolated from the most active fraction tested and the structures of these compounds were elucidated by data including IR, EIMS, and 1D and 2D NMR spectra.

Low-dose doxycycline prevents inflammatory bone resorption in rats

Matrix metalloproteinases (MMP) are considered to be key initiators of collagen degradation, thus contributing to bone resorption in inflammatory diseases. We determined whether subantimicrobial doses of doxycycline (DX) (<=10 mg kg-1 day-1), a known MMP inhibitor, could inhibit bone resorption in an experimental periodontitis model. Thirty male Wistar rats (180-200 g) were subjected to placement of a nylon thread ligature around the maxillary molars and sacrificed after 7 days. Alveolar bone loss (ABL) was measured macroscopically in one hemiarcade and the contralateral hemiarcade was processed for histopathologic analysis. Groups of six animals each were treated with DX (2.5, 5 or 10 mg kg-1 day-1, sc, 7 days) and compared to nontreated (NT) rats. NT rats displayed significant ABL, severe mononuclear cell influx and increase in osteoclast numbers, which were significantly reduced by 5 or 10 mg kg-1 day-1 DX. These data show that DX inhibits inflammatory bone resorption in a manner that is independent of its antimicrobial properties.

Évaluation du lavage articulaire avec des salines hypertoniques dans le traitement de l’arthrite septique chez le veau

L’arthrite septique chez les bovins est une affection le plus souvent d’origine bactérienne qui est une cause de boiterie fréquente associée à des pertes économiques importantes. Le traitement, qui doit être initié le plus rapidement possible, s’appuie sur l’utilisation combinée d’anti-inflammatoires non stéroïdiens, d’un ou de plusieurs lavages articulaires ainsi que d’antibiotiques administrés de façon systémique pour un minimum de 3 semaines. Cette durée d’administration constitue une difficulté pour les élevages dits biologiques pour lesquels un cahier des charges strict limite un recours prolongé aux antibiotiques. Ainsi le traitement efficace de diverses conditions infectieuses et celui de l’arthrite septique en particulier dans ces élevages peut être compromis. L’objectif de ce travail est de s’appuyer sur les propriétés antimicrobiennes des solutions de saline hypertonique (SSH) pour limiter l’utilisation des antibiotiques dans les cas d’arthrite septique chez les veaux en intégrant ces solutions pour le lavage des articulations infectées. Notre première étude a consisté à déterminer la sécurité d’emploi de deux concentrations de SSH (une commerciale à 7.2% et une maison à 15%) dans des articulations supposées saines chez le veau. Une synovite sévère associée à des signes cliniques caractéristiques d’atteintes articulaires a été observé lors de l’utilisation de SSH 15%. Son utilisation clinique comme solution de lavage articulaire est par conséquent déconseillée. Concernant la SSH 7.2%, malgré une synovite d’intensité variable, nous n’avons pas noté des signes cliniques caractéristiques d’atteintes articulaires. Son utilisation dans un contexte expérimental d’infection articulaire nous a paru réaliste. Notre seconde étude a permis d’évaluer les effets du lavage articulaire avec de la SSH 7.2% dans un modèle expérimental d’infection à Escherichia coli. Trois groupes de traitement ont été constitués. Dans le premier groupe (traitement standard), un lavage était effectué avec du lactate de Ringer (LRS) et les veaux recevaient une administration biquotidienne de ceftiofur par voie intraveineuse pour 21 jours. Dans le deuxième groupe (LRS), un lavage était effectué avec du LRS et aucun antibiotique n’était administré. Enfin dans le troisième groupe (SSH), un lavage était effectué avec de la SSH 7.2% sans qu’aucun antibiotique ne soit administré. Tous les veaux ont reçu du kétoprofen quotidiennement pendant 3 jours. L’inoculation s’est fait au jour 1 et les traitements ont débuté au jour 2. L’efficacité des traitements a été établie sur des critères cliniques, bactériologiques et cytologiques. Dans le modèle que nous avons utilisé, les trois groupes de traitements ont conduits à une guérison clinique et bactériologique satisfaisante (absence de boiterie, de douleur et de croissance bactérienne dans le liquide articulaire en fin d’étude). La guérison cytologique n’a quant à elle pas été jugée satisfaisante avec des moyennes de comptage et de pourcentage en neutrophiles tout groupe confondu bien supérieures aux valeurs normales (11.39x109/l de neutrophiles représentant 74.73% des leucocytes en fin d’étude). Le traitement avec la SSH 7.2% s’est révélé être significativement plus traumatique et pas plus efficace dans l’élimination de l’infection comparativement au traitement LRS. D’autre part, le lavage articulaire au LRS s’est révélé être aussi efficace et sécuritaire que le traitement standard de l’arthrite septique qui incluait 21 jours de ceftiofur administré par voie intraveineuse. Ainsi, bien que le lavage avec de la SSH 7.2% n’est pas démontré de résultats satisfaisants qui permettrait de limiter le recours aux antibiotiques dans les filières biologiques, l’association d’un lavage au LRS avec le ketoprofen s’est révélée être une alternative possible. De nouvelles études sont requises pour confirmer ses résultats et pour déterminer le rôle respectif du lavage articulaire et du ketoprofen dans la guérison lors d’arthrite septique.

Effets des nanoparticules d'argent sur les processus enzymatiques des sols

Les nanomatériaux sont de plus en plus présents dans les produits consommables du quotidien. L’argent est le métal le plus utilisé en nanotechnologie pour ses propriétés antimicrobiennes. Par différentes voies d’entrée, les nanoparticules d’argent (nAg) se retrouvent dans l’environnement en quantité significative, notamment dans les sols suite à la valorisation agricole des biosolides municipaux. Il est prévu qu’une interaction négative sur la communauté microbienne terrestre ait des répercussions sur la fertilité du sol et les processus biogéochimiques. Les mesures de l’activité enzymatique ont déjà montré leur efficacité et leur sensibilité dans la détection d’une perturbation physique et chimique du sol. Les effets potentiels des nAg sur l’écosystème terrestre ont été évalués en mesurant l’activité des enzymes β-D-glucosidase (EC 3.2.1.21), leucine-aminopeptidase (EC 3.4.11.1), phosphomonoesterase (EC 3.1.3) et arylsulfatase (EC 3.1.6.1) intervenant dans les cycles des éléments essentiels C, N, P et S, respectivement. L’activité enzymatique est mesurée à l’aide d’une technique basée sur la fluorescence qui requière des substrats synthétiques liés à un fluorophore. Un sol de type sableux a été échantillonné au Campus Macdonald de l’Université McGill (Sainte-Anne-de-Bellevue, Qc) puis exposé aux nAg (taille ~20 nm) ou à la forme ionique Ag+ (Ag-acetate) à des concentrations nominales de 1,25 × 10-3, 1,25 × 10-2, 0,125, 1,25, 6,25 et 31,25 mg Ag kg-1 sol. De plus, le rôle de la matière organique (MO) a été évalué en effectuant un amendement du sol avec un compost de feuilles. Pour mieux comprendre les effets observés, des analyses de spéciation de l’Ag ont été réalisées. Les concentrations en Ag dissous ont été déterminées après filtration à travers des membranes de 0,45 µm ou de 3 kDa (~1 nm, ultrafiltration) pour séparer la phase particulaire des ions dissous. De façon générale, une inhibition de l’activité enzymatique a été observée pour les 4 enzymes en fonction de l’augmentation de la concentration en Ag (totale et dissoute) mais elle est significativement moins importante avec l’ajout de la MO. Les résultats suggèrent que l’inhibition de l’activité des enzymes aux faibles expositions aux nAg est due aux nanoparticules puisqu’une très faible fraction des nAg est réellement dissoute et aucun effet significatif n’a été observé pour les sols traités à des concentrations similaires en Ag+. Par contre, les effets mesurés aux concentrations plus élevées en nAg sont semblables aux expositions à l’Ag+ et suggèrent un rôle de l’Ag colloïdale dans l’inhibition du processus enzymatique des sols.

Diversity in Structural and Spectural Characteristics of Some Transition Metal Complexes Derived From Aldehyde Based Thiosemicarbazone Ligands

The study deals with the diversity in structural and spectural characteristics of some transition metal complexes derived from aldehyde based thiosemicarbazone ligands thiosemicarbazones are a family of compounds with beneficial biological activity viz., anticancer,antitumour, antifungal, antibacterial, antimalarial, antifilarial, antiviral and anti-HIV activities. Many thiosemicarbazone ligands and their complexes have been prepared and screened for their antimicrobial activity against various types of fungi and bacteria. The results prove that the compounds exhibit antimicrobial properties and it is important to note that in some cases metal chelates show more inhibitory effects than the parent ligands. The increased lipophilicity of these complexes seems to be responsible for their enhanced biological potency. Adverse biological activities of thiosemicarbazones have been widely studied in rats and in other species. The parameters measured show that copper complexes caused considerable oxidative stress and zinc zinc complexes behaved as antioxidants. It has applications on analytical field also. Some thiosemicarbazones produce highly colored complexes with metal ions. This thesis aims to synthesis some novel thiosemicarbazone ligands and their transition metal complexes together with their physico-chemical characterization.

Rubber-Layered Clay Nanocomposites

Department of Polymer Science and Rubber Technology,Cochin University of Science and Technology

Síntesi de nucleopèptids en fase sòlida, i de derivats de Pantocina B

La tesis doctoral está dividida en 3 partes: La primera presenta la aplicación del grupo TCP a la síntesis de PNAs en fase sólida. La segunda está dedicada a la síntesis de un nuevo tipo de nucleoaminácido para la síntesis de nuevos nucleopéptidos. La tercera está centrada en los estudios iniciales de síntesis de derivados de Pantocina B, un compuesto con propiedades antimicrobianas.

Anthelmintic activity of trans-cinnamaldehyde and A- and B-type proanthocyanidins derived from cinnamon (Cinnamomum verum)

Cinnamon (Cinnamomum verum) has been shown to have anti-inflammatory and antimicrobial properties, but effects on parasitic worms of the intestine have not been investigated. Here, extracts of cinnamon bark were shown to have potent in vitro anthelmintic properties against the swine nematode Ascaris suum. Analysis of the extract revealed high concentrations of proanthocyanidins (PAC) and trans-cinnamaldehyde (CA). The PAC were subjected to thiolysis and HPLC-MS analysis which demonstrated that they were exclusively procyanidins, had a mean degree of polymerization of 5.2 and 21% of their inter-flavan-3-ol links were A-type linkages. Purification of the PAC revealed that whilst they had activity against A. suum, most of the potency of the extract derived from CA. Trichuris suis and Oesophagostomum dentatum larvae were similarly susceptible to CA. To test whether CA could reduce A. suum infection in pigs in vivo, CA was administered daily in the diet or as a targeted, encapsulated dose. However, infection was not significantly reduced. It is proposed that the rapid absorption or metabolism of CA in vivo may prevent it from being present in sufficient concentrations in situ to exert efficacy. Therefore, further work should focus on whether formulation of CA can enhance its activity against internal parasites.