Chiral HPLC analysis of donepezil, 5-O-desmethyl donepezil and 6-O-desmethyl donepezil in culture medium: application to fungal biotransformation studies

An high performance liquid chromatography (HPLC) method for the enantioselective determination of donepezil (DPZ), 5-O-desmethyl donepezil (5-ODD), and 6-O-desmethyl donepezil (6-ODD) in Czapek culture medium to be applied to biotransformation studies with fungi is described for the first time. The HPLC analysis was carried out using a Chiralpak AD-H column with hexane/ethanol/methanol (75:20:5, v/v/v) plus 0.3 % triethylamine as mobile phase and UV detection at 270 nm. Sample preparation was carried out by liquid-liquid extraction using ethyl acetate as extractor solvent. The method was linear over the concentration range of 100-10,000 ng mL(-1) for each enantiomer of DPZ (r a parts per thousand yenaEuro parts per thousand 0.9985) and of 100-5,000 ng mL(-1) for each enantiomer of 5-ODD (r a parts per thousand yenaEuro parts per thousand 0.9977) and 6-ODD (r a parts per thousand yenaEuro parts per thousand 0.9951). Within-day and between-day precision and accuracy evaluated by relative standard deviations and relative errors, respectively, were lower than 15 % for all analytes. The validated method was used to assess DPZ biotransformation by the fungi Beauveria bassiana American Type Culture Collection (ATCC) 7159 and Cunninghamella elegans ATCC 10028B. Using the fungus B. bassiana ATCC 7159, a predominant formation of (R)-5-ODD was observed while for the fungus C. elegans ATCC 10028B, DPZ was biotransformed to (R)-6-ODD with an enantiomeric excess of 100 %.

Bioassay guided purification of the antimicrobial fraction of a Brazilian propolis from Bahia state

Abstract Background Brazilian propolis type 6 (Atlantic forest, Bahia) is distinct from the other types of propolis especially due to absence of flavonoids and presence of other non-polar, long chain compounds, but presenting good in vitro and in vivo antimicrobial activity. Several authors have suggested that fatty acids found in this propolis might be responsible for its antimicrobial activity; however, so far no evidence concerning this finding has been reported in the literature. The goals of this study were to evaluate the antibacterial activity of the main pure fatty acids in the ethanolic extract and fractions and elucidate the chemical nature of the bioactive compounds isolated from Brazilian propolis type 6. Methods Brazilian propolis type 6 ethanolic extract (EEP), hexane fraction (H-Fr), major fatty acids, and isolated sub-fractions were analyzed using high performance liquid chromatography (HPLC), high resolution gas chromatography with flame ionization detection (HRGC-FID), and gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS). Three sub-fractions of H-Fr were obtained through preparative HPLC. Antimicrobial activity of EEP, H-Fr, sub-fractions, and fatty acids were tested against Staphyloccus aureus ATCC 25923 and Streptococcus mutans Ingbritt 1600 using minimum inhibitory concentration (MIC) and minimum bactericidal concentration (MBC). Results EEP and H-Fr inhibited the growth of the microorganisms tested; nevertheless, no antimicrobial activity was found for the major fatty acids. The three sub-fractions (1, 2, and 3) were isolated from H-Fr by preparative HPLC and only sub-fraction 1 showed antimicrobial activity. Conclusion a) The major fatty acids tested were not responsible for the antimicrobial activity of propolis type 6; b) Sub-fraction 1, belonging to the benzophenone class, was responsible for the antimicrobial activity observed in the present study. The identification of the bioactive compound will improve the development of more efficient uses of this natural product.

Simultaneous quantification of lycopene, β-carotene, retinol and α -tocopherol in plasma after a simple extraction procedure: stability study and application to human volunteers

A method for the simultaneous quantification of lycopene, β-carotene, retinol and α-tocopherol by high-performance liquid chromatography (HPLC) with Vis/fluorescence detection with isocratic elution was optimized and validated. The method consists of a rapid and simple liquid-liquid extraction procedure and a posterior quantification of extracted supernatants by HPLC. Aliquots of plasma were stored at -20°C for three months for stability study. The methodology was applied to samples from painters and individuals not exposed to paints (n = 75). The assay was linear for all vitamins (r > 0.99). Intra- and inter-run precisions were obtained with coefficient of variation smaller than 5%. The accuracies ranged from 0.29 to -5.80% and recoveries between 92.73 and 101.97%. Plasma samples and extracted supernatants were stable for 60 days at -20°C. A significant decrease of lycopene, β-carotene and retinol concentrations in plasma from exposed individuals compared to non-exposed individuals (p < 0.05) was observed. The method is simple, reproducible, precise, accurate and sensitive, and can be routinely utilized in clinical laboratories.

Bioremediation of herbicide velpar K® in vitro in aqueous solution with application of EM-4 (effective microorganisms)

This work assessed the bioremediation of herbicide Velpar K®, in vitro in aqueous solution, used against weeds in sugar cane in São Paulo state. The herbicide contained Hexazinone and Diuron. It was used the microbial inoculant denominated Effective Microorganisms (EM-4), pool of microorganisms from soil that contained lactic and photosynthetic bacteria, fungi, yeasts and actinomycetes for bioremediation. Results for the depth of cultivation on agar-agar inoculated with EM-4 showed the microorganisms growth in the concentrations between 0.2% and 1.0% of the Velpar K®in the gel. The analysis of high performance liquid chromatography (HPLC) showed that the EM-4 was effective for the bioremediation of the herbicide, which reached the values of 80% for diuron and 70% for hexazinone after 21 days in solution of 2:1 of Velpar K®/EM-4 ratio. These results could be useful for planning the bioremediation of contaminated areas with Velpar K®.

Monitoring and determination of fungi and mycotoxins in stored Brazil nuts

Brazil nut (Bertholletia excelsa) is an important commodity from the Brazilian Amazon, and approximately 37,000 tons (3.36 × 10⁷ kg) of Brazil nuts are harvested each year. However, substantial nut contamination by Aspergillus section Flavi occurs, with subsequent production of mycotoxins. In this context, the objective of the present investigation was to evaluate the presence of fungi and mycotoxins (aflatoxins and cyclopiazonic acid) in 110 stored samples of cultivated Brazil nut (55 samples of nuts and 55 samples of shells) collected monthly for 11 months in Itacoatiara, State of Amazonas, Brazil. The samples were inoculated in duplicate onto Aspergillus flavus and Aspergillus parasiticus agar and potato dextrose agar for the detection of fungi, and the presence of mycotoxins was determined by high-performance liquid chromatography. The most prevalent fungi in nuts and shells were Aspergillus spp., Fusarium spp., and Penicillium spp. A polyphasic approach was used for identification of Aspergillus species. Aflatoxins and cyclopiazonic acid were not detected in any of the samples analyzed. The low water activity of the substrate was a determinant factor for the presence of fungi and the absence of aflatoxin in Brazil nut samples. The high frequency of isolation of aflatoxigenic Aspergillus section Flavi strains, mainly A. flavus, and their persistence during storage increase the chances of aflatoxin production on these substrates and indicates the need for good management practices to prevent mycotoxin contamination in Brazil nuts.

Mycobiota, aflatoxins and cyclopiazonic acid in stored peanut cultivars

This study evaluated the presence of fungi and mycotoxins [aflatoxins (AFs), cyclopiazonic acid (CPA), and aspergillic acid] in stored samples of peanut cultivar Runner IAC Caiapó and cultivar Runner IAC 886 during 6 months. A total of 70 pod and 70 kernel samples were directly seeded onto Aspergillus flavus and Aspergillus parasiticus agar for fungi isolation and aspergillic acid detection, and AFs and CPA were analyzed by high-performance liquid chromatography. The results showed the predominance of Aspergillus section Flavi strains, Aspergillus section Nigri strains, Fusarium spp., Penicillium spp. and Rhizopus spp. from both peanut cultivars. AFs were detected in 11.4% of kernel samples of the two cultivars and in 5.7% and 8.6% of pod samples of the Caiapó and 886 cultivars, respectively. CPA was detected in 60.0% and 74.3% of kernel samples of the Caiapó and 886 cultivars, respectively. Co-occurrence of both mycotoxins was observed in 11.4% of kernel samples of the two cultivars. These results indicate a potential risk of aflatoxin production if good storage practices are not applied. In addition, the large number of samples contaminated with CPA and the simultaneous detection of AFs and CPA highlight the need to investigate factors related to the control and co-occurrence of these toxins in peanuts.

Quali-quantitative study of the phenolic and polyphenolic compounds and their antioxidant capacity in vegetal matrix processed with different technologies

Food technologies today mean reducing agricultural food waste, improvement of food security, enhancement of food sensory properties, enlargement of food market and food economies. Food technologists must be high-skilled technicians with good scientific knowledge of food hygiene, food chemistry, industrial technologies and food engineering, sensory evaluation experience and analytical chemistry. Their role is to apply the modern vision of science in the field of human nutrition, rising up knowledge in food science. The present PhD project starts with the aim of studying and improving frozen fruits quality. Freezing process in very powerful in preserve initial raw material characteristics, but pre-treatment before the freezing process are necessary to improve quality, in particular to improve texture and enzymatic activity of frozen foods. Osmotic Dehydration (OD) and Vacuum Impregnation (VI), are useful techniques to modify fruits and vegetables composition and prepare them to freezing process. These techniques permit to introduce cryo-protective agent into the food matrices, without significant changes of the original structure, but cause a slight leaching of important intrinsic compounds. Phenolic and polyphenolic compounds for example in apples and nectarines treated with hypertonic solutions are slightly decreased, but the effect of concentration due to water removal driven out from the osmotic gradient, cause a final content of phenolic compounds similar to that of the raw material. In many experiment, a very important change in fruit composition regard the aroma profile. This occur in strawberries osmo-dehydrated under vacuum condition or under atmospheric pressure condition. The increment of some volatiles, probably due to fermentative metabolism induced by the osmotic stress of hypertonic treatment, induce a sensory profile modification of frozen fruits, that in some way result in a better acceptability of consumer, that prefer treated frozen fruits to untreated frozen fruits. Among different processes used, a very interesting result was obtained with the application of a osmotic pre-treatment driven out at refrigerated temperature for long time. The final quality of frozen strawberries was very high and a peculiar increment of phenolic profile was detected. This interesting phenomenon was probably due to induction of phenolic biological synthesis (for example as reaction to osmotic stress), or to hydrolysis of polymeric phenolic compounds. Aside this investigation in the cryo-stabilization and dehydrofreezing of fruits, deeper investigation in VI techniques were carried out, as studies of changes in vacuum impregnated prickly pear texture, and in use of VI and ultrasound (US) in aroma enrichment of fruit pieces. Moreover, to develop sensory evaluation tools and analytical chemistry determination (of volatiles and phenolic compounds), some researches were bring off and published in these fields. Specifically dealing with off-flavour development during storage of boiled potato, and capillary zonal electrophoresis (CZE) and high performance liquid chromatography (HPLC) determination of phenolic compounds.

Determination of trace elemental species in periostracum of Cypraea shells

n this work, three Cypraea species (C. talpa, C. tigris and C. zebra) were exhaustively studied. The shells have been separated in the structural layers. The mineralogy, ultra- and micro-structure of each layer were analyzed by Confocal Laser Scanning Microscopy (CLSM), Scanning Electron Microscopy (SEM), X-Ray Diffractometry (XRD) and Raman Spectroscopy (RS). The presence of biologically relevant trace metals (Mn, Co, Fe, Zn, Cr, etc.) has been investigated using Instrumental Neutron Activation Analysis (INAA) and Inductively Coupled Plasma – Mass Spectrometry (ICP-MS) as detection tool. A new method has been developed and optimized to extract and analyze the soluble organic matrix (SOM) of the shell. Although the molecular nature of the SOM is not really known, it contains at least large protein fraction, if not only consists of proteins. The extracted matrices were compared between layers and species using Size Exclusion High Performance Liquid Chromatography coupled with Ultra Violet Spectrometry (SE-HPLC-UV), Gel electrophoresis (GE) and protein quantification tests. For the first time to our knowledge the association of trace elements to the protein in the SOM of the shell was studied using hyphenated on line as well as combined off line techniques and validated through inter-comparison tests between the different methods applied. Interesting correlations between the trace element concentration, the microstructure and the protein content were directly and indirectly detected. The metals Cu, Ni, Co and Zn have shown to bind to the SOM extracted from C. talpa, C. tigris and C. zebra shells. Within the conclusions of this work it was demonstrated that these protein-metal-complexes (or metal containing proteins) change from one layer to the other and are different between the three snails analyzed. In addition, the complexes are clearly related only to certain protein fractions of the SOM, and not to the whole SOM observed. These fractions and show not to be very metal-specific (i.e. some of these fractions bind two or three different metals).

Funktionelle Bedeutung von P-Glykoprotein für Wirkungen und Nebenwirkungen von Antipsychotika

Therapeutisches Drug Monitoring (TDM) ist eine Maßnahme, bei der durch Messung der Medikamentenspiegel im Blut die Dosis ermittelt wird, bei der mit höchster Wahrscheinlichkeit mit Therapieansprechen gerechnet werden kann. Dabei wird angenommen, dass die Konzentrationen im Blut mit denen im Wirkkompartiment korrelieren. Für Antipsychotika wurde gezeigt, dass die Konzentrationen im Blut direkt mit denen im Gehirn korrelieren, die Verteilung zwischen den beiden Kompartimenten ist jedoch für die verschiedenen Antipsychotika sehr unterschiedlich. Die Distribution von Arzneistoffen zwischen Blut und Gehirn wird durch Effluxtransporter in der Blut-Hirn-Schranke kontrolliert. Welche Rolle dabei P-Glykoprotein (P-gp) für die Verteilung von atypischen Antipsychotika spielt und wie die Pharmakokinetik und –dynamik durch diesen Transporter beeinflusst werden, sollte in dieser Arbeit untersucht werden. Für die Messung des neu eingeführten Antipsychotikums Aripiprazol, sowie für seinen aktiven Metaboliten Dehydroaripiprazol, wurde eine hochleistungsflüssigchromatographische (HPLC) Methode mit Säulenschaltung und spektrophotometrischer Detektion etabliert. Die Methode wurde für die Messung von Serumproben schizophrener Patienten eingesetzt, um einen therapeutischen Bereich für Aripiprazol zu ermitteln. Aus der Analyse von 523 Patientenproben wurde herausgefunden, dass Aripiprazol-Serumkonzentrationen von 150 bis 300 ng/ml mit gutem klinischen Ansprechen und einem geringen Risiko für Nebenwirkungen einhergingen. Weiterhin wurde festgestellt, dass die Serumspiegel bei gleichzeitiger Gabe von Inhibitoren und Induktoren der Cytochrom P450 (CYP) Isoenzyme CYP2D6 und CYP3A4 erhöht bzw. gesenkt wurden. Am Modell der P-gp Knockout Maus im Vergleich zu FVB Wildtyp Mäusen wurden Konzentrationsverläufe von Antipsychotika nach i.p. Gabe von Amisulprid, Aripiprazol, Dehydroaripiprazol, Clozapin, Desmethylclozapin, Haloperidol, Olanzapin, Quetiapin, Risperidon und 9-Hydroxyrisperidon sowie der Kontrollsubstanz Domperidon im Gehirn und Blut über 24 Stunden mittels HPLC-Methoden gemessen. Welchen Einfluss eine verminderte Expression von P-gp auf die Pharmakodynamik hat, wurde in zwei Verhaltenstests untersucht. Mit Hilfe des Rotarods wurden motorische Effekte der Arzneistoffe erfasst und mittels Radial Arm Water Maze kognitive Fähigkeiten. Risperidon und sein aktiver Metabolit 9-Hydroxyrisperidon waren die stärksten Substrate von P-gp. 10-fach höhere Konzentrationen im Gehirn der P-gp Knockout Mäuse führten zu 10-fach stärkeren Beeinträchtigungen in den pharmakodynamischen Untersuchungen im Vergleich zu Wildtyp Tieren. Amisulprid, Aripiprazol, Dehydroaripiprazol, Desmethylclozapin und Quetiapin konnten ebenfalls als Substrate von P-gp identifiziert werden. Olanzapin, Haloperidol und Clozapin wurden durch P-gp wenig bzw. nicht in ihrer Pharmakokinetik und –dynamik beeinflusst. Da P-gp von Nagern und Menschen nach derzeitiger Kenntnis in ihren Substrateigenschaften weitgehend übereinstimmen, muss bei einer Behandlung von schizophrenen Patienten mit Antipsychotika, die als Substrate von P-gp identifiziert wurden, davon ausgegangen werden, dass eine Veränderung der Expression oder Aktivität von P-gp, genetisch verursacht oder durch Medikamente bedingt, für das Therapieansprechen oder das Auftreten von Nebenwirkungen bedeutsam sind.

Optimierung der Pharmakotherapie schizophrener Patienten durch objektive Symptomerfassung und Therapeutisches Drug Monitoring

Der Erfolg einer Schizophrenie-Behandlung ist zum größten Teil abhängig vom Ansprechen des Patienten auf seine antipsychotische Medikation. Welches Medikament und welche Dosis bei einem individuellen Patienten wirksam sind, kann derzeit erst nach mehrwöchiger Behandlung beurteilt werden. Ein Grund für variierendes Therapieansprechen sind variable Plasmakonzentrationen der Antipsychotika. Ziel dieser Arbeit war es, zu untersuchen, in wieweit der Therapieerfolg zu einem frühen Zeitpunkt der Behandlung durch objektive Symptomerfassung vorhersagbar ist und welche Faktoren die hohe Variabilität der Antipsychotikaspiegel im Blut beeinflussen. rnEine 18-monatige naturalistische klinische Studie an schizophrenen Patienten wurde durchgeführt, um folgende Fragen zu beantworten: Kann man das Therapieansprechen prädizieren und welche Instrumente sind dafür geeignet? Die Psychopathologie wurde anhand zweier Messskalen (Brief Psychiatric Rating Scale, BPRS und Clinical Global Impressions, CGI) wöchentlich ermittelt, um die Besserung der Krankheitssymptome im Verlauf von 8 Wochen zu bewerten. Therapiebegleitend wurden noch die Serum-Konzentrationen der Antipsychotika gemessen. Objektive Symptomerfassung durch BPRS oder CGI waren als Messinstrumente geeignet, Therapieansprechen vorherzusagen. Bezogen auf den Behandlungsbeginn war eine Verminderung der Symptome hoch prädiktiv für späteres Therapieversagen oder -ansprechen. Eine Verminderung um mehr als 36,5% auf der BPRS Skala in Woche 2 wurde als signifikanter Schwellenwert für Nichtansprechen ermittelt. Patienten, deren Symptombesserung unterhalb des Schwellenwertes lag, hatten eine 11,2-fach höhere Wahrscheinlichkeit, am Ende der Studie nicht auf ihre medikamentöse Therapie anzusprechen als die Patienten, die sich um mindestens 36,5% verbesserten. Andere Faktoren, wie Alter, Geschlecht, Dauer der Erkrankung oder Anzahl der stationären Aufenthalte hatten keinen Einfluss auf die Prädiktion des Therapieansprechens. Therapeutische Antipsychotika-Spiegel übten einen positiven Einfluss auf die Ansprechrate aus. Bei Patienten mit therapeutischen Spiegeln war das Ansprechen rascher und die Ansprechrate größer als unter denjenigen deren Spiegel außerhalb der therapeutisch üblichen Bereiche lag. rnEine wichtige Voraussetzung für den Einsatz von TDM ist das Vorhandensein einer präzisen, reproduzierbaren, zeit- und kostensparenden analytischen Methode zur quantitativen Bestimmung der untersuchten Substanzen. Die Entwicklung und Validierung einer solchen geeigneten Methode wurde für den Nachweis von Haloperidol vorgenommen. Eine HPLC-Methode mit Säulenschaltung erwies sich für TDM geeignet. rnBasierend auf den Ergebnissen der eigenen klinischen Studie zur Response Prädiktion wurde untersucht, welche Faktoren die Variabilität der Pharmakokinetik von Antipsychotika beeinflussen. Die Variabilität der Pharmakokinetik ist ein Grund für fehlendes oder unzureichendes Ansprechen. Es wurde zum einen der Einfluss der galenischen Formulierung auf die Freisetzung und zum anderen der Einfluss von entzündlichen Prozessen auf die Metabolisierung eines Antipsychotikums untersucht. Dazu wurden Patientendaten retrospektiv ausgewertet.rnDie Analyse von 247 Serumspiegeln von Patienten, die mit Paliperidon in OROS®Formulierung, einer neu eingeführten Retardform, behandelt wurden, zeigte, dass die intraindividuelle Variabilität der Talspiegel (Vk) von Paliperidon 35% betrug. Er war damit vergleichbar wie für nicht retardiertes Risperidon 32% (p=n.s.). Die Retardierung hatte demnach keinen Varianz mindernden Effekt auf die Talspiegel des Antipsychotikums. Der Wirkstoff-Konzentrations-Bereich lag bei 21-55 ng/ml und entsprach ebenfalls nahezu dem therapeutischen Bereich von Risperidon (20-60 ng/ml). rnEntzündliche Prozesse können die Metabolisierung von Medikamenten verändern. Dies wurde bisher für Medikamente nachgewiesen, die über CYP1A2 abgebaut werden. Durch die eigene Analyse von 84 Patienten-Serumspiegeln konnte festgestellt werden, dass die Metabolisierung von Quetiapin während eines entzündlichen Prozesses beeinträchtigt war, wahrscheinlich durch Hemmung von CYP3A4. Dies sprach dafür, dass auch Wirkstoffe, die über CYP3A4 abgebaut werden, während eines entzündlichen Prozesses im Körper in ihrer Pharmakokinetik beeinträchtigt sein können. Aus diesem Grund sollte während einer Infektion unter der Therapie mit Quetiapin besonders auf die Nebenwirkungen geachtet werden und der Serumspiegel sollte in dieser Zeit überwacht werden, um den Patienten vor eventuellen Nebenwirkungen oder sogar Intoxikationen zu schützen. rnDie Befunde dieser Arbeit zeigen, dass bei einer Behandlung schizophrener Patienten mit Antipsychotika die Messung der Psychopathologie zur Vorhersage des Therapieansprechens und die Messung der Blutspiegel zur Identifizierung von Faktoren, die die pharmakokinetische Variabilität bedingen, geeignet sind. Objektive Symptomerfassung und Therapeutisches Drug Monitoring sind demnach Instrumente, die für die Steuerung der antipsychotischen Pharmakotherapie genutzt werden sollten.rn

Implementation of enhanced biological phosphorus removal (ebpr) wastewater treatment processes enriched with different microbial communities

The EBPR (Enhanced Biological Phosphorus Removal) is a type of secondary treatment in WWTPs (WasteWater Treatment Plants), quite largely used in full-scale plants worldwide. The phosphorus occurring in aquatic systems in high amounts can cause eutrophication and consequently the death of fauna and flora. A specific biomass is used in order to remove the phosphorus, the so-called PAOs (Polyphosphate Accumulating Organisms) that accumulate the phosphorus in form of polyphosphate in their cells. Some of these organisms, the so-called DPAO (Denitrifying Polyphosphate Accumulating Organisms) use as electron acceptor the nitrate or nitrite, contributing in this way also to the removal of these compounds from the wastewater, but there could be side reactions leading to the formation of nitrous oxides. The aim of this project was to simulate in laboratory scale a EBPR, acclimatizing and enriching the specialized biomass. Two bioreactors were operated as Sequencing Batch Reactors, one enriched in Accumulibacter, the other in Tetrasphaera (both PAOs): Tetrasphaera microorganisms are able to uptake aminoacids as carbon source, Accumulibacter uptake organic carbon (volatile fatty acids, VFA). In order to measure the removal of COD, phosphorus and nitrogen-derivate compounds, different analysis were performed: spectrophotometric measure of phosphorus, nitrate, nitrite and ammonia concentrations, TOC (Total Organic Carbon, measuring the carbon consumption), VFA via HPLC (High Performance Liquid Chromatography), total and volatile suspended solids following standard methods APHA, qualitative microorganism population via FISH (Fluorescence In Situ Hybridization). Batch test were also performed to monitor the NOx production. Both specialized populations accumulated as a result of SBR operations; however, Accumulibacter were found to uptake phosphates at higher extents. Both populations were able to remove efficiently nitrates and organic compounds occurring in the feeding. The experimental work was carried out at FCT of Universidade Nova de Lisboa (FCT-UNL) from February to July 2014.

Entwicklung von chiralen- sowie RP-HPLC-Methoden in Verbindung mit hochauflösender MS und deren Anwendung zur Analyse sekundärer organischer Aerosole in der Atmosphäre

Die Erdatmosphäre besteht hauptsächlich aus Stickstoff (78%), Sauerstoff (21%) und Edelga¬sen. Obwohl Partikel weniger als 0,1% ausmachen, spielen sie eine entscheidende Rolle in der Chemie und Physik der Atmosphäre, da sie das Klima der Erde sowohl direkt als auch indirekt beeinflussen. Je nach Art der Bildung unterscheidet man zwischen primären und sekundären Partikeln, wobei primäre Partikel direkt in die Atmosphäre eingetragen werden. Sekundäre Partikel hingegen entstehen durch Kondensation von schwerflüchtigen Verbindungen aus der Gasphase, welche durch Reaktionen von gasförmigen Vorläufersubstanzen (volatile organic compounds, VOCs) mit atmosphärischen Oxidantien wie Ozon oder OH-Radikalen gebildet werden. Da die meisten Vorläufersubstanzen organischer Natur sind, wird das daraus gebil¬dete Aerosol als sekundäres organisches Aerosol (SOA) bezeichnet. Anders als die meisten primären Partikel stammen die VOCs überwiegend aus biogenen Quellen. Es handelt sich da¬bei um ungesättigte Kohlenwasserstoffe, die bei intensiver Sonneneinstrahlung und hohen Temperaturen von Pflanzen emittiert werden. Viele der leichtflüchtigen Vorläufersubstanzen sind chiral, sowohl die Vorläufer als auch die daraus gebildeten Partikel werden aber in den meisten Studien als eine Verbindung betrachtet und gemeinsam analysiert. Die mit Modellen berechneten SOA-Konzentrationen, welche auf dieser traditionellen Vorstellung der SOA-Bil¬dung beruhen, liegen deutlich unterhalb der in der Atmosphäre gefundenen, so dass neben diesem Bildungsweg auch noch andere SOA-Bildungsarten existieren müssen. Aus diesem Grund wird der Fokus der heutigen Forschung vermehrt auf die heterogene Chemie in der Partikelphase gerichtet. Glyoxal als Modellsubstanz kommt hierbei eine wichtige Rolle zu. Es handelt sich bei dieser Verbindung um ein Molekül mit einem hohen Dampfdruck, das auf Grund dieser Eigenschaft nur in der Gasphase zu finden sein sollte. Da es aber über zwei Alde¬hydgruppen verfügt, ist es sehr gut wasserlöslich und kann dadurch in die Partikelphase über¬gehen, wo es heterogenen chemischen Prozessen unterliegt. Unter anderem werden in An¬wesenheit von Ammoniumionen Imidazole gebildet, welche wegen der beiden Stickstoff-He¬teroatome lichtabsorbierende Eigenschaften besitzen. Die Verteilung von Glyoxal zwischen der Gas- und der Partikelphase wird durch das Henrysche Gesetz beschrieben, wobei die Gleichgewichtskonstante die sogenannte Henry-Konstante ist. Diese ist abhängig von der un¬tersuchten organischen Verbindung und den im Partikel vorhandenen anorganischen Salzen. Für die Untersuchung chiraler Verbindungen im SOA wurde zunächst eine Filterextraktions¬methode entwickelt und die erhaltenen Proben anschließend mittels chiraler Hochleistungs-Flüssigchromatographie, welche an ein Elektrospray-Massenspektrometer gekoppelt war, analysiert. Der Fokus lag hierbei auf dem am häufigsten emittierten Monoterpen α-Pinen und seinem Hauptprodukt, der Pinsäure. Da bei der Ozonolyse des α-Pinens das cyclische Grund¬gerüst erhalten bleibt, können trotz der beiden im Molekül vorhanden chiralen Zentren nur zwei Pinsäure Enantiomere gebildet werden. Als Extraktionsmittel wurde eine Mischung aus Methanol/Wasser 9/1 gewählt, mit welcher Extraktionseffizienzen von 65% für Pinsäure Enan¬tiomer 1 und 68% für Pinsäure Enantiomer 2 erreicht werden konnten. Des Weiteren wurden Experimente in einer Atmosphärensimulationskammer durchgeführt, um die Produkte der α-Pinen Ozonolyse eindeutig zu charakterisieren. Enantiomer 1 wurde demnach aus (+)-α-Pinen gebildet und Enantiomer 2 entstand aus (-)-α-Pinen. Auf Filterproben aus dem brasilianischen Regenwald konnte ausschließlich Pinsäure Enantiomer 2 gefunden werden. Enantiomer 1 lag dauerhaft unterhalb der Nachweisgrenze von 18,27 ng/mL. Im borealen Nadelwald war das Verhältnis umgekehrt und Pinsäure Enantiomer 1 überwog vor Pinsäure Enantiomer 2. Das Verhältnis betrug 56% Enantiomer 1 zu 44% Enantiomer 2. Saisonale Verläufe im tropischen Regenwald zeigten, dass die Konzentrationen zur Trockenzeit im August höher waren als wäh¬rend der Regenzeit im Februar. Auch im borealen Nadelwald wurden im Sommer höhere Kon¬zentrationen gemessen als im Winter. Die Verhältnisse der Enantiomere änderten sich nicht im jahreszeitlichen Verlauf. Die Bestimmung der Henry-Konstanten von Glyoxal bei verschiedenen Saataerosolen, nämlich Ammoniumsulfat, Natriumnitrat, Kaliumsulfat, Natriumchlorid und Ammoniumnitrat sowie die irreversible Produktbildung aus Glyoxal in Anwesenheit von Ammoniak waren Forschungs¬gegenstand einer Atmosphärensimulationskammer-Kampagne am Paul-Scherrer-Institut in Villigen, Schweiz. Hierzu wurde zunächst das zu untersuchende Saataerosol in der Kammer vorgelegt und dann aus photochemisch erzeugten OH-Radikalen und Acetylen Glyoxal er¬zeugt. Für die Bestimmung der Glyoxalkonzentration im Kammeraerosol wurde zunächst eine beste¬hende Filterextraktionsmethode modifiziert und die Analyse mittels hochauflösender Mas¬senspektrometrie realisiert. Als Extraktionsmittel kam 100% Acetonitril, ACN zum Einsatz wo¬bei die Extraktionseffizienz bei 85% lag. Für die anschließende Derivatisierung wurde 2,4-Di¬nitrophenylhydrazin, DNPH verwendet. Dieses musste zuvor drei Mal mittels Festphasenex¬traktion gereinigt werden um störende Blindwerte ausreichend zu minimieren. Die gefunde¬nen Henry-Konstanten für Ammoniumsulfat als Saataerosol stimmten gut mit in der Literatur gefundenen Werten überein. Die Werte für Natriumnitrat und Natriumchlorid als Saataerosol waren kleiner als die von Ammoniumsulfat aber größer als der Wert von reinem Wasser. Für Ammoniumnitrat und Kaliumsulfat konnten keine Konstanten berechnet werden. Alle drei Saataerosole führten zu einem „Salting-in“. Das bedeutet, dass bei Erhöhung der Salzmolalität auch die Glyoxalkonzentration im Partikel stieg. Diese Beobachtungen sind auch in der Litera¬tur beschrieben, wobei die Ergebnisse dort nicht auf der Durchführung von Kammerexperi¬menten beruhen, sondern mittels bulk-Experimenten generiert wurden. Für die Trennung der Imidazole wurde eine neue Filterextraktionsmethode entwickelt, wobei sich ein Gemisch aus mit HCl angesäuertem ACN/H2O im Verhältnis 9/1 als optimales Extrak¬tionsmittel herausstellte. Drei verschiedenen Imidazole konnten mit dieser Methode quanti¬fiziert werden, nämlich 1-H-Imidazol-4-carbaldehyd (IC), Imidazol (IM) und 2,2‘-Biimidazol (BI). Die Effizienzen lagen für BI bei 95%, für IC bei 58% und für IM bei 75%. Kammerexperimente unter Zugabe von Ammoniak zeigten höhere Imidazolkonzentrationen als solche ohne. Wurden die Experimente ohne Ammoniak in Anwesenheit von Ammoni¬umsulfat durchgeführt, wurden höhere Imidazol-Konzentrationen gefunden als ohne Ammo¬niumionen. Auch die relative Luftfeuchtigkeit spielte eine wichtige Rolle, da sowohl eine zu hohe als auch eine zu niedrige relative Luftfeuchtigkeit zu einer verminderten Imidazolbildung führte. Durch mit 13C-markiertem Kohlenstoff durchgeführte Experimente konnte eindeutig gezeigt werden, dass es sich bei den gebildeten Imidazolen und Glyoxalprodukte handelte. Außerdem konnte der in der Literatur beschriebene Bildungsmechanismus erfolgreich weiter¬entwickelt werden. Während der CYPHEX Kampagne in Zypern konnten erstmalig Imidazole in Feldproben nach¬gewiesen werden. Das Hauptprodukt IC zeigte einen tageszeitlichen Verlauf mit höheren Kon¬zentrationen während der Nacht und korrelierte signifikant aber schwach mit der Acidität und Ammoniumionenkonzentration des gefundenen Aerosols.

'Pergularain e I'--a plant cysteine protease with thrombin-like activity from Pergularia extensa latex

Pergularain e I, a cysteine protease with thrombin-like activity, was purified by ion exchange chromatography from the latex of Pergularia extensa. Its homogeneity was characterized by sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE), native PAGE and reverse-phase high-performance liquid chromatography (RP-HPLC). The molecular mass of pergularain e I by matrix-assisted laser desorption ionization-time of flight (MALDI-TOF) was found to be 23.356 kDa and the N-terminal sequence is L-P-H-D-V-E. Pergularain e I is a glycoprotein containing approximately 20% of carbohydrate. Pergularain e I constituted 6.7% of the total protein with a specific activity of 9.5 units/mg/min with a 2.11-fold increased purity. Proteolytic activity of the pergularain e I was completely inhibited by iodoacetic acid (IAA). Pergularain e I exhibited procoagulant activity with citrated plasma and fibrinogen similar to thrombin. Pergularain e I increases the absorbance of fibrinogen solution in concentration-dependent and time-dependent manner. At 10 microg concentration, an absorbance of 0.48 was reached within 10 min of incubation time. Similar absorbance was observed when 0.2 NIH units of thrombin were used. Thrombin-like activity of pergularain e I is because of the selective hydrolysis of A alpha and B beta chains of fibrinogen and gamma-chain was observed to be insusceptible to hydrolysis. Molecular masses of the two peptide fragments released from fibrinogen due to the hydrolysis by pergularain e I at 5-min incubation time were found to be 1537.21 and 1553.29 and were in close agreement with the molecular masses of 16 amino acid sequence of fibrinopeptide A and 14 amino acid sequence of fibrinopeptide B, respectively. Prolonged fibrinogen-pergularain e I incubation releases additional peptides and their sequence comparison of molecular masses of the released peptides suggested that pergularain e I hydrolyzes specifically after arginine residues.

Non-coding keratin variants associate with liver fibrosis progression in patients with hemochromatosis

Background Keratins 8 and 18 (K8/K18) are intermediate filament proteins that protect the liver from various forms of injury. Exonic K8/K18 variants associate with adverse outcome in acute liver failure and with liver fibrosis progression in patients with chronic hepatitis C infection or primary biliary cirrhosis. Given the association of K8/K18 variants with end-stage liver disease and progression in several chronic liver disorders, we studied the importance of keratin variants in patients with hemochromatosis. Methods The entire K8/K18 exonic regions were analyzed in 162 hemochromatosis patients carrying homozygous C282Y HFE (hemochromatosis gene) mutations. 234 liver-healthy subjects were used as controls. Exonic regions were PCR-amplified and analyzed using denaturing high-performance liquid chromatography and DNA sequencing. Previously-generated transgenic mice overexpressing K8 G62C were studied for their susceptibility to iron overload. Susceptibility to iron toxicity of primary hepatocytes that express K8 wild-type and G62C was also assessed. Results We identified amino-acid-altering keratin heterozygous variants in 10 of 162 hemochromatosis patients (6.2%) and non-coding heterozygous variants in 6 additional patients (3.7%). Two novel K8 variants (Q169E/R275W) were found. K8 R341H was the most common amino-acid altering variant (4 patients), and exclusively associated with an intronic KRT8 IVS7+10delC deletion. Intronic, but not amino-acid-altering variants associated with the development of liver fibrosis. In mice, or ex vivo, the K8 G62C variant did not affect iron-accumulation in response to iron-rich diet or the extent of iron-induced hepatocellular injury. Conclusion In patients with hemochromatosis, intronic but not exonic K8/K18 variants associate with liver fibrosis development.

Keratin variants associate with progression of fibrosis during chronic hepatitis C infection

Keratins 8 and 18 (K8/K18) protect the liver from various forms of injury. Studies of liver explants from a large cohort of U.S. patients showed that K8/K18 mutations confer a risk to developing end-stage liver diseases, though which diseases are preferentially involved is unknown. We tested the hypothesis that K8/K18 variants are associated with chronic hepatitis C (CHC) and that their presence correlates with progression of fibrosis. Genomic DNA was isolated from peripheral blood of a well-characterized German cohort of 329 patients with CHC infection. Exonic regions were PCR-amplified and analyzed using denaturing high-performance liquid chromatography and DNA sequencing. Our findings showed: (1) amino acid altering keratin heterozygous variants in 24 of 329 CHC patients (7.3%) and non-coding heterozygous variants in 26 patients (7.8%), and (2) 3 new exonic K8 variants (T26R/G55A/A359T); 6 novel non-coding variants and one K18 coding variant (K18 S230T; 2 patients). The most common variants were K8 R341H (10 patients), K8 G62C (6 patients) and K8 I63V (4 patients). A novel and exclusive association of an intronic KRT8 IVS7+10delC deletion in all 10 patients with K8 R341H was observed. Notably, there was a significant association of exonic, but not of intronic K8 variants with increased fibrosis. In conclusion, previously described and novel K8 variants are present in a German population and collectively associate with progression of fibrosis in CHC infection. The unique 100% segregation of the most common K8 variant, R341H, with an intronic deletion suggests that one of these two genetic changes might lead to the other.