Cochineal, a precious source of red: cochineal dyes characterization by high performance liquid chromatography with diode array detection and principal component analysis

Presented at Faculdade de Ciências e Tecnologias, Universidade de Lisboa, to obtain the Master Degree in Conservation and Restoration of Textiles

Produção de óleos e fillers proteicos a partir da raspa tripa da indústria de curtumes

A indústria de curtumes é fortemente geradora de resíduos sólidos e águas residuais pelo que a necessidade de criar alternativas para a sua valorização e minimização é premente e constante. Este trabalho teve, como principal objectivo, o aproveitamento da raspa tripa, resíduo da indústria de curtumes. Para tal, a raspa tripa foi sujeita a um processo de hidrólise térmica e/ou enzimática para obtenção de gordura e hidrolisado proteico. Na hidrólise da raspa tripa foi estudada a influência de vários factores como a quantidade de enzima e de água, a temperatura e o tempo. Constatou-se que foi para a temperatura de 60ºC, um tempo de quatro horas, uma quantidade de 2% de enzima e 100% de água, relativamente à massa de raspa utilizada, que se obteve o melhor resultado com um rendimento de extracção de 93%. A partir da gordura obtida foram produzidos óleos por sulfatação e sulfitação, designados por óleos sulfatados e sulfitados, respectivamente. O hidrolisado proteico obtido foi concentrado por evaporação para aumentar o seu teor de sólidos totais. Com este foram produzidos gluproteicos e fillers, por acção de glutaraldeído e do efeito sinérgico de outros produtos. Os óleos, o hidrolisado concentrado e seus derivados foram testados no processo de engorduramento e recurtume do couro. A avaliação dos resultados foi realizada por comparação dos resultados dos testes físico-mecânicos das amostras de pele obtidas com valores de referência e por comparação com um ensaio padrão em que se utilizaram produtos de referência do mercado. Os resultados foram muitos satisfatórios visto que foram superiores aos valores de referência e também superiores aos valores obtidos para o padrão salvo raras excepções. Reconheceu-se assim a aplicabilidade destes produtos no processo de recurtume e engorduramento que também corresponderam no que respeita a características importantes do couro como a firmeza de flor e o toque. No decorrer do trabalho constatou-se que as peles tratadas com hidrolisado proteico apresentavam uma cor mais intensa, pelo que se efectuou um estudo de colorimetria através do método CIELAB. Comprovou-se que o hidrolisado proteico e os gluproteicos quando utilizados no processo de recurtume, por substituição do Fortan A40, intensificam a cor da pele. A valorização da raspa tripa resulta numa dupla vantagem para a indústria dos curtumes. Se por um lado diminui o impacto ambiental que esta origina, por outro lado possibilita a produção de produtos que podem ser substitutos de outros produtos químicos que têm que ser adquiridos por esta indústria.

Cytotoxicity in L929 fibroblasts and inhibition of herpes simplex virus type 1 Kupka by estuarine cyanobacteria extracts

The cyanobacteria are known to be a rich source of metabolites with a variety of biological activities in different biological systems. In the present work, the bioactivity of aqueous and organic (methanolic and hexane) crude extracts of cyanobacteria isolated from estuarine ecosystems was studied using different bioassays. The assessment of DNA damage on the SOS gene repair region of mutant PQ37 strain of Escherichia coli was performed. Antiviral activity was evaluated against influenza virus, HRV-2, CVB3 and HSV-1 viruses using crystal violet dye uptake on HeLa, MDCK and GMK cell lines. Cytotoxicity evaluation was performed with L929 fibroblasts by MTT assay. Of a total of 18 cyanobacterial isolates studied, only the crude methanolic extract of LEGE 06078 proved to be genotoxic (IF > 1.5) in a dose-dependent manner and other four were putative candidates to induce DNA damage. Furthermore, the crude aqueous extract of LEGE 07085 showed anti- herpes type 1 activity (IC50 = 174.10 μg dry extract mL−1) while not presenting any cytotoxic activity against GMK cell lines. Of the 54 cyanobacterial extracts tested, only the crude methanolic and hexane ones showed impair on metabolic activity of L929 fibroblasts after long exposure (48–72 h). The inhibition of HSV-1 and the strong cytotoxicity against L929 cells observed emphasizes the importance of evaluating the impact of those estuarine cyanobacteria on aquatic ecosystem and on human health. The data also point out their potential application in HSV-1 treatment and pharmacological interest.

Development of new methodologies in sample treatment for proteomics workflow based on enzymatic probe sonication technology and mass spectrometry

Thesis submitted to the Universidade Nova de Lisboa, Faculdade de Ciências e Tecnologia, for the degree of Doctor of Philosophy in Biochemistry

Contribution to the laboratory diagnosis of human cryptosporidiosis

Human cryptosporidiosis is an infection caused by Cryptosporidium spp, a coccidial protozoan of emergencial pathogenicity and responsible for severe and prostrating watery diarrhea, mainly in immunocompromised patients. Smears of stools submitted to concentration and staining by carbol fuchsin technique has been used in our laboratory as a diagnostic procedure for cryptosporidiosis. The long time observing the smears in the microscope due to the small size of the forms and the low contrast of the staining led us to introduce some modifications in the original protocol for the acid-fast staining. The smears were treated with the carbol fuchsin solution for 3 minutes as recommended by LENNETTE et al., 1985 and the solution of the ethyl alcohol 70%-chloride acid 0.5% was used instead of the ethyl alcohol-sulfuric acid 5% recommended by HENRIKSEN & POHLENZ, 1981. Smears were treated with the discoloration solution for 2 minutes. These modifications promoted a better washing out of the excess of carbol fuchsin therefore increasing the dye efficiency. In such conditions, the visualization of protozoan oocysts on the slides examined became easier. They were observed by the contrast of their intense pink-reddish pigmentation against the blue background. It's worthwhile to emphasize that these modifications offer advantages when time and accuracy are concerned.

Staining of intestinal protozoa with heidenhain's iron Hematoxylin

Due to its unique properties, iron hematoxylin has been traditionally recommended for staining intestinal protozoa. This process can be simplified by reducing the number of steps and periods of permanence of the slides in some of the liquids used, without detriment to the quality of the results. Thus iron hematoxylin becomes adequate for routine use. Hematoxylin is a natural dye extracted from Haematoxylon campechianum, of the family Leguminosae. It must first be 'ripened', i.e. oxidized to hematein, which reacts with ferric ammonium sulphate to produce the ferric lake (iron hematoxylin), a basic dye. Iron hematoxylin most frequently stains regressively, i.e. the slides are first overstained and then differentiated.

Methylene blue vital staining for Trypanosoma cruzi trypomastigotes and epimastigotes

The morphological identification of Trypanosoma cruzi is currently considered to have a high specificity, but its sensitivity, which depends on the volume of the sample examined, is rather low. Trypanosome developmental stages suspended in blood, reduviid feces, and culture media are routinely searched for by means of fresh film examination (about 2 µL). High speed centrifugation of blood samples separates the buffy coat, where most trypomastigotes concentrate. As the parasites are transparent and colorless, their detection is mostly dependent on their motility. The fluorescent vital stain acridine orange has been used to enhance image contrast, as exemplified by the QBC (Quantitative Buffy Coat) technique. Staining blood, buffy coat, reduviid feces, and culture media samples with methylene blue (also a vital dye) is a means of producing sharp, well contrasted images of motile or non-motile T. cruzi developmental stages, only standard laboratory microscopes being required. Slides previously coated with a thin layer of methylene blue are used to stain fresh blood films. Photomicrographs exemplify the results of methylene blue staining applied to living and fixed parasites.

Partial characterization of proteolytic activity in Giardia duodenalis purified proteins

This report describes a preliminary characterization of proteolytic activity of proteins isolated from lysate of Giardia trophozoites of an axenic Brazilian strain. Fractions obtained by high-performance liquid chromatography (FPLC) were tested in SDS-polyacrylamide gel for the protein profiles, and the proteases activity was analyzed using gelatin impregnated SDS-PAGE. The proteases characterization was based on inhibition assays employing synthetic inhibitors for cysteine (E-64, IAA), serine (PMSF, TPCK, TLCK, and elastatinal), metalo (EDTA) and aspartic (pepstatin) proteases. Among thirty eluted fractions, polypeptide bands were observed in eight of them, however, proteolytic activity was detected in four ones (F23, F24, F25 and F26). Protein profiles of these fractions showed a banding pattern composed by few bands distributed in the migration region of 45 to < 18 kDa. The zymograms revealed proteolytic activity in all the four fractions assayed, mainly distributed in the migration region of 62 to 35 kDa. Among the profiles, the main pronounced zones of proteolysis were distinguished at 62, 55, 53, 50, 46 and 40 kDa. In inhibition assays, the protease activities were significantly inhibited by cysteine (E-64) and serine proteases (TPCK, TLCK and elastatinal) inhibitors. Gels incubated with other cysteine and serine protease inhibitors, IAA and PMSF, respectively, showed a decrease in the intensity of hydrolysis zones. Indeed, in the assays with the inhibitors EDTA for metalloproteases and pepstatin for aspartic proteases, none inhibition was detected against the substrate. These observations are relevants, especially if we consider that to define the real role of the proteases in host-parasite interaction, the purification of these enzymes for detailed studies may be warranted.

Quantification and viability analyses of Pseudokirchneriella subcapitata algal cells using image-based cytometry

This work aims to evaluate the feasibility of using image-based cytometry (IBC) in the analysis of algal cell quantification and viability, using Pseudokirchneriella subcapitata as a cell model. Cell concentration was determined by IBC to be in a linear range between 1 × 105 and 8 × 106 cells mL−1. Algal viability was defined on the basis that the intact membrane of viable cells excludes the SYTOX Green (SG) probe. The disruption of membrane integrity represents irreversible damage and consequently results in cell death. Using IBC, we were able to successfully discriminate between live (SG-negative cells) and dead algal cells (heat-treated at 65 °C for 60 min; SG-positive cells). The observed viability of algal populations containing different proportions of killed cells was well correlated (R 2 = 0.994) with the theoretical viability. The validation of the use of this technology was carried out by exposing algal cells of P. subcapitata to a copper stress test for 96 h. IBC allowed us to follow the evolution of cell concentration and the viability of copper-exposed algal populations. This technology overcomes several main drawbacks usually associated with microscopy counting, such as labour-intensive experiments, tedious work and lack of the representativeness of the cell counting. In conclusion, IBC allowed a fast and automated determination of the total number of algal cells and allowed us to analyse viability. This technology can provide a useful tool for a wide variety of fields that utilise microalgae, such as the aquatic toxicology and biotechnology fields.

Perinatal Death: Epidemiology and Etiology

Perinatal mortality rate is an important mark to evaluate women and perinatal health care. It is of utmost importance to know causes and the evolution of its two components aiming to improve health care in different fields – sanitary conditions, diagnosis and treatment of infectious disease, immunisations, diagnosing and caring for medical diseases induced by pregnancy or directly related to it, providing skilled birth attendance, preventing birth asphyxia, preventing preterm birth complications and infections. In high-income countries the epidemiology varies mainly with social and economic conditions; in low-income countries, paired with poverty, undernutrition, superstition, lack of medical care, deficient basic sanitary conditions are also found. Also, in rich countries, responsible for 1% of deaths, data are published and improvements evaluated, while in low-income countries responsible for 99% of deaths numbers and causes are unknown, making difficult to implement cost effective interventions, a reason why “stillbirth rates in low-income countries are now where they were in high-income countries 50 to 100 years ago”. Knowledge on causes of death are very important as often what is needed are “simple” measures as improvement of sanitary conditions and immunisation programmes rather than high technologies. About four million babies dye each year in the first 28 days of life and another 3 million dye before birth in the third-trimester, with 98% occurring in low-income and middle income countries and more than 1 million occurring during labour and delivery. Classically stillbirths are the major component of perinatal mortality rate. Causes of death are even more difficult to know. In low-income countries a great proportion of women give birth at home. Worldwide the main causes of stillbirth are asphyxia due to obstructed labour, eclampsia, abruption placenta and umbilical cord complications - making valid the assumption that skilled birth attendance would decrease stillbirth; and infection - chorioamnioitis, syphilis and malaria. In high-income countries placental pathology and infection, congenital anomalies, complications of preterm birth and post term delivery, are the most common. If in low-income countries famine and lack of provisions and health care are common, in high-income countries, advanced maternal age and diabetes, obesity, hypertension, smoking, are frequent findings.

Remediação Ambiental

A agricultura é uma das atividades mais antigas realizadas pelo Homem, sendo de grande importância para a obtenção tanto de bens alimentares como de bens para outros fins. No entanto desde o início constatou-se que as culturas eram afetadas por pragas e doenças que levavam à perda das colheitas. Este motivo deu origem à necessidade de nesses termos surgiu a aplicação de substâncias com o objetivo de proteger as colheitas. Os pesticidas são substâncias naturais ou sintéticas, aplicadas com o objetivo de proteger as plantas eliminando pragas e doenças. Para além da potencial toxicidade destas substâncias, em alguns casos a sua degradação no meio ambiente por microrganismos, hidrólise, radiação solar, etc. dá origem a produtos de degradação tanto ou mais tóxicos que os próprios pesticidas. A utilização deste tipo de substâncias acarreta problemas, visto a sua aplicação ser feita de forma a compensar perdas que ocorrem por meio de degradação, lixiviação, entre outros processos. Este tipo de aplicação leva a que haja contaminação do meio ambiente por parte dos pesticidas, pondo em risco tanto a saúde humana como os restantes seres vivos. A utilização de ciclodextrinas no encapsulamento destes compostos tem como objetivo aumentar a estabilidade do composto e promover a sua libertação de forma controlada. No presente trabalho pretende-se efetuar um estudo comparativo sobre a fotodegradação do herbicida terbutilazina e do fungicida pirimetanil livres e quando encapsulados com 2- hidroxipropil-β- ciclodextrina. De forma a quantificar os pesticidas ao longo do estudo foi utilizado o método analítico de HPLC de fase reversa. Os resultados permitiram constatar que a terbutilazina é fotoquimicamente estável, nas condições aplicadas, visto que ao fim de 75 dias de as soluções de pesticida livre em água desionizada e em água do rio apresentarem ainda 98% do pesticida inicial e as soluções de pesticida encapsulado em água desionizada e em água do rio apresentarem ainda 98% do pesticida inicial. Neste caso particular não foi possível, no intervalo de tempo considerado, avaliar a influência do encapsulamento no processo de fotodegradação da terbutilazina. Dada a baixa fotodegradação observada optou-se pela adição de peróxido de hidrogénio às soluções de controlo e 35 mM de HP-β-CD e acetona às soluções de 0 mM e 17,5 mM de HP-β-CD, para tentar promover a degradação do pesticida. Através dos resultados obtidos constatou-se que particularmente para as soluções onde foi adicionada acetona houve um aumento da velocidade de degradação no entanto esta ainda ocorria de forma lenta e muito semelhante quer para o pesticida livre quer para o encapsulado. Relativamente ao estudo da fotodegradação do pirimetanil verificou-se que ao fim de 4 dias de irradiação as soluções de pesticida livre apresentavam já alguma degradação do pesticida e tendo o período de irradiação uma duração de 53 dias foi possível para este pesticida determinar os parâmetros cinéticos em algumas das soluções. Quanto as soluções de água desionizada e água do rio com pirimetanil livre ambas apresentaram degradação do pesticida verificando-se uma cinética de reação de 1ª ordem com constantes de 0,0018 dias-1 e de 0,0060 dias-1 respetivamente. Para a solução de água desionizada com pirimetanil encapsulado não foi detetada degradação do pesticida, já para a solução com pirimetanil encapsulado em água do rio verificou-se a existência de degradação que correspondeu a uma cinética de degradação de 1ª ordem com uma constante de 0,0013 dias-1. Através dos resultados obtidos pode-se concluir que o encapsulamento do pirimetanil com 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina é vantajoso visto diminuir a quantidade de pesticida utilizado e aumentar a eficácia do controlo das pragas.

Estudo electroquímico de compostos naturais e semicondutores com possível utilização em células foto voltaicas

As células foto voltaicas orgânicas ou células de Gräetzel (depois do seu descobridor) são aparelhos para a colecta de energia solar que utilizam um semicondutor inorgânico e uma molécula orgânica. Dita molécula orgânica é capaz de excitar-se na presença de radiação electromagnética e ceder esta energia através da doação de electrões a este semicondutor. Embora estas estruturas e o seu processo de fabrico sejam relativamente pouco onerosas, o aproveitamento da energia solar é ainda muito baixo. Para além desta deficiência, os corantes sintéticos sofrem de “bleaching” ou então são reduzidos ou oxidados facilmente quando não conseguem transferir a energia que foi absorvida ou quando é difícil voltar ao estado original por dificuldades no completamento de circulação de electrões. Neste trabalho pretende-se então estudar o comportamento de moléculas e misturas complexas de moléculas com capacidade para serem excitadas pela luz solar. Como a dita xcitação promove a transferência de um electrão, este processo será seguido pela técnica de Voltametria cíclica. Como substâncias absorventes de luz utilizaremos compostos naturais (principalmente flavonóides) puros, ou então na forma de complexos naturais extraídos de algumas plantas. Estas misturas de corantes serão extractos aquosos (infusões) de casca de laranja e limão assim como extractos de folhas de cerejeira, com o objectivo de proporcionar lternativas aos flavonóides utilizados neste estudo. A caracterização voltamétrica desta célula é feita em diferentes formas de iluminação. Sobre a célula assim formada faz-se incidir rimeiro luz de lâmpadas fluorescentes, depois luz ultra violeta e por fim sem qualquer tipo de luz incidente. Na base do fabrico da variante mais clássica destas células está o semicondutor óxido de itânio (TiO2), por ser uma substância muito comum e barata e com propriedades semicondutoras notáveis. Uma forma comum de melhorar a eficiência deste material é introduzir dopantes com o intuito de melhorar a eficiência do processo de transferência electrónica. Um segundo objectivo deste trabalho é o estudo de sistemas semicondutor/molécula foto activa. Semicondutores como ZnO, TiO2 e TiO2 dopado serão então estudados. O gels de TiO2 ou o TiO2 dopado serão depositados sobre lâminas de vidro comum, nas quais foi anteriormente depositado uma película de alumínio que serve de condutor (eléctrodo egativo). Uma outra variante será a utilização de óxido de zinco, um semicondutor de baixo custo que por sua vez vai ser depositado em lâminas de alumínio comercial. A nossa célula foto electroquímica será então formada por moléculas de corante, uma lâmina e um semicondutor (que funcionará como eléctrodo de trabalho), com ou sem electrólito/catalizador (solução de iodo/iodeto), e eléctrodos de referência de Ag/AgCl, e outro auxiliar de grafite. Um outro objectivo é fazer um pequeno estudo sobre influencia do catalisador I2/etilenodiamina no comportamento electroquímico da célula, de forma a poder utilizar o solvente (etilenodiamina) com menor volatilidade do que a água, que é empregada no par I2/I3.m A importância deste facto prende-se com a limitada vida destas células quando o electrólito/solvente é evaporado pelas altas temperaturas da radiação incidente.

Valorização da Drêche Cervejeira: Fermentação de Pentoses

O presente trabalho tem como objetivo a otimização da etapa de fermentação dos açúcares obtidos a partir da drêche cervejeira para produção do bioetanol através da utilização das leveduras Pichia stipitis NCYC 1541 e Kluyveromyces marxianus NCYC 2791 como agentes fermentativos. O meio de cultura usado para manter as culturas destas leveduras foi Yeast Extract Peptone Dextrose (YEPD). O principal propósito deste trabalho foi o de encontrar alternativas aos combustíveis fósseis, pautando-se por soluções inofensivas para o meio ambiente e sustentáveis. Assim, o trabalho está dividido em quatro etapas: 1) caraterização química e biológica da drêche; 2) pré-tratamento ácido e hidrólise enzimática para primeiramente quebrar as moléculas de lenhina que envolvem os polímeros de celulose e hemicelulose e em seguida romper as ligações poliméricas destas macromoléculas por ação enzimática e transforma-las em açúcares simples, respetivamente, obtendo-se então a glucose, a maltose, a xilose e a arabinose; e, por último, 3) otimização da etapa de fermentação da glucose, maltose e das pentoses que constitui a condição essencial para se chegar à síntese do bioetanol de um modo eficiente e sustentável e 4) a recuperação do bioetanol produzido por destilação fracionada. A quantificação dos açúcares libertados no processo foi feita recorrendo a análises por cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC). Neste estudo foram identificados e quantificados cinco açúcares: Arabinose, Glucose, Maltose, Ribose e Xilose. Na etapa de pré-tratamento e hidrólise enzimática foram usados os ácidos clorídrico (HCl) e nítrico (HNO3) com a concentração de 1% (m/m), e as enzimas Glucanex 100g e Ultraflo L. Foram testadas seis condições de pré-tratamento e hidrólise enzimática, alterando os parâmetros tempo de contacto e razão enzimas/massa de drêche, respetivamente, e mantendo a temperatura (50 ºC), velocidade de agitação (75 rpm) e concentração dos ácidos (1% (m/m)). No processamento de 25 g de drêche seca com 0,5 g de Glucanex, 0,5 mL de Ultraflo e um tempo de reação de 60 minutos para as enzimas foi obtida uma eficiência de 15%, em hidrolisado com 6% da celulose. Realizou-se a fermentação do hidrolisado resultante do pré-tratamento ácido e hidrólise enzimática de drêche cervejeira e de meios sintéticos preparados com os açúcares puros, usando as duas estirpes selecionadas para este estudo: Pichia stipitis NCYC 1541 e Kluyveromyces marxianus NYCY 2791. As eficiências de fermentação dos açúcares nos meios sintéticos foram superiores a 80% para ambas as leveduras. No entanto, as eficiências de fermentação do hidrolisado da drêche foram de 45,10% pela Pichia stipitis e de 36,58 para Kluyveromyces marxianus, para um tempo de fermentação de 72 horas e à temperatura de 30 °C. O rendimento teórico em álcool no hidrolisado da drêche é de 0,27 g/g, três vezes maior do que o real (0,0856 g/g), para Pichia stipitis e de 0,19 g/g seis vezes maior do que o real (0,0308 g/g), para a Kluyveromyces marxianus.

Active bionanoconjugates of laccase and gold nanoparticles: kinetic and structural studies

Thesis for the master degree in Structural and Functional Biochemistry

PROTECTIVE EFFECT OF THE PROBIOTIC Saccharomyces boulardii IN Toxocara canis INFECTION IS NOT DUE TO DIRECT ACTION ON THE LARVAE

SUMMARY In a previous study our group found that the probiotic Saccharomyces boulardii was capable of reducing the intensity of infection in mice with toxocariasis. In order to assess whether the mechanism involved would be a direct action of the probiotic on Toxocara canis larvae, this study was designed. Both probiotics were singly cultivated in plates containing RPMI 1640 medium and T. canis larvae. S. boulardii and B. cereus var. toyoi cultures presented 97.6% and 95.7% of larvae with positive motility, respectively, and absence of color by the dye trypan blue, not representing significant difference to the control group (p > 0.05). We conclude that none of the probiotics showed in vitro effects on T. canis larvae and that the interaction with the intestinal mucosa is necessary for the development of the protective effect of S. boulardii.