Sintesi di molecole biologicamente attive con tecniche chemoenzimatiche:beta-lattami, profeni e alfa-amminoacidi non naturali

Il progetto di ricerca di questa tesi è stato focalizzato sulla sintesi di tre classi di molecole: β-lattami, Profeni e α-amminonitrili, utilizzando moderne tecniche di sintesi organica, metodologie ecosostenibili e strategie biocatalitiche. I profeni sono una categoria di antiinfiammatori molto diffusa e in particolare abbiamo sviluppato e ottimizzato una procedura in due step per ottenere (S)-Profeni da 2-arilpropanali raceme. Il primo step consiste in una bioriduzione delle aldeidi per dare i relativi (S)-2-Aril Propanoli tramite un processo DKR mediato dall’enzima Horse Liver Alcohol Dehydrogenase. Il secondo, l’ossidazione a (S)-Profeni, è promossa da NaClO2 e TEMPO come catalizzatore. Con lo scopo di migliorare il processo, in collaborazione con il gruppo di ricerca di Francesca Paradisi all’University College Dublino abbiamo immobilizzato l’enzima HLADH, ottenendo buone rese e una migliore enantioselettività. Abbiamo inoltre proposto un interessante approccio enzimatico per l’ossidazione degli (S)-2-Aril Propanoli utilizzando una laccasi da Trametes Versicolor. L’anello β-lattamico è un eterociclo molto importante, noto per essere un interessante farmacoforo. Abbiamo sintetizzato nuovi N-metiltio beta-lattami, che hanno mostrato un’attività antibatterica molto interessante contro ceppi resistenti di Staphilococcus Aureus prelevati da pazienti affetti da fibrosis cistica. Abbiamo poi coniugato gruppi polifenolici a questi nuovi β-lattami ottenendo molecule antiossidanti e antibatteriche, cioè con attività duale. Abbiamo poi sintetizzato un nuovo ibrido retinoide-betalattame che ha indotto differenziazione si cellule di neuroblastoma. Abbiamo poi sfruttato la reazione di aperture dell’anello monobattamico tramite enzimi idrolitici, con lo scopo di ottenere β-amminoacidi chirali desimmetrizzati come il monoestere dell’acido β–amminoglutammico. Per quando riguarda gli α-amminonitrili, è stato sviluppato un protocollo di Strecker. Le reazioni sono state molto efficienti utilizzando come fonte di cianuro l’acetone cianidrina in acqua, utilizzando differenti aldeidi e chetoni, ammine primarie e secondarie. Per mettere a punto una versione asimmetrica del protocollo, abbiamo usato ammine chirali con lo scopo di ottenere nuovi α-amminonitrili chirali.

Bioremediation with White-Rot Fungi at Fisherville Mill: Analyses of Gene Expression and Number 6 Fuel Oil Degradation

Extracellular enzymes that white-rot fungi secrete during lignin decay have been proposed as promising agents for oxidizing pollutants. We investigated the abilities of the white-rot fungi Punctularia strigosozonata, Irpex lacteus, Trichaptum biforme, Phlebia radiata, Trametes versicolor, and Pleurotus ostreatus to degrade Number 6 fuel oil in wood sawdust cultures. Our goals are to advise bioremediation efforts at a brownfield redevelopment site on the Blackstone River in Grafton, Massachusetts and to contribute to the understanding of decay mechanisms in white-rot fungi. All species tested degraded a C10 alkane. When cultivated for 6 months, Irpex lacteus, T. biforme, P. radiata, T. versicolor and P. ostreatus also degraded a C14 alkane and the polycyclic aromatic hydrocarbon phenanthrene. Gene expression analyses of P. strigosozonata indicate differential gene expression in the presence of Number 6 oil and on pine and aspen sawdust.

Flavonoids Promote Haustoria Formation in the Root Parasite Triphysaria versicolor1

Parasitic plants in the Scrophulariaceae develop infective root structures called haustoria in response to chemical signals released from host-plant roots. This study used a simple in vitro assay to characterize natural and synthetic molecules that induce haustoria in the facultative parasite Triphysaria versicolor. Several phenolic acids, flavonoids, and the quinone 2,6-dimethoxy-p-benzoquinone induced haustoria in T. versicolor root tips within hours after treatment. The concentration at which different molecules were active varied widely, the most active being 2,6-dimethoxy-p-benzoquinone and the anthocyanidin peonidin. Maize (Zea mays) seeds are rich sources of molecules that induce T. versicolor haustoria in vitro, and chromatographic analyses indicated that the active molecules present in maize-seed rinses include anthocyanins, other flavonoids, and simple phenolics. The presence of different classes of inducing molecules in seed rinses was substantiated by the observation that maize kernels deficient in chalcone synthase, a key enzyme in flavonoid biosynthesis, released haustoria-inducing molecules, although at reduced levels compared with wild-type kernels. We discuss these results in light of existing models for host perception in the related parasitic plant Striga.

The effects of substrate water availability on the isolation and growth of fungi

The work reported in this thesis was carried out to contribute to the knowledge of the effects of substrate water availability or water activity (a ) on fungal growth parameters and its implications in the preparationw of materials susceptible to biodeterioration. Fungi were isolated from soils of different ecological sites at a range of substrate aw levels controlled by sodium chloride (NaCl). Three groups of fungi were isolated : firstly, those isolated only at high a (aw about 0.997).secondly, those isolated at high and decreasing aw (aw 0.997 to 0.85) and finally, those isolated at only decreased aw (aw O.95 to 0.80). From these isolations, test fungi were selected to study the effects of pH, temperature, exo-enzyme production and biocide efficacy at decreased aw levels, with glycerol and NaCl as a controlling solutes. The linear extension rates of the fungi increased at all test pH values near optimum a of growth. Test fungi of the Aspergillus glaucus group were found to be most resistant to low aw. Growth and survival of vegetative and fruiting bodies at elevated temperatures were enhanced with the addition of a controlling solutes. A. flavus, A. fumigatus displayed high heat resistance and A. amstelodami, A. versicolor and Penicillium citrinum displayed low heat resistance at high aw levels and vice versa at low aw levels. Amylase, lipase and protease activities were studied at lowered aw , using modifications of the test tube method of Raute11a and Cowling. Amylase and protease production in most xerophilic fungi ceased around 0.80 aw , but lipase production in some xerophilic fungi, including A. glatlcus fungi, was up to and including 0.70 aw with g1ycero1.

Microbiota assessment in optical shops: an ignored concern to public health

The presence of microorganisms in ophthalmic instruments and surfaces can lead to the exposure of patients to several infections. However, there is no information regarding fungal and bacteria contamination in optical shops. This study aims to characterize fungi and bacteria contamination in air and surfaces from 10 optical shops covering also ophthalmic instruments. Air samples were collected through an impaction method onto malt extract agar (MEA) supplemented with chloramphenicol (0.05%) used for fungi and Tryptic Soy Agar (TSA) supplemented with nystatin (0.2%) used for bacteria. Outdoor samples were also performed to be used as reference. Surface and equipment’s swab samples were also collected side-by-side. All the collected samples were incubated at 27ºC for 5 to 7 days (fungi) or at 30º for 7 days (bacteria). Regarding fungal distribution, thirteen different species/genera were found in the air, being the most common Alternaria sp. (62.0%). Eight different species/genera were identified in the surfaces, ranging from 2 to 5x104 CFU/m2, being the most common A. versicolor complex and Penicillium sp. (40.0%). The trial frames were the most contaminated equipment, since 50.0% of the collected samples were with countless colonies. The airborne bacterial population indicated higher concentrations in the contactology office (average: 133 CFU/m3) than in the client’s waiting rooms (average: 126 CFU/m3). The surface samples indicated bacterial concentrations ranging from 2x104 to 1x106 CFU/m2, pointing out the automatic refractometer as the surface with higher bacterial load.

Bibliotecas na saúde… e a saúde nas bibliotecas?

Em arquivos e bibliotecas a presença de fungos é considerada nefasta pelas suas implicações na conservação e leitura de documentos históricos e pela sua associação a problemas de saúde sentidos pelos funcionários e utentes que frequentam estes locais. De acordo com alguns autores, os problemas de saúde mais reportados por funcionários em Bibliotecas e Arquivos são dermatite, rinite, alergias e asma. Embora revestida de inegável importância, existem poucos estudos internacionais sobre a temática e, em Portugal, a contaminação fúngica em ambiente arquivístico e em bibliotecas é ainda muito pouco conhecida. O estudo realizado em quatro Arquivos Portugueses teve como objectivo conhecer a contaminação fúngica, contribuindo para a análise da qualidade do ar interior desses espaços e sua comparação com estudos internacionais. Para isso foram recolhidas amostras de ar e de superfícies e estas foram analisadas por métodos clássicos de cultura e, quando necessário, por métodos de biologia molecular. A avaliação foi feita quantitativa e qualitativamente, considerando os requisitos legais em vigor. No que respeita à análise do ar, o número de unidades formadoras de colónias (UFC)/m3 nunca excedeu as 500 (limite legislado), tendo sido verificada contaminação interior em todos os locais estudados. Comparativamente aos estudos realizados anteriormente em contextos semelhantes foram encontrados níveis elevados de contaminação por leveduras nas amostras de ar analisadas em Arquivos Portugueses. Não foi identificado nenhum fungo patogénico neste estudo, mas em quase todas as amostras estavam presentes fungos potencialmente toxinogénicos. Dentro do grupo dos Aspergillus, o A.versicolor mostrou predominância, tendo este fungo reconhecidas capacidades de emissão de micotoxinas em ambiente de interior. A inclusão de amostras de superfície revelou-se vital para conhecer todo o espectro fúngico existente em cada um dos locais estudados, incluindo a detecção de Stachybotrys chartarum e a do fungo potencialmente queratinofílico, Chrysosporium carmichaelli. Tanto para a saúde como para a conservação, o recente estudo realizado em quatro arquivos permitiu retirar importantes conclusões e reforçar a necessidade de vigilância, sendo também útil para a definição de padrões de qualidade no campo do património cultural.

Comparative study of bioactive potential of Fueniculum vulgare Mill. and Matricaria recutita L. phenolic rich extracts to functionalize cottage chesse

Synthetic additives used in a wide variety of food products have been associated to some toxic effects. This conducted to an increasing interest of consumers for natural additives, including food preservers [1]. Many aromatic herbs have been used to prepare bioactive extracts with benefits to the consumer's health. Foeniculum vulgare Mill. (fennel) and Matricaria recutita L. (chamomile) are examples of popular herbs rich in phenolic compounds with documented antioxidant and antimicrobial properties [2,3]. The present work confirms the antioxidant (DPPH scavenging activity, reducing power and lipid peroxidation inhibition) and antimicrobial (against bacteria such as Bacillus cereus and Salmonella Typhimurium and fungi such as Aspergillus niger, A. versicolor and PenicilliumfimicuJosum) activities of fennel and chamomile extracts, obtained by decoction. The chemical characterization of the extracts, performed by HPLC-DAD-ESIIMS, revealed the presence of five flavonoids (mainly qercetin-3-0- glucoside) and twelve phenolic acids (mainly 5-0-caffeolyquinic acid) for fennel extract and the presence of nine flavonoids (mainly luteolin-0-glucuronide) and ten phenolic acids (mainly di-caffeoyl-2,7- anhydro-3-deoxy-2-octulopyranosonic acid) for chamomile extract. Due to their high antioxidant and antimicrobial activities, both extracts were then incorporated (at DPPH scavenging activity EC25 value: 0.35 mg/mL and 0.165 mg/mL for fennel and chamomile, respectively) in cottage cheeses (prepared by Queijos Casa Matias Lda) as natural additives with two objectives: to increase the shelf-life of the cottage cheeses and to provide bioactive properties to the final products. The results showed that the use of these natural extracts did not alter significantly the nutritional characteristics of the cottage cheese in comparison with control samples (cottage cheese without extracts), but improved its antioxidant potential (more evident in the samples with chamomile extract). After 14 days of storage, only the control samples showed signs of degradation. Overall, the present study highlights the preservation potential of fennel and chamomile extracts in cottage cheeses, improving also their bioactivity.

Análise cromatográfica de um extrato fenólico de funcho utilizado no desenvolvimento de requeijões com propriedades funcionais

Atualmente, existe uma grande procura de alimentos com ingredientes naturais em substituição de aditivos sintéticos que têm sido associados, em determinadas circunstâncias, a alguns efeitos tóxicos [1]. Neste trabalho, preparou-se um extrato aquoso por decocção de Foeniculum vulgare Mill. (funcho) que, após caracterização por HPLC-DAD-ESI/MS, revelou a presença de cinco flavonoides (sendo o maioritário o quercetin-3-O-glucósido) e doze ácidos fenólicos (sendo o maioritário o ácido 5-Ocafeoilquínico). O mesmo extrato revelou um enorme potencial antioxidante (efeito captador de radicais livres DPPH, poder redutor e inibição da peroxidação lipídica) e antimicrobiano (contra bactérias como Salmonella typhimurium e Bacillus cereus, e fungos como Aspergillus niger, A. versicolor e Penicillium funiculosum), o que suscitou o seu potencial de utilização como ingrediente bioativo na funcionalização de alimentos. Assim, procedeu-se à sua incorporação (atendendo ao EC25 =0,35 mg/mL obtido no ensaio de DPPH) em requeijões (preparados na empresa Queijos Casa Matias Lda.). Os resultados mostraram que a presença do extrato não alterou significativamente as características nutricionais (incluindo macronutrientes, valor energético e perfil em ácidos gordos) das amostras controlo (requeijão sem esse ingrediente), no entanto parece aumentar o amarelecimento (parâmetro da cor, b*) após 7 dias de armazenamento. Verificou-se ainda que, após duas semanas de armazenamento apenas as amostras controlo apresentaram sinais de degradação. Além disso, conseguiu-se provar que a incorporação do extrato de funcho conferiu propriedades antioxidantes ao requeijão. Os resultados obtidos provam assim que o extrato fenólico obtido através da decocção de funcho pode ser utilizado como conservante e agente bioativo natural em requeijões.

Bioactivity, proximate, mineral and volatile profiles along the flowering stages of Opuntia microdasys (Lehm.): defining potential applications

Opuntia spp. flowers have been traditionally used for medical purposes, mostly because of their diversity in bioactive molecules with health promoting properties. The proximate, mineral and volatile compound profiles, together with the cytotoxic and antimicrobial properties were characterized in O. microdasys flowers at different maturity stages, revealing several statistically significant differences. O. microdasys stood out mainly for its high contents of dietary fiber, potassium and camphor, and its high activities against HCT15 cells, Staphylococcus aureus, Aspergillus versicolor and Penicillium funiculosum. The vegetative stage showed the highest cytotoxic and antifungal activities, whilst the full flowering stage was particularly active against bacterial species. The complete dataset has been classified by principal component analysis, achieving clearly identifiable groups for each flowering stage, elucidating also the most distinctive features, and comprehensively profiling each of the assayed stages. The results might be useful to define the best flowering stage considering practical application purposes.

Inmovilización de lacasas en esferas de SiO₂ para la degradación de rojo congo

Propósito y Método de Estudio: Las lacasas son enzimas extracelulares que tienen la capacidad de oxidar una amplia variedad de sustratos utilizando al oxígeno como aceptor de electrones. Debido a esto, se ha utilizado esta enzima para diversas aplicaciones biotecnológicas dentro de las cuales destaca la degradación de colorantes textiles. En este trabajo se inmovilizaron tres tipos de lacasas, dos a partir de hongos de pudrición blanca (lacasa-HPB y lacasa HTT) y una comercial del género Trametes versicolor (lacasa-EC), en esferas mesoporosas de dióxido de silicio modificado para la degradación del colorante tipo azo rojo congo y azul índigo. Las lacasas HPB y HTT fueron purificadas a partir de la fermentación líquida optimizada de los hongos de pudrición blanca. Posteriormente se inmovilizaron mediante enlace covalente con el soporte (SiO2) y se realizaron las cinéticas de actividad enzimática y de degradación de los colorantes rojo congo y azul índigo. Contribuciones y Conclusiones: Se encontraron las condiciones de máxima producción de lacasa para los hongos seleccionado (HPB) y el hongo de referencia (HTT), observando que la producción de las lacasas se ve favorecida cuando el medio de cultivo contiene materiales ligninocelulósicos. Además se purificaron lacasas a partir de los extractos de los hongos HPB y HTT obteniendo pesos molecuares de aproximadamente 67 kDa lo que concuerda con lo reportado para las lacasas monoméricas. Se inmovilizaron las lacasas-EC, lacasas-HPB y lacasas-HTT en esferas mesoporosas de dióxido de silicio reteniendo un 56.94%, 55.68% y 46.08% de su actividad inicial respectivamente. En la degradación del colorante rojo congo con las enzimas inmovilizadas se obtuvieron porcentajes de decoloración de un 92.2%, 61.9% y 42.2% para la lacasa-EC, lacasa-HPB y lacasa-HTT en un tiempo de 60 minutos. Para el colorante azul índigo los porcentajes de degradación fueron de 89.2%, 62.1% y 50.3% para la lacasa-EC, lacasa-HPB y lacasa-HTT en 90 minutos. Por los resultados anteriores se muestra que la inmovilización enzimática de lacasas en SiO2 mesoporoso modificado con aminas, es una opción recomendable en el tratamiento de efluentes textiles, ya que los porcentajes de degradación se favorecen por el aporte que presenta el soporte en la degradación debido a la adsorción del colorante, disminuyendo por lo tanto los tiempos de proceso de tratamiento de efluentes acuosos con colorantes.