Understanding the microbial ecology and ecophysiology of enhanced biological phosphorus removal processes through metabolic modelling and experimental studies

Dissertation to obtain the degree of Master in Chemical and Biochemical Engineering

Constraint-based modelling of mixed microbial populations: Application to polyhydroxyalkanoates production

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Engenharia Química e Bioquímica

Microbial contribution to biofuels production

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Engenharia Química e Bioquímica

Enrichment of a PHA producing microbial community in a continuous bioreactor setup

Polyhydroxyalkanoates (PHAs) are biosynthetic polyesters, biodegradable and biocompatible making them of great interest for industrial purposes. The use of low value substrates with mixed microbial communities (MMC) is a strategy currently used to decrease the elevated PHA production costs. PHA production process requires an important step for selection and enrichment of PHA-storing microorganisms which is usually carried out in a Sequencing Batch Reactor (SBR). The aim of this study was to optimize the PHA accumulating culture selection stage using a 2-stage Continuous Stirrer Tank Reactor (CSTR) system. The system was composed by two separate feast and famine bioreactors operated continuously, mimicking the feast and famine phases in a SBR system. Acetate was used as carbon source and biomass seed was highly enriched in Plasticicumulans acidivorans obtained from activated sludge. The system was operated under two different sets of conditions (setup 1 and 2), maintaining a system total retention time of 12 hours and an OLR of 2.25 Cmmol/L.h-1. An average PHB-content of 3.3 % wt was obtained in setup 1 and 4.8% wt in setup 2. Several other experiments were performed in order to better understand the continuous system behaviour, using biomass from the continuous system. With the fed-batch experiment a maximum of 8.1% PHB was stored and the maximum substrate uptake and specific growth rates obtained in the growth experiment (1.15 Cmol Cmol-1.h-1 and 0.53 Cmol Cmol-1.h-1) were close to the ones from continuous system (1.12 Cmol Cmol-1.h-1 and 0.59 Cmol Cmol-1.h-1). The microbial community was characterized trough microscopic visualization, Denaturing Gradient Gel Electrophoresis (DGGE) analysis and Fluorescent in situ hybridization (FISH). The last studied performed mimicked the continuous system by building up a SBR system with all the same operational conditions while adding an extra acetate dosage during the 12 h cycle, simulating the substrate passing from the feast to the famine reactors under continuous operation. It was shown that possibly the continuous system was not able to efficiently select for PHB storing organisms under the operational conditions imposed, although the selected culture was capable of consuming the substrate and grow fast. This main conclusion might have resulted from two major factors affecting the system performance: the ammonium concentration in the Feast reactor and the amount of substrate leaching from the Feast to the Famine reactor.

Novel ready-to-eat mango product using gellan gum as gelling agent: physico-chemical, microbial and sensory characteristics

Este trabalho foi efectuado com o apoio da Universidade de Lisboa, Instituto Superior de Agronomia com o Centro de Engenharia dos Biossistemas (CEER

Late onset sepsis and intestinal bacterial colonization in very low birth weight infants receiving long-term parenteral nutrition

INTRODUCTION: The purpose of this study was to establish the late onset sepsis (LOS) rate of our service, characterize the intestinal microbiota and evaluate a possible association between gut flora and sepsis in surgical infants who were receiving parenteral nutrition (PN). METHODS: Surveillance cultures of the gut were taken at the start of PN and thereafter once a week. Specimens for blood culture were collected based on clinical criteria established by the medical staff. The central venous catheter (CVC) tip was removed under aseptic conditions. Standard laboratory methods were used to identify the microorganisms that grew on cultures of gut, blood and CVC tip. RESULTS: 74 very low birth weight infants were analyzed. All the infants were receiving PN and antibiotics when the gut culture was started. In total, 21 (28.4%) infants experienced 28 episodes of LOS with no identified source. Coagulase negative staphylococci were the most common bacteria identified, both in the intestine (74.2%) and blood (67.8%). All infections occurred in patients who received PN through a central venous catheter. Six infants experienced episodes of microbial translocation. CONCLUSIONS: In this study, LOS was the most frequent episode in neonates receiving parenteral nutrition who had been submitted to surgery; 28.6% of this infection was probably a gut-derived phenomenon and requires novel strategies for prevention.

Impact of carbon/nitrogen feeding strategy on polyhydroxyalkanoates production using mixed microbial cultures

Polyhydroxyalkanoates (PHA) production using mixed microbial cultures (MMC) requires a multi-stage process involving the microbial selection of PHA-storing microorganisms, typically operated in sequencing batch reactors (SBR), and an accumulation reactor. Since low-cost renewable feedstocks used as process feedstock are often nitrogen-deficient, nutrient supply in the selection stage is required to allow for microbial growth. In this context, the possibility to uncouple nitrogen supply from carbon feeding within the SBR cycle has been investigated in this study. Moreover, three different COD:N ratios (100:3.79, 100:3.03 and 100:2.43) were tested in three different runs which also allowed the study of COD:N ratio on the SBR performance. For each run, a synthetic mixture of acetic and propionic acids at an overall organic load rate of 8.5 gCOD L-1 d-1 was used as carbon feedstock, whereas ammonium sulfate was the nitrogen source in a lab-scale sequence batch reactor (SBR) with 1 L of working volume. Besides, a sludge retention time (SRT) of 1 d was used as well as a 6 h cycle length. The uncoupled feeding strategy significantly enhanced the selective pressure towards PHA-storing microorganisms, resulting in a two-fold increase in the PHA production (up to about 1.3 gCOD L-1). A high storage response was observed for the two runs with the COD:N ratios (gCOD:gN) of 100:3.79 and 100:3.03, whereas the lowest investigated nitrogen load resulted in very poor performance in terms of polymer production. In fact, strong nitrogen limitation caused fungi to grow and a very poor storage ability by microorganisms that thrived in those conditions. The COD:N ratio also affected the polymer composition, indeed the produced poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) (PHBV) showed a variable HV content (1-20 %, w/w) among the three runs, lessening as the COD:N increased. This clearly suggests the possibility to use the COD:N ratio as a tool for tuning polymer properties regardless the composition of the feedstock.

Implementação de metodologias para a contagem da flora específica do iogurte e de bifidobactérias na empresa SGS Portugal, S.A.

É do conhecimento geral que a população portuguesa está cada vez mais preocupada com a sua saúde e qualidade de vida, bem como em mudar alguns dos seus hábitos alimentares. Consequentemente, a procura por alimentos que proporcionam, para além de boas propriedades organolépticas e nutritivas, benefícios à saúde do consumidor, aumentou significativamente nas últimas décadas, onde os produtos lácteos fermentados surgem em grande destaque. Vários são os microrganismos empregues no desenvolvimento de produtos lácteos fermentados. Na produção de iogurtes, são utilizadas culturas lácteas tradicionais (Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus e Streptococcus thermophilus), também denominadas por flora específica do iogurte, e/ou bactérias probióticas, como as bifidobactérias, devido às suas boas características tecnológicas, terapêuticas e sensoriais. O trabalho descrito nesta dissertação de mestrado foca-se na validação e implementação de metodologias que permitem a contagem da flora específica do iogurte e de bifidobactérias, em iogurtes, na empresa SGS Portugal, S.A. A enumeração da flora específica do iogurte teve como base a norma ISO 7889:2003, por meio da técnica de sementeira por incorporação no meio de cultura apropriado e posterior contagem em placa dos microrganismos presentes. Foram analisadas 20 amostras de iogurtes, obtendo-se valores de contagens da flora específica do iogurte na ordem de 108 UFC/g de produto, indo ao encontro dos valores estabelecidos pela legislação portuguesa em vigor. A enumeração de bifidobactérias teve como base a norma ISO 29981:2010, por meio da técnica de sementeira por incorporação no meio de cultura apropriado e posterior contagem em placa dos microrganismos presentes. Das 20 amostras de iogurtes probióticos analisadas, apenas 15 obtiveram resultados positivos, apresentando valores de contagens de bifidobactérias superiores a 106 UFC/g de produto. Estas amostras, para além de apresentarem valores de acordo com os valores estabelecidos pela legislação portuguesa em vigor, são terapeuticamente eficazes, durante todo o prazo de validade do produto, uma vez que apresentam valores de contagem de bactérias probióticas superiores a 106 UFC/g, sendo este o padrão mínimo necessário para que um iogurte seja considerado como probiótico. Com base nos resultados obtidos e no cumprimento dos parâmetros preconizados nos procedimentos de validação de métodos microbiológicos, foi possível a validação destas metodologias e as suas implementações na empresa SGS Portugal, S.A.

Estudo da influência da flora intestinal do mosquito Anopheles sp. no estabelecimento da infecção por Plasmodium Berghei

A malária é uma doença infecciosa com um efeito devastador nas áreas afectadas. É provocada pelo protozoário Plasmodium e transmitida pelo insecto vector do género Anopheles. As fêmeas hematófagas ao alimentar-se de um hospedeiro infectado vão dar continuidade ao ciclo de vida do parasita e transmiti-lo a um novo hospedeiro na próxima refeição sanguínea. O intestino médio dos mosquitos é um órgão imunocompetente, onde a presença de microrganismos vai activar o sistema imunitário, determinando a sua capacidade vectorial. Novas abordagens de controlo biológico de doenças transmitidas por vectores parecem ganhar terreno. P. aeruginosa é uma bactéria Gram-negativa, potencialmente patogénica, em especial as estirpes produtoras de muco, sendo um microrganismo modelo em estudos de biofilmes. Estes são caracterizados por conferir tolerância a antibióticos e resistência ao sistema imune do hospedeiro. Com este trabalho pretendeu-se analisar o efeito da influência da flora bacteriana, nomeadamente isolados de Pseudomonas aeruginosa produtores de muco e não produtores, presentes no tracto digestivo de Anopheles sp. e a sua relação com a infecção por P. berghei. Com este estudo é possível afirmar a existência de uma proporcionalidade directa entre a taxa de infecção por P. berghei e a ausência da Microbiota. A presença de Pseudomonas produtoras de muco no intestino médio dos mosquitos demonstrou conferir algum grau de protecção no estabelecimento da infecção, bem como na intensidade da mesma. Contudo, mais estudos necessitam ser realizados e com um maior número de mosquitos, de forma a ultrapassar as limitações impostas pelo tratamento antibacteriano. Possivelmente, a sobreposição de respostas imunes anti-bacterianas e anti-Plasmodium, vão provocar um incremento no sistema imune e limitação das infecções por Plasmodium. Biofilmes bacterianos têm demonstrado a capacidade de aderir e inibir o crescimento de protozoários Uma melhor compreensão do papel da flora microbiana face ao sistema de defesa do hospedeiro poderá contribuir para o desenvolvimento de novas estratégias de controlo da transmissão da malária.

Projeto Flora Amazônica: eight years of binational botanical expeditions

A review of the history and results of the first eight years of fieldwork of Projeto Flora Amazônica is given. This binational plant collecting program, sponsored by the Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico and the National Science Foundation, has mounted 25 expeditions to many parts of Brazilian Amazonia. Expeditions have visited both areas threatened with destruction of the forest and remote areas previously unknown botanically. The results have included the collection of 32,976 members of vascular plants, 16, 482 of cryptogams, as well as quantitative inventory of 18.67 hectares of forest with the collection of 7,294*** numbers of sterile vouncher collections. The non-inventory collections have been made in replicate sets of 10-13 where possible and divided equally between Brazilian and U.S. institutions. To date, 55 botanists from many different institutions and with many different specialities have taken part with 36 different Brazilian botanists. The resulting herbarioum material is just beginning to be worked up and many nem species have been collected as well as many interesting range extensions and extra material of many rare species.

O "Programa Flora" do Brasil - historia e situação atual

Apanhado histórico do PROGRAMA FLORA do Brasil, contendo as razões que levaram o CHPq (Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientifico e Tecnológico) a criá-lo, e a situação atual desse projeto. São as seguintes as funções básicas do PROGRAMA FLORA: a) pesquisa fundamental sobre a vegetação e a flora silvestres do Brasil; b) organização de centros de excelência em Botânica em cada Estado e Território do país, especificamente para o desenvolvimento de pesquisas sobre os recursos vegetais silvestres da respectiva região, aqui incluindo a formação de novos botânicos e técnicos auxiliares, em todos os níveis; e c) desenvolvimento de sistemas de informação relacionados ao conhecimento dos recursos vegetais silvestres do Brasil, especialmente a criação e manutenção de bancos de dados com informações as mais completas possíveis sobre esses recursos. Depois de oito anos de funcionamento, e devido à falta de interesse das autoridades competentes, o PROGRAMA FLORA foi implantado em apenas 10 dos 26 Estados e Territórios do Brasil e está, no momento, quase desativado, esperando que o novo governo o reanime, criando núcleos nas demais áreas do pais e continuando a cumprir o projeto inicial, Enquanto o FLORA estava funcionando, ainda que com apenas Ínfimo auxílio governamental, ele proporcionou a contratação de 52 botânicos iniciantes que, sob a orientação de botânicos experimentados, deram grande impulso no estudo das flores de cada região. Os herbários que sediaram núcleos do FLORA foram modernizados, sendo que alguma, como os da Amazônia e do Nordeste, tiveram [zm apenas 5 anos) seus acervos duplicados ou mesmo triplicados. Vários dos botânicos iniciantes ingressaram em cursos de pos-graduação, sendo que alguns já receberam o grau de Mestre e já estão caminhando para a obtenção do grau de Doutor. Na área da Informática, dois técnicos brasileiros foram enviados aos EE.UU., para estágio visando à formação e tratamento de bancas de dados especificamente para o PROGRAMA FLORA. Posteriormente, dois professores norteamericanos vieram ao Brasil, trazendo sistemas de processamento de dados especificamente montados para uso em Botânica Sistemática. Tais sistemas foram implantados no CPD do Centro de Pesquisas Fisicas (CEPF), do CNPq, no Rio de Janeiro. Foram preenchidos mais de 400.000 formulários de coleta de dados nos herbários dos núcleos do FLORA. O SERPRO (Serviço federal de Processamento de Dados) providenciou a digitação dos dados dos formulários, produziu os arquivos, em fitas magnéticas, e o CPD do CBPF organizou e está mantendo o Banco de Dados referente às informações contidas nos herbários levantados.Estes dados dão uma idéia do que poderíamos esperar do PROGRAMA FLORA, se a este tivessem tido dados os indispensáveis recursos e tivesse sido cumprido o programa de ação inicialmente proposto. É, realmente, uma grande pena que as autoridades competentes tenham decidido desativar o PROGRAMA FLORA, justamente quando ele estava precisando ser fortalecido nos núcleos já implantados, e ter novos núcleos criados, cobrindo todo o território do Brasil.

The algal flora of two distinct habitats along the Moa River in the state of Acre, Brazil

Twenty-eoght algal samples were collected in September-October, 1984, from two distinct habitats in the state of Acre, Brazil. Eleven were from the Moa River, and 17 were from a sulfur water spring which flows into the Moa River. A total of 74 species, representing 48 genera of algae, were identified from these samples. Forty-nine species were found in the Moa River and 67 in the sulfur water spring. Both coolection site had rich assemblages of cyanophycean algae, chlorophycean algae, and diatoms. Chlorophycean species dominated the algae flora at both sites, cut were more numerous at the sulfur water spring. There was also a definite difference in the relatives proportions of desmids to filamentous chlorophycean algae at the two sites.

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

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

Notes of the flora of serra Aracá

A new species of Tepuianthus (Tepuianthaceae) is described from Serra Aracá in Amazonas, Brazil. Also discussed is the occurrence on this isolated tepui of two species of Perissocarpa (Ochnaceae). This is the first record of that genus in Brazil.

Contribuição à flora medicinal de Mato Grosso do Sul

Levantamento preliminar das plantas utilizadas na medicina popular do Estado do Mato Grosso do Sul. Apresenta identificação taxonômica das espécies estudadas, informações sobre os nomes vulgares e partes do vegetal que são empregadas, seu modo de preparo ou aplicação, destinação e indicação terapêutica popular, além de comentários adicionais.