Reaproveitamento de meio de cultivo de Arthrospira platensis tratado por processos de microfiltração e ultrafiltração

Micro-organismos fotossintetizantes, incluído aqui o gênero Arthrospira, vêm sendo amplamente produzidos em larga escala em vários países, detendo um mercado que gera mais de 1 bilhão de dólares ao ano. A produção industrial utiliza grande volume de água com alta concentração salina para produzir milhares de toneladas de biomassa microalgal. É crescente a utilização de tratamento de águas por processo de separação por membranas, demonstrando ser uma técnica que gera água de ótima qualidade, de instalação compacta e de fácil automação. No presente trabalho, foi avaliada esta tecnologia para o reaproveitamento do meio de cultura em novos cultivos de micro-organismos fotossintetizantes, visando contribuir para a sustentabilidade deste processo produtivo. O efluente do cultivo de Arthrospira platensis oriundo de processo descontínuo em minitanques foi submetido a tratamento por membranas de filtração tangencial, incluindo microfiltração (MF) (porosidades de 0,65 µm e de 0,22 µm) e ultrafiltração (UF) (peso molecular de corte de 5.000 Da), em pressões transmembrana (TMP) de 22,5 a 90 kPa. Os processos de MF levaram a reduções médias de 53,9±1,3 % e 93,1±1,1 % de matéria orgânica natural (NOM) e pigmentos nos meios residuais, respectivamente. Com o uso de processos de UF, cujos meios foram previamente tratados por MF (0,22 µm e 22,5 kPa), as reduções médias de NOM e pigmentos foram de 57,2±0,5 % e 94,0±0,8 %, respectivamente. Os processos de MF com TMP de 22,5 kPa levaram a concentrações celulares máximas (Xm) equivalentes às obtidas com meio novo. O uso de membrana de 0,65 µm e TMP de 22,5 kPa levou a uma perda média de 2,9 %, 22,7 % e 16,4% dos nutrientes carbonato, fosfato e nitrato, respectivamente, mas a correção desses valores aos mesmos do meio padrão levou à obtenção dos mais altos valores de Xm (3586,6±80 mg L-1), produtividade em células (505,0±11,6 mg L-1 d-1) e fator de conversão de nitrogênio em células (29,6±0,7 mg mg-1). O teor protéico da biomassa foi estatisticamente igual ao da biomassa obtida de cultivo com meio padrão novo. Os dados deste trabalho evidenciam que processos de filtração por membrana são promissores para o reuso de meio de micro-organismos fotossintetizantes.

Dispersión y genes relacionados con la resistencia a insecticidas en Triatoma infestans: su vinculación con el control del vector de la enfermedad de Chagas

Entre las especies transmisoras de la enfermedad de Chagas de mayor importancia a nivel sanitario se destaca Triatoma infestans, considerada el principal vector en América del Sur (entre las latitudes 10° y 46° S). Los programas de control de la transmisión de la enfermedad promueven la eliminación de las poblaciones del vector T. infestans mediante la fumigación con insecticidas en las regiones endémicas. Sin embargo, esta estrategia, presenta dificultades debido en parte a la extensión y variabilidad de las áreas endémicas y por otro lado, al tiempo requerido para prevenir la recuperación de las poblaciones tratadas con insecticidas. La efectividad a largo plazo de las campañas de control es en gran medida dependiente del conocimiento de la estructura de las poblaciones del vector. El análisis de la estructura genética con un enfoque filogeográfico de poblaciones del vector en regiones endémicas de Argentina, mediante secuencias de genes mitocondriales y nucleares descriptas por primera vez para ese fin, permitirá aportar nuevas bases para la comprensión de la dinámica y evolución de las poblaciones del insecto vector y resolver interrogantes sobre procesos como por ejemplo los de dispersión y recolonización de la especie transmisora que afectan en forma directa a la eficiencia de los intentos de control. Los patrones de dispersión de esta especie estarían estrechamente vinculados con la transmisión de la enfermedad de Chagas. Por lo tanto, esta información podría ser de utilidad para la optimización del diseño de las intervenciones de control a implementar en el área endémica que conducirían a una disminución del impacto que esta enfermedad provoca en la población. Por otra parte, se han observado fallas en el control del vector debido a la existencia de resistencia a los insecticidas piretroides. Entre los mecanismos que confieren resistencia a insecticidas se han descripto los que implican cambios en canales de sodio, conocido como resistencia “knockdown” (Kdr), y aquellos que provocan un aumento de la actividad de enzimas responsables de su metabolismo. Con respecto al último mecanismo, las evidencias sugieren que las enzimas mono-oxigenasas citocromo P450 tienen comunmente un rol primario en la resistencia a insecticidas piretroides. Incrementos en la expresión a nivel de la transcripción de genes de citocromos P450 (CYP450) son frecuentemente considerados responsables de aumentar el metabolismo de insecticidas y parece ser un fenómeno común en la evolución del desarrollo de resistencia en insectos. El estudio de la posible relación de genes CYP450, que proponemos caracterizar en T. infestans, con la resistencia a insecticidas podría aportar nuevas bases para el desarrollo del manejo de esa resistencia. Sin embargo, mientras que existen múltiples genes CYP450 en el genoma de insectos, sólo un gen NADPH citocromo P450 reductasa (CPR) existe en el genoma de cada insecto. Por este motivo, se propone también caracterizar en el vector este gen que codifica para una enzima que actúa en la transferencia de electrones desde la forma reducida de NADPH a los citocromos P450, así como investigar el efecto de su silenciamiento en poblaciones de T. infestans resistentes a insecticidas piretroides. Además, con el propósito de analizar si la existencia de resistencia a insecticidas piretroides puede ser el resultado de la acción de los citocromo P450 y/o de otros factores, se investigará en las poblaciones resistentes la posible existencia de una mutación de un gen de canal de sodio relacionada con resistencia a insecticidas (Kdr) que ha sido descripta para T. infestans. Este estudio proveería información de utilidad para el desarrollo de estrategias alternativas de control que serían de suma importancia en regiones en las que las poblaciones de este vector presentan resistencia a los insecticidas y, por lo tanto, tendría claramente implicancias importantes para el manejo de la resistencia en este vector.

Use of Spirulina platensis micro and nanoparticles for the removal synthetic dyes from aqueous solutions by biosorption

In this research, micro and nanoparticles of Spirulina platensis dead biomass were obtained, characterized and employed to removal FD&C red no. 40 and acid blue 9 synthetic dyes from aqueous solutions. The effects of particle size (micro and nano) and biosorbent dosage (from 50 to 750 mg) were studied. Pseudofirst order, pseudo-second order and Elovich models were used to evaluate the biosorption kinetics. The biosorption nature was verified using energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS). The best results for both dyes were found using 250 mg of nanoparticles, in these conditions, the biosorption capacities were 295 mg g−1 and 1450 mg g−1, and the percentages of dye removal were 15.0 and 72.5% for the FD&C red no. 40 and acid blue 9, respectively. Pseudo-first order model was the more adequate to represent the biosorption of both dyes onto microparticles, and Elovich model was more appropriate to the biosorption onto nanoparticles. The EDS results suggested that the dyes biosorption onto microparticles occurred mainly by physical interactions, and for the nanoparticles, chemisorption was dominant.

Preparation of bionanoparticles derived from Spirulina platensis and its application for Cr (VI) removal from aqueous solutions

Spirulina platensis nanoparticles were prepared by mechanical agitation and were applied to removal Cr (VI) from aqueous solutions. Nanoparticles preparation was function of stirring rate and contact time. In the optimal conditions, Cr (VI) removal by nanoparticles as a function of pH and initial ion concentration was carried out. The optimal conditions for preparation were 10,000 rpm and 20 min, and the nanoparticles presented mean diameter of 215.6 nm and polydispersity index of 0.151. The best conditions for Cr (VI) removal were at pH 4 and ion concentration of 250 mg L 1, and the Cr (VI) removal percentage was 99.1%.

Optimisation of Spirulina platensis convective drying: evaluation of phycocyanin loss and lipid oxidation

The aim of the study was the optimisation of Spirulina platensis drying on convective hot air through the response surface methodology. The responses were thiobarbituric acid (TBA) and phycocyanin loss percentage values in final product. Experiments were carried out in perforated tray drier with parallel air flow, and the wet samples thickness and drying air temperatures were in range of 3–7 mm and 50–70 °C, respectively. The statistical analysis showed significant effect (P < 0.05) for air temperature and samples thickness. In the best drying condition, 55 °C and 3.7 mm, presented the phycocyanin loss percentage and the TBA values of approximately 37% and 1.5 mgMDA kg−1, respectively. In this drying condition, the fatty acids composition of the microalgae Spirulina did not show significance difference (P > 0.05) in relation to fresh biomass. The lipid profile of dried product presented high percentage of polyunsaturated fatty acids (34.4%), especially the gamma-linolenic acid (20.6%).

Desenvolvimento de um iogurte suplementado com Spirulina platensis: aaracterização físico-química, microbiológica e sensorial

O iogurte é um produto lácteo que é obtido a partir da acidificação controlada ou espontânea do leite, sendo o seu processo de fermentação desencadeado pela ação de culturas láticas. Este produto apresenta propriedades benéficas para a saúde, como é o caso da regulação do balanço da microflora intestinal, melhoramento da resposta imunitária, redução dos sintomas alérgicos, redução do colesterol sérico e níveis séricos de glicose. Em relação à alga S. platensis, esta apresenta benefícios cardiovasculares, é eficaz no tratamento de certas alergias, cancro, doenças virais, hiperglicemia, imunodeficiência e processos inflamatórios. Esta dissertação teve como objetivo desenvolver um iogurte suplementado com a microalga Spirulina platensis, com posterior caracterização do produto final, em termos físico-químicos, microbiológicos e sensoriais. Foram efetuadas várias experiências de receitas de iogurte até chegar à formulação final, tendo sido testadas diversas variantes. Na avaliação da qualidade físico-química, o iogurte produzido com Spirulina apresentou ao longo do tempo sempre valores mais elevados nos seguintes parâmetros: teor de proteína bruta, teor de lactose, teor de fibras e hidratos de carbono. Foram detetadas diferenças estatisticamente significativas entre os parâmetros e o tipo de iogurte nos seguintes casos: teor de matéria gorda, teor de proteína bruta, teor de humidade, hidratos de carbono, valor energético e pH. Foram detetadas diferenças estatisticamente significativas entre os parâmetros e o tempo de produção apenas no teor de cinzas. Na avaliação da qualidade microbiológica, o iogurte produzido com Spirulina não se destacou por apresentar valores mais elevados. Quando avaliados os fatores tipo de iogurte e tempo de produção, não foram detetadas diferenças estatisticamente significativas em nenhum dos parâmetros microbiológicos. Na avaliação da qualidade sensorial, no iogurte produzido com leite meio gordo com lactose, foi possível verificar que todos os parâmetros sensoriais analisados e as amostras de iogurte são independentes. Em relação ao iogurte produzido com leite meio gordo sem lactose, verificou-se que os parâmetros doce e ácido não são independentes das amostras de iogurte. Em termos de preferência, 71% dos provadores escolheram o iogurte com agar. Relativamente à prova afetiva, não foram detetadas diferenças estatisticamente significativas entre a amostra preferida e qualquer um dos fatores avaliados (idade e género do provador). Em termos de preferência, 66% dos provadores escolheram o iogurte sem lactose. No que diz respeito à prova triangular, não foram detetadas diferenças estatisticamente significativas entre as escolhas da amostra diferente e amostra preferida em relação ao género do provador. Apesar de 63% dos provadores terem preferido a amostra com 0 dias, apenas 44% conseguiram distinguir entre o iogurte com 0 dias e com 30 dias, o que sugere que mesmo ao fim de 1 mês, o iogurte continua agradável. Com base em todos os resultados obtidos, conclui-se que o iogurte produzido com S. platensis é um produto inovador e saudável, pelos inúmeros benefícios presentes no iogurte, conjugados com os benefícios da microalga.

Secagem convectiva da microalga spirulina platensis: avaliação das propriedades físicas e bioquímicas

O objetivo no presente estudo foi investigar a operação de secagem da microalga Spirulina platensis em camada delgada através da modelagem matemática e otimização da operação, avaliando as características do produto final através de análises físico-químicas. Foram analisados os dados da umidade de equilíbrio para a isoterma de adsorção a 10, 20 e 30°C e de dessorção a 40, 50 e 60°C, através dos modelos de GAB e BET. O calor isostérico foi determinado pela aplicação da equação de Clausius-Clapeyron. O modelo de GAB apresentou melhor ajuste aos dados experimentais. Os valores da área superficial calculados pelos modelos de GAB e BET foram próximos. O calor isostérico e a entropia diferencial da isoterma de dessorção apresentaram comportamento similar. A teoria da compensação entalpia-entropia foi aplicada nas isotermas, indicando que são controladas pela entalpia. A cinética de secagem foi analisada na faixa de temperatura de 50-70°C, através dos modelos de Lewis, Henderson e Pabis, Henderson, Page e Overhults. O modelo de Henderson e Pabis foi escolhido por apresentar maior significado físico para estimar o valor de difusividade efetiva (Def), sendo os valores encontrados na faixa de 5,54 - 6,60×10-11 m 2 /s, para as temperaturas de 50 e 60°C, respectivamente, e de 1,58×10-10 m2 /s para a temperatura de 70°C. A energia de ativação apresentou um valor de 47,9 kJ/mol. A secagem alterou a cor quando comparada ao material in natura. A secagem foi otimizada na faixa de espessuras e temperaturas do ar de secagem de 3-7 mm e de 50-70ºC, respectivamente, através da metodologia de superfície de resposta para ácido tiobarbitúrico (TBA) e perda de ficocianina no produto final. A melhor condição de secagem foi a 55°C e a 3,7 mm, apresentando uma perda de ficocianina de aproximadamente 37% e valor de TBA de 1,5 mgMDA/kgamostra. Nesta condição de secagem, a composição de ácidos graxos da microalga Spirulina não apresentou diferença significativa (P > 0,05) em relação a microalga in natura.

Potencial antifúngico, antioxidante e inibidor da produção de aflatoxina por extratos fenólicos de Chlorella sp. e Spirulina platensis

A contaminação fúngica acarreta alterações na qualidade nutricional e no valor econômico de produtos alimentícios podendo causar danos patológicos em plantas, animais e humanos. A identificação da atividade antioxidante, antifúngica e antimicotoxinas, em extratos de microalgas com propriedade de inibir a multiplicação de fungos e subseqüente produção de micotoxinas abre a perspectiva de empregar substâncias mais eficientes e com maior ação específica contra estes microorganismos. Entre os compostos com propriedades inibidoras de radicais livres, de crescimento fúngico e produção de micotoxinas, destacam-se os compostos fenólicos, que podem inibir a atividade metabólica microbiana, dificultando a atividade de enzimas. Neste estudo foram avaliados o poder de inibição de multiplicação fúngica de Rhizopus oryzae e Aspergillus flavus pelos extratos fenólicos de Chlorella sp. e Spirulina platensis, bem como sua atividade antioxidante, e a atividade antimicotoxinas da última microalga contra Aspergillus flavus. O conteúdo de fenóis totais foi em média 1000 µgfenóis/g Spirulina platensis e 600 µgfenóis/g Chlorella sp., sendo que o acido gálico e o cafeíco foram identificados como compostos majoritários na Spirulina platensis. As determinações de glicosamina (parede celular) e ergosterol (membrana celular) mostraram-se bons indicativos do desenvolvimento microbiano permitindo uma boa estimativa da inibição dele. O extrato fenólico de Spirulina platensis apresentou capacidade de inibir cerca de 50% a formação da parede e da membrana celular para ambos os fungos estudados e de 100% a produção de aflatoxina B1 até o 10º dia de cultivo do Aspergillus flavus. Além disso, o extrato metanólico de Spirulina platensis inativou 53,5% o DPPH reativo, limitou o escurecimento enzimático ocasionado pela peroxidase em 55% e inibiu a peroxidação lipídica em 46% após 14 dias de armazenamento sob luz. Estes resultados mostram que a ação antifúngica, antimicotoxinas e antioxidante está naturalmente presente em alguns tecidos microbianos e que encontrar a forma de extraí-los e aplicá-los como conservantes alimentícios é muito promissor para substituição aos antifúngicos e outros conservantes químicos.

Ação fotodinâmica da C-Ficocianina, pigmento extraído da Spirulina platensis, nas linhagens tumorais humanas K562 (não MDR) e K562 – Lucena 1 (MDR)

A C-ficocianina (C-FC), um pigmento comum nas cianobctérias e um dos mais abundantes constituintes da Spirulina platensis, vem sendo estudada por possuir várias propriedades como antioxidante, hepatoprotetora, antiinflamatória e inibidora da enzima COX-2. Alguns autores atribuem também a C-FC um efeito oxidante quando ela é o agente fotossensibilizante utilizado na terapia fotodinâmica (TFD), podendo ser um importante agente no tratamento do câncer. Entretanto ainda pouco se sabe sobre a ação da C-FC, como substância fotosensibilizante, no tratamento de ação fotodinâmica (AFD) em modelos biológicos. A AFD provoca a fotooxidação de substratos biológicos através da geração de espécies reativas de oxigênio produzidas pela associação entre um determinado comprimento de onda, uma substância fotosensível e oxigênio. Existem dois caminhos que levam a morte celular pelo processo de fotooxidação conhecidos como mecanismo do tipo I e tipo II. No mecanismo tipo I são gerados radicais como o radical ânion superóxido e radical hidroxila, enquanto no mecanismo do tipo II a espécie reativa de oxigênio gerada é o oxigênio singlete (1O2). A TFD da C-PC possui muitas vantagens em relação ao uso das hematoporfirinas e seus derivados, como rápida preparação e fácil purificação, ampla faixa de absorção do UV e visível, nenhum efeito local, e significativa redução da fotosensibilidade em tecidos normais por ter uma rápida metabolização em vivo. As pesquisas que avaliam os possíveis efeitos celulares da AFD têm sido também estendidas para as células tumorais que adquirem fenótipo de resistência a múltiplas drogas (MDR). A MDR é um fenômeno no qual células tumorais, selecionadas resistentes a um agente quimioterápico, adquirem resistência a outras drogas, 5 aparentemente não relacionadas. O fenótipo MDR é multifatorial, mas o mecanismo melhor estudado é a super expressão da glicoproteína-P, que é uma proteína de membrana capaz de fazer a extrusão de quimioterápicos para fora de célula. Com isso o objetivo deste estudo é avaliar a sensibilidade das linhagens celulares que expressem (Lucena) ou não (K562) o fenótipo MDR à AFD do pigmento C-FC, extraído da cianobactéria S. platensis, e propor um possível mecanismo de ação. A extração da C-PC foi feita no Laboratorio de Microbiologia e Engenharia de Bioprocesos (FURG). Diferentes concentrações de C-PC (0.025, 0.05, 0.10, 0.20 e 0.40 mg/ml para os testes de PDA da C-PC e 0.05, 0.10, 0.20, 0.40 e 0.60 mg/ml para os testes no escuro) foram usadas. O número de células viáveis foi avaliada imediatamente, 24 h e 48 h após o tratamento com C-PC ou PDA da C-PC através de exclusão por azul de trypan. A concentração de 0.05 mg/ml foi utilizada para determinar o possível papel da Pgp na resposta da linhagem Lucena e a concentração de 0.10 mg/ml foi utilizada nos testes de peroxidação lipídica (LPO), de produção de espécies reativas de oxigênio (ROS) e quantificação de apoptose/necrose. A PDA da CPC causou uma diminuição no número de células viáveis em ambas linhagens K562 (não MDR) e Lucena (MDR), sendo que a linhagem MDR foi menos sensível que a não MDR. Já nos testes realizados no escuro, nenhuma toxicidade foi encontrada para as duas linhagens. Nenhuma alteração na resistência da linhagem Lucena foi encontrada quando o modulador verapamil foi colocado durante o tratamento de APD com C-PC e até às 48h de acompanhamento após o tratamento. Também não foi encontrada diferença significativa de lipoperoxidação (LPO) mas houve uma tendência de aumento na produção de ROS, que foi mais evidente na linhagem K562. Além disso a linhagem Lucena apresentou uma produção basal de ROS significativamente maior que a K562. Nos testes de apoptose/necrose nenhuma diferença foi encontrada entre as células controle e tratadas em ambas linhagens. Os resultados encontrados neste estudo sugerem que a C-PC possa ser um potente agente fotosensibilizante, tanto para linhagens não MDR quanto para linhagens MDR e também que o mecanismo tipo II esteja envolvido em maior parte no efeito observado na PDA da C-PC, mas uma menor participação do mecanismo tipo I não pode ser descartada. 

Assessing the mitochondrial DNA diversity of the Chagas disease vector Triatoma sordida (Hemiptera: Reduviidae)

Triatoma sordida is a species that transmits Trypanosoma cruzi to humans. In Brazil, T. sordida currently deserves special attention because of its wide distribution, tendency to invade domestic environments and vectorial competence. For the planning and execution of control protocols to be effective against Triatominae, they must consider its population structure. In this context, this study aimed to characterise the genetic variability of T. sordida populations collected in areas with persistent infestations from Minas Gerais, Brazil. Levels of genetic variation and population structure were determined in peridomestic T. sordida by sequencing a polymorphic region of the mitochondrial cytochrome b gene. Low nucleotide and haplotype diversity were observed for all 14 sampled areas; π values ranged from 0.002-0.006. Most obtained haplotypes occurred at low frequencies, and some were exclusive to only one of the studied populations. Interpopulation genetic diversity analysis revealed strong genetic structuring. Furthermore, the genetic variability of Brazilian populations is small compared to that of Argentinean and Bolivian specimens. The possible factors related to the reduced genetic variability and strong genetic structuring obtained for studied populations are discussed in this paper.

Digestibilidade de aminoácidos de microalga spirulina platensis para frangos de corte.

2016

Digestion of forages in the rumen is increased by the amount but not the type of protein supplement

Three polyester bag experiments were conducted with fistulated Bos indicus steers to determine the effect of the amount and type of nitrogen (N) supplement on the digestion rate of forages different in quality. In Experiment 1, test substrates were incubated in polyester bags in the rumen of steers fed ryegrass, pangola grass, speargrass and Mitchell grass hays in a 4 by 4 Latin-square design. In Experiment 2, test substrates were incubated in polyester bags in the rumen of steers fed speargrass hay supplemented with urea and ammonium sulfate (US), branched-chain amino acids with US (USAA), casein, cottonseed meal, yeast and Chlorella algae in a 7 by 3 incomplete Latin-square design. In Experiment 3, test substrates were incubated in polyester bags in the rumen of steers fed Mitchell grass hay supplemented with increasing amounts of US or Spirulina algae (Spirulina platensis). The test substrates used in all experiments were speargrass, Mitchell grass, pangola grass or ryegrass hays. Digestion rate of the ryegrass substrate was higher than that of the speargrass substrate (P < 0.05) in Experiment 1. Supplementation with various N sources increased the degradation rate and effective degradability of all incubated substrates above that apparent in Control steers (P < 0.05; Experiment 2). Supplementation of US and Spirulina increased degradation rate and effective degradability of ryegrass, pangola grass and Mitchell grass substrates above that apparent in Control steers (P < 0.05; Experiment 3). However, there was no further response on digestion rate of the substrates in increasing supplementation levels either for US or Spirulina. In conclusion, rate of digestion was affected by forage physical and anatomical properties. Supplementation with various N sources increased rate of digestion when the Control forage ration was very low in N but once a minimum level of N supplementation was reached, irrespective of form of N or other potential growth factors, there was no further increase in rate of digestion.