Utilidad de una etiqueta de poli-histidina para la purificación de la hormona del crecimiento bovino recombinante

Tesis (Maestría en Ciencias con Especialidad en Biología Molecular) UANL

Establecimiento de un método de purificación de proteínas recombinantes, basado en etiquetas de histidina, producidas en pichia pastoris.

Tesis (Maestro en Ciencias con Especialidad en Biología Molecular e Ingeniería Genética) UANL, 2011.

Eletrodos impressos modificados com poli-histidina aplicados na construção de sensores eletroquímicos para crômio(VI) e fármacos

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Modelo experimental de perfusão pulmonar ex vivo em ratos: avaliação histopatológica e de apoptose celular em pulmões preservados com solução de baixo potássio dextrana vs. solução histidina-triptofano-cetoglutarato

OBJETIVO: Comparar os achados histopatológicos e de apoptose em pulmões de ratos preservados em soluções low-potassium dextran (LPD, baixo potássio dextrana), histidine-tryptophan-ketoglutarate (HTK, histidina-triptofano-cetoglutarato) ou salina normal (SN) em 6 h e 12 h de isquemia pela utilização de um modelo experimental de perfusão pulmonar ex vivo. MÉTODOS: Sessenta ratos Wistar foram anestesiados, randomizados e submetidos à perfusão anterógrada pela artéria pulmonar com uma das soluções preservadoras. Após a extração, os blocos cardiopulmonares foram preservados por 6 ou 12 h a 4ºC, sendo então reperfundidos com sangue homólogo em um sistema de perfusão ex vivo durante 60 min. Ao final da reperfusão, fragmentos do lobo médio foram extraídos e processados para histopatologia, sendo avaliados os seguintes parâmetros: congestão, edema alveolar, hemorragia alveolar, hemorragia, infiltrado inflamatório e infiltrado intersticial. O grau de apoptose foi avaliado pelo método TdT-mediated dUTP nick end labeling. RESULTADOS: A histopatologia demonstrou que todos os pulmões preservados com SN apresentaram edema alveolar após 12 h de isquemia. Não houve diferenças em relação ao grau de apoptose nos grupos estudados. CONCLUSÕES: No presente estudo, os achados histopatológicos e de apoptose foram semelhantes com o uso das soluções LPD e HTK, enquanto a presença de edema foi significativamente maior com o uso de SN.

Expresión, purificación y caracterización de proteínas quiméricas de RsbP con el dominio sensorial Per‐ARNT‐Sim y dominios de respuesta histidina quinasa y fosfatasa

Los organismos monitorean una serie de señales internas y externas para ajustar su comportamiento frente a diferentes entornos. Las proteínas encargadas de la transducción de señales son llamadas proteínas sensoriales, y éstas contienen dominios sensoriales que son sensibles a las señales tales como la absorción de la luz o la unión de una sustancia química o ligando; y dominios de respuesta que poseen actividad biológica. Algunas proteínas sensoriales contienen dominios Per-­‐ARNT-­‐Sim(PAS), estos dominios son relativamente pequeños, de aproximadamente 110 aminoácidos y han sido reportados en todos los reinos de la vida. En proteínas, un dominio se caracteriza por una secuencia de aminoácidos específica, sin embargo, los dominios PAS difieren de esta definición, pero sí se caracterizan por poseer una estructura definida que consta de cinco plegamientos beta antiparalelos flanqueados por varias alfa hélices cuya estructura les permite detectar cambios físicos y químicos. Estos dominios pueden activar diferentes dominios de respuesta, que en bacterias incluyen a fosfatasa e histidina quinasa. Se planteó la siguiente hipótesis: El dominio Per-­‐ARNT-­‐Sim(PAS) de RsbP es capaz de interactuar con distintos dominios derespuesta, ya sea fosfatasa o histidina quinasa formando estructuras cuaternarias definidas. El objetivo general es: Establecer la relación estructura-­‐función de dominios PAS bacterianos determinando interacciones específicas con distintos dominios de respuesta. La metodología incluye las técnicas de clonación tradicionales, expresión y purificación de proteínas por medio de cromatografía por afinidad y por intercambio aniónico y finalmente el estudio del estado oligomérico por medio de cromatografía de exclusión. Contribuciones y Conclusiones: en el presente estudio se expresó, purificó y caracterizó el dominio sensorial PAS de RsbP (RsbP-­‐PAS) y la proteína completa RsbP de B. subtilis. Estas proteínas seexpresaron y purificaron utilizando la proteína glutatión S-­‐transferasa (GST) como proteína de fusión. Mediante cromatografía de exclusión por tamaño se determinó la estructura cuaternaria del dominio sensorial PAS de RsbP siendo un monómero y la proteína completa RsbP como tetrámero. Además en este estudio se llevó a cabo la construcción de dos proteínas quiméricas de RsbP. La primera esta compuesta de la siguiente manera, (RsbP-­‐PAS) como domino sensorial, bucle enrollado, el cual conecta al domino sensorial con el dominio de respuesta, e histidina quinasa (PAS-­‐HPK) como dominio de respuesta; y la segunda, (RsbP-­‐PAS) como domino sensorial, el primer dominio PAS del fitocromo A que conecta ambos dominios y fosfatasa como dominio de respuesta (PAS-­‐PASalt-­‐PPM). Estas proteínas se expresaron utilizando la proteína glutatión S-­‐transferasa como proteína de fusión la cual permite la purificación por afinidad. En el caso de PAS-­‐HPK se obtuvo suficiente proteína soluble, sin embargo,PAS-­‐PASalt-­‐HPK mostró la presencia de cuerpos de inclusión los cuales disminuyen el rendimiento de proteína soluble y dificultansu purificación. Es importante señalar que en estudios posteriores se mejorará la obtención de proteína soluble de las proteínas quiméricas, para mejorar sus rendimientos de purificación y su caracterización y de esta manera conocer el estado oligomérico que éstas presentan; para corroborar la teoría que el dominio PAS puede activar diferentes dominios de respuesta ya sea con la presencia del bucle enrollado y/o la presencia de dominios PAS alternos; y posteriormente determinar los mecanismos de transducción de señales que estos dominios presentan.

Caracterização de dois novos tipos de centros ferro-enxofre em duas proteínas isoladas de bactérias redutoras de sulfato (desulfovibrio gigas NCIB 9332)

Tese apresentada para obtenção do grau de Doutor

Implementação do método de suspensão quantitativa para avaliar a actividade bactericida de desinfectantes químicos, de acordo com a Norma Europeia EN 1040

As bactérias patogénicas presentes nos sistemas de processamento de alimentos podem ser potencialmente causadoras de doenças alimentares graves, quando sobrevivem à acção bactericida de desinfectantes. Esta acção depende da eficácia das substâncias activas que fazem parte da formulação do desinfectante e das condições ambientais onde se processa a interacção desinfectante – bactéria, sendo ainda específica para cada estirpe bacteriana. Este trabalho teve, como propósito, a implementação de um método que permita avaliar, in vitro, a eficácia bactericida de desinfectantes comerciais contra estirpes bacterianas que são potencialmente causadores de doenças de origem alimentar. A eficácia do desinfectante foi avaliada seguindo a Norma EN1040 e aplicando o método de diluição-neutralização. Para além das estirpes recomendadas naquele documento normativo, nomeadamente, Pseudomonas aeruginosa e Staphylococcus aureus, foram também utilizadas Escherichia coli, Enterococcus faecalis, Salmonella Typhimurium e Listeria monocytogenes. Os desinfectantes foram seleccionados com base nas suas formulações, tendo sido escolhidos desinfectantes cujos princípios activos são, respectivamente: tensioactivos aniónicos; alcalis inorgânicos; hidrocloreto de biguanida polimérica; álcool etoxilado ou cloreto benzalcónio. Foram seleccionados como neutralizantes: tampão fosfato, tiosulfato de sódio, gema de ovo fresca e polisorbato 80 com histidina. Após cada ensaio, o número de bactérias sobreviventes foi obtido pelo cálculo da redução logarítmica decimal, a partir do número de unidades formadoras de colónia presentes em cada placa. A eficácia do desinfectante, na inactivação de cada estirpe alvo, foi classificada numa escala de redução logarítmica à qual 5 log corresponde a redução mínima aceitável do número de colónias quando o tempo de contacto é de 5 minutos, e a temperatura do ensaio é 20ºC. Conclui-se que o método de diluição-neutralização é sensível para todas as estirpes testadas. A gema de ovo fresca revelou ser o melhor neutralizante para desinfectantes contendo tensioactivos aniónicos, enquanto o tampão fosfato é mais adequado para neutralizar desinfectantes contendo alcalis inorgânicos. Porém, nenhum dos neutralizantes testados mostrou ser adequado para os desinfectantes contendo cloreto de benzalcónio ou hidrocloreto biguanida polimérica ou álcool etoxilado. Conclui-se também que as condições laboratoriais implementadas são as adequadas para testar a acção bactericida de desinfectantes utilizados em sistemas de processamento de alimentos.

Interacções de proteínas do plasma com potenciais fármacos: estudos 3D a nível molecular

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Biotecnologia

Expressão em Escherichia coli de antigénios do Cell fusing agent virus (Flaviviridae: Flavivirus) como proteína de fusão

RESUMO: O Cell Fusing Agent Vírus (CFAV), considerado como o primeiro “flavivírus específicos de insectos” (ISF), parece estar exclusivamente adaptado aos seus hospedeiros, não replicando em células de vertebrados. Apesar de ter sido identificado há mais de três décadas (1975), a verdade é que muito pouco se conhece sobre a sua biologia. Dado o seu parentesco filogenético com alguns outros flavivírus encontrados naturalmente em mosquitos de diferentes géneros colhidos em diferentes regiões do globo, este vírus poderá ser usado como modelo para o estudo de ISF. No entanto, necessitam do desenvolvimento de ferramentas básicas, tais como clones moleculares ou baterias de soros contendo anticorpos que reconheçam uma ou mais proteínas codificadas pelo genoma viral, produzidas, por exemplo, a partir de antigénios virais produzidos de forma recombinante. Com este trabalho pretendeu-se a optimização de protocolos que permitiram a expressão e purificação parcial de quatro proteínas [duas proteínas estruturais (C e E) e duas não estruturais (NS3hel e NS5B)] do CFAV em E. coli, todas elas produzidas como proteínas de fusão com “caudas” (tags) de hexahistidina nos seus extremos carboxilo. Para a expansão do CFAV foram utilizadas células Aedes albopictus (C6/36). Após a realização da extracção do RNA viral e a obtenção de cDNA, procedeu-se amplificação, por RT-PCR, das regiões codificantes das proteínas C, E, NS3hel e NS5B, utilizando primers específicos. Os quatro fragmentos de DNA foram independentemente inseridos no vector pJTE1.2/blunt usando E. coli NovaBlue como hospedeira de clonagem e, posteriormente, inseridos em vectores de expressão pET-28b e pET-29b usando E. coli BL21(DE3)pLysS e Rosetta(DE3)pLysS como hospedeiras de expressão. Após da indução, expressão e purificação das proteínas recombinantes C, E, NS3hel e NS5B, foi confirmada a autenticidade destas proteínas produzidas através do método Western Blot com um anticorpo anti-histidina. --------- ABSTRACT: The Cell Fusing Agent virus (CFAV) considered as the first "insect- specific flavivirus" (ISF) and seems to be uniquely adapted to their hosts, not replicating in vertebrate cells. Although it has been known for more than three decades (1975), the truth is very little is known about its biology. Given its close phylogenetic relationship with other flavivirus naturally circulating in various genera of mosquitoes collected from different regions of the globe, this virus could be used as a model for the study of ISF. However, such studies require the development of experimental basic tools, such as molecular clones or serum batteries containing antibodies that recognize one or more proteins encoded by the viral genome, produced, for example, from viral antigens recombinant produced. In this work, we carried out the optimization of protocols that allowed the expression and partial purification of four proteins [two structural proteins (C and E) and two nonstructural proteins (NS3hel and NS5B)] CFAV in E. coli as fusion protein for c-terminal hexahistidine tags. For the expansion of the CFAV we used Aedes albopictus (C6/36) cells. After completion of the viral RNA extraction and cDNA obtained, amplification of the coding regions of the C, E, NS5B and NS3hel proteins was carried out by RT-PCR using specific primers. The four DNA fragments were independently inserted into the vector pJTE1.2/blunt using E. coli NovaBlue as cloning host and then inserted into expression vectors pET-28b and pET-29b using E. coli BL21(DE3)pLysS and Rosetta(DE3)pLysS as expression host. After induction, expression and purification of recombinant C, E, NS3hel and NS5B proteins Western Blot analyses with an anti-histidine antibody confirmed the authenticity of these proteins produced.

Desenvolvimento de um teste de diagnóstico rápido para a deteção de malária em amostras clínicas

A malária é uma doença infeciosa transmitida através da picada de um mosquito fêmea Anopheles infetado com o parasita protozoário do género Plasmodium (P.), sendo o P. falciparum a espécie mais mortal. É responsável pela morte de milhares de pessoas por ano, nomeadamente nos países em vias desenvolvimento, países esses que não detêm as condições necessárias para a prática da microscopia ótica em larga escala, que continua nos dias de hoje a ser a técnica de eleição para o diagnóstico da doença. A conceção de testes de baixo custo e de fácil utilização tais como os testes de diagnóstico rápido (TDR) são uma mais-valia no diagnóstico deste tipo de doenças. A presente dissertação centra-se no desenvolvimento de um TDR num formato competitivo, baseado em nanopartículas de ouro (AuNP) funcionalizadas com ácido mercaptoundecanoico (MUA) ou com o pentapétido Cys-Ala-Leu-Asn-Asn (CALNN) e conjugadas com um anticorpo monoclonal anti-PfHRP2 que reconhece especificamente a proteína rica em histidina 2 produzida pelo P. falciparum (PfHRP2). Para isso, utilizou-se uma tecnologia inovadora na conceção do TDR, a tecnologia lab on paper, que utiliza o papel Whatman nº1. Os estudos de estabilidade de AuNP funcionalizadas com citrato de sódio, MUA ou CALNN por variação da força iónica e pH do meio mostraram que o pentapéptido CALNN é o agente de revestimento mais resistente a oscilações de força iónica, comparativamente com o citrato de sódio e o MUA e que apenas as AuNP revestidas com citrato de sódio atingiram o ponto de agregação ao pKa da molécula de revestimento. Os principais resultados obtidos aquando do desenvolvimento do TDR revelaram que o valor de diluição ótima de anticorpo anti-IgG (solução mãe a 11 mg.mL-1) imobilizado na linha de controlo é de 1:40 e 1:90, utilizando para deteção os bionanoconjugados AuNP-MUA-Anticorpo e AuNP-CALNN-Anticorpo, respetivamente. Com a aplicação da solução AuNP-CALNN-Anticorpo visualizou-se o aparecimento de cor vermelha na linha de teste, o que demonstra a deteção do antigénio pelos bionanoconjugados. A deteção ocorreu com a aplicação de 2,5 μL de PfHRP2 a 1,5 mg.mL-1. Numa análise global após a aplicação de culturas de sangue não infetadas ou infetadas com o parasita da malária, obteve-se cor na linha de controlo com uma diluição de 1:20 do anticorpo anti-IgG imobilizado. Em relação à linha de teste, na presença de culturas não infetadas, obteve-se sinal na mesma aplicando bionanoconjugados AuNP-MUA-Anticorpo e 2,5 μL de PfHRP2 a 2,6 mg.ml-1.

Propiedades estructurales y dinámicas de organizaciones supramoleculares de interés biológico: Estudios por Resonancia Magnética

En este proyecto se estudian propiedades estructurales y dinámicas de fluídos complejos, en particular de organizaciones como micelas, vesículas, fases hexagonales, etc. Se pretende profundizar en el conocimiento de diversos aspectos de las membranas biológicas y de proteínas que contienen metales de transición usando sistemas modelo simple. Nuestra aproximación experimental al problema involucra esencialmente el uso de la Resonancia Magnética Nuclear de fosfóro-31, hidrógeno, deuterio y carbono-13 y de Resonancia Paramegnética Electrónica usando marcadores de espín. Se realizan también estudios complementarios de áreas moleculares y presiones de colapso en capas monomoleculares y análisis térmico diferencial. (...) Objetivos generales y específicos: El objetivo del proyecto es contribuir a un mejor entendimiento de las complejas membranas biológicas y del funcionamiento de proteínas que contienen metales de transición estudiando propiedades estructurales y dinámicas y transiciones de fase en organizaciones moleculares más simples. Se estudiará la existencia de transiciones de fase liotrópicas y termotrópicas y el efecto de perturbantes sobre la dinámica molecular en los sistemas seleccionados. En el sistema Zn(d,l-histidina)2.5H2O hemos iniciado varias mediciones de RMN de 1H y 2H en función de temperatura que revelan movimientos cuyas energías de activación hemos calculado. Sin embargo, no hemos logrado hasta el momento determinar unívocamente el tipo de movimiento y los átomos involucrados. Es para esto que pretendemos realizar estudios de RMN en otros núcleos tales como 13C, 14N y 15N e iniciar mediciones más finas de tiempos de relajación spin-spin T2 y spin-red T1 en 1H y 2H y en los núcleos mencionados en función de temperatura. Asimismo, se continuará la caracterización de bicapas y otras fases formadas por fosfolípidos de origen natural a los cuales se agregan gangliósidos y/o colesterol. Se aprovecha que el 31P (de abundancia natural 100%) tiene spin nuclear ½ y que la forma de línea de resonancia, una vez cancelada la interacción dipolar magnética con los hidrógenos, provee a través del corrimiento químico del 31P información del entorno del mismo y así de la organización molecular. Complementariamente, los resultados de RPE nos permitirán conocer la dinámica de la zona hidrofóbica de los agregados y diferenciar micelas de vesículas pequeñas. Esta información no es accesible a partir de mediciones de 31P-RMN.

Aminoácidos livres do feijão 60 dias (Phaseolus vulgaris L.)

Os aminoácidos livres da nova variedade de feijão (Phaseolus vulgaris L.) de 60 Dias, foram estudados por croma tografia em papel utilizando-se o seguinte par de solventes: 1) fenol-água, 8:2 (p/v); 2) butanol-ácido acético-água, 4:1:1 (v/v). Os aminoácidos identificados e dosados nos extratos foram: ácido aspártico, ácido glutãmico, lisina, serina, asparagina, glicina, treonina, alanina, glutamina, histidina, acido gama-aminobutírico, arginina, metionina, valina e leucina. Ás determinações quantitativas foram feitas por eluição das manchas dos cromatogramas seguidas de colorimetria. Os aminoácidos mais abundantes foram lisina, ácido glutâmico e ácido aspártico.

Transferència d’electrò i protó als intermediaris de reacció de les hemo-catalases

Projecte de recerca elaborat a partir d’una estada a l’University of Pennsylvania, EUA, entre els mesos d’agosta a desembre del 2006. Les hemo-catalases són enzims que protegeixen les cèl•lules dels efectes tòxics del peròxid d'hidrogen. Aquesta reacció té lloc en dues etapes, via l'intermediari Compost I (Cpd I). Tanmateix, el Compost I pot seguir una reacció secundària, a través de l'intermediari Compost II. Hi ha dos tipus d'hemo-catalases: les hemo-b (com la d'Helicobacter pylori, HPC) i les hemo-d catalases (com la de Penicillium vitale, PVC). Experimentalment s'observa que les hemo-b catalases formen Cpd II més fàcilment que les hemo-d. La formació del Cpd II consta de dos processos: la reducció del catió radical porfirínic i la protonació del grup oxoferril. Durant l'estada, es va estudiar el procès de transferència electrònica a la porfirina utilitzant una metodologia desenvolupada recentment. Els resultats mostren que per PVC la reducció és més fàcil que per HPC. Posteriorment hem realitzat una sèrie de optimitzacions de geometria CPMD QM/MM al llarg del camí per la transferència de protó (PT) de la histidina distal a l'oxoferril. Mentre que per HPC aquesta PT és espontània, per PVC l'isòmer hidroxoferrílic és menys estable que el catió imidazoli.

Estudios estructurales de relaxasas involucradas en el proceso de conjugación bacteriana

La transferencia horizontal genética en bacterias se produce mediante tres procesos principales: transformación, transducción y conjugación. Este último proceso es considerado uno de los mecanismos más relevantes en la evolución bacteriana y se caracteriza por su eficiencia en la adquisición de nuevos rasgos adaptativos, como ser la resistencia a antibióticos. Existen dos tipos de plásmidos que pueden ser transferidos mediante el proceso de conjugación: conjugativos y movilizables. Los conjugativos son auto-transmisibles ya que codifican todas las proteínas necesarias para la formación del sistema de secreción (ej. F y R388 de Escherichia coli). Los movilizables, por el contrario, son solo transmisibles en presencia de funciones conjugativas adicionales (ej. pMV158 de Streptococcus agalactiae). El proceso de conjugación se inicia con el corte de un enlace específico fosfo-diéster del ADN a ser transferido mediante una proteína denominada relaxasa. Es el caso de la proteína TrwC del plásmido conjugativo R388, cuyos estudios bioquímicos y estructurales demostraron que la presencia de una tríada de histidina, coordinada a un ión metálico, y dos residuos tirosina juegan un rol decisivo en el mecanismo catalítico. Un estudio sistemático, por difracción de rayos X ha permitido determinar la identidad y función del ión metálico, la localización de la segunda tirosina catalítica y la posición del grupo fosfato del enlace fosfo-diéster a ser cortado. Asimismo, se caracterizó por difracción de rayos X, la proteína MobM del plásmido movilizable pMV158. Esta proteína cumple un papel homólogo al de la TrwC, pero en una bacteria Gram positiva. La estructura cristalina de MobM es la primera obtenida de una relaxasa implicada en el sistema de movilización de una bacteria Gram positiva. Las similitudes y diferencias estructurales se describirán en este informe.

Understanding the two-component sensing System of virulent bacteria

Report for the scientific sojourn carried out at the l’ Institute for Computational Molecular Science of the Temple University, United States, from 2010 to 2012. Two-component systems (TCS) are used by pathogenic bacteria to sense the environment within a host and activate mechanisms related to virulence and antimicrobial resistance. A prototypical example is the PhoQ/PhoP system, which is the major regulator of virulence in Salmonella. Hence, PhoQ is an attractive target for the design of new antibiotics against foodborne diseases. Inhibition of the PhoQ-mediated bacterial virulence does not result in growth inhibition, presenting less selective pressure for the generation of antibiotic resistance. Moreover, PhoQ is a histidine kinase (HK) and it is absent in animals. Nevertheless, the design of satisfactory HK inhibitors has been proven to be a challenge. To compete with the intracellular ATP concentrations, the affinity of a HK inhibidor must be in the micromolar-nanomolar range, whereas the current lead compounds have at best millimolar affinities. Moreover, the drug selectivity depends on the conformation of a highly variable loop, referred to as the “ATP-lid, which is difficult to study by X-Ray crystallography due to its flexibility. I have investigated the binding of different HK inhibitors to PhoQ. In particular, all-atom molecular dynamics simulations have been combined with enhanced sampling techniques in order to provide structural and dynamic information of the conformation of the ATP-lid. Transient interactions between these drugs and the ATP-lid have been identified and the free energy of the different binding modes has been estimated. The results obtained pinpoint the importance of protein flexibility in the HK-inhibitor binding, and constitute a first step in developing more potent and selective drugs. The computational resources of the hosting institution as well as the experience of the members of the group in drug binding and free energy methods have been crucial to carry out this work.