Triagem de hidrolases por metagenômica de solos agrícolas do Norte do Paraná.

Hidrolases englobam um grupo de enzimas que catalisam a quebra de ligações covalentes em reação com água; entre elas estão as proteases, amilases, lipases, pectinases, celulases e catalases. Essas enzimas são muito importantes, com ampla utilização na indústria em geral. O solo é um ambiente muito rico e diverso em microrganismos, sendo considerado a maior fonte para obtenção de substâncias, enzimas e antibióticos, por exemplo. Com a metagenômica, passou a ser possível acessar melhor esse potencial microbiano, permitindo a descoberta de novos genes e biomoléculas. Neste estudo foram coletadas amostras de solos (0-10 cm de profundidade) do norte do Paraná visando buscar hidrolases microbianas funcionais. Foi realizada a extração do DNA de um Latossolo Vermelho Eutroférrico sob quatro manejos de solo e de culturas distintos e as amostras foram submetidas ao sequenciamento utilizando a plataforma 454 (Applied Science). As sequências de DNA foram comparadas com o banco de dados não redundante (NR) do NCBI (National Center for Biotechnology Information) e KEGG (Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes) para busca de similaridade com proteases, amilases, lipases, pectinases, celulases e catalases. A partir do DNA total foram realizadas reações de PCR (Polymerase Chain Reaction) com primers degenerados direcionados para a amplificação de pectinases, celulases e lacases e os produtos de PCR foram purificados com Purelink kit (Invitrogen®) e sequenciados (ABI 3500xL, Aplied Biosystems®). A comparação com as sequências do NCBI e KEGG resultou na identificação de 1.137 sequências com grande similaridade com a enzima lacase; 16.883 sequências para celulase; 2.001 para pectinase; 1.006 para amilase; e 3.725 para lipase. Esses resultados mostram que esses solos agrícolas representam uma fonte importante de recursos biológicos para aplicação industrial, principalmente de enzimas celulases. Até o presente momento, o sequenciamento de 26 produtos amplificados por PCR apresentou identidade para uma amostra, que foi identificada como a enzima celulase.

Microrganismos produtores de hidrolases envolvidos nas transformações dos compostos do carbono e do nitrogênio do solo

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Localização histoquímica de algumas hidrolases no epidídimo do gerbilo

This study mainly showed that alkaline phosphatase expression had been present in the proximal regions of the epididymidis ductus of the gerbil which comprised the initial segment and proximal caput. The reactivities of acid phosphatase and ATPase were strong in the proximal and distal regions of the epididymidis ductus at the level of the apical cytoplasm and epithelium, except at the corpus level, a very thin isthmus located between the caput and cauda epididymidis, and as a general rule a low enzymatic reactive region of the epididymis of gerbil. SDH revealed also low activities in all the regions and regional structures of the duct, except into the luminal content formed by storaged spermatozoa, prior on the cauda level. The enzymes presented in the epididymis were correlated to some histophysiological roles such as the enzymatic mediation of endocytosis, secretion, absorption and active transport concerning to phosphatases and ATPase and a possible mitochondrial role of SDH could occur at the spermatozoa level in which the middle pieces were formed by a great amount of mitochondria.

Estudos de proteômica, estruturais e funcionais de proteínas envolvidas na degradação da biomassa lignocelulósica: expansinas microbianas e hidrolases de glicosídeos termofílicas

O Brasil possui uma posição privilegiada quando se refere à produção de etanol. Por questões históricas e geográficas o país é responsável por mais de 30 % da produção mundial de etanol, com uma produção nacional de mais de 28 bilhões de litros em 2014. Para maximizar o rendimento desse processo, está em desenvolvimento a tecnologia associada ao etanol de segunda geração ou etanol lignocelulósico. Os principais desafios desta tecnologia são: melhorar a eficiência de conversão do substrato em produto e a produção em grande escala utilizando substratos de baixo custo. Com o objetivo de melhorar a eficiência do processo de conversão foram estudadas proteínas auxiliares (expansinas) que, em conjunto com celulases, melhoram a despolimerização de biomassa lignocelulósica em açúcares fermentescíveis. Além disso, realizou-se também a caracterização de enzimas ativas de carboidratos (CAZymes) de origem termofílica do organismo Thermogemmatispora sp. T81, devido a capacidade que estas proteínas apresentam de manter a atividade e conformação estrutural em altas temperaturas por um prolongado período de tempo. A partir de análises utilizando bioinformática, os genes que codificam para expansinas de Xanthomonas campestris, Bacillus licheniformis e Trichoderma reesei foram clonados e expressos em E. coli, e seus produtos gênicos (as expansinas) tiveram seus índices de sinergismo (devido atuação conjunta com coquetéis comerciais) e atividade catalítica determinados. Adicionalmente, dispondo de alinhamentos estruturais, foi proposto um mecanismo hidrolítico para elas. Em relação à bactéria Thermogemmatispora sp. T81, foram realizadas análises genômicas e proteômicas, a fim de selecionar enzimas superexpressas em meio celulósico. Seus genes foram clonados heterologamente em E. coli e o produto de expressão caracterizado bioquimicamente (cromatografia, ensaios de atividade e perfil de hidrólise) e estruturalmente (SAXS e dicroísmo circular). Os índices de sinergismo determinados foram de 2,47; 1,96 e 2,44 para as expansinas de Xanthomonas campestris, Bacillus licheniformis e Trichoderma reesei, respectivamente. A partir dos alinhamentos estruturais foi proposto a díade Asp/Glu como sitio catalítico em expansinas. As análises de proteômica possibilitaram a seleção de quatro alvos de clonagem, por apresentarem alto índice de expressão quando a bactéria foi cultivada em meio celulósico. Estas proteínas foram caracterizadas quanto a atividade e apresentaram um perfil comum: temperatura ótima de ação (de 70 a 75 °C), pH ótimo de 5, e hidrolisam preferencialmente substratos hemicelulósicos (xilano). A porcentagem de estruturais secundárias das proteínas em estudo foram confirmadas com predições teóricas ao se utilizar a técnica de dicroísmo circular. Desta maneira, os objetivos iniciais propostos neste projeto foram concluídos com a determinação do grau de sinergismo das proteínas expansinas em estudo e a proposição de um mecanismo de hidrólise para as mesmas, considerando que tais proteínas por mais de 20 anos tiveram sua atividade definida exclusivamente como acessória. Além disso, este estudo contribui com a identificação e seleção de genes para CAZymes termofilícas com aplicação biotecnológica devido às propriedades termoestáveis apresentadas.

Cutinases fúngicas: propriedades e aplicações industriais

Cutinases (EC 3.1.1.74) are also known as cutin hidrolases. These enzymes share catalytic properties of lipases and esterases, presenting a unique feature of being active regardless the presence of an oil-water interface, making them interesting as biocatalysts in several industrial processes involving hydrolysis, esterification and trans-esterification reactions. They are also active in different reaction media, allowing their applications in different areas such as food industry, cosmetics, fine chemicals, pesticide and insecticide degradation, treatment and laundry of fiber textiles and polymer chemistry. The present review describes the characteristics, potential applications and new perspectives for these enzymes.

Bioquímica da esquistossomose mansônica. VI - alterações do compartimento lisossômlco hepático relacionadas ao tempo de infecção

O Schistosoma mansoni e/ou seus ovos causam uma hepatopatia muito importante e com aspectos anátomo-clínicos bem característicos. Uma vez carregados pela corrente circulatória, os vermes podem ocluir ramos dicotômicos de maior calibre do sistema portal e, quando mortos produzem lesões às vezes extensas, primeiro necróticas, depois inflamatórias e, posteriormente cicatriciais, sempre circunscritas e não sistematizadas. Os ovos, além de penetrarem no's ramúsculos não dicotômicos da rede periductal, alcançam os ramos de distribuição ou até mesmo as vênulas aferentes, ocluin- do muitas delas e, como conseqüência, formam os granulomas intravasculares que podem levar a uma interrupção da corrente sangüínea portal a esse nível e alterações da circulação intralobular. A diminuição da taxa de oxigênio disponível e conseqüentemente o decréscimo do pH intra e extracelular são potentes labilizadores das membranas dos diversos componentes do compartimento lisossômico. A saída de hidrolases ácidas, proteínas catiônicas e hidrolases neutras, a partir desses orgãnulos, acarreta agressões tissulares muito importantes, com o desencadeamento e/ou manutenção dos processos inflamatórios típicos desta parasitose. Neste trabalho estudou-se as atividades lisossômicas ligadas às diversas fases da esquistossomose mansônica hepática. Os resultados indicaram que a integridade funcional dos complexos membranosos do compartimento lisossômico foi significativamente alterada, já a partir do segundo mês da infecção e que parece haver um estreito relacionamento entre o agravamento das lesões inflamatórias hepáticas com uma maior labilidade lisossômica.

Desenvolvimento de novas ferramentas analíticas para a monitorização da actividade da Paraoxonase 1 em amostras de plasma humano

Segundo a Organização Mundial da Saúde (OMS), as doenças cardiovasculares (DCV) são a principal causa de morte nos países desenvolvidos. Há uma necessidade urgente de métodos eficazes para a detecção precoce de doenças cardiovasculares, devido à falta de factores de risco convencionais. Os níveis elevados de homocisteína (Hcy) no sangue, homocisteinemia, são um factor de risco independente bem estabelecido para DCV. De acordo com alguns autores, a conversão metabólica de Hcy no metabolito tóxico Hcy-Tl e subsequente N-homocisteinilação de proteínas induz a agregação e a formação de amiloide, contribuindo assim para a alterações próaterogénicas no sistema cardiovascular. A enzima associada à lipoproteína de alta densidade (HDL), paraoxonase 1 (PON1), é capaz de hidrolisar o metabolito tóxico Hcy-Tl de volta a Hcy no soro humano, como observado em estudos recentes que indicam o papel de patogénese em DCV da hPON1. As paraoxonases de soro (PON1, PON2 e PON3) são hidrolases dependentes de cálcio, que pertencem a uma família de enzimas que exibem propriedades antioxidantes e anti-inflamatórias. Foram identificadas três actividades catalíticas principais para PON1: (i) actividade paraoxonase, que corresponde à conversão hidrolítica de paraoxon em p-nitrofenol e a dietil fosfato, (ii) a actividade arilesterase que promove a hidrólise de ésteres aromáticos, e a (iii) actividade de lactonase, que catalisa a hidrólise de Hcy a Hcy-Tl, sendo considerada a actividade principal da PON1. Vários estudos têm relacionado estas actividades enzimáticas a diversas patologias, o que sugere a sua potencial utilidade no diagnóstico clínico. Neste trabalho pretende-se desenvolver um novo método electroquímico para a detecção fácil do substrato e produto resultantes da hidrólise enzimática de paraoxon pela hPON1. Utilizando uma célula electroquímica constituída por um eléctrodo de referência Ag /AgCl., um contra-eléctrodo de Pt e um electrodo de trabalho de carbono vítreo, o paraoxon e p-nitrofenol foram detectados simultaneamente por voltametria de onda quadrada, numa janela de potencial de [-0,3;-1,2] V. Os resultados dos ensaios com a enzima testada a pH 7,6 e 37°C, na presença de paraoxon e utilizando plasma humano como uma fonte de PON1 serão discutidos. Usando a mesma composição de célula electroquímica, Hcy e Hcy-Tl foram estudados utilizando diferentes interfaces e tipos de tratamento para testar a melhor maneira possível de detecção das duas espécies na mesma experiência electroquímica.

Understanding adaptation to pH in an industrially relevant glycoside hydrolase family 8 xylanase

Dissertação de mestrado em Genética Molecular

Ultrastructural characterisation of the cell wall of Arabidopsis thaliana transgenic plants

The plant cell wall is a strong fibrillar network that gives each cell its stable shape. It is constituted by a network of cellulose microfibrils embedded in a matrix of polysaccharides, such as xyloglucans. To enlarge, cells selectively loosen this network. Moreover, there is a pectin-rich intercellular material, the middle lamella, cementing together the walls of adjacent plant cells. Xyloglucan endotransglucosylase/hydrolases (XTHs) are a group of enzymes involved in the reorganisation of the cellulose-xyloglucan framework by catalysing cleavage and re-ligation of the xyloglucan chains in the plant cell wall, and are considered cell wall loosening agents. In the laboratory, it has been isolated and characterised a XTH gene, ZmXTH1, from an elongation root cDNA library of maize. To address the cellular function of ZmXTH1, transgenic Arabidopsis thaliana plants over-expressing ZmXTH1 (under the control of the CaMV35S promoter) were generated. The aim of the work performed was therefore the characterisation of these transgenic plants at the ultrastructural level, by transmission electron microscopy (TEM).The detailed cellular phenotype of transgenic plants was investigated by comparing ultra-thin transverse sections of basal stem of 5-weeks old plants of wild type (Col 0) and 35S-ZmXTH1 Arabidopsis plants. Transgenic plants show modifications in the cell walls, particularly a thicker middle lamella layer with respect the wild type plants, supporting the idea that the overexpression of ZmXTH1 could imply a pronounced wall-loosening. In sum, the work carried out reinforces the idea that ZmXTH1 is involved in the cell wall loosening process in maize.  

Thrombin-induced contraction in alveolar epithelial cells probed by traction microscopy

Contractile tension of alveolar epithelial cells plays a major role in the force balance that regulates the structural integrity of the alveolar barrier. The aim of this work was to study thrombin-induced contractile forces of alveolar epithelial cells. A549 alveolar epithelial cells were challenged with thrombin, and time course of contractile forces was measured by traction microscopy. The cells exhibited basal contraction with total force magnitude 55.0 ± 12.0 nN (mean ± SE, n = 12). Traction forces were exerted predominantly at the cell periphery and pointed to the cell center. Thrombin (1 U/ml) induced a fast and sustained 2.5-fold increase in traction forces, which maintained peripheral and centripetal distribution. Actin fluorescent staining revealed F-actin polymerization and enhancement of peripheral actin rim. Disruption of actin cytoskeleton with cytochalasin D (5 µM, 30 min) and inhibition of myosin light chain kinase with ML-7 (10 µM, 30 min) and Rho kinase with Y-27632 (10 µM, 30 min) markedly depressed basal contractile tone and abolished thrombin-induced cell contraction. Therefore, the contractile response of alveolar epithelial cells to the inflammatory agonist thrombin was mediated by actin cytoskeleton remodeling and actomyosin activation through myosin light chain kinase and Rho kinase signaling pathways. Thrombin-induced contractile tension might further impair alveolar epithelial barrier integrity in the injured lung.

Atividade de fosfatases em gramíneas forrageiras em resposta à disponibilidade de fósforo no solo e à altura de corte das plantas

A eficiência de utilização de um nutriente, expressa pela relação entre a biomassa produzida e a quantidade absorvida, é uma importante característica adaptativa das plantas, particularmente daquelas cultivadas em solos com baixa disponibilidade desse nutriente. Maior eficiência de utilização de P (EUP) é conferida pela maior taxa de remobilização de P, que consiste na translocação desse nutriente para regiões de maior demanda metabólica na planta. Maiores taxas de remobilização têm sido associadas a maiores atividades das enzimas: fosfatase ácida (APase) e ribonuclease (RNase). Neste trabalho, avaliou-se a atividade dessas enzimas em plantas de Brachiaria decumbens, pouco exigente, e de Panicum maximum cv. Tanzânia, mais exigente em P, cultivadas em solos que receberam diferentes doses desse nutriente e submetidas a diferentes alturas de corte. O ensaio foi realizado em casa de vegetação, utilizando amostra do horizonte B de um Latossolo Vermelho-Amarelo argiloso. Os tratamentos resultaram da combinação fatorial das duas gramíneas, das doses de 100, 200 e 500 mg dm-3 de P e das três alturas de corte: sem corte e corte a 15 e 30 cm a partir da superfície do solo para Brachiaria; e sem corte e corte a 20 e 40 cm para Panicum. As unidades experimentais consistiram de vasos com 10 dm³ de solo, com 10 plantas. Os resultados indicaram que não houve diferença significativa na produção de biomassa das duas gramíneas, mas a adição de P propiciou maior produção e maior teor desse nutriente na parte aérea de ambas. As plantas submetidas a cortes mais severos apresentaram menor produção e maiores teores de P na parte aérea. Ocorreu efeito negativo das doses de P na atividade da APase e da RNase nas duas forrageiras. As plantas cultivadas com a menor dose de P apresentaram maior atividade dessas enzimas e maior EUP. A atividade de ambas as fosfatases decresceu com a idade das plantas. No tratamento com o corte mais intenso, independentemente da dose de P, tanto Brachiaria quanto Panicum apresentaram menor EUP. Isso ocorreu associado à maior atividade das enzimas APase e RNase, indicando que outros mecanismos relacionados com a adaptação das plantas a baixas disponibilidades de P podem estar envolvidos.

Cutinases fúngicas: propriedades e aplicações industriais

Cutinases (EC 3.1.1.74) are also known as cutin hidrolases. These enzymes share catalytic properties of lipases and esterases, presenting a unique feature of being active regardless the presence of an oil-water interface, making them interesting as biocatalysts in several industrial processes involving hydrolysis, esterification and trans-esterification reactions. They are also active in different reaction media, allowing their applications in different areas such as food industry, cosmetics, fine chemicals, pesticide and insecticide degradation, treatment and laundry of fiber textiles and polymer chemistry. The present review describes the characteristics, potential applications and new perspectives for these enzymes.

Produção de concentrados de frutose por inulinases de Penicillium janczewskii e atividade sobre o nível de glicose plasmática em ratos diabéticos

A frutose é utilizada atualmente como adoçante para diabéticos, sendo produzida comercialmente por hidrólise do amido, sob um processo de alto custo que envolve três etapas enzimáticas usando alfa-amilase, amiloglicosidase e glicose isomerase. Uma alternativa para a produção de concentrados de frutose é a hidrólise enzimática da inulina, polímero de frutose encontrado em Asteráceas, incluindo espécies nativas do cerrado. Nesse caso, através de uma única etapa enzimática obtêm-se concentrados com até 95% de frutose. Embora baixos níveis desse açúcar possam ser metabolizados na ausência de insulina, seu efeito sobre a redução do nível de glicose plasmática ainda não está completamente esclarecido. No presente trabalho foi avaliada a ação da frutose produzida por hidrólise da inulina de Vernonia herbacea (Asteraceae) por inulinases de Penicillium janczewskii no nível de glicose plasmática de ratos diabéticos. Dentre os animais diabéticos tratados não foi verificada mortalidade, havendo redução de 46% em média (p<1% no teste de Tukey) dos níveis de glicose plasmática quando comparados aos controles. A considerável produção de inulina em V. herbacea, a alta atividade inulinásica de P. janczewskii e a ausência de mortalidade dos animais tratados demonstram que a frutose obtida por essa via pode ser uma alternativa viável para a produção comercial desse açúcar.

Expressão de uma quitinase de Metarhizium anisopliae em Nicotiana tabacum : obtenção de plantas transgênicas resistentes a doenças fúngicas

A resistência a doenças em plantas transgênicas tem sido obtida por meio da expressão de genes isolados de bactérias, fungos micoparasitas e plantas. Neste trabalho, relatamos a utilização de um gene do fungo entomopatogênico Metarhizium anisopliae como modo de gerar resistência a doenças fúngicas em plantas. O gene chit1 codifica a quitinase CHIT42 (EC 3.2.1.14), pertencente a uma classe de glicosil-hidrolases capazes de converter quitina em oligômeros de N-acetil-glicosamina (NAcGlc). Quando presentes em tecidos vegetais, supõese que as quitinases ataquem especificamente a parede celular de fungos invasores, provocando danos às hifas e causando a morte por lise das células fúngicas. Deste modo, dois diferentes grupos de plantas transgênicas de Nicotiana tabacum foram produzidos: no primeiro deles, denominado chitplus, os indivíduos possuem o gene chit1 sob o controle do promotor CaMV 35S. O segundo grupo, demoninado chitless, consiste de plantas transformadas com um T-DNA não contendo o gene do fungo. Trinta e quatro plantas transgênicas resistentes à canamicina (17 de cada grupo) foram regeneradas a partir de discos de folhas infectados por Agrobacterium tumefaciens. A produção da quitinase em extratos protéicos de folhas foi analisada por zimogramas em SDS-PAGE contendo glicol-quitina e corados por calcoflúor branco, na forma de um screening dos transgênicos primários. As plantas transgênicas foram testadas, ainda, por meio de ensaios colorimétricos empregando oligômeros sintéticos de NAcGlc como substratos específicos, além de immunoblot e Western blot com soro anti-quitinase. A quantidade de enzima recombinante nas plantas chitplus variou desde nenhuma atividade detectável a elevados níveis de expressão da enzima. A hibridização de Southern blot demonstrou que o número de cópias do gene chit1 integradas no genoma vegetal foi estimado entre uma e quatro. A primeira geração de plantas transgênicas geradas por autofecundação de parentais portadores de duas cópias do transgene foi testada com relação à estabilidade da herança do transgene e em 43 de um total de 67 descendentes, originados de quatro cruzamentos independentes, o padrão de segregação não diferiu das proporções Mendelianas esperadas. Ensaios de resistência, desafiando as plantas transgênicas com o basidiomiceto Rhizoctonia solani foram realizados e uma evidente diminuição da área foliar contendo lesões fúngicas foi observada entre as linhagens transgênicas, embora variações na atividade quitinolítica tenham influenciado o nível de resistência. Nossos resultados sugerem uma relação direta entre a atividade específica de quitinase e ao aumento nos níveis de resistência às lesões causadas pela infecção por R. solani.