Desde a década de 80, o nucleopoliedrovírus Anticarsia gemmatalis (AgMNPV) tem sido utilizado no Brasil como agente de controle biológico no combate à lagarta-da-soja, resultando para o país significativos benefícios econômicos e ecológicos. Este vírus envelopado, pertencente à família Baculoviridae, possui DNA circular de fita dupla (132.239 pb) contido em um capsídeo protéico, que pode estar ocluído em uma matriz para-cristalina. Neste trabalho, analisamos a expressão temporal de seus genes em duas linhagens celulares (UFL-AG-286 e IPLB-SF-9), por PCR em tempo real. Outro objetivo foi o estudo do efeito da multiplicação viral na malha gênica celular (GRN), visando analisar a expressão gênica celular diferenciada durante a infecção, através da técnica de hibridização subtrativa. Verificamos que todas as ORFs (exceto ORFs 64 e 83, que provavelmente não codificam a genes) foram expressas, com diferenças significativas entre as linhagens, principalmente em relação ao nível de expressão. Apesar disso, o grupo de genes ligados a replicação apresentou perfil de expressão similar nas duas linhagens, possivelmente por este ser um processo essencial à replicação viral. De uma forma geral, todos os genes apresentaram um perfil de expressão mais precoce do que o relatado na literatura, o que poderia ser tanto devido à replicação precoce do DNA do AgMNPV quanto até mesmo consequência da sensitividade do método utilizado. O agrupamento dos genes por k-means seguiu, em sua maioria, a hora pós-infecção (p.i.) onde a expressão de cada gene foi detectada, o que é coerente com a expressão gênica em cascata de baculovírus. Entretanto, por esta classificação não foi possível predizer função gênica para os genes pouco caracterizados. Em relação ao efeito da infecção do AgMNPV na GRN da UFL-AG-286, observamos que em 20h p.i., uma grande diversidade de genes e funções celulares foram hipo-expressas. / Since the 80s, the Anticarsia gemmatalis nucleopolyhedroviruses (AgMNPV) has been used in Brazil as a biological control agent against the Anticarsia gemmatalis caterpillar in soybean fields, resulting in considerable economic and ecological benefits. This enveloped virus belongs to the Baculoviridae family. It has circular double-stranded DNA (132239 bp) enclosed in a capsid, which can be occluded in a crystalline matrix. In this work we elucidated the temporal gene expression profile of the AgMNPV-2D in two cell lines (UFL-AG-286 and IPLB-SF-9), using a real time PCR. Another objective was to study the effect of viral replication on the cellular gene regulatory network (GRN), in order to analyze the differential cellular gene expression during infection, using subtractive hybridization method. We found that most ORFs (except 64 and 83 ORFs that probably do not encode genes) were expressed, with significant differences between cell lines, mainly in expression intensity. However, the group of genes associated with viral DNA replication had similar expression profile in both lineages, possibly because replication is an essential process for viral multiplication. In general, most genes had earlier expression than reported in the literature, probably due to the early DNA replication in AgMNPV. Moreover, this could be a consequence of the method sensitivity used herein. We clustered genes with the k-means algorithm according to the time pos infection (p.i.) in which each gene expression was first detected and found it to be consistent with the typical cascade of gene expression known for baculovirus. Nonetheless, following this classification, it was not possible to predict gene function for poorly characterized genes. When looking at the impact of viral replication on the host GRN using subtractive hybridization, we found considerable inhibition of cellular transcription at 20h p.i. Furthermore at this time, a large and diverse set of cellular genes and functions were found to be hypo-regulated, indicative of an extensive effect of AgMNPV infection on the UFL-AG-286 GRN.

O interesse em estudar o cultivo das células de inseto está relacionado entre outros usos a sua utilização na produção de biopesticidas. Há muitos anos os pesticidas químicos vêm contribuindo no controle de pragas na agricultura. Entretanto, o uso desses compostos prolongadamente tem resultado na seleção de insetos resistentes e em poluição ambiental. Diante disso, torna-se necessário o desenvolvimento e aprimoramento dos bioinseticidas. No Brasil, o baculovírus Anticarsia gemmatalis multiple nucleopolyhedrovirus (AgMNPV) foi o principal agente de controle biológico da praga da soja Anticarsia gemmatalis. Assim, estudos que viabilizem a produção desses vírus in vitro possibilitariam uma produção mais controlada e de melhor qualidade desses biopesticidas. Neste trabalho, investigou-se a suscetibilidade à infecção por AgMNPV de diferentes linhagens celulares de Sf21 e o crescimento dessas células em diferentes sistemas: cultivos em schotts, em spinner e em biorreator, variando-se a idade do inóculo (IA) e a concentração celular inicial (X0). Constatou-se variação no perfil de infecção das linhagens, sendo as linhagens mais adequadas para a produção de bioinseticida as linhagens de Sf21 denominadas EMBRAPA, UFRN e GibcoG, uma vez que estas apresentaram mais do que 40 % das células com poliedros em cultivos em suspensão, enquanto a linhagem denominada GibcoSF teve menos de 2 % das células infectadas com poliedros. Ao se estudar o efeito do número de subcultivos na morfologia e crescimento celular, foi averiguado um aumento no diâmetro de 10 % e no volume de 26 % das células UFRN em relação às células GibcoSF. Além disso, o crescimento das células UFRN foi 49% menor do que das células GibcoSF. Quando realizado o Delineamento Composto Central Rotacional (DCCR) para se analisar o efeito da IA e a X0 na taxa de crescimento específica máxima (?max) e na concentração celular máxima (Xvmax) em cultivos em schott com células UFRN, obteve-se um modelo empírico. Quando analisadas as variáveis IA e X0 separadamente, não foram encontradas diferenças significativas para as respostas Xvmax e ?max em relação a X0. Para a IA, entretanto, obteve-se os resultados mais satisfatórios para os inóculos com IA de 72 e 96 horas: Xvmax de 5,97.106 cel/mL e 5,99.106 cel/mL, e ?max de 0,70 dia-1 e 0,63 dia-1, respectivamente. Nos cultivos em spinner com células UFRN, foi observada a formação de grumos, o que levou a Xvmax de 2,00.106 cel/mL. No cultivo em biorreator com células UFRN, foi obtido um Xvmax de 6,21.106 cel/mL, ?max de 0,70 dia-1, Qo2 na fase exponencial de 67,3 ± 3,6 .10-18 molO2/cel/s, rendimento de glicose em célula igual a 1,0.109 cel/g de glicose e um rendimento de glutamina em células de 3,0.109 cel/mL. Comprovou-se, portanto, a existência de alterações na infecção entre diferentes linhagens de Sf21; a importância do estado fisiológico da célula nos subcultivos, a ocorrência de mudanças no crescimento celular de acordo com os sistemas de cultivo e o efeito do número de subcultivos na morfologia e crescimento de células Sf21. / Investigate the cultivation of insect cells is related to its use in the production of biopesticides among others. For many years, chemical pesticides have contributed in pest control in agriculture. However, the use of these compounds for prolonged periods has resulted in the selection of resistant insects and environmental pollution. Therefore, it is necessary the development and improvement of biopesticides. In Brazil, the baculovirus Anticarsia gemmatalis multiple nucleopolyhedrovirus (AgMNPV) is the main biological control agent of the plague of soy Anticarsia gemmatalis. Thus, studies that enhance the production of these viruses in vitro would allow a more controlled production and better quality of biopesticides. In the present research, it was investigated the susceptibility of different Sf21 cell lines to infection by AgMNPV and the growth of these cells in different systems: cultivations in schotts, in spinner flasks and in bioreactor, varying the inoculum age (IA) and initial cell concentration (X0). Variation was observed in the lineage\'s infection profile. The most appropriate lineage for the production of biopesticida where the ones denominated EMBRAPA, UFRN and GibcoG, since these showed more than 40% of the infected cells with polyhedra, while the one denominated GibcoSF had less than 2% of the infected cells with polyhedra. When studying the effect of the number of subcultures in morphology and in cell growth, an increase of 10% of the diameter and 26% in the volume of the UFRN cells was observed compared to the GibcoSF cells. Moreover, the cell growth of UFRN was 49% lower than the GibcoSF\'s. When performed the Rotational Central Composite Design (RCCD) to analyze the effect of IA and X0, the maximum specific growth rate (?max) and the maximum cell concentration (Xvmax) in cultures in schott with UFRN cells, it was obtained an empirical model. When the IA and X0 were separately analysed, it was not found significant differences for Xvmax and ?max in relation to X0. For IA, however, it was achieved the most satisfactory results for inocula with IA of 72 and 96 hours: Xvmax equals to 5.97x106 cells/mL and to 5.99x106 cells/ml, and ?max of 0.70 day-1 and 0.63 day-1, respectively. Cultures in spinner with UFRN cells clumped what led to Xvmax of 2.00x106 cells/mL. In cultivation in bioreactor with UFRN cells, was reached Xvmax of 6.21x106 cells/mL, ?max of 0.70 day-1, Qo2 in the exponential phase of 67.3 ± 3.6x10-18 molO2/cell/s, glucose to the cell yield equal to 1.0x109 cell/g of glucose and glutamine to cell yield of 3.0x109 cell/g of glutamine. It was shown, therefore, the existence of the infection alterations among different lineages of Sf21, the importance of the physiological state of the cell for the subcultivation, the occurrence of changes in cell growth according to the cultivation systems and the effect of the number of subcultivation in morphology and in growth of Sf21 cells.

Made available in DSpace on 2015-03-03T15:02:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 AndreaFA_TESE.pdf: 1420174 bytes, checksum: c5656fd03fcd0a38acd22f419f0567c7 (MD5) Previous issue date: 2010-03-12 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Cient?fico e Tecnol?gico / Societal concerns about environmental sustainability has lead to the development of ecologically-friendly alternatives to chemical insecticides for crop protection. One such alternative is biological pest control. In particular, baculoviruses are well suited as insect biopesticides due to their narrow host specificity and relative ease of propagation. In Brazil, the baculovirus Anticarsia gemmatalis nucleopolyhedrovirus (AgMNPV) is the main biological control agent employed for the soybean pest, Anticarsia gemmatalis. This baculovirus biopesticide is currently produced using caterpillars, but increasing market demand for the product has encouraged the development of an in vitro manufacturing process, which can be scaled up to much higher virus productivities. In this study, three wild-type AgMNPV isolates (AgMNPV-2D, AgMNPV-MP2 and AgMNPV-MP5) and a recombinant form (vAgEGT-LacZ) were characterised in terms of occlusion body (OB) production and infection kinetics, to enable future optimisation of the in vitro production process. These viruses were propagated using a Spodoptera frugiperda (IPLB-SF21) insect cell line grown in shaker-flask batch cultures. Among the virus isolates tested, AgMNPV-MP5 was found to be the best producer, yielding (5.3?0.85)x108 OB/mL after 8 days post infection. The characterisation of vAgEGT-LacZ propagation in suspension cell cultures has not been previously reported in the literature; hence it became the main focus for this thesis. In particular, it was carried out a study on the effect of the multiplicity of infection (MOI) on OB production. Five successive batches were performed getting a final production (8.9?1.42)x1014 occlusion bodies, considering that production is related for a bioreactor with final volume of 10m3. A low MOI associated with a fed-batch process for vAgEGT-LacZ production was found to support a 3-fold higher OB yield when compared to the default batch process (1.8x107 and 5.3x107 OB/mL, respectively). This yield is competitive with regards to the production process. / A preocupa??o da sociedade com o meio ambiente tem levado a buscar alternativas de substitui??o dos inseticidas qu?micos por outros produtos menos agressivos ao homem e ao ambiente. Assim, a utiliza??o de controle biol?gico contra pragas ? altamente desej?vel, pois reduz os riscos ambientais e p?blicos da utiliza??o de produtos qu?micos convencionais. Em particular, os v?rus do tipo baculov?rus s?o uma grande alternativa devido ? especificidade oferecida aos seus hospedeiros e a sua forma de propaga??o. No Brasil, o baculov?rus Anticarsia gemmatalis multiple nucleopolyhedrovirus (AgMNPV) ? o principal agente de controle biol?gico da praga da soja Anticarsia gemmatalis. A crescente demanda deste bioinseticida tem estimulado o interesse no desenvolvimento de processos com base na produ??o in vitro de baculov?rus. Deste modo, poder? aumentar a oferta de v?rus, suprindo a necessidade do mercado deste bioinseticida para o controle de A. gemmatalis. Neste trabalho, estrat?gias de produ??o in vitro do baculov?rus selvagem AgMNPV e do seu recombinante vAgEGT?-LacZ, como influ?ncia do isolado, da cin?tica e do modo de opera??o, foram analisadas como alternativa para futura amplia??o de escala na produ??o deste bioinseticida viral. A produ??o em batelada de tr?s isolados selvagens do baculov?rus AgMNPV (AgMNPV-2D, AgMNPV-MP2 e AgMNPV-MP5) utilizando o cultivo em shaker, foi realizada com a finalidade de selecionar o melhor produtor de corpos de oclus?o a partir das infec??es em c?lulas de inseto Spodoptera frugiperda, linhagem IPLB-SF21 para avalia??o comparativa com recombinante vAgEGT?-LacZ. A sele??o identificou o isolado AgMNPVMP5 como melhor produtor de corpos de oclus?o de (5,30?0,85) x108 OB/mL em 8 dias de infec??o. A produ??o in vitro do vAgEGT?-LacZ foi foco principal deste trabalho, pois n?o h?, na literatura, a produ??o deste recombinante em sistemas de cultivo em suspens?o. Foi realizado estudo da multiplicidade de infec??o para identificar a quantidade de in?culo viral para o cultivo. A partir da?, foram realizadas cinco bateladas sucessivas obtendo-se (8,9?1,42)x1014 corpos de oclus?o para um volume final de 10m? de suspens?o de c?lulas infectadas. O aumento da produ??o de corpos de oclus?o obtidos a partir do vAgEGT?-LacZ foi analisado utilizando a estrat?gia de cultivo em batelada alimentada utilizando baixa multiplicidade de infec??o. Esta estrat?gia permitiu aumento de tr?s vezes na produ??o de corpos de oclus?o quando comparada ? produ??o em cultivos em batelada (5,3x107 e 1,8x107 OB/mL, respectivamente). E ainda, o baculov?rus recombinante vAgEGT?-LacZ mostrou-se competitivo em rela??o ao baculov?rus selvagem AgMNPV-MP5

O interesse em estudar o cultivo das células de inseto está relacionado entre outros usos a sua utilização na produção de biopesticidas. Há muitos anos os pesticidas químicos vêm contribuindo no controle de pragas na agricultura. Entretanto, o uso desses compostos prolongadamente tem resultado na seleção de insetos resistentes e em poluição ambiental. Diante disso, torna-se necessário o desenvolvimento e aprimoramento dos bioinseticidas. No Brasil, o baculovírus Anticarsia gemmatalis multiple nucleopolyhedrovirus (AgMNPV) foi o principal agente de controle biológico da praga da soja Anticarsia gemmatalis. Assim, estudos que viabilizem a produção desses vírus in vitro possibilitariam uma produção mais controlada e de melhor qualidade desses biopesticidas. Neste trabalho, investigou-se a suscetibilidade à infecção por AgMNPV de diferentes linhagens celulares de Sf21 e o crescimento dessas células em diferentes sistemas: cultivos em schotts, em spinner e em biorreator, variando-se a idade do inóculo (IA) e a concentração celular inicial (X0). Constatou-se variação no perfil de infecção das linhagens, sendo as linhagens mais adequadas para a produção de bioinseticida as linhagens de Sf21 denominadas EMBRAPA, UFRN e GibcoG, uma vez que estas apresentaram mais do que 40 % das células com poliedros em cultivos em suspensão, enquanto a linhagem denominada GibcoSF teve menos de 2 % das células infectadas com poliedros. Ao se estudar o efeito do número de subcultivos na morfologia e crescimento celular, foi averiguado um aumento no diâmetro de 10 % e no volume de 26 % das células UFRN em relação às células GibcoSF. Além disso, o crescimento das células UFRN foi 49% menor do que das células GibcoSF. Quando realizado o Delineamento Composto Central Rotacional (DCCR) para se analisar o efeito da IA e a X0 na taxa de crescimento específica máxima (?max) e na concentração celular máxima (Xvmax) em cultivos em schott com células UFRN, obteve-se um modelo empírico. Quando analisadas as variáveis IA e X0 separadamente, não foram encontradas diferenças significativas para as respostas Xvmax e ?max em relação a X0. Para a IA, entretanto, obteve-se os resultados mais satisfatórios para os inóculos com IA de 72 e 96 horas: Xvmax de 5,97.106 cel/mL e 5,99.106 cel/mL, e ?max de 0,70 dia-1 e 0,63 dia-1, respectivamente. Nos cultivos em spinner com células UFRN, foi observada a formação de grumos, o que levou a Xvmax de 2,00.106 cel/mL. No cultivo em biorreator com células UFRN, foi obtido um Xvmax de 6,21.106 cel/mL, ?max de 0,70 dia-1, Qo2 na fase exponencial de 67,3 ± 3,6 .10-18 molO2/cel/s, rendimento de glicose em célula igual a 1,0.109 cel/g de glicose e um rendimento de glutamina em células de 3,0.109 cel/mL. Comprovou-se, portanto, a existência de alterações na infecção entre diferentes linhagens de Sf21; a importância do estado fisiológico da célula nos subcultivos, a ocorrência de mudanças no crescimento celular de acordo com os sistemas de cultivo e o efeito do número de subcultivos na morfologia e crescimento de células Sf21. / Investigate the cultivation of insect cells is related to its use in the production of biopesticides among others. For many years, chemical pesticides have contributed in pest control in agriculture. However, the use of these compounds for prolonged periods has resulted in the selection of resistant insects and environmental pollution. Therefore, it is necessary the development and improvement of biopesticides. In Brazil, the baculovirus Anticarsia gemmatalis multiple nucleopolyhedrovirus (AgMNPV) is the main biological control agent of the plague of soy Anticarsia gemmatalis. Thus, studies that enhance the production of these viruses in vitro would allow a more controlled production and better quality of biopesticides. In the present research, it was investigated the susceptibility of different Sf21 cell lines to infection by AgMNPV and the growth of these cells in different systems: cultivations in schotts, in spinner flasks and in bioreactor, varying the inoculum age (IA) and initial cell concentration (X0). Variation was observed in the lineage\'s infection profile. The most appropriate lineage for the production of biopesticida where the ones denominated EMBRAPA, UFRN and GibcoG, since these showed more than 40% of the infected cells with polyhedra, while the one denominated GibcoSF had less than 2% of the infected cells with polyhedra. When studying the effect of the number of subcultures in morphology and in cell growth, an increase of 10% of the diameter and 26% in the volume of the UFRN cells was observed compared to the GibcoSF cells. Moreover, the cell growth of UFRN was 49% lower than the GibcoSF\'s. When performed the Rotational Central Composite Design (RCCD) to analyze the effect of IA and X0, the maximum specific growth rate (?max) and the maximum cell concentration (Xvmax) in cultures in schott with UFRN cells, it was obtained an empirical model. When the IA and X0 were separately analysed, it was not found significant differences for Xvmax and ?max in relation to X0. For IA, however, it was achieved the most satisfactory results for inocula with IA of 72 and 96 hours: Xvmax equals to 5.97x106 cells/mL and to 5.99x106 cells/ml, and ?max of 0.70 day-1 and 0.63 day-1, respectively. Cultures in spinner with UFRN cells clumped what led to Xvmax of 2.00x106 cells/mL. In cultivation in bioreactor with UFRN cells, was reached Xvmax of 6.21x106 cells/mL, ?max of 0.70 day-1, Qo2 in the exponential phase of 67.3 ± 3.6x10-18 molO2/cell/s, glucose to the cell yield equal to 1.0x109 cell/g of glucose and glutamine to cell yield of 3.0x109 cell/g of glutamine. It was shown, therefore, the existence of the infection alterations among different lineages of Sf21, the importance of the physiological state of the cell for the subcultivation, the occurrence of changes in cell growth according to the cultivation systems and the effect of the number of subcultivation in morphology and in growth of Sf21 cells.

Desde a década de 80, o nucleopoliedrovírus Anticarsia gemmatalis (AgMNPV) tem sido utilizado no Brasil como agente de controle biológico no combate à lagarta-da-soja, resultando para o país significativos benefícios econômicos e ecológicos. Este vírus envelopado, pertencente à família Baculoviridae, possui DNA circular de fita dupla (132.239 pb) contido em um capsídeo protéico, que pode estar ocluído em uma matriz para-cristalina. Neste trabalho, analisamos a expressão temporal de seus genes em duas linhagens celulares (UFL-AG-286 e IPLB-SF-9), por PCR em tempo real. Outro objetivo foi o estudo do efeito da multiplicação viral na malha gênica celular (GRN), visando analisar a expressão gênica celular diferenciada durante a infecção, através da técnica de hibridização subtrativa. Verificamos que todas as ORFs (exceto ORFs 64 e 83, que provavelmente não codificam a genes) foram expressas, com diferenças significativas entre as linhagens, principalmente em relação ao nível de expressão. Apesar disso, o grupo de genes ligados a replicação apresentou perfil de expressão similar nas duas linhagens, possivelmente por este ser um processo essencial à replicação viral. De uma forma geral, todos os genes apresentaram um perfil de expressão mais precoce do que o relatado na literatura, o que poderia ser tanto devido à replicação precoce do DNA do AgMNPV quanto até mesmo consequência da sensitividade do método utilizado. O agrupamento dos genes por k-means seguiu, em sua maioria, a hora pós-infecção (p.i.) onde a expressão de cada gene foi detectada, o que é coerente com a expressão gênica em cascata de baculovírus. Entretanto, por esta classificação não foi possível predizer função gênica para os genes pouco caracterizados. Em relação ao efeito da infecção do AgMNPV na GRN da UFL-AG-286, observamos que em 20h p.i., uma grande diversidade de genes e funções celulares foram hipo-expressas. / Since the 80s, the Anticarsia gemmatalis nucleopolyhedroviruses (AgMNPV) has been used in Brazil as a biological control agent against the Anticarsia gemmatalis caterpillar in soybean fields, resulting in considerable economic and ecological benefits. This enveloped virus belongs to the Baculoviridae family. It has circular double-stranded DNA (132239 bp) enclosed in a capsid, which can be occluded in a crystalline matrix. In this work we elucidated the temporal gene expression profile of the AgMNPV-2D in two cell lines (UFL-AG-286 and IPLB-SF-9), using a real time PCR. Another objective was to study the effect of viral replication on the cellular gene regulatory network (GRN), in order to analyze the differential cellular gene expression during infection, using subtractive hybridization method. We found that most ORFs (except 64 and 83 ORFs that probably do not encode genes) were expressed, with significant differences between cell lines, mainly in expression intensity. However, the group of genes associated with viral DNA replication had similar expression profile in both lineages, possibly because replication is an essential process for viral multiplication. In general, most genes had earlier expression than reported in the literature, probably due to the early DNA replication in AgMNPV. Moreover, this could be a consequence of the method sensitivity used herein. We clustered genes with the k-means algorithm according to the time pos infection (p.i.) in which each gene expression was first detected and found it to be consistent with the typical cascade of gene expression known for baculovirus. Nonetheless, following this classification, it was not possible to predict gene function for poorly characterized genes. When looking at the impact of viral replication on the host GRN using subtractive hybridization, we found considerable inhibition of cellular transcription at 20h p.i. Furthermore at this time, a large and diverse set of cellular genes and functions were found to be hypo-regulated, indicative of an extensive effect of AgMNPV infection on the UFL-AG-286 GRN.