Cleome dendroides é uma espécie endêmica da Mata Atlântica dos estados do Rio de Janeiro e Espírito Santo, bioma alterado por intensa atividade antrópica, o que constitui uma ameaça à preservação de suas populações. Não existem estudos dos pontos de vista fisiológico, biotecnológico, fitoquímico ou farmacológico sobre a espécie. Considerando-se o perfil fitoquímico e o potencial medicinal do gênero, torna-se relevante definirem-se protocolos para a produção de plantas e metabólitos de C. dendroides utilizando diferentes sistemas de cultivo in vitro. No presente trabalho, foram realizados estudos sobre a germinação in vivo da espécie, avaliando-se a influência do substrato, temperatura e luz. Não se observou qualquer tipo de dormência, sendo as temperaturas de 20, 25 e 20-30C, em areia ou vermiculita, apropriadas para a germinação in vivo. Definiu-se também uma metodologia eficiente de germinação sob condições in vitro, e as plântulas obtidas foram utilizadas como fonte de explantes para os estudos de propagação in vitro. A resposta morfogênica foi avaliada considerando-se a origem e tipo do explante, tipos e concentrações de reguladores de crescimento e número de subculturas. A metodologia empregada mostrou-se eficiente para a produção de brotos e manutenção de estoques de plantas in vitro que serviram como fonte de explantes. A melhor condição para a propagação in vitro foi definida em meio solidificado contendo BA, independentemente do tipo de explante e da origem. Os brotos obtidos foram alongados, enraizados e aclimatizados. Também foi estabelecida a cultura de raízes e a regeneração de brotos a partir destas culturas. Avaliou-se o efeito da origem do explante, assim como dos tipos e concentrações de fitorreguladores sobre a proliferação de raízes e a regeneração de brotos. O fitorregulador AIB propiciou maior multiplicação das raízes, enquanto BA mostrou-se eficiente na regeneração de brotos a partir das raízes recém-formadas. Foi estabelecido ainda um protocolo de cultura de calos e de suspensões celulares. Avaliou-se o efeito da origem e do tipo de explante, dos tipos e das concentrações de fitorreguladores sobre a calogênese. A combinação de PIC com KIN foi a mais eficiente para a indução de calos em explantes de plântulas obtidas a partir de germinação in vitro, produzindo calos que foram mantidos por pelo menos dois anos. As suspensões celulares também foram estabelecidas em meio contendo PIC + KIN, mantendo uma produção de biomassa de cerca de cinco vezes o peso fresco inicial por três sucessivas subculturas. Análises histoquímicas e fitoquímicas revelaram a presença de alcaloides nos calos e nas suspensões celulares. Foram realizadas análises fitoquímicas de plantas de campo, plantas aclimatizadas, plantas mantidas em estoque in vitro e culturas de raízes, as quais indicaram a presença de derivados de glicosinolatos. Os resultados demonstraram a viabilidade de produção de material vegetal de C. dendroides por meio de métodos biotecnológicos e a produção in vitro de metabólitos de importância medicinal / Cleome dendroides is an endemic species of the Atlantic Forest of Rio de Janeiro and Espírito Santo states, biome changed by intense human activities that threaten its populations. There are no physiological, biotechnological, phytochemical or pharmacological studies of this specie. Considering the phytochemical profile and the medical potential of the genus, it becomes relevant to establish protocols for the production of plants and metabolites of C. dendroides using different in vitro culture systems. In this work, studies were performed on the in vivo germination of the species evaluating the influence of the substrate, temperature and light. There was no dormancy, and germination was achieved at 20, 25 and 20-30C, on sand or vermiculite substrates. An efficient methodology of germination under in vitro conditions was defined by comparing the different stages of post-seminal development with seedlings from germination under in vivo conditions. The plantlets obtained from the in vitro germination were used as a source of explants for in vitro propagation system. The morphogenic response was evaluated considering the source and type of explant, types and concentrations of growth regulators and number of subcultures. The methodology was efficient for the production of shoots and maintenance of in vitro plants. The best condition for in vitro propagation was using solidified medium supplemented with BA, regardless of the tested explants. The shoots were efficiently elongated, rooted and acclimatized. It was also established an efficient protocol for root culture and shoots regeneration from these cultures. The effect of source of explant, the types and growth regulator concentrations on the proliferation of roots and shoot regeneration was evaluated. IBA provided higher multiplication rates of the roots, whereas BA was effective in the regeneration of shoots from the newly formed roots. A protocol of callus culture and cell suspension culture was established. The effect of the origin and type of explant, the types and concentrations of growth regulators on callus formation was evaluated. PIC + KIN was the most efficient combination for callus induction from explants derived from in vitro germinated seedlings. Callus cultures were maitained for at least two years. Cell suspension cultures were established with the same combination of growth regulators (PIC + KIN), maintaining a biomass of about five times the initial fresh weight of three successive subcultures. Histochemical and phytochemical analysis revealed the presence of alkaloids in callus and suspension cell cultures. Phytochemical analyses of field plants, acclimatization in vitro plant and culture roots were performed, which indicated the presence of glucosinolate derivatives. The results demonstrated the possibility of producing medicinal important metabolites from C. dendroides by biotechnological methods

Cleome dendroides é uma espécie endêmica da Mata Atlântica dos estados do Rio de Janeiro e Espírito Santo, bioma alterado por intensa atividade antrópica, o que constitui uma ameaça à preservação de suas populações. Não existem estudos dos pontos de vista fisiológico, biotecnológico, fitoquímico ou farmacológico sobre a espécie. Considerando-se o perfil fitoquímico e o potencial medicinal do gênero, torna-se relevante definirem-se protocolos para a produção de plantas e metabólitos de C. dendroides utilizando diferentes sistemas de cultivo in vitro. No presente trabalho, foram realizados estudos sobre a germinação in vivo da espécie, avaliando-se a influência do substrato, temperatura e luz. Não se observou qualquer tipo de dormência, sendo as temperaturas de 20, 25 e 20-30C, em areia ou vermiculita, apropriadas para a germinação in vivo. Definiu-se também uma metodologia eficiente de germinação sob condições in vitro, e as plântulas obtidas foram utilizadas como fonte de explantes para os estudos de propagação in vitro. A resposta morfogênica foi avaliada considerando-se a origem e tipo do explante, tipos e concentrações de reguladores de crescimento e número de subculturas. A metodologia empregada mostrou-se eficiente para a produção de brotos e manutenção de estoques de plantas in vitro que serviram como fonte de explantes. A melhor condição para a propagação in vitro foi definida em meio solidificado contendo BA, independentemente do tipo de explante e da origem. Os brotos obtidos foram alongados, enraizados e aclimatizados. Também foi estabelecida a cultura de raízes e a regeneração de brotos a partir destas culturas. Avaliou-se o efeito da origem do explante, assim como dos tipos e concentrações de fitorreguladores sobre a proliferação de raízes e a regeneração de brotos. O fitorregulador AIB propiciou maior multiplicação das raízes, enquanto BA mostrou-se eficiente na regeneração de brotos a partir das raízes recém-formadas. Foi estabelecido ainda um protocolo de cultura de calos e de suspensões celulares. Avaliou-se o efeito da origem e do tipo de explante, dos tipos e das concentrações de fitorreguladores sobre a calogênese. A combinação de PIC com KIN foi a mais eficiente para a indução de calos em explantes de plântulas obtidas a partir de germinação in vitro, produzindo calos que foram mantidos por pelo menos dois anos. As suspensões celulares também foram estabelecidas em meio contendo PIC + KIN, mantendo uma produção de biomassa de cerca de cinco vezes o peso fresco inicial por três sucessivas subculturas. Análises histoquímicas e fitoquímicas revelaram a presença de alcaloides nos calos e nas suspensões celulares. Foram realizadas análises fitoquímicas de plantas de campo, plantas aclimatizadas, plantas mantidas em estoque in vitro e culturas de raízes, as quais indicaram a presença de derivados de glicosinolatos. Os resultados demonstraram a viabilidade de produção de material vegetal de C. dendroides por meio de métodos biotecnológicos e a produção in vitro de metabólitos de importância medicinal / Cleome dendroides is an endemic species of the Atlantic Forest of Rio de Janeiro and Espírito Santo states, biome changed by intense human activities that threaten its populations. There are no physiological, biotechnological, phytochemical or pharmacological studies of this specie. Considering the phytochemical profile and the medical potential of the genus, it becomes relevant to establish protocols for the production of plants and metabolites of C. dendroides using different in vitro culture systems. In this work, studies were performed on the in vivo germination of the species evaluating the influence of the substrate, temperature and light. There was no dormancy, and germination was achieved at 20, 25 and 20-30C, on sand or vermiculite substrates. An efficient methodology of germination under in vitro conditions was defined by comparing the different stages of post-seminal development with seedlings from germination under in vivo conditions. The plantlets obtained from the in vitro germination were used as a source of explants for in vitro propagation system. The morphogenic response was evaluated considering the source and type of explant, types and concentrations of growth regulators and number of subcultures. The methodology was efficient for the production of shoots and maintenance of in vitro plants. The best condition for in vitro propagation was using solidified medium supplemented with BA, regardless of the tested explants. The shoots were efficiently elongated, rooted and acclimatized. It was also established an efficient protocol for root culture and shoots regeneration from these cultures. The effect of source of explant, the types and growth regulator concentrations on the proliferation of roots and shoot regeneration was evaluated. IBA provided higher multiplication rates of the roots, whereas BA was effective in the regeneration of shoots from the newly formed roots. A protocol of callus culture and cell suspension culture was established. The effect of the origin and type of explant, the types and concentrations of growth regulators on callus formation was evaluated. PIC + KIN was the most efficient combination for callus induction from explants derived from in vitro germinated seedlings. Callus cultures were maitained for at least two years. Cell suspension cultures were established with the same combination of growth regulators (PIC + KIN), maintaining a biomass of about five times the initial fresh weight of three successive subcultures. Histochemical and phytochemical analysis revealed the presence of alkaloids in callus and suspension cell cultures. Phytochemical analyses of field plants, acclimatization in vitro plant and culture roots were performed, which indicated the presence of glucosinolate derivatives. The results demonstrated the possibility of producing medicinal important metabolites from C. dendroides by biotechnological methods

The contemporary world is characterized by a formidable accumulation of scientific knowledge, which is responsible for developing the technology that permeates all latitudes of the planet and is incorporated, so virtually irreplaceably, to the daily life of human beings. However, the world is in a borderline: serious responsibilities determined by the process of increasingly aggressive human intervention in the biosphere (accelerating its deterioration) and the very human biology, reaching its genetic identity. Humanity is wrapped in a moral dilemma, since it is found that most of the benefits offered by human knowledge —the whole set of scientific and technological progress of humanity— remains inaccessible to most of the universal family. A recurring issue in today’s society is to establish the boundaries between normal and abnormal, between natural and artificial. Is the human being willing, once again, to transgress the parameters established by her concerning what is normal, anatomically and physiologically? Will she not be satisfied by merely making her biological structure sufficiently adapted to the current practices of the species? Will she want more? In the singular historical transition experienced by contemporary society, the emergence of a new ethical reflection to modulate human behavior has become imperative, so that the actions of men and women can converge to the achievement of universal benefits, so as not to endanger the very survival of human beings on the planet. / El mundo contemporáneo se caracteriza por un magnífico conjunto de conocimientos científicos que son responsables por el desarrollo de la tecnología que se disemina en todas las latitudes del planeta y se incorpora, de modo prácticamente permanente, en la cotidianidad del ser humano. Sin embargo, el mundo se encuentra en una frontera de graves responsabilidades determinadas por el proceso de intervención humana cada vez más agresiva en la biósfera (acelerando su deterioro) y en la propia biología humana, alcanzando su identidad genética. La humanidad se encuentra ante una encrucijada moral, al constatarse que la mayoría de las conquistas propiciadas por el conocimiento humano —todo el conjunto del progreso científico y tecnológico de la humanidad— permanece inaccesible para la mayoría de la familia universal. La cuestión recurrente en la sociedad actual es establecer los límites entre lo normal y lo anormal, entre lo natural y lo artificial. ¿Estará el hombre dispuesto, una vez más, a transgredir los parámetros de normalidad anatómica y fisiológica establecidos por él mismo? ¿No le bastará para estar satisfecho el tener su estructura biológica suficientemente adaptada a las prácticas corrientes de la especie? ¿Habrá de querer más? En la singular transición histórica vivida por la sociedad contemporánea se hizo imperativo el surgimiento de una nueva reflexión ética para modular el comportamiento humano, de modo que las acciones de los hombres y las mujeres puedan converger para la consecución de beneficios universales, sin poner en riesgo la propia supervivencia de los seres humanos en este planeta.

As cianobactérias caracterizam-se como o grupo de micro-organismos fotoautotrófico mais abundante encontrado nas regiões polares. Representantes deste grupo realizam a fotossíntese oxigênica e também podem fixar o nitrogênio atmosférico. A maioria dos levantamentos da comunidade de cianobactérias na Antártica tem sido realizada apenas por meio de observações microscópicas de amostras ambientais. O isolamento de linhagens e consequentes estudos fisiológicos, bem como, análises independentes de cultivo ainda são escassos. Neste estudo a comunidade de cianobactérias de duas ilhas oceânicas da Antártica foi investigada utilizando abordagens moleculares dependentes e independentes de cultivo. O papel ecológico das cianobactérias como fornecedoras de formas assimiláveis de nitrogênio e o potencial genético para biossíntese de produtos naturais também foi avaliado. Sessenta e oito linhagens de cianobactérias foram isoladas a partir de diferentes substratos coletados. Elas pertencem às ordens Chroococcales, Pseudanabaenales, Oscillatoriales e Nostocales, famílias Xenococcaceae, Dermocarpellaceae, Pseudanabaenaceae, Oscillatoriaceae, Nostocaceae, Microchaetaceae e Rivulariaceae. Análises filogenéticas baseadas nas sequências de RNAr 16S dessas cianobactérias revelou a existência de agrupamentos: formado exclusivamente por sequência de linhagem isolada nesse trabalho; composto por sequências antárticas oriundas desse e de outros trabalhos desenvolvidos em outras regiões antárticas; e por sequências originárias de diversas regiões do mundo. Quarenta e uma linhagens apresentaram fragmento do gene nifH, responsável pela codificação do complexo enzimático da nitrogenase, o qual está envolvido na fixação biológica do nitrogênio (FBN). Formas unicelulares (Chroococcales), homocitadas (Pseudanabaenales e Oscillatoriales) e heterocitadas (Nostocales) apresentaram potencial genético para realização da FBN, e 18 delas foram submetidas aos testes de redução de acetileno (ARA) com alta sensibilidade de detecção. Todas as linhagens testadas exibiram alguma atividade em resposta a diferentes concentrações de oxigênio e/ou a luminosidade em diferentes condições de temperatura. Filogeneticamente, as sequências do gene nifH apresentaram três padrões distintos de agrupamento, o que pode estar relacionado aos eventos evolutivos envolvidos na distribuição e ou manutenção deste gene. A presença de genes e ou regiões intergênicas evidenciaram o elevado potencial genético dessas linhagens para sintetizar produtos naturais com interesse biotecnológico. A abundância no número de cópias do gene nifH relacionado às cianobactérias nas amostras de biofilme reforça a importância desse grupo de microorganismos como fornecedor de formas reduzidas de N para o ambiente antártico. A análise da comunidade de cianobactérias por meio do sequenciamento do RNAr 16S de DNA metagenômico evidenciou predominância de UTOs relacionadas às ordens Nostocales, Oscillatoriales e Pseudanabaenales, famílias Pseudanabaenaceae, Phormidiaceae, Nostocaceae e Rivulariaceae. A árvore filogenética contendo as sequências de cianobactérias cultivadas e não-cultivadas mostrou que somente parte da comunidade presente em biofilmes foi acessada por isolamento, indicando a complementariedade entre as duas abordagens utilizadas na análise da comunidade de cianobactérias / Cyanobacteria are characterized as the most abundant group of photoautotrophic microorganisms found in the polar regions. Members of this group perform oxygenic photosynthesis and many of them can also fix atmospheric nitrogen. Investigations on the cyanobacterial community have been made mainly applying microscopic observations of environmental samples. Cyanobacterial isolation, physiological studies and cultureindependent analyses are scarce. In this study the cyanobacterial community from two oceanic islands in Antarctica was investigated using culture-dependent and independent approaches. Also, the ecological role of this group of microorganisms as nitrogen-fixing organisms and the genetic potential for biosynthesis of natural products were evaluated. Sixty-eight cyanobacterial strains were isolated from different environmental samples. They belong to the orders Chroococcales, Pseudanabaenales, Oscillatoriales and Nostocales, families Xenococcaceae, Dermocarpellaceae, Pseudanabaenaceae, Oscillatoriaceae, Nostocaceae, Microchaetaceae and Rivulariaceae. Phylogenetic analyses based on 16S rRNA sequences of these cyanobacteria revealed the existence of groups: exclusively formed by sequence of strain isolated in this work; intermixed sequences from this and other studies developed in other Antarctic regions; and sequences originated from different regions of the world. Fortyone cultured strains possess the nifH gene fragment encoding the nitrogenase enzyme complex, which is related to the biological nitrogen fixation (BNF). Unicellular (Chroococcales), homocytous (Pseudanabaenales and Oscillatoriales) and heterocytous forms (Nostocales) showed genetic potential for BNF, and 18 of them were subjected to acetylene reduction assay (ARA) coupled with a sensitive laser photoacoustic ethylene detector. All strains tested exhibited some nitrogenase activity in response to different concentrations of oxygen and or irradiance under different temperature conditions. Phylogenetically, the nifH gene sequences showed three distinct grouping patterns that may be related to the evolutionary events involved in the distribution and or maintenance of this gene. The presence of genes and or intergenic regions in these cyanobacterial strains underscores the genetic potential of them to synthesize natural products with biotechnological interest.The abundance of nifH gene copies related to cyanobacteria in biofilm samples highlights the importance of this group of microorganisms as suppliers of N reduced forms for Antarctic environment. The analysis of the cyanobacteria community revealed by 16S rRNA sequencing of metagenomic DNA showed a predominance of OTUs related to orders Nostocales, Oscillatoriales and Pseudanabaenales, families Pseudanabaenaceae, Phormidiaceae, Nostocaceae and Rivulariaceae. The phylogenetic tree containing Antarctic sequences from cultivated and uncultivated cyanobacteria showed that only part of this community in biofilms has been accessed by isolation, indicating the complementarity between the two approaches used in the analysis of cyanobacterial community

<p>Све обимнија индустријализација која је одговор на захтеве потрошачког друштва, велики је експлоататор ресурса и генератор, поред жељеног производа и великих количина отпадних токова. У највећем број случајева индустријски ефлуенти бивају испуштени у природне реципијенте јер већ њихова примарна обрада изискује додатна улагања. Развојем технике и технологије омогућена је примена биопроцеса у ову сврху, али само искоришћење отпадних вода као сировине за биотехнолошку производњу обећава симултану заштиту животне средине и економску добит, односно представља решење проблема које је одрживо.<br />У оквиру истраживања која су обухваћена овом докторском дисертацијом доказана је могућности примене отпадних вода прехрамбене индустрије као основе култивационог медијума у биотехнолошкој производњи биополимера ксантана. Полазни корак за индустријализацију предложеног поступка је развој симулационог модела који у највећој мери треба да опише реалну ситуацију у материјалном, енергетском, еколошком и економском смислу. Реализација оваквог циља захтева познавање узрочно-последичне везе између метаболичке активности примењеног биокатализатора и процесних услова међу којима је веома значајан састав култивационог медијума.<br />У ту сврху извршена је карактеризација 18 отпадних вода које припадају различитим гранама преграмбене индустрије и потврђена могућност њихове примене као основе култивационог медијума за биотехнолошку производњу ксантана. Експериментално је потврђена могућност производње ксантана на овим ефлуентима применом производног микроорганизма Xanthomonas campestris ATCC 13951, извођењем биопроцеса у биореактору стандардних геометријских односа, запремине 2 l. Оптимизација састава култивационог медијума са отпадним водама одабраних грана прехрамбене индустрије, у погледу најзначајнијих нутријената и са циљем добијања што већег садржаја жељеног производа, изведена је применом методе жељене функције. У наставку истраживања, дефинисана је кинетика биосинтезе ксантана у биореактору запремине 7 l, а добијени кинетички модели за умножавање биомасе (логистичка једначина), настајање производа (Luedeking-Piret-ова једначина) и потрошњу извора угљеника (модификована Luedeking-Piret-ова једначина)) су искоришћени за развој симулационог модела биопроцеса производње ксантана применом ефлуената прехрамбене индустрије.<br />Генерисаним симулационим моделом производње ксантана применом отпадних ефлуената различитих грана прехрамбене индустрије су предвиђени првенствено процесни, а потом и економски показатељи овог биотехнолошког процеса. Са технолошког аспекта, резултати ових истраживања представљају поуздан извор информација за дефинисање идејног решења предложеног биопроцеса који је основа за израду главног технолошког пројекта.</p> / <p>Sve obimnija industrijalizacija koja je odgovor na zahteve potrošačkog društva, veliki je eksploatator resursa i generator, pored željenog proizvoda i velikih količina otpadnih tokova. U najvećem broj slučajeva industrijski efluenti bivaju ispušteni u prirodne recipijente jer već njihova primarna obrada iziskuje dodatna ulaganja. Razvojem tehnike i tehnologije omogućena je primena bioprocesa u ovu svrhu, ali samo iskorišćenje otpadnih voda kao sirovine za biotehnološku proizvodnju obećava simultanu zaštitu životne sredine i ekonomsku dobit, odnosno predstavlja rešenje problema koje je održivo.<br />U okviru istraživanja koja su obuhvaćena ovom doktorskom disertacijom dokazana je mogućnosti primene otpadnih voda prehrambene industrije kao osnove kultivacionog medijuma u biotehnološkoj proizvodnji biopolimera ksantana. Polazni korak za industrijalizaciju predloženog postupka je razvoj simulacionog modela koji u najvećoj meri treba da opiše realnu situaciju u materijalnom, energetskom, ekološkom i ekonomskom smislu. Realizacija ovakvog cilja zahteva poznavanje uzročno-posledične veze između metaboličke aktivnosti primenjenog biokatalizatora i procesnih uslova među kojima je veoma značajan sastav kultivacionog medijuma.<br />U tu svrhu izvršena je karakterizacija 18 otpadnih voda koje pripadaju različitim granama pregrambene industrije i potvrđena mogućnost njihove primene kao osnove kultivacionog medijuma za biotehnološku proizvodnju ksantana. Eksperimentalno je potvrđena mogućnost proizvodnje ksantana na ovim efluentima primenom proizvodnog mikroorganizma Xanthomonas campestris ATCC 13951, izvođenjem bioprocesa u bioreaktoru standardnih geometrijskih odnosa, zapremine 2 l. Optimizacija sastava kultivacionog medijuma sa otpadnim vodama odabranih grana prehrambene industrije, u pogledu najznačajnijih nutrijenata i sa ciljem dobijanja što većeg sadržaja željenog proizvoda, izvedena je primenom metode željene funkcije. U nastavku istraživanja, definisana je kinetika biosinteze ksantana u bioreaktoru zapremine 7 l, a dobijeni kinetički modeli za umnožavanje biomase (logistička jednačina), nastajanje proizvoda (Luedeking-Piret-ova jednačina) i potrošnju izvora ugljenika (modifikovana Luedeking-Piret-ova jednačina)) su iskorišćeni za razvoj simulacionog modela bioprocesa proizvodnje ksantana primenom efluenata prehrambene industrije.<br />Generisanim simulacionim modelom proizvodnje ksantana primenom otpadnih efluenata različitih grana prehrambene industrije su predviđeni prvenstveno procesni, a potom i ekonomski pokazatelji ovog biotehnološkog procesa. Sa tehnološkog aspekta, rezultati ovih istraživanja predstavljaju pouzdan izvor informacija za definisanje idejnog rešenja predloženog bioprocesa koji je osnova za izradu glavnog tehnološkog projekta.</p> / <p>Increasing industrialization as a response to the demands of the consumer society greatly exploits resources and generates large amounts of waste effluents in addition to the desired product. In most cases industrial effluents are discharged into the natural environment because even their primary processing requires additional investments. The development of biotechnology has enabled bioprocesses to be used for this purpose, and using wastewaters as raw materials for biotechnological production simultaneously provides preservation of the environment and economic benefits which is a sustainable solution to the problem.<br />Within the research covered in this doctoral thesis it was proven it is possible to use food and beverage industry wastewaters as a basis for the cultivation media in the biotechnological production of xanthan. The starting step in industrializing the suggested process is to develop a simulation model which best represents the realistic situation and its material, energy, environmental and economic aspects. Realizing this goal requires the author/researcher to be familiar with the causal link between the metabolic activity of the used biocatalyst and process conditions among which the composition of the cultivation media is very significant.<br />In order to accomplish this goal, 18 wastewaters from different branches of the food and beverage industry were characterized and were confirmed to have the capability to be used as a cultivation media for the biotechnological production of xanthan. Experiments confirmed the possibility of producing xanthan on these effluents using the production microorganism Xanthomonas campestris ATCC 13951 in a 2 liter bioreactor of standard geometric characteristics. Composition of the cultivation media based on the wastewaters of the selected food and beverage industry branches was optimized using the desirability function method, focusing on the most significant nutrients and with the goal of obtaining the maximum amount of the desired product. In further research, the kinetics of xanthan biosynthesis in a 7 liter bioreactor were defined, and the obtained kinetic models for biomass multiplication (logistic equation), product formation (Luedeking-Piret equation) and carbon source consumption (modified Luedeking-Piret equation) were used to develop a simulation model of the xanthan production bioprocess using food and beverage processing industry effluents.<br />The generated simulation model of xanthan production using waste effluents of different branches of the food and beverage industry predicts primarily the process but also the economic indicators of this biotechnological process. From a technological perspective, the results of this research represent a reliable source of information for defining a general design of the suggested bioprocess as a basis for the creation of a major biotechnological project.</p>

The culture of coconut is economically relevant to Brazil but suffers with the breeding of pests that target coconut trees and bring on economic losses. One of the pests responsible for such is the palm weevil R. palmarum L., which is attracted to the infestation site by the odor released from the fermentation of plant tissues. This is particularly problematic when the crop, processing and disposal sites are in close location, for the residue discarded (i.e. green coconut shell) undergoes the action of microorganisms that produce volatile compounds and attract the pest to the crop site. This research had as its objective the isolation and characterization of bacteria and yeasts responsible for the fermentation of green coconut shell and production of volatile compounds that are attractive to the palm weevil. For such, green coconut shells were exposed to the local environment for the development of the fermentative processes, having the emitted volatiles analyzed on five different days of fermentation (0, 3, 5, 7, and 10 days). Thirty different compounds belonging to different chemical classes were detected for all of the analyzed days, being alcohols, ketones, aldehydes and hydrocarbons the most frequently found. Isolation procedures were performed immediately after the opening of the coconuts and at the sixth day of fermentation. After purification, thirty eight strains (15 bacteria and 23 yeasts) were obtained and characterized. The characterization of the strains was based on the determination of orphological, physiological and biochemical characteristics and the evaluation of the biotechnological potential. The isolated strains presented variable biochemical profile, although each of them displayed at least one positive result for the tested enzymes. Although bacterial isolates were halotolerant, yeast strains were more. Among the bacterial strains, the isolate A5 stood out for displaying activity for all of the tested enzymes except for laccase besides being capable of degrading filter paper in liquid media. The isolate E4 stood out among the yeast strains for presenting activity for five of the tested enzymes (amylases, pectinases, xylanases, proteases and lipases/esterases) besides displaying tolerance up to 10% NaCl. Therefore each strain presented different biotechnological potential, some of them being potential candidates for the production of volatile compounds by fermentation of the green coconut shell. A few strains were identified to the genus level by the technique of MILDI-TOF, resulting in identification of three bacterial (Bacillus, Pantoea e Arthrobacter) e three yeasts (Pichia, Cryptococcus e Rhodotorula) genera. The production of volatile compound by four selected strains was investigated and resulted on the detection of over 100 different compounds, among which are included ketones, carboxylic acids, pyrazines, esters, hydrocarbons, aldehydes, terpenes and terpenoids. A few of the detected volatiles had been previously reported as attractive to R. palmarum confirming that there is a relationship between the metabolic activity of the isolated microorganisms and production of volatiles attractive to this pest. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A cultura do coqueiro é economicamente importante para o Brasil, mas sofre com a proliferação de pragas que almejam os coqueiros e causam prejuízo econômico. Uma das pragas é a broca-do-olho-do-coqueiro, R. palmarum L., que é atraído para os locais de infestação pelo odor de fermentação de tecidos vegetais. Isto é particularmente problemático quando os locais de plantação, de processamento dos frutos e de descarte de resíduos são próximos, pois o resíduo gerado (casca do coco-verde, por exemplo) sofre ação de microrganismos que produzem compostos voláteis e atraem o inseto para a plantação. Esta pesquisa teve como objetivo o isolamento e a caracterização de bactérias e leveduras responsáveis pela fermentação da casca do coco-verde com concomitante produção de compostos voláteis atrativos para a broca-do-olho-do-coqueiro. Para tanto, cascas de coco-verde recém-abertas foram expostas ao ambiente para desenvolvimento de processo fermentativo, sendo a emissão de voláteis analisada em cinco dias diferentes de fermentação (dias 0, 3, 5, 7 e 10). Trinta compostos de classes químicas variadas foram detectados para os diferentes dias de fermentação, sendo encontrados álcoois, cetonas, aldeídos e hidrocarbonetos com maior frequência. Isolamentos foram realizados após abertura dos cocos e no sexto dia de fermentação. Após purificação, trinta e oito linhagens (15 bactérias e 23 leveduras) foram obtidas e caracterizadas. A caracterização teve como base a determinação de características morfológicas, fisiológicas e bioquímicas e a avaliação do potencial biotecnológico. As linhagens isoladas exibiram perfil bioquímico variado, sendo que todos apresentaram pelo menos um resultado positivo para alguma das enzimas extracelulares testadas. Embora as bactérias tenham sido halotolerantes, as leveduras foram mais. Dentre as bactérias isoladas, o isolado A5 se destacou por apresentar atividade para todas as enzimas testadas exceto lacases, além de demostrar capacidade de degradar papel de filtro em meio líquido. O isolado E4 se destacou entre as leveduras por apresentar atividade para cinco enzimas (amilases, pectinases, xilanases, proteases e lipases/esterases), além de apresentar tolerância a 10% de NaCl. Portanto, cada linhagem isolada apresentou potencial biotecnológico variável, algumas sendo potenciais candidatas para a produção de voláteis pela fermentação da casca do coco-verde. Alguns isolados foram identificados a nível de gênero pela técnica de MALDI-TOF, resultando na identificação de três gêneros de bactérias (Bacillus, Pantoea e Arthrobacter) e três de leveduras (Pichia, Cryptococcus e Rhodotorula). A produção de voláteis por culturas puras de quatro isolados selecionados foi estudada, sendo encontrados mais de 100 compostos diferentes, principalmente cetonas, ácidos carboxílicos, pirazinas, ésteres, hidrocarbonetos, aldeídos, terpenos e terpenóides. Alguns dos voláteis detectados já haviam sido relatados como atrativos para o R. palmarum., confirmando que existe relação entre a atividade metabólica dos microrganismos isolados e produção de voláteis atrativos para esta praga.

Microbial enzymes implicated in plant cell hydrolysis may have several potential aplications such as biomass degradation biocatalysts or with biofuel production. Bark beetles establish symbiosis with several microbial strains which play different roles benifitting the beetle, as the production of hydrolytic enzymes to degrade the ingested wood, the protection against mirobial antagonist or the detoxification of the environment. Fungal symbionts have been traditionally the best studied, but several recent research with bacterial symbionts of several bark beetle species show that bacterial also display important functions for the host. In this study, the bacterial communities of the bark beetle species Cryphalus piceae and Pithophtorus pithophtorus, collected in the Czech Republic from pine and fir trees, respectively, were isolated and 55 out of 89 samples were identified by 16S rRNA gene amplification and sequencing. Members of the genera Erwinia, Pantoea, Curtobacterium, Yersinia, Pseudomonas and Staphylococcus were detected. The isolates were object of study for their possible biotechnological potential in (ligno)cellulose materials degradation by screening several enzymes implicated in plant cell hydrolysis, as cellulases, xylanases, amylases, laccases, as well as their capability for colorant...

Numerous organisms produce ornately detailed inorganic structures (often known as shells) with features on length scales from 50 nm to several centimeters. One class of such organisms are the diatoms; microscopic algae that form silica frustules. Another group of algae, the coccolithophorids, produce similar calcium carbonate structures. Over 100,000 species comprise these two classes of algae, every one of which is endowed with a unique cytoskeleton structure. Using various types of displacement reactions, the chemistry of the original structure can be modified to produce a new material. Magnesium vapor has been found to displace the silicon in diatom frustules to yield an MgO structure. The conversion has been reported at temperatures from 650°C to 900°C. In the current work, the conversion and processing of silica frustules to MgO was examined in depth. The effect of reaction temperature on grain size and extent of conversion was evaluated. With the goal of obtaining high purity MgO structures, various methods for removing the silicon products of reaction were investigated. Wet chemistry and high temperature vapor etches were evaluated. The MgO reaction served as an intermediate step in the production of magnesium tungstate diatoms, which were imbued with photoluminescent properties. Reactions were identified to allow the conversion of calcium carbonate (calcite) structures to alternative chemistries. Calcite sand-dollars were converted to calcium tungstate or calcium molybdate by aqueous solution chemistry. In this process, sand dollar tests (shells) and coccolithophore frustules were reacted with ammonium para-molybdate or ammonium para-tungstate. The reactions were evaluated for shape preservation, phase purity, and photoluminescence of the structures.

Living cells accumulate compensatory solutes for protection against the harmful effects of extreme environmental conditions such as high salinity, temperature and desiccation. Even at high concentrations these solutes do not disrupt the normal cellular functions and at times counteract by stabilizing the cellular components. These properties of compensatory solutes have been exploited for stabilizing proteins and cells in vitro. Betaines are widespread natural compensatory solutes that have also been used in other applications such as therapeutic agents and polymerase chain reaction (PCR) enhancers. Some biomedical applications of novel synthetic analogues of natural betaines were investigated. Natural compensatory solutes are either dipolar zwitterionic compounds or polyhydroxyl compounds, and the physical basis of compensation may differ between these, so one focus was on synthetic betaines with hydroxyl substituents. The majority of the synthetic solutes stabilized different model proteins against stress factors such as high and low temperatures. The presence of hydroxyl groups improved protection against desiccation. The observed stabilization effect is not just on the catalytic activity of the enzyme, but also on its structural conformation. Synthetic compensatory solutes have a potential application as protein stabilizers. Dimethylthetin was evaluated as a therapeutic agent and found to be harmful in a sheep model. However, from the study we were able to generate a large-animal continuous ambulatory peritoneal dialysis (CAPD) model and showed that glycine betaine could be added to the dialysis fluid in chronic renal failure. Some synthetic compensatory solutes reduce the melting temperatures of DNA better than most natural solutes. Synthetic solutes were identified that have potential to enhance PCR and could replace some reagents marketed by commercial suppliers. Density, viscosity and molecular model data on the solutes showed correlations with the biochemical effects of the solutes, but no physical measurements were found that reliably predicted their potential for biotechnological applications.