O aumento na demanda por alimentos saudáveis e minimamente processados impulsiona a busca por novos agentes antimicrobianos. As bacteriocinas são peptídeos produzidos via ribossomo por algumas espécies de bactérias, podendo ser usadas na conservação e garantia da inocuidade de alimentos, não apresentando as possíveis ações tóxicas de conservadores clássicos amplamente utilizados na indústria alimentícia. Carnobacterium maltaromaticum C2 foi isolado de peixe defumado brasileiro (Surubim, Pseudoplatystoma sp.), e apresenta grande capacidade de inibir a multiplicação de Listeria monocytogenes, demonstrando seu potencial para aplicação na bioconservação de alimentos. Em estudos anteriores, foi demonstrado que essa linhagem bacteriana produz compostos antimicrobianos de origem proteica. Neste trabalho, foram avaliados aspectos gerais da produção de bacteriocinas por C. maltaromaticum C2, assim como sua purificação e caracterização. C. maltaromaticum C2 produz bacteriocinas entre 5 e 25ºC, com ótimo entre 20 e 25ºC. Do mesmo modo, a produção desses compostos foi maior em caldo APT (All purpose Tween), entretanto para as etapas de purificação foram utilizados o caldo BHI (Brain heart infusion) e CAA (Casamino acids), por causarem menos interferência no processo. Lactobacillus sakei e L. monocytogenes foram inibidos pelas bacteriocinas parcialmente purificadas produzidas por C. maltaromaticum C2, e seus peptídeos antimicrobianos apresentaram moderada estabilidade térmica quando expostos a 100ºC por 30 minutos. Foram utilizadas duas técnicas para extração e purificação das bacteriocinas, a técnica de adsorção-dessorção às células produtoras, e a purificação com a resina XAD-16, baseada em interações hidrofílicas e hidrofóbicas com os peptídeos, seguida de extração em fase sólida, sendo que este último processo de purificação resultou em um extrato com alto teor de pureza, como observado durante as análises por cromatografia líquida de alta eficiência em coluna de fase reversa. Com o auxílio de técnicas de espectrometria de massas, foi detectado nos extratos obtidos a presença das carnobacteriocinas BM1 e B1, assim como o peptídeo antimicrobiano CbnX. Este trabalho é pioneiro na purificação de CbnX, pois anteriormente havia somente a descrição de seu gene, mas não havia sido descrita a purificação do peptídeo. Neste sentido, a linhagem estudada é única até o momento e poderá favorecer estudos de expressão gênica de bacteriocinas, bem como a otimização de processos de bioconservação. / The high demand for healthy and minimally processed foods has increased the search for new antimicrobial agents. Bacteriocins are ribosomally synthesized peptides produced by some bacteria, and are useful for biopreservation and food safety, without the possible toxic effects of classical preservatives widely used in food industry. Carnobacterium maltaromaticum C2 was isolated from Brazilian smoked fish (Surubim, Pseudoplatystoma sp.), and it inhibits Listeria monocytogenes, an important foodborne pathogen. In previous studies, it was demonstrated that this bacterial strain produces bacteriocins. In this study, general aspects of the production of bacteriocins by C. maltaromaticum C2 were evaluated, as well as their purification and characterization. C. maltaromaticum C2 produces bacteriocins between 5 and 25ºC, with the optimum incubation temperature between 20 and 25ºC. Similarly, the production of these compounds was higher in APT (All-purpose Tween) broth. However, for the purification steps, BHI (Brain heart infusion) broth and CAA (Casamino acids) broth were used due to their low interference with the processes. Lactobacillus sakei and L. monocytogenes were inhibited by the partially purified bacteriocins produced C. maltaromaticum C2, and their antimicrobial peptides showed moderate thermal stability when tested at 100ºC by 30 minutes. Two techniques for extraction and purification of the antimicrobial peptides were used, the adsorption-desorption of bacteriocins to the producer cells, and the purification with XAD-16 resin, based on hydrophilic and hydrophobic interactions with the peptides, followed by a step of solid phase extraction. The latter resulted in an extract with high purity, as observed by the analysis with reverse-phase high performance liquid chromatography. With mass spectrometry techniques, carnobacteriocins BM1 and B1 were detected, as well as the antimicrobial peptide CbnX. This is an innovative work because the purification of CbnX had never been reported, except its gene. In this respect, this C. maltaromaticum strain is unique until this moment, and may promote researches on gene expression, as well the optimization of biopreservation processes.

O aumento na demanda por alimentos saudáveis e minimamente processados impulsiona a busca por novos agentes antimicrobianos. As bacteriocinas são peptídeos produzidos via ribossomo por algumas espécies de bactérias, podendo ser usadas na conservação e garantia da inocuidade de alimentos, não apresentando as possíveis ações tóxicas de conservadores clássicos amplamente utilizados na indústria alimentícia. Carnobacterium maltaromaticum C2 foi isolado de peixe defumado brasileiro (Surubim, Pseudoplatystoma sp.), e apresenta grande capacidade de inibir a multiplicação de Listeria monocytogenes, demonstrando seu potencial para aplicação na bioconservação de alimentos. Em estudos anteriores, foi demonstrado que essa linhagem bacteriana produz compostos antimicrobianos de origem proteica. Neste trabalho, foram avaliados aspectos gerais da produção de bacteriocinas por C. maltaromaticum C2, assim como sua purificação e caracterização. C. maltaromaticum C2 produz bacteriocinas entre 5 e 25ºC, com ótimo entre 20 e 25ºC. Do mesmo modo, a produção desses compostos foi maior em caldo APT (All purpose Tween), entretanto para as etapas de purificação foram utilizados o caldo BHI (Brain heart infusion) e CAA (Casamino acids), por causarem menos interferência no processo. Lactobacillus sakei e L. monocytogenes foram inibidos pelas bacteriocinas parcialmente purificadas produzidas por C. maltaromaticum C2, e seus peptídeos antimicrobianos apresentaram moderada estabilidade térmica quando expostos a 100ºC por 30 minutos. Foram utilizadas duas técnicas para extração e purificação das bacteriocinas, a técnica de adsorção-dessorção às células produtoras, e a purificação com a resina XAD-16, baseada em interações hidrofílicas e hidrofóbicas com os peptídeos, seguida de extração em fase sólida, sendo que este último processo de purificação resultou em um extrato com alto teor de pureza, como observado durante as análises por cromatografia líquida de alta eficiência em coluna de fase reversa. Com o auxílio de técnicas de espectrometria de massas, foi detectado nos extratos obtidos a presença das carnobacteriocinas BM1 e B1, assim como o peptídeo antimicrobiano CbnX. Este trabalho é pioneiro na purificação de CbnX, pois anteriormente havia somente a descrição de seu gene, mas não havia sido descrita a purificação do peptídeo. Neste sentido, a linhagem estudada é única até o momento e poderá favorecer estudos de expressão gênica de bacteriocinas, bem como a otimização de processos de bioconservação. / The high demand for healthy and minimally processed foods has increased the search for new antimicrobial agents. Bacteriocins are ribosomally synthesized peptides produced by some bacteria, and are useful for biopreservation and food safety, without the possible toxic effects of classical preservatives widely used in food industry. Carnobacterium maltaromaticum C2 was isolated from Brazilian smoked fish (Surubim, Pseudoplatystoma sp.), and it inhibits Listeria monocytogenes, an important foodborne pathogen. In previous studies, it was demonstrated that this bacterial strain produces bacteriocins. In this study, general aspects of the production of bacteriocins by C. maltaromaticum C2 were evaluated, as well as their purification and characterization. C. maltaromaticum C2 produces bacteriocins between 5 and 25ºC, with the optimum incubation temperature between 20 and 25ºC. Similarly, the production of these compounds was higher in APT (All-purpose Tween) broth. However, for the purification steps, BHI (Brain heart infusion) broth and CAA (Casamino acids) broth were used due to their low interference with the processes. Lactobacillus sakei and L. monocytogenes were inhibited by the partially purified bacteriocins produced C. maltaromaticum C2, and their antimicrobial peptides showed moderate thermal stability when tested at 100ºC by 30 minutes. Two techniques for extraction and purification of the antimicrobial peptides were used, the adsorption-desorption of bacteriocins to the producer cells, and the purification with XAD-16 resin, based on hydrophilic and hydrophobic interactions with the peptides, followed by a step of solid phase extraction. The latter resulted in an extract with high purity, as observed by the analysis with reverse-phase high performance liquid chromatography. With mass spectrometry techniques, carnobacteriocins BM1 and B1 were detected, as well as the antimicrobial peptide CbnX. This is an innovative work because the purification of CbnX had never been reported, except its gene. In this respect, this C. maltaromaticum strain is unique until this moment, and may promote researches on gene expression, as well the optimization of biopreservation processes.

Orientadores: Ljubica Tasic, Priscyla Daniely Marcato Gaspari / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química / Made available in DSpace on 2018-08-25T19:45:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ballottin_DanielaPottMarinho_D.pdf: 4687735 bytes, checksum: 78a932e6ae81a2c4a51ae94b6bf0c65f (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Esta tese compreende a produção biogênica e extracelular de nanopartículas de prata (AgNP) utilizando o fungo Fusarium oxysporum, a caracterização físico-química e bioquímica de AgNP e de proteínas, respectivamente. As partículas obtidas foram caracterizadas por técnicas microscópicas, espectroscópicas e de espalhamento dinâmico de luz, as quais forneceram informações em relação a morfologia, tamanho, composição elementar, carga superficial e cristalinidade das partículas. A presença de proteínas estabilizadoras ao redor das partículas foi evidenciada por UV-Vis e TEM. Estas macromoléculas também foram estudas e caracterizadas por diferentes técnicas, tais como, fluorescência, dicroísmo circular, FTIR e Raman. Além disso, foram realizadas análises de eletroforese em gel sendo possível estimar a massa molar das proteínas que estabilizam as AgNP. Algumas destas proteínas foram identificadas por espectrometria de massas, a qual permitiu a obtenção de resultados promissores e inéditos, uma vez que não há na literatura nenhum relato sobre a identificação de proteínas envolvidas na síntese e/ou na estabilização das AgNP. Adicionalmente, foi estudada a atividade antimicrobiana das AgNP frente a diversos micro-organismos patogênicos, como duas espécies de Candida sp. (C. albicans e C. parapsilosis), as quais causam infecções hospitalares, e Xanthomonas axonopodis pv. citri (Xac), uma bactéria patogênica causadora do cancro cítrico, doença com sérias consequências para citricultura brasileira. Nestes estudos foi verificada a alta atividade antimicrobiana das partículas com a atividade inibitória mínima (MIC) da ordem de ?g mL-1. Cito- e genotoxicidade em diferentes organismos e células também foram investigadas, demonstrando que em concentrações utilizadas neste trabalho, as AgNP não apresentam efeito cito- ou genotóxico. São mostrados também resultados da impregnação das AgNP em tecido de algodão e a atividade antimicrobiana deste material frente a C. albicans, C. parapsilosis e Xac / Abstract: This thesis comprises the biogenic and extracellular production os silver nanoparticles (AgNP) using the Fusarium oxysporum fungus, the physic-chemical and biochemical characterization of AgNP and proteins, respectively. The obtained particles were characterized by microscopic, spectroscopic and dynamic light scattering techniques, which provided information regarding the morphology, size, elemental composition, particle surface charge and cristallinity. The presence of surrounding proteins, which stabilize particles was evidenced by UV-Vis and TEM. These macromolecules have also been studied and characterized by different techniques, such as, fluorescence, circular dichroism, Raman and FTIR. Moreover, del electrophoresis analysis were performed ans it was possible to estimate the molar weight of proteins. Some of these were identified by mass spectrometry, which allowed to obtain novel and promising results since there is no reports on the identification of proteins involved in synthesis and/or stabilization of AgNP. Additionally, it was studied the antimicrobial activity of AgNP against several pathogenic micro-organisms, such as, Candida sp. (C. albicans and C. parapsilosis), which cause nosocomial infections, and Xanthomonas axonopodis pv. citri (Xac), a pathogenic bacterium that causes citrus canker, a disease with serious consequences for the Brazilian citrus industry. In these studies it was investigated the high antimicrobial activity of particles through the minimum inhibitory concentration (MIC) values (order of ?g mL-1). Cyto- and genotoxicity in different organisms and cells have also been investigated, showing thet at determined concentrations, AgNP have no cyto- and genotoxic effects. Results of impregnation of AgNP in cotton fabrics and its antimicrobial activity are also shown against C. albicans, C. parapsilosis and Xac / Doutorado / Quimica Organica / Doutora em Ciências