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Orientador: Maria Lucia Gonsales da Costa Araújo / Resumo: O ácido clavulânico é um metabólito secundário isolado de culturas de Streptomyces clavuligerus que possui uma atividade antibacteriana fraca, mas é um potente inibidor de b-lactamases. O uso combinado desse composto com penicilinas e cefalosporinas tem se mostrado uma estratégia terapêutica eficiente na luta contra a resistência bacteriana. Esse composto b-lactâmico é produzido por fermentação simultaneamente com outros intermediários metabólicos e sua purificação envolve uma série de etapas, que incluem: adsorção, troca-iônica, extração líquido-líquido, precipitação e cristalização. O objetivo deste trabalho foi a investigação da eficiência de diferentes resinas na purificação do ácido clavulânico por adsorção e troca-iônica. No entanto, como esse composto b-lactâmico apresenta velocidades de degradação elevadas em soluções aquosas, inicialmente estabeleceu-se a faixa de pH de maior estabilidade, situada entre 4,5 e 7,5. Os estudos cinéticos de adsorção em batelada mostraram que somente a resina de troca iônica IRA400 foi eficiente na recuperação do ácido clavulânico, a partir de soluções aquosas. Assim, analisou-se a influência de parâmetros como temperatura, concentração de resina, força iônica e pH no processo de troca-iônica. A caracterização termodinâmica do processo foi possível através da determinação da entalpia de adsorção por microcalorimetria e da afinidade da resina pelo composto em questão. Esses estudos foram importantes para o estabelecimento das melhores condições de adsorção que podem ser empregadas na purificação do ácido clavulânico a partir do caldo fermentativo. / Abstract: Clavulanic acid is a secondary metabolite isolated from cultures of Streptomyces clavuligerus and presents a low antibacterial activity but is a potent inhibitor of ß-lactamases. Its use in combination with penicillins and cephalosporins has shown to be an efficient therapeutic strategy to face bacterial resistance to antibiotics. This ß-lactam compound is produced by fermentation simultaneously with other metabolic intermediates and its purification involves several steps: liquid-liquid extraction, adsorption, ion-exchange chromatography, precipitation and crystallization. In this work the performance of several resins for the purification of clavulanic acid by adsorption and ion-exchange chromatography was investigated. However, since this ß-lactam compound presents high degradation rates in aqueous solution, inicially the pH range leading to higher stability was determined. The adsorption studies, performed batchwise, has shown that only the Amberlite IRA400 ion exchange resin was effective for the recovery of the clavulanic acid in aqueous solutions. Then, the influence of temperature, resin concentration, ionic strength and pH in the ion exchange process was analyzed. Thermodynamic characterization of the process was achieved by the determination of the adsorption entalphy in a microcalorimetry and by the resin affinity the target compound. This studies were essential for the establishment of the best adsorption conditions which could be applied for the clavulanic acid purification from the fermentation broth. / Mestre

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:23:08Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2001Bitstream added on 2014-06-13T18:09:16Z : No. of bitstreams: 1 bersanetti_pa_me_araiq.pdf: 408293 bytes, checksum: bd4796bb7b8735c621e3ef612dc5b87d (MD5) / O ácido clavulânico é um metabólito secundário isolado de culturas de Streptomyces clavuligerus que possui uma atividade antibacteriana fraca, mas é um potente inibidor de b-lactamases. O uso combinado desse composto com penicilinas e cefalosporinas tem se mostrado uma estratégia terapêutica eficiente na luta contra a resistência bacteriana. Esse composto b-lactâmico é produzido por fermentação simultaneamente com outros intermediários metabólicos e sua purificação envolve uma série de etapas, que incluem: adsorção, troca-iônica, extração líquido-líquido, precipitação e cristalização. O objetivo deste trabalho foi a investigação da eficiência de diferentes resinas na purificação do ácido clavulânico por adsorção e troca-iônica. No entanto, como esse composto b-lactâmico apresenta velocidades de degradação elevadas em soluções aquosas, inicialmente estabeleceu-se a faixa de pH de maior estabilidade, situada entre 4,5 e 7,5. Os estudos cinéticos de adsorção em batelada mostraram que somente a resina de troca iônica IRA400 foi eficiente na recuperação do ácido clavulânico, a partir de soluções aquosas. Assim, analisou-se a influência de parâmetros como temperatura, concentração de resina, força iônica e pH no processo de troca-iônica. A caracterização termodinâmica do processo foi possível através da determinação da entalpia de adsorção por microcalorimetria e da afinidade da resina pelo composto em questão. Esses estudos foram importantes para o estabelecimento das melhores condições de adsorção que podem ser empregadas na purificação do ácido clavulânico a partir do caldo fermentativo. / Clavulanic acid is a secondary metabolite isolated from cultures of Streptomyces clavuligerus and presents a low antibacterial activity but is a potent inhibitor of ß-lactamases. Its use in combination with penicillins and cephalosporins has shown to be an efficient therapeutic strategy to face bacterial resistance to antibiotics. This ß-lactam compound is produced by fermentation simultaneously with other metabolic intermediates and its purification involves several steps: liquid-liquid extraction, adsorption, ion-exchange chromatography, precipitation and crystallization. In this work the performance of several resins for the purification of clavulanic acid by adsorption and ion-exchange chromatography was investigated. However, since this ß-lactam compound presents high degradation rates in aqueous solution, inicially the pH range leading to higher stability was determined. The adsorption studies, performed batchwise, has shown that only the Amberlite IRA400 ion exchange resin was effective for the recovery of the clavulanic acid in aqueous solutions. Then, the influence of temperature, resin concentration, ionic strength and pH in the ion exchange process was analyzed. Thermodynamic characterization of the process was achieved by the determination of the adsorption entalphy in a microcalorimetry and by the resin affinity the target compound. This studies were essential for the establishment of the best adsorption conditions which could be applied for the clavulanic acid purification from the fermentation broth.

Orientador: Marcel Otavio Cerri / Resumo: O ácido clavulânico (AC) é um antibiótico β-lactâmico com potente atividade inibitória de β-lactamases, enzimas que hidrolisam o anel β-lactâmico, destruindo o local onde os fármacos β-lactâmicos se ligam às PBPs (proteínas ligadoras de penicilina), exercendo sua ação. O AC tem sido aplicado como adjuvante no tratamento de infecções em combinação com outros antibióticos sensíveis à ação β-lactamases. O AC é produzido a partir de Streptomyces clavuligerus, uma bactéria filamentosa. Em geral, o cultivo para produção de AC é sujeito a efeitos de parâmetros, como temperatura, fontes nitrogênio, agitação e aeração, entre outros. Sabe-se que temperatura influencia o crescimento do microrganismo e a produção do AC, assim como o íon amônio resultante do metabolismo bacteriano é um importante composto quando se trata de degradação e estabilidade da molécula de AC no meio de cultivo. Contudo, não são encontrados na literatura trabalhos que correlacionem o efeito conjunto dois fatores sobre a produção do AC. No presente trabalho foram realizados inicialmente 3 cultivos em mesa incubadora rotativa, C-30 (30°C), C-25 (25°C) E C-20 (20°C), avaliando-se a produção de AC, o consumo de glicerol e a produção de amônio. Um cultivo em biorreator utilizando a melhor condição para produção de AC obtida a partir dos ensaios anteriores, avaliando os mesmos parâmetros dos cultivos iniciais. Por fim foram realizados testes de degradação de AC utilizando solução aquosa e componentes do meio de cultura ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Clavulanic Acid (CA) is a β-lactam antibiotic with a potent inhibitory activity of βlactamases, enzymes that hydrolyze β-lactam ring binding, destroying the site where β-lactam drugs bind to PBPs (penicillin binding proteins), exercising its actions. The CA has been being applied as an adjuvant in the treatment of infections in combination with other β-lactamases action-sensitive antibiotics. CA is produced from Streptomyces clavuligerus, a filamentous bacterium. In general, the cultivation process for CA production is subject to effects of operational parameters, such as temperature, nitrogen sources, agitation and aeration, among others. It is known that temperature influences the growth of microorganism and the production of CA, as well as ammonium, as well as ammonium resulting from bacterial cell metabolism, an important compound when it comes to degradation and stability of the molecule at growing medium. Although, no study has been found in literature, that correlates the effects of these two influents under CA production. In this present study, initially has been elaborated three cultures carried out in a rotating incubator table, C-30 (30ºC), C25 (25 ºC) and C- 20 (20 ºC), evaluating the production of CA, the consumption of glycerol, the production of ammonium in the growth medium, with growth in a bioreactor, using the best conditions for the production of CA, from previous trials, evaluating the same parameters of the initial cultures and degradation tests of CA us... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Charles University Faculty of Pharmacy in Hradec Králové Department of Pharmacology & Toxicology Student: Veronika Řepová Supervisor: Prof. PharmDr. Petr Pávek, Ph.D., Prof. Ramiro Jover Atienza, Ph.D. Title of diploma thesis: Alterations in gene expression of hepatobiliary transporters as potential mechanisms for drug-induced cholestasis by amoxicillin and clavulanic acid The combination of amoxicillin and clavulanic acid (AMO/CLA) represents one of the most frequent causes of the idiosyncratic type of drug-induced liver injury (DILI) nowadays. Despite difficulties in diagnosis and causality assessment, the clinical features have already been reported and in most of the cases categorized as cholestatic damages. Number of descriptions of the molecular mechanisms of drug-induced cholestasis has been rising recently and the role of hepatobiliary transporters has turned out to be crucial in the pathogenesis. However, the mechanisms of AMO/CLA-induced DILI at the molecular level still remain indistinct. In order to investigate the hepatotoxic effects of AMO/CLA and AMO alone in vitro, HepG2 and human Upcyte hepatocytes were used as hepatocellular models. The mRNA levels of key bile acid (BA) transporters, enzymes and nuclear receptors (NRs) were measured by quantitative real-time polymerase chain...

Submitted by (edna.saturno@ufrpe.br) on 2016-06-13T15:36:13Z No. of bitstreams: 1 Marcia Nieves Carneiro da Cunha.pdf: 1895206 bytes, checksum: 69a6b07c6d8f6d7284d8b6a3598e376d (MD5) / Made available in DSpace on 2016-06-13T15:36:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Marcia Nieves Carneiro da Cunha.pdf: 1895206 bytes, checksum: 69a6b07c6d8f6d7284d8b6a3598e376d (MD5) Previous issue date: 2014-03-30 / Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Clavulanic acid is a β-lactam antibiotic, consisting of a β-lactam ring fused to oxazolidine ring. This compound is used clinically in combination with conventional β-lactam antibiotics. The present study evaluated the simultaneous extraction and production of clavulanic acid by Streptomyces malasyensis DPUA 1571 by extractive fermentation using Aqueous Two-Phase Systems (ATPS). Initially, a study of the stability of commercial clavulanic acid in polyethylene glycol (PEG) and citrate solutions at different concentrations and extraction of this compound in ATPS composed of PEG/citrate realized. In the following stage of the present work clavulanic acid production by Streptomyces malasyensis DPUA 1571 by conventional fermentation was performed in order to verify the ability of this microrganism to produce clavulanic acid, and the results obtained made it possible to realization of integrated production and extraction of clavulanic acid using extractive fermentation in ATPS formed by PEG / citrate. Later, there was the influence of different variables in the production of clavulanic acid by Streptomyces malasyensis DPUA 1571 in bioreactor. Studies on the degradation of the clavulanic acid have shown that it is more stable in PEG 20.000 g/mol, pH 6. Due to the results obtained ATPS used partition of clavulanic acid was performed using PEG molar mass 20.000 g/mol. The clavulanic acid was detected in the PEG-rich phase with a concentration of 30% was obtained 188.83 mg/L of clavulanic acid with coefficient K = 3.46 and partition recovery equal to Y = 139.22%. Streptomyces malasyensis DPUA 1571 was capable to produce clavulanic acid, and this production of 387.66 mg/L after 72 hours of cultivation, and production was made possible by extractive fermentation. In this process, the largest concentration of clavulanic acid (337.8 mg.L) was obtained from the PEG-rich phase, were used when higher concentrations of citrate and PEG (25%). Values of partition coefficient of 1.6 and yields of up to 98.2%. In a third step of this work, the production of clavulanic acid by Streptomyces malasyensis DPUA 1571 was performed in bioreactor bench (2.0L). After 120 hours of culture, higher high concentration of clavulanic acid (2241.38 mg/L) were observed. Results concluding that Streptomyces malasyensis DPUA 1571 is a promising source of clavulanic acid with potential for application in the pharmaceutical area. / O ácido clavulânico é um antibiótico β-lactâmico, constituído por um anel β-lactâmico condensado a um anel oxazolidina. Este composto é utilizado clinicamente em combinações com antibióticos β-lactâmicos convencionais. No presente trabalho foi avaliada a produção e extração simultânea de ácido clavulânico por Streptomyces malasyensis DPUA 1571 através de fermentação extrativa utilizando Sistemas de Duas Fases Aquosas (SDFA). Inicialmente foi realizado um estudo da estabilidade do ácido clavulânico comercial em soluções de Polietilenoglicol (PEG) e soluções de citrato em diferentes concentrações, e a extração deste composto por SDFA compostos por PEG/citrato. Na etapa seguinte do presente trabalho foi realizada a produção do ácido clavulânico por Streptomyces malasyensis DPUA 1571 por fermentação convencional, visando verificar a capacidade deste micro-organismo em produzir ácido clavulânico, e os resultados obtidos viabilizaram a realização da produção e extração integradas do ácido clavulânico utilizando fermentação extrativa em SDFA formados por PEG/citrato. Posteriormente, verificou-se a influência de diferentes variáveis na produção de ácido clavulânico por Streptomyces malasyensis DPUA 1571 em biorreator. Os estudos sobre a degradação do ácido clavulânico demonstraram que este é mais estável em PEG 20.000 g/mol, a pH 6. Devido aos resultados obtidos os SDFA utilizados para a partição do ácido clavulânico foram realizados utilizando PEG com massa molar 20.000 g/mol. O ácido clavulânico foi detectado na fase rica em PEG com concentração de 30%, sendo obtido 188,83 mg/L de ácido clavulânico, com coeficiente de partição de K=3,46 e com recuperação igual a Y=139,22%. Streptomyces malasyensis DPUA 1571 foi capaz de produzir ácido clavulânico, sendo esta produção de 387.66 mg/L após 72 horas de cultivo, e a produção por fermentação extrativa foi viabilizada. Neste processo a maior concentração de ácido clavulânico (337, 8 mg.L-1) foi obtida na fase rica em PEG, quando foram utilizadas as maiores concentrações de PEG e citrato (25%). Valores de coeficiente de partição de 1,6 e rendimentos de até 98,2% foram obtidos. Em uma terceira etapa deste trabalho, foi realizada a produção do ácido clavulânico por Streptomyces malasyensis DPUA 1571 em biorreator de bancada (2.0L). Após 120 horas de cultivo foi observada alta concentração de ácido clavulânico (2241,38 mg/L). Resultados que permitem concluir que Streptomyces malasyensis DPUA 1571 é uma promissora fonte de ácido clavulânico com potencial para aplicação na área farmacêutica.

Orientador: Francisco Maugeri Filho / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-18T02:03:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Carvalho_AndreaLimoeiro_D.pdf: 2076758 bytes, checksum: 0190971971b90ab3f96544e50f0d9933 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: A nanofiltração é um processo com membrana por diferença de pressão, enolvendo também mecanismos de sorção e difusão, que pode ser aplicado na etapa de concentração do caldo clarificado na produção de ácido clavulânico. No presente trabalho, o ácido clavulânico foi concentrado, avaliou-se a eficiência do processo e estudaram-se os parâmetros envolvidos na transferência de massa e aplicados ao modelo matemático SEDE-VCh, assim como avaliou-se a ampliação de escala do processo. Esse estudo foi dividido nas seguintes etapas: seleção e caracterização das membranas; aplicação do modelo matemático, nos quais foram realizados experimentos para avaliar o desempenho das membranas NF e NF90 (ambas da FilmtecTM), e NP010 e NP030 (ambas da Microdyn Nadir®); ampliação de escala do processo, na qual a membrana que apresentou os melhores resultados nas etapas anteriores foi utilizada. Quanto à seleção da membrana, as respostas avaliadas foram o coeficiente de retenção, a produtividade e o fator de purificação. Na etapa de caracterização da membrana, foi avaliada a morfologia de superfície das quatro membranas, obtendo-se o tamanho e a distribuição de poros, a rugosidade, a dimensão fractal e a permeabilidade das mesmas, além de estudos que forneceram dados referentes aos efeitos estéricos e elétricos sobre o transporte através das membranas, como suas densidades superficiais e volumétricas de carga, a concentração do soluto nas suas superfícies externas e o coeficiente de transferência de massa do processo. A partir desses dados foi gerado um modelo para explicar o transporte através das membranas. Por fim foram feitos experimentos para verificar o comportamento do processo em uma escala piloto. Os resultados obtidos demonstram que a membrana NF é a melhor para o processo de concentração de ácido clavulânico com coeficiente de retenção médio de 0,988 em escala de bancada e aproximadamente 1,0 em escala piloto. As quatro membranas apresentaram raios de poro inferiores a 1 nm e ponto isoelétrico em pH entre 5 e 6. A membrana NP010 apresentou maior permeabilidade à água, e as demais na seguinte ordem: NP010 > NP030 > NF > NF90. Esse parâmetro se relaciona de forma linear com o diâmetro médio de poros e sua redução aumenta com a diferença entre a dimensão fractal antes e depois do uso das membranas. Foi possível verificar também que em altas adsorções a rugosidade das membranas tendem a ser similares. A membrana NF90 apresentou um maior coeficiente de transferência de massa, seguido da NF, NP010 e NP030, nessa ordem, sendo que a rejeição variou com o pH para as membranas NF e NF90. A constante dielétrica dentro dos poros aumenta inversamente ao tamanho médio dos poros das membranas até quando a mesma atinge o valor da água livre. A seletividade da membrana ao KCl e ácido clavulânico apresenta a mesma tendência da densidade volumétrica de cargas: NF > NF90 > NP030 _ NP010. Com os estudos de ampliação de escala foi possível determinar que o sistema convencional que simula o processo de fluxo tangencial pode ser usado em outros estudos de avaliação de processos e de seleção de membranas visando à aplicação industrial, e que peptídeos e aminoácidos podem atuar melhorando o processo de concentração de ácido clavulânico por nanofiltração. A produtividade final obtida foi de até 6.4 [CA]RET/[CA]0.L.h. / Abstract: Nanofiltration is a pressure driven membrane process, with desorption and diffusion, which is also applied to the concentration of clavulanic acid from a clarified juice. In this study, clavulanic acid was concentrated, and the process had its efficiency evaluated and its mass transfer parameters studied and applied to the mathematical model SEDE-VCh, and in addition scale up was also evaluated. This study was divided into the following stages: selection and characterization of the membranes, and the application of the model, in which experiments were performed to evaluate the performance of the NF and NF90 membranes (both FilmtecTM), and NP010 and NP030 (both Microdyne Nadir®), and the scale up of the process, in which the membrane that showed the best results in the previous steps was used. Concerning the selection of the membrane, the evaluated responses were the retention coefficient, productivity and purification factor. In the characterization of the membrane step, we evaluated the surface morphology of the four membranes, targeting the pore size and pore size distribution, roughness, fractal dimension and permeability, in addition to studies that provided data on the electrical and steric effects over the transport through the membranes, as their surface and volumetric density charges, the concentration of solute in its external surfaces and the mass transfer coefficient of the process. From these data a model was created to explain the transport through the membranes. Finally experiments were carried out to verify the behavior of the process in a pilot scale. The results showed that the NF membrane is best for the process of concentration of clavulanic acid with retention coefficient average of 0.988 in bench scale and almost 1.0 in the pilot plant. All the four membranes had pore radii below 1 nm and an isoelectric point between pH 5 and 6. The NP010 membrane showed the higher water permeability, in the following order: NP010 > NP030 > NF > NF90. This parameter is related linearly with the average pore size and its reduction increases with the difference between the fractal dimension before and after the use of the membranes. It was also verified that at high adsorption the roughness of the membranes tends to be similar. The NF90 membrane showed a higher mass transfer coefficient, followed by NF, NP010 and NP030, in that order and the rejection varied with the pH for the NF and NF90 membranes. The dielectric constant inside the pores increases inversely with pore size of the membranes even when it reaches the value of free water. The selectivity of the membrane to KCl and clavulanic acid shows the same trend as the volumetric density charge: NF > NF90 > NP030 _ NP010. By means of the studies of scale up it was determined that the conventional system with a stirrer that promotes the convection movement in the process can be used in other studies of process evaluation and selection of membranes in view of industrial application, and also that peptide and mino acid substances improve the process concentration of clavulanic acid by nanofiltration. The final productivity was about 6.4 [CA]RET/[CA]0.L.h. / Doutorado / Engenharia de Alimentos / Doutor em Engenharia de Alimentos

Ácido clavulânico (AC) é um potente inibidor de β-lactamases, produzido por Streptomyces clavuligerus, usado clinicamente em combinação com antibióticos β-lactâmicos para tratar infecções bacterianas resistentes. Apesar da produção industrial de AC já ser bem estabelecida muitos aspectos importantes relacionados com sua biossíntese permanecem carentes de estudo. Sabe-se que a via de síntese do AC envolve no mínimo 8 passos enzimáticos sendo os primeiros passos mais abordados. Por exemplo, as enzimas N2-(2-carboxietil) arginina sintase (CEAS), β-lactama sintase (BLS) e proclavaminato amidino hidrolase (PAH) são as responsáveis pela primeira, segunda e quarta reações enzimáticas respectivamente. Estudos mutagênicos recentes em S.clavuligerus relacionaram cópias extras dos genes ceas, bls e pah (ceas1, bls1 e pah1) com essa via porém nenhum ensaio enzimático foi relatado. Embora os passos finais da via ainda não estejam completamente estabelecidos, a ação de algumas enzimas putativas, como a codificada por orf12, mostraram ser essenciais a produção do AC. Assim, com o objetivo de aumentar a informação disponível sobre a biossíntese do AC estudamos quatro de seus membros: CEAS1, BLS1, PAH1 e a proteína putativa codificada pela orf12. Os genes foram isolados a partir do DNA genômico de S. clavuligerus por PCR e clonados em vetores para produção das proteínas recombinantes em E.coli. Os protocolos de expressão foram estabelecidos para CEAS1, PAH1 e ORF12 e as proteínas recombinantes foram purificadas por cromatografia de afinidade por metal. BLS foi obtida de forma isolúvel. As proteínas solúveis foram caracterizadas por meio de técnicas bioquímicas e estruturais. As análises de CEAS1 e PAH1 foram comparadas com informações já obtidas para as isozimas CEAS2 e PAH2, respectivamente. Assim, as análises de oligomerização das proteínas resultaram em uma mistura de oligômeros (monômero, dímero e tetrâmero) para CEAS1, na forma hexamérica para PAH1 e na forma dimérica para ORF12, estando de acordo com as formas solúvel e cristalográfica de CEAS2 (dímero e tetrâmero) e PAH2 (hexâmero). Espectros de dicroísmo circular mostraram que CEAS1 e PAH1 possuem um enovelamento do tipo α/β sendo estáveis até 35ºC e numa ampla faixa de pH. Os parâmetros termodinâmicos da interação entre CEAS1 e o cofator Mg+2 foram determinados mostrando que é entropicamente dirigida, com uma estequiometria de ligação de 4 : 1, com uma constante de afinidade na ordem de micromolar (KD = 1,76 ± 0.23 µM). Análises realizadas com as técnicas de reação acoplada, de Cromatografia Líquida de Alta Pressão acoplada a Espectrometria de Massas (LC-MS) e de Calorimetria de Titulação Isotérmica mostraram que CEAS1, assim como CEAS2, apresenta atividade sob o substrato gliceraldeído-3-fosfato, porém sem a formação do produto final N2-(2-carboxietil)arginina. Por outro lado, a proteína recombinante PAH1 mostrou ser inativa sobre o substrato análogo, N-α-acetil-L-arginina. Assim, apesar das isozimas manterem um padrão estrutural, podem ter mecanismos de ação distintos. Em relação a ORF12 esta proteína foi classificada com uma β-lactamase com atividade esterase de acordo com nossos estudos realizados com os substratos cefalosporina C e p-nitrofenil acetato. / Clavulanic acid (CA) is a potent inhibitor of β-lactamases, produced by Streptomyces clavuligerus, clinically used in combination with β-lactam antibiotics to treat resistant bacterial infections. Although CA industrial production is well-established, many important aspects related to its biosynthesis remains under study. It is known that CA pathway involves at least 8 enzymatic steps, being the earliest stages more addressed. For instance, N2-(2-carboxyethyl) arginine synthase (CEAS), β-lactam synthase (BLS) and proclavaminate amidinohydrolase (PAH) are responsible for the first, second and fourth enzymatic reaction, respectively. Recent mutagenic studies in S.clavuligerus have related extra copies of ceas, bls and pah genes ((ceas1, bls1 e pah1) to this pathway but none enzymatic assay was further reported. Although later stages the pathway remain unclear, the action of some putative enzymes like the codified by orf12 showed essential to CA production. Thus, aiming to increase the information available about CA biosynthesis we studied four of its members: CEAS1, BLS1, PAH1, and the putative protein codified by orf12. The genes were isolated from S.clavuligerus genomic DNA by PCR and further cloned into expression vectors in order to produce recombinant proteins in E.coli. Protocols of protein expression were established to CEAS1, PAH1 and ORF12 and recombinant proteins were purified by metal affinity chromatography. BLS was obtained as an insoluble form. Soluble proteins were characterized by means of biochemical and structural approaches. Analyses of CEAS1 and PAH1 were compared with information ever conducted to the isozymes CEAS2 and PAH2, respectively. Thus, oligomerization analysis of proteins resulted respectively in a mix of oligomers forms (monomer, dimer, tetramer) to CEAS1, hexameric form to PAH1 and dimeric form to ORF12, according to the soluble and crystallographic form of CEAS2 (dimer and tetramer) and PAH2 (hexamer). Circular Dichroism spectra showed that CEAS1 and PAH1 have an α-β conformation and were stable up to 35ºC over a wide pH range. Thermodynamic parameters of CEAS1 cofactor (Mg+2) binding were determined showing that is entropic driven, with a 4:1 binding stoichiometry, with a micro-molar affinity (KD = 1.76 ± 0.23 µM). Analyses by coupled assay, High Pressure Liquid Chromatography coupled to Mass Spectroscopy (LC-MS) and Isothermal Titration Calorimetry showed that CEAS1, as well as the CEAS2, presents activity at the substrate glyceraldehydes-3-phosphate, however without formation of final product, N2-(2-carboxyethyl)arginine. Meanwhile recombinant PAH1 showed none activity at analogous substrate, N-α-acetil-L-arginine. Thus despite isozymes maintain a structural pattern, they may have distinct action mechanism. Regards to ORF12, this protein was classified as a β-lactamase with an esterase activity according to our studies performed with the substrates cephalosporin C and p-nitrophenyl acetate.

A viabilidade da produção em escala industrial de produtos biotecnológicos de interesse comercial e terapêutico, como os fármacos, depende significativamente das técnicas de separação e purificação utilizadas. A aplicação do sistema de duas fases aquosas (SDFA) é proposta como alternativa para a purificação, pois permite a separação e análise de biomoléculas, de modo que estas não percam sua atividade ou propriedades desejadas. Esta técnica é interessante para a purificação em larga escala, pois permite partição seletiva, com potencial de obtenção de altos rendimentos, além de apresentar boa relação custo-benefício. O presente trabalho estudou a purificação por extração líquido-líquido do ácido clavulânico em SDFA utilizando um novo sistema polimérico aquoso, formado pelos polímeros polietileno glicol (PEG) e ácido poliacrílico (APA). Foram estudadas diferentes composições do sistema polimérico aquoso PEG/APA, empregando diferentes massas molares e concentrações para o PEG e utilizando a massa molar 8000g/mol para o APA. Com base nas informações obtidas o melhor ponto de extração para o ácido clavulânico na presença de Na2SO4 foi definido como MPEG=400 g/mol, CPEG=17,5% (m/m) e CNaPA=22,5% (m/m) com K= 19,14, ηT=91,21%, BM=101,69 e R=0,45. Enquanto que na presença de NaCl, o melhor ponto encontrado foi: MPEG=400 g/mol, CPEG=35% (m/m) e CNaPA=10% (m/m) com K=11,96 ηT=80,04%, BM=90,18 e R=0,66. No trabalho será avaliada, também, a influência da temperatura, pH e força iônica nesse sistema. Estabeleceram-se os melhores parâmetros de separação do ácido clavulânico presente em meio fermentado produzido por Streptomyces clavuligerus utilizando a metodologia de fermentação extrativa com SDFA PEG/APA. O efeito do ácido clavulânico no diagrama de fases do sistema PEG-APA, bem como sua partição na forma pura e na presença de homogeneizado celular, foi estudado principalmente através da determinação do coeficiente de partição e recuperação do respectivo fármaco. / The viability of industrial scale production of commercial and therapeutical biotechnological products, such as drugs, is significantly dependent on the separation and purification techniques applied. The use of two-aqueous phase systems (ATPS) is proposed as an alternative to purification because it allows the separation and analysis of biomolecules, so that they do not lose their activities or desired properties. This technique is interesting for large scale purification because it allows selective partition with high potential yield and good cost/benefit ratio. The present work studied the purification of clavulanic acid (CA) by liquid-liquid extraction in ATPS applying a new aqueous polymeric system composed of two polymers, namely polyethylene-glicol (PEG) and sodium polyacrylate (NaPA). Different compositions of the aqueous polymeric system (PEG/PAA) were utilized, employing different PEG molar masses (MPEG) and concentrations (CPEG) and a molar mass of PAA of 8000 g/mol. In the light of the results obtained, the best conditions for clavulanic acid extraction, in the presence of Na2SO4, were MPEG = 400 g/mol, CPEG = 17.5% (m/m) and CNaPA = 22.5% (m/m), which allowed obtaining a partition coefficient (K) of 19.14, a yield in the top phase (ηT) of 91.21%, a mass balance (MB) of 101.69 and a volume ratio (R) of 0.45. On the other hand, in the presence of NaCl, the best results (K = 11.96, ηT = 80.04%, MB = 90.18 and R = 0.66) were found at: MPEG = 400 g/mol, CPEG = 35% m/m and CNaPA = 10% m/m. The effect of clavulanic acid in the PEG-PAA system phase diagram and its partition either in its pure form or in the cell homogenate were studied mainly through both the determination of the partition coefficient and the recovery of the drug selected for this study.

A viabilidade da produção em escala industrial de produtos biotecnológicos de interesse comercial e terapêutico, como os fármacos, depende significativamente das técnicas de separação e purificação utilizadas. A aplicação do sistema de duas fases aquosas (SDFA) é proposta como alternativa para a purificação, pois permite a separação e análise de biomoléculas, de modo que estas não percam sua atividade ou propriedades desejadas. Esta técnica é interessante para a purificação em larga escala, pois permite partição seletiva, com potencial de obtenção de altos rendimentos, além de apresentar boa relação custo-benefício. O presente trabalho estudou a purificação por extração líquido-líquido do ácido clavulânico em SDFA utilizando um novo sistema polimérico aquoso, formado pelos polímeros polietileno glicol (PEG) e ácido poliacrílico (APA). Foram estudadas diferentes composições do sistema polimérico aquoso PEG/APA, empregando diferentes massas molares e concentrações para o PEG e utilizando a massa molar 8000g/mol para o APA. Com base nas informações obtidas o melhor ponto de extração para o ácido clavulânico na presença de Na2SO4 foi definido como MPEG=400 g/mol, CPEG=17,5% (m/m) e CNaPA=22,5% (m/m) com K= 19,14, ηT=91,21%, BM=101,69 e R=0,45. Enquanto que na presença de NaCl, o melhor ponto encontrado foi: MPEG=400 g/mol, CPEG=35% (m/m) e CNaPA=10% (m/m) com K=11,96 ηT=80,04%, BM=90,18 e R=0,66. No trabalho será avaliada, também, a influência da temperatura, pH e força iônica nesse sistema. Estabeleceram-se os melhores parâmetros de separação do ácido clavulânico presente em meio fermentado produzido por Streptomyces clavuligerus utilizando a metodologia de fermentação extrativa com SDFA PEG/APA. O efeito do ácido clavulânico no diagrama de fases do sistema PEG-APA, bem como sua partição na forma pura e na presença de homogeneizado celular, foi estudado principalmente através da determinação do coeficiente de partição e recuperação do respectivo fármaco. / The viability of industrial scale production of commercial and therapeutical biotechnological products, such as drugs, is significantly dependent on the separation and purification techniques applied. The use of two-aqueous phase systems (ATPS) is proposed as an alternative to purification because it allows the separation and analysis of biomolecules, so that they do not lose their activities or desired properties. This technique is interesting for large scale purification because it allows selective partition with high potential yield and good cost/benefit ratio. The present work studied the purification of clavulanic acid (CA) by liquid-liquid extraction in ATPS applying a new aqueous polymeric system composed of two polymers, namely polyethylene-glicol (PEG) and sodium polyacrylate (NaPA). Different compositions of the aqueous polymeric system (PEG/PAA) were utilized, employing different PEG molar masses (MPEG) and concentrations (CPEG) and a molar mass of PAA of 8000 g/mol. In the light of the results obtained, the best conditions for clavulanic acid extraction, in the presence of Na2SO4, were MPEG = 400 g/mol, CPEG = 17.5% (m/m) and CNaPA = 22.5% (m/m), which allowed obtaining a partition coefficient (K) of 19.14, a yield in the top phase (ηT) of 91.21%, a mass balance (MB) of 101.69 and a volume ratio (R) of 0.45. On the other hand, in the presence of NaCl, the best results (K = 11.96, ηT = 80.04%, MB = 90.18 and R = 0.66) were found at: MPEG = 400 g/mol, CPEG = 35% m/m and CNaPA = 10% m/m. The effect of clavulanic acid in the PEG-PAA system phase diagram and its partition either in its pure form or in the cell homogenate were studied mainly through both the determination of the partition coefficient and the recovery of the drug selected for this study.