L'avidina i l'estreptavidina són proteïnes tetramèriques molt conegudes degut a la seva elevada constant d'associació (Ka ≈ 1015 M-1 i 2.5 x 1013 M-1 respectivament) al seu lligand natural, la biotina. Aquesta forta unió ha fet possible la utilització del sistema (estrep)avidina-biotina en moltes aplicacions biomèdiques. L'objectiu del present treball ha estat la síntesi de nous lligands d'avidina (Av) i estreptavidina (SAv) i l'estudi de la seva interacció. S'han sintetitzat lligands monovalents d'Av i SAv amb un sistema bicíclic de tipus [3.3.1], tant de tipus propandiurea (PDU), com dimetilpropandiurea (DMPDU) i s'ha demostrat que aquests lligands s'uneixen a les proteïnes Av i SAv. S'ha observat que aquests lligands presenten les següents característiques: - El canvi de sistema bicíclic de DMPDU a PDU es tradueix en un augment de la constant d'associació tant a Av com a SAv. - La introducció d'una cadena lateral de valerat sobre l'àtom de N per a generar l'enantiòmer (+) comporta un augment important de la constant d'associació (Ka) a SAv i Av, tant en el sistema de tipus PDU com en el de tipus DMPDU. En canvi, quan s'introdueix la cadena de valerat sobre el N per a generar l'enantiòmer (-), els canvis en la Ka són molt menors i de signe contrari, és a dir, hi ha un petit increment en el cas de la DMPDU, però una petita disminució en el cas de la PDU quan s'uneix a SAv. En canvi, amb Av es produeix sempre una disminució de Ka.- En els lligands de tipus DMPDU, passar de tenir la cadena de valerat unida del C cap de pont a tenir-la unida al N del grup ureido com a enantiòmer (+), comporta un augment de la Ka, més important en Av que en SAv.- En els lligands amb cadena de valerat unida al N, l'enantiòmer (+) té una major afinitat per Av i SAv que l'enantiòmer (-), tant en els lligands de tipus PDU, com en els de tipus DMPDU.- En el compost DMPDU-C-C4-COOH, la derivatització de la cadena lateral d'àcid carboxílic en forma d'amida afecta poc a la seva Ka a SAv, però fa disminuir bastant la Ka en el cas d'Av.- El compost (+)-PDU-N-C4-COOH és el que presenta major Ka, tant a Av com a SAv, essent inclòs superior a la del compost anàleg derivat del glicoluril (+)-Gril-N-C4-COOH.Per algunes aplicacions pot resultar interessant l'ús de lligands divalents, els quals tenen dues unitats d'un lligand monovalent unides covalentment a través d'un espaiador. La longitud òptima de l'espaiador hauria de ser coneguda per tal d'evitar processos d'oligomerització. En aquest sentit pot resultar útil la utilització de lligands monovalents amb una moderada constant d'associació a Av i SAv, per tal d'obtenir lligands divalents reversibles. Amb aquests lligands es poden mesurar fàcilment les constants d'associació a Av i SAv, donant una indicació de com d'apropiat és l'espaiador per a cada proteïna amb la finalitat de formar el complex intramolecular. Amb aquest objectiu, s'han sintetitzat una sèrie de lligands, i s'ha mesurat la constant d'associació a SAv. La unitat monovalent d'aquests lligands es basa en el sistema bicíclic dimetilpropandiurea, el qual presenta una moderada constant d'associació (Ka = 2.8 x 105 M-1) per SAv. Els braços espaiadors dels lligands divalents eren o bé cadenes alifàtiques o bé cadenes de polièters d'etilenglicol, amb la formació de lligands que presenten una major constant d'associació per SAv que el lligand monovalent de referència.La introducció de l'anell aromàtic a l'espaiador es tradueix en un augment significatiu de la constant d'associació a SAv, com a resultat de la preorganització del lligand divalent. Aquestes diferències han estat inferiors o pràcticament inapreciables per a Av.Finalment s'han explorat noves rutes de síntesis de nous lligands divalents amb una part rígida més extensa que en els lligands anteriors. / ENGLISH VERSION:TITLE OF THE THESIS: "Synthesis of monovalent and divalent semi-rigid ligands of avidin and streptavidin and study of their interaction"SUMMARY: Avidin and streptavidin are tetrameric proteins well-known for their high binding affinity (Ka ≈ 1015 M-1 and 2.5 x 1013 M-1 respectively ) towards biotin, its natural ligand. This strong binding has allowed to use the (strept)avidin-biotin system in many biochemical applications. The aim of the present work was the synthesis of new ligands of avidin and streptavidin and the study of their interaction. New monovalent ligands with a bicyclic framework [3.3.1], of the type propanediurea (PDU) or dimethylpropanediurea (DMPDU) has been synthesized and proved to bind the proteins avidin and streptavidin. For some applications it might be interesting to use divalent ligands, i.e. those having two units of a monovalent ligand covalently linked via a spacer arm. In order to design these divalent ligands, the optimal spacer length should be known, otherwise oligomerization could be placed. More informative could be the use of divalent ligands having two units of a monovalent ligand of moderate binding affinity for avidin and streptavidin. With these reversible ligands it should be possible to easily measure the binding constants of the complexes with avidin and streptavidin, giving an indication of how appropiate a given spacer is for each protein in order to form the intramolecular complex.For this purpose, a series of divalent ligands has been synthesized, and their binding affinity to streptavidin has been measured. The monovalent unit of these divalent ligands is based on the dimethylpropanediurea bicyclic framework, and shows a moderate binding affinity (Ka = 2.8 x 105 M-1) for streptavidin.The spacer arms of the divalent ligands were either aliphatic or polyethers chains derived from ethylene glycol, with the former ligands showing a higher binding affinity for streptavidin than the monovalent ligand of reference. Introduction of an aromatic ring into the spacer arm lead to a significant increase in the binding affinity for streptavidin, as a result of the preorganization of the divalent ligand. These semi-rigid divalent ligands have effective molarities of up to 2.7 M towards streptavidin, which means that they preferentially form of the divalent complex (intramolecular binding) with streptavidin in a broad range of concentrations up to their effective molarity.Several ways for the synthesis of new divalent ligands with a more extended rigid part were explored.

Made available in DSpace on 2015-03-26T13:52:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 609136 bytes, checksum: bfac4beb809c8b3d58b49895dc0cc2d1 (MD5) Previous issue date: 2007-03-09 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / The high affinity interaction streptavidin-biotin provides an excellent system for industrial enzyme separation or immobilization involving a fused streptavidin-enzyme and a biotinylated support. In order to produce proteins with affinity to biotin, we have modified the commercial K. lactis system, pKLAC1 (New England Biolabs), a LAC4 promoter-driven integration vector for protein expression, with the gene coding streptavidin. The codifying sequence for biotin binding domain of streptavidin (cStp) was amplified by PCR from pSTP4, purified and subcloned to the pCR2.1TOPO (Invitrogen). The fragment has revealed 100% identity with streptavidin gene according to Gene Bank and it was inserted into Xho I / Bgl II pKLAC1 in frame with mating-α-factor signal peptide. The pKLAC1/cStp cut by Ahd I enzyme was used to transform the strains K. lactis MW 98.8C and CB S2359. The transformants selected in Yeast Carbon Base (YCB) containing 5 mM acetamide and confirmed by PCR were mitotically stable. A high cell biomass (OD 600 = 18), obtained in shake-flask 50 mL YPD medium, was centrifuged and transferred to an induction medium, containing 2% of lactose. The cell free medium was qualitatively analyzed for streptavidin and proteins by SDS PAGE. The samples were collected in each 24 hours during 6 days of bath culture. The biotin binding activity of streptavidin in the culture supernatant was determined by HABA test. The medium YPL and YNB with 0,5% of yeast extract have exhibited the best yields for streptavidin extracellular protein production. / A forte interação da proteína estreptavidina pela molécula de biotina constitui um excelente sistema para a separação e/ou imobilização de proteínas e de enzimas de interesse industrial. Com a intenção de produzir proteínas com propriedades de adsorção biosseletiva, nós temos modificado a seqüência do plasmídeo pKLAC1 pela inserção do domínio de afinidade da estreptavidina pela biotina. Utilizando a técnica da Reação da Polimerase em cadeia (PCR), a seqüência de cerca de 355pb foi amplificada a partir do vetor pSTP4 que contém toda seqüência de nucleotídeos referente à proteína estreptavidina. O Fragmento amplificado apresentou 100% de identidade com a seqüência de nucleotídeos da proteína estreptavidina depositada no Gene Bank. O fragmento foi inserido no vetor pKLAC1 nos sítios Xho I e Bgl II em fase com a seqüência do peptídeo sinal do mating-α-factor. O plasmídeo pKLAC1/cStp foi linearizado com enzima Ahd I e foi utilizado para a transformação das linhagens de K. lactis MW 98.8C e CBS 2359. Os transformantes selecionados em meio YCB (Yeast Carbon Base) contendo 5 mM de acetamida como única fonte de nitrogênio e confirmados por PCR foram mitoticamente estáveis. A alta biomassa celular (DO600 = 18) obtida em erlenmeyer de 250 mL contendo 50 mL de meio YPD foi centrifugada e transferida para meio de indução contendo 2% (p/v) de lactose. O sobrenadante das culturas foi analisado qualitativamente para estreptavidina pela técnica de SDS PAGE. As proteínas totais foram determinadas pelo método de BRADFORD utilizando BSA (Albumina Bovina Sérica) como padrão. As amostras foram coletadas a cada 24 horas durante 6 horas de cultivo sob regime de batelada. A atividade da proteína estreptavidina presente no sobrenadante das culturas recombinantes foi determinada pelo teste do reagente HABA. Os meios YPL e YNB contendo 0,5% de extrato de levedura exibiram os melhores resultados quanto à produção extracelular de estreptavidina ativa e de proteínas totais.

Made available in DSpace on 2014-08-20T13:32:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 dissertacao_flavia_vasconcellos.pdf: 444073 bytes, checksum: 28496ede24da5ffceb810c4c3dfa434f (MD5) Previous issue date: 2007-04-27 / Leptospirosis is an infectious disease caused by pathogenic spirochetes of the genus Leptospira that can affect vital organs such as lungs, liver and kidneys. The illness is characterized by an acute bacteremic phase of approximately one week, followed by an immune phase in which specific antibodies are found in blood and leptospires are eliminated in urine. Clinical signs in the initial phase of leptospirosis can be confused with other feverish diseases, making laboratory diagnosis of extreme importance to start antibiotic treatment. The existing laboratory tests for early diagnosis of leptospirosis are based on IgM detection and are of low sensitivity. Thus, there is an urgent need for development of new diagnostic strategies for use in the acute phase of leptospirosis. In the present work monoclonal antibodies (MAbs) and polyclonal IgY were used in the standardization of three different antigen capture ELISA formats for direct detection of leptospires in blood during the acute phase of the disease. Detection limit of leptospires in human sera experimentally contaminated ranged from 10 5 to 10 7 cells per millilitre in the different formats. The ELISA format with the best performance was able to detect 10 5 leptospires per millilitre of human sera, using as capture antibody a MAb against LipL32, the major outer membrane protein of pathogenic leptospires, and as detection antibody biotinilated policlonal IgY against a pathogenic serovar of Leptospira interrogans. Although this format did not present the adequate sensitivity for detection of circulating leptospires at the levels existing in blood in the initial phase of the disease, it can be improved in order to do so. / A leptospirose é uma doença infecciosa causada por espiroquetas do gênero Leptospira que pode afetar diversos órgãos vitais como pulmões, fígado e rins. A doença caracteriza-se por uma fase inicial bacterêmica de aproximadamente uma semana, seguida de uma fase imune na qual anticorpos específicos são detectados no sangue e leptospiras são eliminadas na urina. Os sinais clínicos da fase inicial da leptospirose podem ser confundidos com diversas doenças febris, o que torna o diagnóstico laboratorial extremamente importante para decidir sobre o início do tratamento com antibióticos. Os testes laboratoriais existentes para o diagnóstico na fase inicial da doença são todos baseados na detecção de IgM e apresentam baixa sensibilidade. Assim, há uma necessidade urgente de desenvolvimento de novas estratégias de diagnóstico precoce da leptospirose. Neste trabalho foram utilizados anticorpos monoclonais (MAbs) e anticorpo policlonal (IgY) para padronizar três formatos de ELISA de captura de antígeno para uso na detecção direta de leptospiras no sangue durante a fase aguda da doença. O limite de detecção de leptospiras em soro humano experimentalmente contaminado variou entre 10 5 e 10 7 células por mililitro nos diferentes formatos. O formato que apresentou melhor desempenho detectou 10 5 leptospiras por mililitro de soro, e utilizou como anticorpo de captura um MAb contra LipL32, a principal proteína de membrana externa de leptospiras patogênicas, e como anticorpo de detecção IgY biotinilada, produzida contra um sorovar patogênico de Leptospira interrogans. Embora este formato não apresente ainda a sensibilidade adequada para detectar o nível de leptospiras circulantes no sangue na fase inicial da doença, ele possui potencial para ser aperfeiçoado de forma a atingir aquele nível.

Made available in DSpace on 2015-03-26T13:51:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 800491 bytes, checksum: 274cc18672a32ed45926e416e0de5305 (MD5) Previous issue date: 2011-02-15 / The homologue recombination in Kluyveromyces lactis is not the preferential way used as repair mechanism of DNA double strand, desirable in proteins expression construction dependent on gene-specific integration. In order to obtain K. lactis strains to recombinant protein expression efficient in homologue recombination way, KU80 gene was interrupted. The perfect running of non-homologue ends junctions (NHEJ) way depends on that gene and is responsible by exogenous DNA random integration in the host genome. KU80 gene deletion was made by Split-Marker. Two fragments were generated by PCR fusion, each one with a flanker sequence of KU80 coding region (5 and 3 ends) and part of geneticin resistance gene (KanMX). Deletion cassette resulting from in vivo recombination of two fragments had KanMX gene flanked by KU80 coding regions end sand was used for KU80 deletion by homologue recombination in the genome in two K. lactis strains, JA6 and HP108. The 3.7 Kb fragment obtained by PCR amplification with external primers to KU80 coding region confirmed deletion cassette integration in the target gene. Integration efficiency with Split-Marker resulting fragments was 100 %. pKLAC1 and pKLAC1/cStp vectors with streptavidin affinity domain by biotin were used to determine homologue recombination efficiency of KU80 (JA6ΔKU80 and HP108ΔKU80) mutant strains. Pectin lyase coding gene (plg1) from Penicillium griseoroseum was cloned in those vectors to evaluate the capacity of K. lactis strains to produce and secrete the recombinant protein. The transformation efficiency (transformants/μg of DNA) of mutants JA6ΔKU80 and HP108ΔKU80 with pKLAC1/Plg1 and pKLAC1/cStp-Plg1 vectors was higher than to parental strains JA6 and HP108. Target gene integration efficiency was 100 % in most strains, except to strains JA6/Plg1and HP108ΔKU80/Plg1 that showed an integration efficiency of 80 and 70 %, respectively. Although the high efficiency of specific-gene integration there was no pectin lyase (PL) or cStp-Plg1 secretion as expected for pKLAC1 vector. PL intracellular activity was significant when compared with parental strain HP108/Plg1, that presented specific activity of 9,525 U.mg-1 protein. / A recombinação homóloga em Kluyveromyces lactis não é a via preferencial usada como mecanismo de reparo de quebra de fita dupla de DNA, o que pode ser indesejado em construções de expressão de proteínas dependentes de integração gene-específico. Para obter linhagens de K. lactis hospedeiras para a expressão de proteínas recombinantes eficientes na via de recombinação homóloga realizou-se a mutação do gene KU80. Este gene é essencial para perfeito funcionamento da via de junções de extremidades não-homólogas (NHEJ), responsável pela integração aleatória do DNA exógeno no genoma hospedeiro. A deleção do gene KU80 foi feita utilizando a técnica Split-Marker. Dois fragmentos foram obtidos por fusão por PCR, cada um contendo uma sequência flanqueadora da região codificante do gene KU80 (extremidades 5 e 3 ) e uma parte do gene de resistência a geneticina (KanMX). O cassete de deleção resultante da recombinação in vivo dos dois fragmentos gerados continha o gene KanMX flanqueado pelas extremidades da região codificante do gene KU80, e foi utilizado para deleção do gene KU80 por recombinação homóloga no genoma de duas linhagens de K. lactis, JA6 e HP108. O fragmento de 3,7 Kb obtido por amplificação por PCR com oligonucleotídeos externos à região codificante do gene KU80 confirmou a integração do cassete de deleção no gene alvo. A eficiência de integração com os fragmentos resultantes do Split-Marker foi de 100 %. Os vetores pKLAC1, e pKLAC1/cStp contendo o domínio de afinidade da estreptavidina pela biotina, foram usados para determinar a eficiência de recombinação homóloga das linhagens mutantes KU80 (JA6ΔKU80 e HP108ΔKU80). O gene da pectina liase (plg1) de Penicillium griseoroseum foi clonado nesses vetores para avaliar a capacidade de linhagens de K. lactis em produzir e secretar a proteína recombinante. A eficiência de transformação (transformantes/μg de DNA) dos mutantes JA6ΔKU80 e HP108ΔKU80 com os vetores pKLAC1/Plg1 e pKLAC1/cStp-Plg1, foi superior à das linhagens parentais JA6 e HP108. A eficiência de integração no gene alvo foi de 100% para maioria das linhagens, com exceção das linhagens JA6/Plg1e HP108ΔKU80/Plg1 que apresentaram, respectivamente, eficiência de 80 e 70 % de integração geneespecífico. Apesar da eficiência de integração por recombinação homóloga, não houve secreção de PL e da fusão cStp-Plg1 como esperado ao se utilizar o vetor pKLAC1. A atividade intracelular de pectina liase (PL) só foi significativa em relação à parental para a cepa HP108/Plg1, que demonstrou atividade específica de 9,525 U.mg-1 proteína.

Made available in DSpace on 2015-03-26T13:52:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1210492 bytes, checksum: 9b50652b8d6d51ccdb4063535bd8ec12 (MD5) Previous issue date: 2006-02-20 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Streptavidin has been exploited as affinity tag to isolate protein in biotinilated columns. Recombinant Pichia pastoris KM71/Stp strains containing the streptavidin core gene were cultured in fed-batch generating 150 g L-1 biomass. This biomass was achieved with a simpler and shorter process that has never been reported. The yeast was pre-cultured into 50 mL minimum medium with glycerol as only carbon source at 25ºC and 250 rpm. After 12 hours incubation, the culture was transferred to a bioreactor with 200 mL of the same initial A600 0,2. After 24 hours incubation the culture was fed-batch with glycerol and basal salts medium to reach 400 mL. The glycerol concentration of 2.0 moles. L-1 combined with a flow of 0.11 mL. min-1 and aeration by air injection dispersed with a porous stone and magnetic stirring of 500 rpm were the set of conditions to yield maximum biomass. The streptavidin concentration at the supernatant of the free cell culture at 96 hours, the maximum induction period, has achieved 4.0 g. L-1, reducing to 3.2 and 0.87 g. L-1 with two reutilizations. At the same time period the immobilized culture yield 75 %, 50 % and 80% less at the first, second and third culture utilization, respectively. The immobilization and recycling of recombinant P. pastoris biomass can prove to be a potential strategy to improve volumetric productivity. / Com o intuito de utilizar estreptavidina como alvo para isolar proteínas de interesse numa coluna biotinilada, P. pastoris KM71 recombinante contendo o gene do core da estreptavidina, foi cultivada em regime de batelada alimentada na fase de produção de biomassa, alcançando uma concentração de 150 g L-1. Essa biomassa foi alcançada com um novo protocolo, que além de reduzir os passos, introduziu um aparato simples, mas eficiente de dispersão de ar. Um reator com capacidade para 1 L, com 200 mL de meio mínimo com glicerol, foi inoculado com uma pré-cultura para uma A600 inicial de 0,2. Após 24 horas de incubação, a 25 ºC, 500 rpm e injeção e dispersão de ar através de pedra porosa, a alimentação foi iniciada com meio de sais basais e glicerol até atingir um volume de 400 mL. A concentração de 2,0 moles L-1 de glicerol e fluxo de 0,11 mL min-1 utilizados na alimentação, permitiram obter máxima biomassa. Na fase de indução de estreptavidina, foi estudada a reutilização da biomassa na produção de estreptavidina em duas condições: livres em suspensão e imobilizadas em partículas de alginato de cálcio. Em ambos os casos a proteína produzida apresentou-se biologicamente funcional, exibindo ligação esperada à biotina. A concentração de estreptavidina no sobrenadante da cultura de células livres no período de máxima indução (96 horas) atingiu 4,0 g L-1, reduzindo para 3,2 e 0,87 g L-1 respectivamente em duas reutilizações. Quando comparada às concentrações de estreptavidina obtidas pelas células livres em cada utilização, a imobilização resultou na produção de 75% na primeira utilização, 50% na segunda, mas alcançando quase 80% na terceira utilização. A imobilização e a reutilização da biomassa de P. pastoris recombinante ainda não haviam sido reportadas e a produção de estreptavidina nessas condições demonstrou ser uma técnica em potencial.