A proteína verde fluorescente (GFPuv), pelo fato de ter como característica a emissão de luz verde fluorescente brilhante quando exposta à luz ultravioleta, tem sido utilizada como marcador em diversos campos de pesquisa. Células transformadas de Escherichia coli DH5-a expressando a GFPuv foram submetidas aos tratamentos: (i) permeação seletiva (congelamento/ descongelamento/ sonicação) associada à extração por partição em três fases (TPP) e posterior purificação em coluna cromatográfica de interação hidrofóbica (HIC), e (ii) extração direta das células por TPP e posterior purificação em coluna HIC. Este trabalho teve por objetivo a extração da GFPuv com a aplicação das metodologias citadas para a extração da proteína, avaliando a influência da permeação seletiva das células de Escherichia coli no processo de extração da GFPuv. Na análise dos resultados observou-se que apesar da permeação seletiva ser uma metodologia mais laboriosa, mostrou-se mais eficiente pela obtenção de aproximadamente 9 vezes mais GFPuv em relação à extração direta das células por TPP. / The green fluorescent protein (GFPuv), for the fact of having as characteristic the emission of brilliant green fluorescent light when exposed to the ultraviolet light, it has been used as marker in several research fields. Transformed cells of Escherichia coli DH5-a expressing GFPuv was subjected to: (i) selective permeation (freezing / thawing/ sonication) associated to the extraction for partition in three phases (TPP) and subsequent purification in hydrophobic interaction chromatography column (HIC), and (ii) direct extraction of the cells for TPP and subsequent purification in HIC column. This work had for objective the extraction of GFPuv with the application of the methodologies mentioned for the extraction of the protein, evaluating the influence of the selective permeation in the cells of Escherichia coli in the process of GFPuv extraction. In the analysis of the results was observed that in spite of the selective permeation to be a more laborious methodology, it was shown more efficient for the obtaining of approximately 9 more times GFPuv in relation to the direct extraction of the cells for TPP.

A proteína verde fluorescente (GFPuv), pelo fato de ter como característica a emissão de luz verde fluorescente brilhante quando exposta à luz ultravioleta, tem sido utilizada como marcador em diversos campos de pesquisa. Células transformadas de Escherichia coli DH5-a expressando a GFPuv foram submetidas aos tratamentos: (i) permeação seletiva (congelamento/ descongelamento/ sonicação) associada à extração por partição em três fases (TPP) e posterior purificação em coluna cromatográfica de interação hidrofóbica (HIC), e (ii) extração direta das células por TPP e posterior purificação em coluna HIC. Este trabalho teve por objetivo a extração da GFPuv com a aplicação das metodologias citadas para a extração da proteína, avaliando a influência da permeação seletiva das células de Escherichia coli no processo de extração da GFPuv. Na análise dos resultados observou-se que apesar da permeação seletiva ser uma metodologia mais laboriosa, mostrou-se mais eficiente pela obtenção de aproximadamente 9 vezes mais GFPuv em relação à extração direta das células por TPP. / The green fluorescent protein (GFPuv), for the fact of having as characteristic the emission of brilliant green fluorescent light when exposed to the ultraviolet light, it has been used as marker in several research fields. Transformed cells of Escherichia coli DH5-a expressing GFPuv was subjected to: (i) selective permeation (freezing / thawing/ sonication) associated to the extraction for partition in three phases (TPP) and subsequent purification in hydrophobic interaction chromatography column (HIC), and (ii) direct extraction of the cells for TPP and subsequent purification in HIC column. This work had for objective the extraction of GFPuv with the application of the methodologies mentioned for the extraction of the protein, evaluating the influence of the selective permeation in the cells of Escherichia coli in the process of GFPuv extraction. In the analysis of the results was observed that in spite of the selective permeation to be a more laborious methodology, it was shown more efficient for the obtaining of approximately 9 more times GFPuv in relation to the direct extraction of the cells for TPP.

Foi investigada a utilização de Sistema Micelar de Duas Fases Aquosas (SMDFA) para remoção de lipolissacarídeos (LPS) de preparações contendo proteínas recombinantes de interesse farmacêutico, como a proteína verde fluorescente (GFPuv). Os SMDFA são constituídos por soluções de tensoativos contendo micelas e oferecem ambientes hidrofóbico e hidrofílico, que possibilitam seletividade na partição de biomoléculas de acordo com sua hidrofobicidade, permitindo a remoção de LPS contaminante. Neste trabalho, foi realizada a implementação do método para a quantificação de LPS em amostras contaminadas e a obtenção de LPS e GFPuv puros a partir de cultivo de E. coli recombinante. Além disso, foi estudada a influência do Triton X-114 na metodologia de quantificação de LPS, e a adição de MgSO4, CaCl2, KI e (NH4)2SO4 na partição de GFPuv e LPS puros em SMDFA. E ainda, realizou-se um planejamento experimental (22) para avaliar os maiores KGFPuv e %RECGFPuv. O homogeneizado celular de E. coli foi testado nas melhores condições obtidas com o planejamento experimental. E finalmente, o processo por cromatografia de afinidade por íons metálicos (IMAC) foi empregado para investigar a adsorção de LPS em matriz IDA-Ca2+. Conforme os resultados obtidos, o TX-114 causou elevada interferência no método cinético cromogênico, em função da similaridade desta molécula com os LPS. Os LPS apresentaram partição preferencial para a fase concentrada em micelas, com altos valores de remoção, %REMLPS>98,0%. Ao contrário, a GFPuv foi recuperada preferencialmente na fase diluída, na qual existe maior volume disponível, resultando em valores de KGFPuv>1. A adição de sais ocasionou diminuição nos valores KGFPuv, provavelmente por causa da carga negativa que GFPuv adquiriu nas condições avaliadas. Os resultados do planejamento experimental mostraram que a melhor condição de partição obtida foi na região do ponto central, 4,0% (p/p) a 60,0°C, com KGFPuv>10. O processo por IMAC apresentou as maiores capacidades de adsorção de LPS-IDA-Ca+2 nas condições de menor pH e maior força iônica 4,0 e 1,0 mol/L, respectivamente. O processo de purificação por SMDFA empregado para a remoção de LPS contaminante presente em meio fermentado contendo GFPuv, demonstrou ser eficiente em recuperar a biomolécula-alvo na fase diluída e separar o principal contaminante na fase rica em micelas. Portanto, pode ser empregado como primeira etapa para a remoção de altas concentrações de LPS na purificação de proteínas hidrofílicas como a GFPuv. / The Aqueous Two-Phase Micellar System (ATPMS) was investigated for endotoxin (LPS) removal from preparations containing recombinant proteins of pharmaceutical interest, such as the green fluorescent protein (GFPuv). These systems usually consist of micellar surfactants solutions and offer both hydrophobic and hydrophilic environments, providing selectivity to the biomolecules partitioning according to its hydrophobicity. In this work, the implementation of the method for LPS quantification in contaminated samples was accomplished, as well as the obtaining of pure LPS and GFPuv from recombinant E. coli. Furthermore, the influence of Triton X-114 in the methodology for LPS quantification was studied, as the addition of MgSO4, CaCl2, KI, and (NH4)2SO4 into the partition of pure GFPuv and LPS in ATPMS. In addition, a statistical design (22) was carried out to evaluate the highest KGFPuv and %RECGFPuv. The E. coli cell lysate was tested under optimum conditions obtained with the statistical design. And, finally, the process by ionmetal affinity chromatography (IMAC) was used to investigate the adsorption of LPS in IDA-Ca2+ matrix. The results showed that the TX-114 caused high interference in the kinetic chromogenic method, according to the similarity of this molecule to LPS. The LPS showed preferential partitioning to the micellerich phase, with high values of removal, %REMLPS>98.0%. In the other hand, the GFPuv was preferentially recovered in the micelle-poor phase, in which there is greater volume available resulting in values of KGFPuv>1. The addition of salts caused a reduction in the values KGFPuv, probably because of the negative charge that the GFPuv acquired at the conditions evaluated. The results of the statistical design showed that the best partitioning condition obtained was in the central point region, 4.0% (wt/wt) at 60.0°C, with KGFPuv>10. The process by IMAC showed the highest adsorption of LPS-IDA-Ca+2 capacities at the conditions of lower pH and higher ionic strength 4.0 and 1.0 mol/L, respectively. The purification process for the LPS contaminant removal from E. coli fermentation containing GFPuv by ATPMS proved to be efficient in the recovering of target biomolecule in the micelle-poor phase, and separating the main contaminant in the micelle-rich phase. Furthermore, this system can be exploited as the first step for removal of higher LPS concentrations from hydrophilics protein purification.

Foi investigada a utilização de Sistema Micelar de Duas Fases Aquosas (SMDFA) para remoção de lipolissacarídeos (LPS) de preparações contendo proteínas recombinantes de interesse farmacêutico, como a proteína verde fluorescente (GFPuv). Os SMDFA são constituídos por soluções de tensoativos contendo micelas e oferecem ambientes hidrofóbico e hidrofílico, que possibilitam seletividade na partição de biomoléculas de acordo com sua hidrofobicidade, permitindo a remoção de LPS contaminante. Neste trabalho, foi realizada a implementação do método para a quantificação de LPS em amostras contaminadas e a obtenção de LPS e GFPuv puros a partir de cultivo de E. coli recombinante. Além disso, foi estudada a influência do Triton X-114 na metodologia de quantificação de LPS, e a adição de MgSO4, CaCl2, KI e (NH4)2SO4 na partição de GFPuv e LPS puros em SMDFA. E ainda, realizou-se um planejamento experimental (22) para avaliar os maiores KGFPuv e %RECGFPuv. O homogeneizado celular de E. coli foi testado nas melhores condições obtidas com o planejamento experimental. E finalmente, o processo por cromatografia de afinidade por íons metálicos (IMAC) foi empregado para investigar a adsorção de LPS em matriz IDA-Ca2+. Conforme os resultados obtidos, o TX-114 causou elevada interferência no método cinético cromogênico, em função da similaridade desta molécula com os LPS. Os LPS apresentaram partição preferencial para a fase concentrada em micelas, com altos valores de remoção, %REMLPS>98,0%. Ao contrário, a GFPuv foi recuperada preferencialmente na fase diluída, na qual existe maior volume disponível, resultando em valores de KGFPuv>1. A adição de sais ocasionou diminuição nos valores KGFPuv, provavelmente por causa da carga negativa que GFPuv adquiriu nas condições avaliadas. Os resultados do planejamento experimental mostraram que a melhor condição de partição obtida foi na região do ponto central, 4,0% (p/p) a 60,0°C, com KGFPuv>10. O processo por IMAC apresentou as maiores capacidades de adsorção de LPS-IDA-Ca+2 nas condições de menor pH e maior força iônica 4,0 e 1,0 mol/L, respectivamente. O processo de purificação por SMDFA empregado para a remoção de LPS contaminante presente em meio fermentado contendo GFPuv, demonstrou ser eficiente em recuperar a biomolécula-alvo na fase diluída e separar o principal contaminante na fase rica em micelas. Portanto, pode ser empregado como primeira etapa para a remoção de altas concentrações de LPS na purificação de proteínas hidrofílicas como a GFPuv. / The Aqueous Two-Phase Micellar System (ATPMS) was investigated for endotoxin (LPS) removal from preparations containing recombinant proteins of pharmaceutical interest, such as the green fluorescent protein (GFPuv). These systems usually consist of micellar surfactants solutions and offer both hydrophobic and hydrophilic environments, providing selectivity to the biomolecules partitioning according to its hydrophobicity. In this work, the implementation of the method for LPS quantification in contaminated samples was accomplished, as well as the obtaining of pure LPS and GFPuv from recombinant E. coli. Furthermore, the influence of Triton X-114 in the methodology for LPS quantification was studied, as the addition of MgSO4, CaCl2, KI, and (NH4)2SO4 into the partition of pure GFPuv and LPS in ATPMS. In addition, a statistical design (22) was carried out to evaluate the highest KGFPuv and %RECGFPuv. The E. coli cell lysate was tested under optimum conditions obtained with the statistical design. And, finally, the process by ionmetal affinity chromatography (IMAC) was used to investigate the adsorption of LPS in IDA-Ca2+ matrix. The results showed that the TX-114 caused high interference in the kinetic chromogenic method, according to the similarity of this molecule to LPS. The LPS showed preferential partitioning to the micellerich phase, with high values of removal, %REMLPS>98.0%. In the other hand, the GFPuv was preferentially recovered in the micelle-poor phase, in which there is greater volume available resulting in values of KGFPuv>1. The addition of salts caused a reduction in the values KGFPuv, probably because of the negative charge that the GFPuv acquired at the conditions evaluated. The results of the statistical design showed that the best partitioning condition obtained was in the central point region, 4.0% (wt/wt) at 60.0°C, with KGFPuv>10. The process by IMAC showed the highest adsorption of LPS-IDA-Ca+2 capacities at the conditions of lower pH and higher ionic strength 4.0 and 1.0 mol/L, respectively. The purification process for the LPS contaminant removal from E. coli fermentation containing GFPuv by ATPMS proved to be efficient in the recovering of target biomolecule in the micelle-poor phase, and separating the main contaminant in the micelle-rich phase. Furthermore, this system can be exploited as the first step for removal of higher LPS concentrations from hydrophilics protein purification.

The aim of the thesis was to characterize chosen expression vectors used in biotechnologically important bacterial species, Corynebacterium glutamicum, and to test their use in studies of promoter activity control by sigma factors of RNA polymerase. Different properties of these vectors (level of expression of the cloned gene, leaky expression without inducer, dependence of expression level on inducer concentration and cell population homogeneity) were found by determination of expression level of the model gfpuv gene by fluorescence intensity assay of the produced protein and by gfpuv-expressing C. glutamicum cell population analysis using flow cytometry. The vector pEC-XT99A was chosen for testing the bi-plasmid system for assignment of a sigma factor to the chosen promoter. Although the level of expression provided by pEC-XT99A was not high, the vector showed no leaky expression, expression from the vector was comparable for a wide range of IPTG concentrations and the cell population was homogenous concerning the gene expression. Using pEC-XT99A from which individual stress sig genes were expressed, the σD factor was clearly assigned to the up-to-now unknown Pcg0420 promoter. Another vector for isolation and purification of C. glutamicum proteins was used to express the C. glutamicum sigM gene and to...

A Proteína Verde Fluorescente recombinante, GFPuv, é um sistema marcador atrativo pois, sua presença pode ser visualizada através da intensidade de fluorescência emitida, sem o uso de substratos ou meios complexos. Sendo uma molécula estável à presença de substâncias orgânicas, temperaturas acima de 70°C e ampla faixa de pH, é um potencial Indicador Biológico (IH) para diversas aplicações. A estabilidade térmica da GFPuv, foi avaliada pela medida da perda de intensidade de fluorescência, expressa em valores D (min), tempo de exposição necessário para redução de 90% da intensidade de fluorescência inicial da GFPuv. GFPuv (3,5-9,0 µg/mL), expressa por E. coli e isolada por extração de Partição em Três Fases (TPP) e purificação por Cromatografia de Interação Hidrofóbica (IDC), foi diluída nas soluções parenterais preparadas em tampão (10 mM cada: Tris-EDTA, pH 8; Fosfato, pH 6 e 7, e Acetato, pH 5) e em água para injeção, WFI; pH = 6,70±0,40), e expostas a temperaturas de 25°C e ao intervalo entre 80°C e 100°C. A 95°C, os valores D para a GFPuv em soluções de 1,5% a 50% de glicose variaram de: (i) 1,63 (±0,23) min em acetato pH 5; (ii) 2,64 ± 0,26 min em WFI; (iii) 2,50 ± 0,18 min em fosfato pH 6; (iv) 3,24 ± 0,28 min em fosfato pH 7 e, (v) 2,89 ± 0,44 min em Tris-EDTA pH 8. Cloreto de sódio associado aos tampões proporcionou influência positiva na estabilidade da GFPuv, sendo que em soluções de Tris-EDTA, a adição de 15-20% de NaCl dobrou a estabilidade térmica da GFPuv (valores D de 65,79 min e 18,12 min a 80 °C e 85°C) em relação à solução sem cloreto de sódio. Nos processos de esterilização por óxido de etileno (45°C-60°C), a GFPuv pode ser utilizada como IB para monitorar a distribuição de gás dentro da câmara, pois, apresentou variação na concentração remanescente de até 80%, após processamento, estabelecendo áreas distintas dentro da câmara. No tratamento em autoclave, a GFPuv em solução apresentou resistência térmica em solução de fosfato pH 7,0 (valor F = 2,53 min (± 0,12)). Quando expressa por esporos de Bacillus subtilis, a intensidade de fluorescência emitida por esporos sobreviventes se manteve. A estabilidade térmica da GFPuv atestou sua potencialidade como indicador biológico fluorescente da garantia da eficácia de tratamento de soluções e materiais expostos ao calor. / The recombinant Green Fluorescent Protein, GFPuv is an attractive system marker due to its ability to emit fluorescence when exposed to ultraviolet light, without use of substrates or complex environment. Being a stable molecule even in the presence of organic substances, temperatures above 70°C and wide range of pH, it is a potential Biological Indicator, BI, for many applications, including thermal processes. GFPuv thermal stability was evaluated by the loss of fluorescence intensity expressed in decimal reduction time (D-value, min), the exposure time required to reduce 90% of the GFPuv initial fluorescence intensity. GFPuv (3.5-9.0 µg/mL), expressed by E. coli and isolated by Three Phases Partitioning, TPP extraction with Hidrophobic Interaction Chromatography, HIC, was diluted in buffered solutions (each 10 mM: Tris-EDTA, pH 8; phosphate, pH 6 and 7, and acetate, pH 5) and in water for injection, WFI; pH = 6.70 (± 0.40), and exposed to temperatures of 25°C and between 80°C and 95°C. At 95°C, the D-value for GFPuv in 1.5%-50% glucose, ranged from: (i) 1.63 ± 0.23 min in acetate pH 5; (ii) 2.64 ± 0.26 min in WFI; (iii) 2.50 ± 0.18 min in phosphate, pH 6; (iv) 3.24 ± 0.28 min in phosphate, pH 7, (v) 2.89 ± 0.44 min in Tris-EDTA, pH 8. Sodium cloride provided a positive influence over GFPuv stability. In Tris-EDTA solutions, the addition of 15% and 20% of NaCl doubled the thermal stability of GFPuv (D = 65.79 min and D = 18.12 min at 80°C, and 85°C, respectively, in relation to the solutions without NaCl. For ethylene oxide sterilization processes (45°C-60°C), GFPuv can be used as biological indicator to monitor gas distribution into the chamber. After processing, the protein concentration varied by 80%, showing distinct areas into the chamber. In autoclave, GFPuv in solution showed thermal resistance in phosphate pH 7.0 solution (F-value = 2.53 (± 0.12) min. When expressed by Bacillus subtilis spores, the fluorescence intensity was kept constant after thermal processing. The thermal stability of GFPuv provides the basis for its potential utility as a fluorescent biological indicator to assess the efficacy of the treatment of liquids and materials exposed to steam.

A Proteína Verde Fluorescente recombinante, GFPuv, é um sistema marcador atrativo pois, sua presença pode ser visualizada através da intensidade de fluorescência emitida, sem o uso de substratos ou meios complexos. Sendo uma molécula estável à presença de substâncias orgânicas, temperaturas acima de 70°C e ampla faixa de pH, é um potencial Indicador Biológico (IH) para diversas aplicações. A estabilidade térmica da GFPuv, foi avaliada pela medida da perda de intensidade de fluorescência, expressa em valores D (min), tempo de exposição necessário para redução de 90% da intensidade de fluorescência inicial da GFPuv. GFPuv (3,5-9,0 µg/mL), expressa por E. coli e isolada por extração de Partição em Três Fases (TPP) e purificação por Cromatografia de Interação Hidrofóbica (IDC), foi diluída nas soluções parenterais preparadas em tampão (10 mM cada: Tris-EDTA, pH 8; Fosfato, pH 6 e 7, e Acetato, pH 5) e em água para injeção, WFI; pH = 6,70±0,40), e expostas a temperaturas de 25°C e ao intervalo entre 80°C e 100°C. A 95°C, os valores D para a GFPuv em soluções de 1,5% a 50% de glicose variaram de: (i) 1,63 (±0,23) min em acetato pH 5; (ii) 2,64 ± 0,26 min em WFI; (iii) 2,50 ± 0,18 min em fosfato pH 6; (iv) 3,24 ± 0,28 min em fosfato pH 7 e, (v) 2,89 ± 0,44 min em Tris-EDTA pH 8. Cloreto de sódio associado aos tampões proporcionou influência positiva na estabilidade da GFPuv, sendo que em soluções de Tris-EDTA, a adição de 15-20% de NaCl dobrou a estabilidade térmica da GFPuv (valores D de 65,79 min e 18,12 min a 80 °C e 85°C) em relação à solução sem cloreto de sódio. Nos processos de esterilização por óxido de etileno (45°C-60°C), a GFPuv pode ser utilizada como IB para monitorar a distribuição de gás dentro da câmara, pois, apresentou variação na concentração remanescente de até 80%, após processamento, estabelecendo áreas distintas dentro da câmara. No tratamento em autoclave, a GFPuv em solução apresentou resistência térmica em solução de fosfato pH 7,0 (valor F = 2,53 min (± 0,12)). Quando expressa por esporos de Bacillus subtilis, a intensidade de fluorescência emitida por esporos sobreviventes se manteve. A estabilidade térmica da GFPuv atestou sua potencialidade como indicador biológico fluorescente da garantia da eficácia de tratamento de soluções e materiais expostos ao calor. / The recombinant Green Fluorescent Protein, GFPuv is an attractive system marker due to its ability to emit fluorescence when exposed to ultraviolet light, without use of substrates or complex environment. Being a stable molecule even in the presence of organic substances, temperatures above 70°C and wide range of pH, it is a potential Biological Indicator, BI, for many applications, including thermal processes. GFPuv thermal stability was evaluated by the loss of fluorescence intensity expressed in decimal reduction time (D-value, min), the exposure time required to reduce 90% of the GFPuv initial fluorescence intensity. GFPuv (3.5-9.0 µg/mL), expressed by E. coli and isolated by Three Phases Partitioning, TPP extraction with Hidrophobic Interaction Chromatography, HIC, was diluted in buffered solutions (each 10 mM: Tris-EDTA, pH 8; phosphate, pH 6 and 7, and acetate, pH 5) and in water for injection, WFI; pH = 6.70 (± 0.40), and exposed to temperatures of 25°C and between 80°C and 95°C. At 95°C, the D-value for GFPuv in 1.5%-50% glucose, ranged from: (i) 1.63 ± 0.23 min in acetate pH 5; (ii) 2.64 ± 0.26 min in WFI; (iii) 2.50 ± 0.18 min in phosphate, pH 6; (iv) 3.24 ± 0.28 min in phosphate, pH 7, (v) 2.89 ± 0.44 min in Tris-EDTA, pH 8. Sodium cloride provided a positive influence over GFPuv stability. In Tris-EDTA solutions, the addition of 15% and 20% of NaCl doubled the thermal stability of GFPuv (D = 65.79 min and D = 18.12 min at 80°C, and 85°C, respectively, in relation to the solutions without NaCl. For ethylene oxide sterilization processes (45°C-60°C), GFPuv can be used as biological indicator to monitor gas distribution into the chamber. After processing, the protein concentration varied by 80%, showing distinct areas into the chamber. In autoclave, GFPuv in solution showed thermal resistance in phosphate pH 7.0 solution (F-value = 2.53 (± 0.12) min. When expressed by Bacillus subtilis spores, the fluorescence intensity was kept constant after thermal processing. The thermal stability of GFPuv provides the basis for its potential utility as a fluorescent biological indicator to assess the efficacy of the treatment of liquids and materials exposed to steam.