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The identification and isolation of bacteria capable of dehalogenating highly chlorinated aromatic compounds is currently a time consuming process, therefore the ability to predict the potential of a site to naturally remediate contamination is limited. This work has assessed a selection of modern molecular biological techniques to detect the presence of specific dehalogenase enzymes or the genes encoding them, as an indicator of a contaminated site's potential to perform remediation naturally. DNA and protein based detection strategies were tested in a variety of formats. DNA detection of dehalogenase genes was assessed by varieties of hybridisation probing and PCR detection. Protein based detection utilised specific antibody based detection of dehalogenases from bacterial proteomes. A combined technique exploiting the specificity of antibody detection and the sensitivity of PCR amplification was assessed by ribosomal display. DNA based detection techniques demonstrated a high sensitivity but lacked the required level of specificity for use in routine testing, with the exception of single specific primer PCR which was demonstrated to detect specific changes in a bacterial population following contamination. Protein based detection lacked the sensitivity necessary for a field based detection system but the potential for specifically fingerprinting bacterial species was observed. The ribosomal display technique, although combining sensitivity and specificity, could not be fully evaluated during the course of this work.

Apresentamos resultados para o espectro de ânions e para a dinâmica vibracional induzida pela captura eletrônica, para uma série de moléculas halogenadas. Os estados do ânion foram caracterizados por meio de cálculos de espalhamento elástico realizados na aproximação de núcleos fixos, efetuados com o método multicanal de Schwinger com pseudopotenciais. Cálculos de dinâmica quântica do pacote de onda nuclear foram realizados a partir da propagação desse nas superfícies de energia potencial descritas na aproximação local. Foram alvo de estudo clorometano, cloroeteno, uracila, 5-fluorouracila, 5-clorouracila, 5-bromouracila, 5-iodouracila, 6-clorouracila, 2-tiouracila, adenina, 2-cloroadenina e 8-cloroadenina. Para o clorometano, calculamos seções de choque de excitação vibracional do estiramento C-Cl, e mostramos que esse modo é prontamente ativado pela presença da carga adicional. Para o cloroeteno, demonstramos que o mecanismo direto de dissociação é muito ineficiente, e também revelamos a interessante topologia de suas superfícies de energia potencial complexas. Os derivados de uracila apresentaram ricos espectros aniônicos, contando com três estados delocalizados p*, um estado s* localizado na ligação do átomo substituído com o anel, além de um estado ligado por dipolo. No geral, as energias obtidas estão em ótimo acordo com os valores experimentais. Análises dos espectros aniônicos e das superfícies de energia potencial indicam mecanismos em que o ânion é formado numa ressonância p* de longo tempo de vida, que muda de caráter para o estado dissociativo s*. Na 5-clorouracila em particular, esse acoplamento é mediado pelo movimento do cloro para fora do plano molecular. Conforme os estados do ânion progressivamente estabilizam com o aumento do número atômico do halogênio, os acoplamentos tornam-se mais favoráveis, o que responde pelas crescentes seções de choque de dissociação. Nossos resultados explicam muitas das características observadas na captura eletrônica dissociativa de halouracilas, fornecendo uma base teórica para sua habilidade radiossensibilizadora. Nas cloroadeninas, encontramos uma ressonância s* e quatro ressonâncias p*. Nós sustentamos que elas também poderiam atuar como potenciais radiossensibilizadores. / We present results on the anion spectrum and on the vibrational dynamics induced by electron capture, for a series of halogenated molecules. The anion states were characterized by means of elastic scattering calculations, in the fixed nuclei approximation, performed with the Schwinger multichannel method with pseudopotentials. Quantum dynamics calculations of the nuclear wavepacket were performed by the propagation on potential energy surfaces described in the local approximation. The target molecules comprise chloromethane, chloroethene, uracil, 5-fluorouracil, 5-chlorouracil, 5-bromouracil, 5-iodouracil, 6-chlorouracil, 2-thiouracil, adenine, 2-chloroadenine and 8-chloroadenine. For chloromethane we computed vibrational excitation cross sections for the C-Cl stretching, and showed this mode is promptly activated by the presence of the extra charge. For chloroethene, we demonstrated that the direct mechanism of dissociation is very inefficient, and also revealed the interesting topology of its complex potential energy surfaces. The derivatives of uracil presented rich anionic spectra, as each one has three p* delocalized states, a s* state located at the bond between the substituted atom and the ring, and a dipole bound state. Overall, the obtained energetics are in very good agreement with experimental data. Analysis of the anionic spectra and the potential energy surfaces indicate mechanisms in which the anion is formed in a long-lived p* resonance and changes its character to the dissociative s* state. For 5-chlorouracil in particular, this coupling is mediated by an out-of-plane movement of the chlorine atom. As the anion states progressively stabilize as the halogen atomic number increases, the couplings become more favorable, and account for the increasing dissociation cross sections. Our results explain many of the observed features of dissociative electron attachment to halouracils, providing a theoretical basis for its radiosensitizing ability. In chloroadenines, we found a s* resonance and four p* resonances. We support they could also act as potential radiosensitizers.

A natureza e diversidade das estruturas químicas com atividade farmacológica que se tem encontrado nos organismos marinhos justificam a busca por novos compostos que são de interesse nas mais diversas áreas de aplicação. As espécies de macroalgas vermelhas, em especial Laurencia spp., merecem destaque pela enorme variedade de terpenos e acetogeninas que produzem, sendo consideradas de grande potencial na produção de novos fármacos. O estudo de seus constituintes pode fornecer importantes subsídios para a quimiotaxonomia, ecologia química, caracterização das espécies e avaliação do potencial biotecnológico. Baseado nisso, Laurencia aldingensis, L. dendroidea e Laurenciella sp. foram selecionadas para o presente estudo para isolamento, caracterização e teste de atividades biológicas dos seus compostos. A técnica do DNA barcoding foi utilizada como ferramenta de diagnóstico para garantir a similaridade entre as amostras de cada espécie, que foram coletadas em época e locais diferentes. Do extrato orgânico de Laurencia aldingensis, nove substâncias foram isoladas, sendo quatro esfingosinas (1-4), três terpenos (5-7) e duas novas substâncias halogenadas (8 e 9). Do extrato orgânico de Laurencia dendroidea formam isolados dois terpenos halogenados conhecidos (10, 11) e, do extrato de Laurenciella sp. três novas substâncias halogenadas alifáticas insaturadas (12-14), assim como um ácido graxo (15) e um esterol (16) conhecidos. Dentre elas, a 8 apresentou atividade citotóxica, mas não se mostrou seletivo, e as substâncias 4 e 11 apresentaram atividade esquistossomicida, bastante promissora. No entanto, nenhum deles apresentou atividade antioxidante. Diante desta investigação, podemos dizer que as informações geradas com os estudos de Laurencia aldingensis, L. dendroidea e Laurenciella sp. expandiram significantemente o conhecimento no que tange a diversidade química no gênero e o potencial biológico-farmacêutico dos mesmos. / The nature and diversity of chemical structures with pharmacological activity that have been found in marine organisms justifies the search for new compounds that may have applications in various areas of interest. Species of red seaweeds, especially Laurencia spp., are special because of the unprecedented variety of terpenes and acetogenins they produce that are considered potentially useful for the production of new drugs. Study of their constituents can also provide important insights relating to their chemotaxonomy, chemical ecology, characterization of species and biotechnological potential. On this basis Laurencia aldingensis, L. dendroidea and Laurenciella sp., were selected for study and isolation, characterization, and biological activity assessment of isolatable quantities of their compounds. The technique of DNA barcoding was used as a diagnostic tool to ensure similarity between samples of each species collected at different times and places. From the organic extract of Laurencia aldingensis nine compounds were isolated; four sphingosines (1-4), three terpenes (5-7) and other two new halogenated compound (8, 9). From the organic extract of Laurencia dendroidea two known halogenated terpenes (10, 11) were isolated while from a similar extract of Laurenciella sp., three new halogenated aliphatic compounds (12-14) were isolated together with known fatty acid (15) and sterol (16). Among all isolates, 8 demonstrated unspecific cytotoxic activity and compounds 4 and 11 showed promising schistosomicidal activity. In applied antioxidant assays none of the isolates we noted to have activity. From the overall investigation it is also clear that the information gleaned from the studies of Laurencia aldingensis, L. dendroidea and Laurenciella sp., significantly expanded our knowledge base concerning chemical diversity in the genus Laurencia and their biological-pharmaceutical potential.

A natureza e diversidade das estruturas químicas com atividade farmacológica que se tem encontrado nos organismos marinhos justificam a busca por novos compostos que são de interesse nas mais diversas áreas de aplicação. As espécies de macroalgas vermelhas, em especial Laurencia spp., merecem destaque pela enorme variedade de terpenos e acetogeninas que produzem, sendo consideradas de grande potencial na produção de novos fármacos. O estudo de seus constituintes pode fornecer importantes subsídios para a quimiotaxonomia, ecologia química, caracterização das espécies e avaliação do potencial biotecnológico. Baseado nisso, Laurencia aldingensis, L. dendroidea e Laurenciella sp. foram selecionadas para o presente estudo para isolamento, caracterização e teste de atividades biológicas dos seus compostos. A técnica do DNA barcoding foi utilizada como ferramenta de diagnóstico para garantir a similaridade entre as amostras de cada espécie, que foram coletadas em época e locais diferentes. Do extrato orgânico de Laurencia aldingensis, nove substâncias foram isoladas, sendo quatro esfingosinas (1-4), três terpenos (5-7) e duas novas substâncias halogenadas (8 e 9). Do extrato orgânico de Laurencia dendroidea formam isolados dois terpenos halogenados conhecidos (10, 11) e, do extrato de Laurenciella sp. três novas substâncias halogenadas alifáticas insaturadas (12-14), assim como um ácido graxo (15) e um esterol (16) conhecidos. Dentre elas, a 8 apresentou atividade citotóxica, mas não se mostrou seletivo, e as substâncias 4 e 11 apresentaram atividade esquistossomicida, bastante promissora. No entanto, nenhum deles apresentou atividade antioxidante. Diante desta investigação, podemos dizer que as informações geradas com os estudos de Laurencia aldingensis, L. dendroidea e Laurenciella sp. expandiram significantemente o conhecimento no que tange a diversidade química no gênero e o potencial biológico-farmacêutico dos mesmos. / The nature and diversity of chemical structures with pharmacological activity that have been found in marine organisms justifies the search for new compounds that may have applications in various areas of interest. Species of red seaweeds, especially Laurencia spp., are special because of the unprecedented variety of terpenes and acetogenins they produce that are considered potentially useful for the production of new drugs. Study of their constituents can also provide important insights relating to their chemotaxonomy, chemical ecology, characterization of species and biotechnological potential. On this basis Laurencia aldingensis, L. dendroidea and Laurenciella sp., were selected for study and isolation, characterization, and biological activity assessment of isolatable quantities of their compounds. The technique of DNA barcoding was used as a diagnostic tool to ensure similarity between samples of each species collected at different times and places. From the organic extract of Laurencia aldingensis nine compounds were isolated; four sphingosines (1-4), three terpenes (5-7) and other two new halogenated compound (8, 9). From the organic extract of Laurencia dendroidea two known halogenated terpenes (10, 11) were isolated while from a similar extract of Laurenciella sp., three new halogenated aliphatic compounds (12-14) were isolated together with known fatty acid (15) and sterol (16). Among all isolates, 8 demonstrated unspecific cytotoxic activity and compounds 4 and 11 showed promising schistosomicidal activity. In applied antioxidant assays none of the isolates we noted to have activity. From the overall investigation it is also clear that the information gleaned from the studies of Laurencia aldingensis, L. dendroidea and Laurenciella sp., significantly expanded our knowledge base concerning chemical diversity in the genus Laurencia and their biological-pharmaceutical potential.

Apresentamos resultados para o espectro de ânions e para a dinâmica vibracional induzida pela captura eletrônica, para uma série de moléculas halogenadas. Os estados do ânion foram caracterizados por meio de cálculos de espalhamento elástico realizados na aproximação de núcleos fixos, efetuados com o método multicanal de Schwinger com pseudopotenciais. Cálculos de dinâmica quântica do pacote de onda nuclear foram realizados a partir da propagação desse nas superfícies de energia potencial descritas na aproximação local. Foram alvo de estudo clorometano, cloroeteno, uracila, 5-fluorouracila, 5-clorouracila, 5-bromouracila, 5-iodouracila, 6-clorouracila, 2-tiouracila, adenina, 2-cloroadenina e 8-cloroadenina. Para o clorometano, calculamos seções de choque de excitação vibracional do estiramento C-Cl, e mostramos que esse modo é prontamente ativado pela presença da carga adicional. Para o cloroeteno, demonstramos que o mecanismo direto de dissociação é muito ineficiente, e também revelamos a interessante topologia de suas superfícies de energia potencial complexas. Os derivados de uracila apresentaram ricos espectros aniônicos, contando com três estados delocalizados p*, um estado s* localizado na ligação do átomo substituído com o anel, além de um estado ligado por dipolo. No geral, as energias obtidas estão em ótimo acordo com os valores experimentais. Análises dos espectros aniônicos e das superfícies de energia potencial indicam mecanismos em que o ânion é formado numa ressonância p* de longo tempo de vida, que muda de caráter para o estado dissociativo s*. Na 5-clorouracila em particular, esse acoplamento é mediado pelo movimento do cloro para fora do plano molecular. Conforme os estados do ânion progressivamente estabilizam com o aumento do número atômico do halogênio, os acoplamentos tornam-se mais favoráveis, o que responde pelas crescentes seções de choque de dissociação. Nossos resultados explicam muitas das características observadas na captura eletrônica dissociativa de halouracilas, fornecendo uma base teórica para sua habilidade radiossensibilizadora. Nas cloroadeninas, encontramos uma ressonância s* e quatro ressonâncias p*. Nós sustentamos que elas também poderiam atuar como potenciais radiossensibilizadores. / We present results on the anion spectrum and on the vibrational dynamics induced by electron capture, for a series of halogenated molecules. The anion states were characterized by means of elastic scattering calculations, in the fixed nuclei approximation, performed with the Schwinger multichannel method with pseudopotentials. Quantum dynamics calculations of the nuclear wavepacket were performed by the propagation on potential energy surfaces described in the local approximation. The target molecules comprise chloromethane, chloroethene, uracil, 5-fluorouracil, 5-chlorouracil, 5-bromouracil, 5-iodouracil, 6-chlorouracil, 2-thiouracil, adenine, 2-chloroadenine and 8-chloroadenine. For chloromethane we computed vibrational excitation cross sections for the C-Cl stretching, and showed this mode is promptly activated by the presence of the extra charge. For chloroethene, we demonstrated that the direct mechanism of dissociation is very inefficient, and also revealed the interesting topology of its complex potential energy surfaces. The derivatives of uracil presented rich anionic spectra, as each one has three p* delocalized states, a s* state located at the bond between the substituted atom and the ring, and a dipole bound state. Overall, the obtained energetics are in very good agreement with experimental data. Analysis of the anionic spectra and the potential energy surfaces indicate mechanisms in which the anion is formed in a long-lived p* resonance and changes its character to the dissociative s* state. For 5-chlorouracil in particular, this coupling is mediated by an out-of-plane movement of the chlorine atom. As the anion states progressively stabilize as the halogen atomic number increases, the couplings become more favorable, and account for the increasing dissociation cross sections. Our results explain many of the observed features of dissociative electron attachment to halouracils, providing a theoretical basis for its radiosensitizing ability. In chloroadenines, we found a s* resonance and four p* resonances. We support they could also act as potential radiosensitizers.

Neste trabalho foram estudadas reações de substituição nucleofílica alifática de seis substratos halogenados, na presença de sais quaternários de amônio quirais (catalisadores por transferência de fase), derivados de alcalóides naturais. O sistema usado durante os trabalhos foi o sólido-líquido, sendo utilizado o tolueno como solvente do substrato halogenado. Os eletrófilos escolhidos para este trabalho foram, em sua grande maioria, compostos halogenados na posição alfa à carbonila e o nucleófilo foi o fenilmercapteto de sódio. A estrutura do substratos, as condições de reação e o tipo de catalisador foram variados visando-se avaliar qual a melhor condição de interação entre o catalisador e o substrato, usando-se como parâmetro comparativo o excesso enantiomérico obtido em cada caso. Os substratos foram também colocados para reagir na ausência de catalisador (\"branco de reação\") para avaliar a possibilidade de haver reações não catalisadas competindo com a reação enantiosseletiva. Tais reações diminuiriam a enantiosseletividade do processo, o que tomou imprescindível determinar sua extensão. Métodos de análise do excesso enantiomérico dos produtos de reação obtidos, por CLAE utilizando fase estacionária quiral e/ou RMN de 1H na presença de reagentes de deslocamento quirais, foram desenvolvidos para cada caso. Os resultados experimentais permitiram propor e discutir um modelo de associação catalisador/tiolato/eletrófilo, baseado em interações do tipo π-π e ligação de hidrogênio. / The main focus of the present work was the investigation of some aliphatic nucleofilic substitution reactions of halogenated compounds in the presence of chiral phase transfer catalyst, in a solid-liquid two phase system, using toluene as solvent. Most electrophiles were carbonylic or carboxylic derivatives bearing a halogen atom in the a-position to the carbonyl group. As for the nucleophile, sodium thiophenolate was employed in all reactions. Factors such as molecular structure of the electrophile, reaction conditions and catalyst were varied in order to optimize product enantiomeric excesses, and to gain an insight into the mode of action of the chiral catalyst in the kinetic resolution. In all cases blank experiments in the absence of the catalyst were performed, considering the possibility of a competitive uncatalyzed reaction as being responsible for lower enantiomeric excesses. Methods for determining the enantiomeric excess, based on HPLC and/or 1H-NMR, were developed for each specific product. The mechanistic and geometrical factors responsible for the kinetic resolution are analyzed in each case. The structure of the catalyst/thiolate/electrofile is discussed in terms of hydrogen bonding and π-π interactions.

Neste trabalho foram estudadas reações de substituição nucleofílica alifática de seis substratos halogenados, na presença de sais quaternários de amônio quirais (catalisadores por transferência de fase), derivados de alcalóides naturais. O sistema usado durante os trabalhos foi o sólido-líquido, sendo utilizado o tolueno como solvente do substrato halogenado. Os eletrófilos escolhidos para este trabalho foram, em sua grande maioria, compostos halogenados na posição alfa à carbonila e o nucleófilo foi o fenilmercapteto de sódio. A estrutura do substratos, as condições de reação e o tipo de catalisador foram variados visando-se avaliar qual a melhor condição de interação entre o catalisador e o substrato, usando-se como parâmetro comparativo o excesso enantiomérico obtido em cada caso. Os substratos foram também colocados para reagir na ausência de catalisador (\"branco de reação\") para avaliar a possibilidade de haver reações não catalisadas competindo com a reação enantiosseletiva. Tais reações diminuiriam a enantiosseletividade do processo, o que tomou imprescindível determinar sua extensão. Métodos de análise do excesso enantiomérico dos produtos de reação obtidos, por CLAE utilizando fase estacionária quiral e/ou RMN de 1H na presença de reagentes de deslocamento quirais, foram desenvolvidos para cada caso. Os resultados experimentais permitiram propor e discutir um modelo de associação catalisador/tiolato/eletrófilo, baseado em interações do tipo π-π e ligação de hidrogênio. / The main focus of the present work was the investigation of some aliphatic nucleofilic substitution reactions of halogenated compounds in the presence of chiral phase transfer catalyst, in a solid-liquid two phase system, using toluene as solvent. Most electrophiles were carbonylic or carboxylic derivatives bearing a halogen atom in the a-position to the carbonyl group. As for the nucleophile, sodium thiophenolate was employed in all reactions. Factors such as molecular structure of the electrophile, reaction conditions and catalyst were varied in order to optimize product enantiomeric excesses, and to gain an insight into the mode of action of the chiral catalyst in the kinetic resolution. In all cases blank experiments in the absence of the catalyst were performed, considering the possibility of a competitive uncatalyzed reaction as being responsible for lower enantiomeric excesses. Methods for determining the enantiomeric excess, based on HPLC and/or 1H-NMR, were developed for each specific product. The mechanistic and geometrical factors responsible for the kinetic resolution are analyzed in each case. The structure of the catalyst/thiolate/electrofile is discussed in terms of hydrogen bonding and π-π interactions.