Os fungos filamentosos são microrganismos explorados devido ao potencial biotecnológico de seus produtos, nos quais as enzimas têm papel de destaque. Apesar de serem utilizadas em diversos segmentos industriais, as enzimas compõem um mercado que esta em franca expansão e em busca de melhores níveis de produção, de novas atividades enzimáticas, e outros. Os fungos filamentosos possuem mecanismos refinados de resposta a alterações exógenas. Sendo assim, os estudos proteômicos têm se tornado uma excelente ferramenta para explorar proteínas produzidas em resposta às variações ambientais, tais como, pH, fontes de nitrogênio e carbono, temperatura e tipos de bioprocessos. Um grupo especialmente afetado por estas variações é a produção de enzimas biotecnológicas. Neste trabalho, os perfis de proteínas intracelulares e/ou de enzimas secretadas foram identificados nos bioprocessos com Fusarium oxysporum URM 7401 e Myceliophthora thermophila, submetidos a diferentes condições de cultivo. As proteínas intracelulares de Fusarium oxysporum URM 7401, cultivado em bioprocesso submerso com diferentes pH ou fontes de nitrogênio, foram extraídas do micélio e fracionadas por eletroforese bidimensional (2DE). Os spots proteicos foram selecionados e identificados por espectrometria de massas MALDI- TOF/TOF-MS/MS. As proteínas secretadas foram avaliadas quanto às suas atividades enzimáticas utilizando substratos adequados para: peptidase, lipase, amilase, ?-glicosidase, CMCase, FPase, invertase, pectinase, xilanase e lacase. As proteínas presentes nos secretomas de Fusarium oxysporum URM 7401, cultivado em bioprocesso submerso com caseína e farinha de pena, e de Myceliophthora thermophila, cultivado em bioprocesso sólido com resíduos agroindustriais, foram identificadas por espectrometria de massas LC-ESI-MS/MS e também avaliadas quanto ao potencial de sacarificação de resíduos agroindustriais (farelo de trigo, palha de arroz e palha de soja). As proteínas selecionadas e identificadas, das diferentes condições de cultivo com Fusarium oxysporum URM 7401, em conjunto com os dados de produção enzimática demonstram a influência dos parâmetros dos bioprocessos no metabolismo de compostos, crescimento celular, síntese de nutrientes, estresse oxidativo, entre outros. Além do destaque na produção de enzimas, os extratos dos cultivos com caseína e farinha de pena foram capazes de degradar resíduos agroindustriais. A capacidade lignocelulolítica, conjugada a indução da via das fosfopentoses, sugerem que Fusarium oxysporum URM 7401 também tem potencial para a realização de bioprocesso consolidado e, consequentemente, para a produção de bioetanol. As proteínas do secretoma de Myceliophthora thermophila, quantificadas em ensaios enzimático e identificadas por espectrometria de massas LC-ESI-MS/MS, reforçaram o potencial hidrolítico e oxidativo deste microrganismo, com destaque especial para o grande número de enzimas ativas sobre carboidratos (CAZy) e oxirredutases. A ação deste arsenal enzimático também foi confirmada nos ensaios de degradação com resíduos agroindustriais; e indicaram um elevado potencial para sacarificação de resíduos ii lignocelulósicos. A compreensão dos mecanismos de produção e/ou secreção de proteínas pode ser auxiliada pela proteômica. Estes mecanismos, complementados pela identificação de enzimas biotecnológicas, podem elucidar as rotas metabólicas desencadeadas pelo microrganismo; e também na elaboração de estratégias que propiciem resultados satisfatórios nos bioprocessos. / Filamentous fungi are very exploited due to biotechnological potential of their products, which enzymes play a prominent role. Although they have been using in several industrial segments, the enzymes belong to an expansion market, that looking for a better levels of production, novel enzymatic activities and other. Filamentous fungi have a refined mechanisms for response to exogenous alterations. Thus, the proteomic studies have been become an excellent tool to explore proteins, which are produced in response to environmental changes, such as pH, nitrogen and carbon sources, temperature and kind of bioprocesses. A protein group that can be influenced by these variations is biotechnological enzymes. In this work, the profiles of intracellular proteins and/or of secreted enzymes were identified in the bioprocesses with Fusarium oxysporum URM 7401 and Myceliophthora thermophila, submitted to different culture conditions. The intracellular proteins from Fusarium oxysporum URM 7401, cultured in submerged bioprocess with various pH values or nitrogen sources, were extracted from mycelium and fractionated by bidimentional electrophoresis (2DE). The spots were selected and identified by MALDI-TOF/TOF-MS/MS mass spectrometry. The secreted proteins were evaluated, for their enzyme activities, using suitable substrates for peptidase, lipase, amylase, ?-glucosidase, CMCase, FPase, invertase, pectinase, xylanase and laccase. The proteins in secretomes from Fusarium oxysporum URM 7401, cultured in submerged bioprocess with casein and feather meal, and from Myceliophthora thermophila, cultured in solid state bioprocess with agroindustrial residues, were identified by LC-ESI-MS/MS mass spectrometer and they were also evaluated for saccharification potential of the agroindustrial residues (wheat bran, rice straw and soybean straw). The selected and identified proteins from Fusarium oxysporum URM 7401, obtained from different culture conditions, in addition to the enzyme production showed that bioprocess parameters influence the metabolism of compounds, cell growth, synthesis of nutrient, oxidative stress, among other. Besides this prominence in enzymes production, the extracts with casein or feather meal were able to degrade agroindustrial residues. The lignocellulolytic ability, conjugated to induction of the phosphopentoses pathways, suggest that Fusarium oxysporum URM 7401 also has potential for performing consolidated bioprocess and, consequently, for bioethanol production. The secretome proteins from Myceliophthora thermophila, quantified in enzymatic assays and identified by mass spectrometer LC-ESI-MS/MS, reinforce the hydrolytic and oxidative potential from this microorganism, with special emphasis for a great number of carbohydrate-active enzymes (CAZy) and oxidoreductases. The action of this enzymatic arsenal was also confirmed by agroindustrial residue degradation assays; and indicated a high potential for lignocellulosic residue saccharifications. The understanding about protein production and/or secretion mechanisms can be supported by proteomics. These mechanisms, complemented by the identification of biotechnological enzymes, can elucidate the metabolic pathways triggered by the microorganism; and can help to design better performing bioprocesses

As hidrolases de glicosídeos (GHs) exercem papéis fundamentais em vários processos biomédicos e aplicações industriais. A maioria destas enzimas possui vários domínios funcionais ligados entre si por peptídeos conhecidos como linkers. Informações sobre organização estrutural destas enzimas e sua mobilidade, posições e orientações mútuas de domínios individuais, bem como mudanças conformacionais introduzidas por ligantes ou por mudanças de condições bioquímicas (pH e T) podem ser muito informativas. Por esse motivo, é muito importante determinar a organização estrutural de GHs em termos de posição e orientação de seus domínios individuais e compreender a interação entre estes domínios em condições próximas às fisiológicas. Entretanto, atualmente, a conformação, dinâmica e função dos GHs com múltiplos domínios ainda não são totalmente compreendidas. Assim, o principal objetivo deste projeto foi conduzir estudos de hidrolases de glicosídeos em solução, usando SAS. Um grande número de GHs foi clonado e expresso em laboratório sob a direção do Prof. Dr. Igor Polikarpov (Grupo de Biotecnologia Molecular, IFSC / USP), seguindo protocolos já estabelecidos na literatura, para sua expressão e purificação. Experimentos SAXS foram realizados em colaboração com o Dr. Evandro Ares de Araújo (USP, São Carlos) e com o Prof. Dr. Mário de Oliveira Neto (UNESP, Botucatu). Para estudar as hidrolases de glicosídeos, foi utilizado o método de espalhamento a baixo ângulo, e em adição ao trabalho experimental, foi desenvolvido um novo pacote de software SAXSMoW2 para processar os dados do SAXS. Este pacote permite obter rapidamente os principais parâmetros estruturais de moléculas de proteínas, calcular o peso molecular e o estado oligomérico. Também foi aperfeiçoado e aplicado o método de acoplamento estatístico (statistical coupling analysis) , para complementar os dados estruturais experimentais, em especial para xiloses isomerases. Este método pode permitir uma melhor compreensão da relação entre as características estruturais evolutivas e sua funcionalidade biológica. Além disso, métodos de bioinformática foram desenvolvidos para complementar e compreender melhor as informações estruturais obtidas nos experimentos de SAXS. O primeiro foi um método para separar sequências de GH7 em duas categorias, exo e endogluconases. É útil analisar cada tipo de proteína dentro da família separadamente e estudar o papel dos loops funcionais - características estruturais que influenciam significativamente a atividade biológica. Outro método foi desenvolvido para encontrar o centro de atividade na nova enzima Xilose Isomerase obtida, usando uma estrutura relacionada, bem conhecida, da mesma família. Este método foi aplicado a enzimas cujas estruturas foram estudadas pela técnica de cristalografia em nosso laboratório no IFSC / USP. Inspirado pelo SCA, um método de detecção de comunidades difusas de aminoácidos em proteínas foi desenvolvido. Essa informação também pode complementar os resultados do SCA, indicando conjuntos fortemente correlacionados de aminoácidos na enzima. Outro novo método desenvolvido é uma estimativa de afinidade nas famílias de enzimas ativas em carboidratos utilizando similaridade dos modelos escondidos de Markov e bancos de dados open access de sequências de proteínas. / The Glycoside Hydrolases (GHs) play a key role in a number of biomedical processes and industrial applications. Most of these enzymes are multidomain proteins composed of different functional domains connected by linker peptides. Thus, it is very important to determine structural organization of glycoside hydrolases in terms of positions and orientations of their individual domains and comprehend the interplay between their multiple domains under close-to physiological conditions. To study the glycoside hydrolases, in this work a small-angle scattering method has been used. Currently, the conformation, dynamics and function of GHs with multiple domains are not fully understood. This is why the information on their structural organization and mobility; mutual position and orientation of the individual domains and conformational changes induced by interaction with the substrates or difference in biochemical conditions might be very informative. A large number of GHs have been cloned and expressed in the lab under direction of Prof. Dr. Igor Polikarpov (Molecular Biotechnology group, IFSC/USP) and we follow already established protocols for their expression and purification. SAXS experiments have been carried out in collaboration with Dr. Evandro Ares de Araujo (USP, São Carlos) and Prof. Dr. Mario de Oliveira Neto (UNESP, Botucatu). Additionally to experimental work, a new software package SAXSMoW2 for SAXS data processing has been developed. The software allows to obtain rapidly main structural parameters of the protein molecule, calculate molecular weight and oligomeric state. To supplement an structural data, the method of statistical coupling analysis (SCA) has been significantly improved and applied. The method allows a better understanding of interconnection between evolutionary caused structural features and their biological functionality. Also, various bioinformatic methods were developed to complete and understand better structural information obtained in SAXS experiments. The first one is a method for separating sequences from GH7 into the two bins of exo- and endogluconases. It is helpful to analyze each type of proteins inside the family separately and study the role of functional loops -- structural features that significantly influence on biological activity. Other developed method is for finding of activity center in the new obtained Xylose Isomerase enzyme using related well-known structure from the same family. This method was applied to the enzyme whose structure was studied using crystallography technique in our laboratory at IFSC/USP. Inspired by SCA, a method of aminoacid fuzzy communities detection in proteins has been developed as well. This information also can complete SCA results showing strong correlated sets of aminoacids in the enzyme. Another one new developed method is an estimation of carbohydrate-active family affiliation of unknown proteins using Markov hidden model similarities and open access databanks of protein sequences.

Este trabalho teve como objetivo o estudo fitoquímico do extrato acetato de etila do epicarpo (EAEE) de Garcinia brasiliensis, modificação estrutural no biflavonoide natural fukugetina (LFQM-109) e ensaios de atividade antioxidante, leishmanicida e enzimático do composto natural LFQM-109 e de seus análogos semissintéticos. A espécie G. brasiliensis pertence à família Guttifereae e é cultivada em todo o território brasileiro. É conhecida popularmente como bacuri, bacupari, porocó e bacuripari, no Brasil. É uma espécie nativa do Brasil, Paraguai e norte da Argentina. O fracionamento do EAEE levou ao isolamento dos compostos LFQM-105, LFQM-106, LFQM-107, LFQM-108 e da Fukugetina (LFQM-109). Os compostos isolados foram identificados por comparação com padrões autênticos e por técnicas espectrométricas e espectroscópicas usuais. A partir do composto natural fukugetina, reações de acilação e alquilação foram realizadas com o objetivo de obter derivados semissintéticos mais lipofílicos. Para avaliar a atividade antioxidante (Poder Redutor e Sequestrante de radicais DPPH) utilizaram-se concentrações de 400-12,5 μmol.L-1 e como padrões ácido ascórbico e BHT. Para a avaliação antiparasitária (formas promastigotas e amastigotas) utilizou-se concentrações entre 100-50 μmol.L-1 e como padrão pentamidina. Os resultados apresentados nos testes demonstraram uma redução do potencial antioxidante dos derivados semissintéticos comparado com o composto natural LFQM-109, provavelmente por possuir menor numero de grupo hidroxilas fenólicas livres. Nos ensaios de atividade antiparasitária (formas promastigota e amastigota) foi observada uma potencialização da atividade dos derivados semissintéticos, possivelmente por serem mais lipofílicos que o composto de origem LFQM-109. Os ensaios enzimáticos foram realizados em cisteíno e serino proteases, observando-se uma atividade inibitória significativa dos derivados semissintéticos quando comparado ao precursor LFQM-109, indicando que o aumento da lipofilia favoreceu a ação nestas enzimas. O presente trabalho contribuiu desta forma, para o conhecimento da química e das atividades antioxidante, antiparasitária e enzimática dos compostos naturais obtidos de G. brasiliensis e semissintéticos da fukugetina. / This study aimed to the phytochemical study of ethyl acetate extract epicarp (EAEE) from Garcinia brasiliensis, structural change in the natural biflavonoids fukugetina (LFQM-109) and antioxidant activity assays, and enzymatic leishmanicidal of the natural compound and LFQM-109 its semisynthetic analogues. The species G. brasiliensis belongs to the family Guttifereae and is cultivated throughout the Brazilian territory. It is popularly known as bacuri, bacupari, and Poroca bacuripari species in Brazil and Bolivia as guapomo. It is a native of Brazil, Paraguay and northern Argentina. Fractionation of EAEE led to the isolation of compounds LFQM-105, LFQM-106, LFQM-107, LFQM-108 and Fukugetina (LFQM-109). The compounds were identified by comparison with authentic standards and by spectral and spectroscopic usual. From the natural compound fukugetina, alkylation and acylation reactions were performed in order to obtain more lipophilic semisynthetic derivatives. To evaluate the antioxidant activity (reducing power and DPPH radical scavenger) used concentrations of 400-12.5 μM and standards as ascorbic acid and BHT. For evaluating antiparasitic (promastigote and amastigote form) used concentrations between 100-50 μM as standard and pentamidine. The results showed a reduction in testing the antioxidant potential of semisynthetic derivatives compared with the natural compound LFQM-109, probably because reducing the number of phenolic hydroxyl in the structure with structural changes. In tests of antiparasitic activity (promastigote and amastigote forms) was observed an enhancement of the activity of semisynthetic derivatives, possibly by being more lipophilic than the parent compound LFQM-109. Assays were performed on cysteine and serine proteases, observing a significant inhibitory activity of semisynthetic derivatives compared to the precursor LFQM-109, indicating that the increased lipophilicity enhanced the action on these enzymes. This study has thus contributed to the knowledge of chemistry and the antioxidant, antiparasitic and natural compounds of enzyme obtained from G. brasiliensis and the semisynthetic fukugetin. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES

A importância do estudo das celulases não se limita à aquisição de conhecimento científico, mas também ao grande potencial biotecnológico que elas representam. Isso se deve ao fato da celulose ser a molécula mais abundante presente na natureza e prover uma vasta gama de produtos e processos sustentáveis. Muitas famílias de celulases já foram bem caracterizadas, enquanto outras permanecem ainda desconhecidas. Dentre estas últimas, a família 45 das hidrolases de glicosídeos é a família de celulases fúngicas menos caracterizada tanto estruturalmente quanto funcionalmente. Recentemente foi proposta a divisão dessa família em três subfamílias e, até agora, apenas membros da subfamília A tiveram enzimas estruturalmente elucidadas. Nesse trabalho reportamos a estrutura cristalográfica da proteína recombinante endoglucanase de Phanerochaete chrysosporium (PcCel45A), a primeira das hidrolases de glicosídeos da subfamília C, e seu complexo com celobiose a 1,4 Å e 1,7 Å de resolução, respectivamente. A PcCel45A é uma enzima de domínio único, com uma estrutura em β-barril e seu empacotamento geral remete ao formato de âncora. O sítio ativo da enzima forma um longo sulco na superfície da estrutura, sendo que o seu centro catalítico é diferente das outras enzimas publicadas dessa família e o aspartato catalítico, que atua como aceptor de próton na reação de inversão, (Asp10) não é conservado. Adicionalmente, a estrutura cristalográfica dessa enzima apresenta mais similaridades com as β-expansinas (proteínas de plantas) e transglicosilases líticas (proteínas que clivam o peptidoglicano de bactérias) do que com as outras representantes da família 45, o que a torna ainda mais singular. Para entendermos melhor seu funcionamento foram realizadas mutações sítio-dirigidas nos principais resíduos do sítio ativo. O Asp121, conhecido por participar da reação de inversão das outras enzimas da família como doador de próton, mostrou-se essencial para a atividade da enzima, enquanto que outros resíduos conservados como a Tyr25, o Trp161 e o Asp92 afetaram, mas não aniquilaram a atividade da enzima, apresentando aproximadamente 20%, 50% e 10% da atividade da enzima nativa, respectivamente. / The importance of the study of the cellulases is not limited to generating significant scientific knowledge, since these enzymes represents an enormous potential in biotechnology. This is partly because cellulose is the most abundant molecule in nature and provides a wide range of products and sustainable process. Many cellulases families have been well characterized, while others still remain unknown. Among them, the glycoside hydrolase family 45 is the least well characterized both structurally and functionally, between fungal cellulases. It was recently proposed the subdivision of this family into three subfamilies, with structural information available only for subfamily A. In this work, we report the chrystallographic structure of the recombinant endoglucanase from Phanerochaete chrysosporium (PcCel45A), the first GH45 subfamily C and its complex with cellobiose at 1.4 Å and 1.7 Å respectively. The PcCel45A is a single domain enzyme, which has a β-barrel structure with the overall shape resembling an anchor. The active site of the enzyme has a long cleft on the surface, being remarkably different from those members of subfamily A, and the catalytic aspartate responsible for acting as proton acceptor (Asp10) is not present. Additionally, the chrystallographic structure of this enzyme has shown more similarity with β -expansins (plant proteins) and lytic transglycosylase (proteins that cleave the peptidoglycan of bacteria) than others representants of family 45, which makes it more singular. For a better understanding of its function, we perform pontual mutations in the main residues from active site. The Asp121, known for acting as proton acceptor in the inversion reaction of others enzymes, proved to be essential for the enzyme activity, while others conserved residues as Tyr25, Trp161 and Asp92 affected but not annihilated the enzyme activity, leaving approximately 20%, 50% and 10% of the native enzyme activity.

Aliando reações enzimáticas a compostos orgânicos de silício, objetivou-se explorar o potencial destes substratos em reações biocatalisadas. A intenção era ampliar o escopo de substratos e desbravar novas transformações. Inicialmente foram abordados os trabalhos relativos ao uso de hidrolases em reações envolvendo organossilanos, cujo uso de lipases foi o foco da nossa contribuição. Nela, a resolução cinética enzimática (RCE) de alcoóis quirais benzílicos contendo silício e outros heteroátomos (fósforo e estanho) foi explorada e transesterificações enantiosseletivas eficientes foram alcançadas, em que tanto os produtos acetilados e os alcoóis remanescentes foram obtidos em excelentes excessos enantioméricos (e.e. >99% em todos os casos). Considerações sobre a relação estrutura/atividade das reações catalisadas por lipase foram feitas, e foi possível perceber que os compostos contendo silício reagiram mais rapidamente que aqueles contedo fósforo e estanho. Em seguida, numa extensão natural da RCE, buscou-se realizar a resolução cinética dinâmica (RCD). Diversos experimentos de RCD foram realizados utilizando lipase e dois tipos de catalisadores de racemização diferentes: complexos de rutênio e uma resina de troca catiônica. Embora tenham sido encontrados indícios de que a racemização utilizando os catalisadores de rutênio estava acontecendo no meio reacional, a inativação do catalisador durante o processo foi uma dificuldade que, nos estudos realizados, não foi possível contornar. Foi então que uma resina de troca catiônica foi utilizada como alternativa de racemização, e dependendo do substrato utilizado foi possível realizar eficientes RCDs (rendimento até 93% e e.e. até 96%) através de uma esterificação enzimática empregando um acilante de cadeia longa. O último trabalho empregando hidrolases foi na acilação de silanóis. A partir dos resultados interessantes envolvendo a acilação de um silanol arílico (conversão de 75% para o acetoxissilano derivado usando a CAL-B), tentou-se acilar um silanol benzílico racêmico e, embora o substrato tenha sido acetilado enzimaticamente (conversão de até 47% para o acetoxissilano derivado nas condições estudadas), a reação se deu sem enantiosseletividade. Nas reações envolvendo oxidorredutases, tanto mono-oxigenases quanto enzimas provenientes da bactéria Arthrobacter sp., foram empregadas como biocatalisadores. Na tentativa de se realizar a oxidação da ligação C-Si utilizando BVMOs (Baeyer-Villiger mono-oxigenases), foi possível concluir que a instabilidade dos silanos e alcoxissilanos nas reações em meio aquoso poderia configurar um entrave no desenvolvimento da metodologia. Por outro lado, evidências de oxidação enzimática da ligação Si-H foram observadas em dois substratos arílicos, que podem servir de direcionamento para futuros projetos envolvendo este tema. Por fim, células íntegras da bactéria Arthrobacter sp. foram utilizadas em reações de desracemização aeróbica (R)-seletiva de alcoóis e redução anaeróbica (S)-seletiva de cetonas, ambas utilizando substratos contendo silício, fósforo, estanho e boro. Transformações com elevada enantiosseletividade foram encontradas, provando a versatilidade da Arthrobacter sp. em mediar reações enantiocomplementares. / By combining both enzymatic reactions and organosilicon compounds, we aimed to explore the potential of these substrates in biocatalytic reactions. The main goal was to expand the scope of substrates and breakthrough new transformations. Initially the study was based on the use of hydrolases in reactions involving organosilanes, in which lipases were the focus of our contribution. Thus, enzymatic kinetic resolution (EKR) of chiral benzylic alcohols containing silicon and other heteroatoms (phosphorus and tin) was explored and efficient enantioselective transesterifications were achieved, in which both acetylated products and remaining alcohols were obtained in excellent enantiomeric excesses (e.e. > 99% in all cases). Considerations about the structure/activity relationship of lipase-catalyzed reactions were done, and it was found out that silicon-containing compounds can react faster than those phosphorus- or tin-containing analogues. Then, an extension of EKR was the dynamic kinetic resolution (DKR). Several experiments were performed using lipase and different racemization catalysts: ruthenium complexes and a cation exchange resin. Although racemization by ruthenium catalysts have been found, in our studies inactivation of the catalyst during the process was a problem that was not possible to be solved. A cation exchange resin was used in racemization, and depending on the substrate it was possible to perform efficient DKRs (yield up to 93% and e.e. up to 96%) via an enzymatic esterification using an acylating agent with long chain. Another work with hydrolases was the enzymatic acylation of silanols. From the interesting results involving the acylation of an aryl-silanol (75% conversion to the acetoxy-silane derivative, by CAL-B), the acylation of a racemic benzyl-silanol was performed and although the substrate has been successfuly acetylated by a series of lipases (up to 47% conversion to the acetoxy-silane derivative under the conditions studied), the reaction occurred without any enantioselectivity. In reactions involving oxidoreductases, both mono-oxygenases and enzymes from the bacterium Arthrobacter sp., were used as biocatalysts. In an attempt to carry out the oxidation of the C-Si bond using BVMOs, it was found out that the instability of the substrates in aqueous media could set an obstacle in the development of the methodology. Moreover, evidence of enzymatic oxidation of Si-H bond were observed for two aryl substrates, which can serve as guidance for future projects involving the topic. Finally, whole cells of the bacterium Arthrobacter sp. were used for (R)- selective deracemization of alcohols and (S)-selective reduction of ketones, both using silicon-, phosphorus-, tin- and boron-containing substrates. Transformations with high enantioselectivity were achieved, showing the versatility of Arthrobacter sp. in mediating enantiocomplementary reactions.

A presente tese aborda os principais aspectos da biologia do vírus Epstein-Barr (EBV), suas relações com doenças, seu potencial uso como ferramenta para a biologia celular e a reprodutibilidade desta célula para o auxílio no diagnóstico de Erros Inatos do Metabolismo (EIM) através da medida de atividades de hidrolases lisossômicas. Os objetivos deste trabalho foram investigar as alterações celulares e morfológicas nos linfócitos B infectados com EBV, afim de confirmar a transformação celular nos 12 dias de cultura, para certificação do protocolo empregado; determinar a atividade, no momento da coleta (12 dias de cultivo) e imediatamente após 180, 365 e 730 dias de criopreservação em nitrogênio líquido, das enzimas β-galactosidase, β-glicosidase, a-galactosidase, a- glicosidase e a-iduronidase em Linhagens Celulares Linfoblastóides (LCL) transformados com EBV de indivíduos normais e determinar a atividade, no momento da coleta (12 dias de cultivo) e imediatamente após 180 dias de criopreservação das enzimas β-glicosidase, a-galactosidase e a- iduronidase em LCLs transformados com EBV de pacientes com doenças de Gaucher e Fabry e Mucopolissacaridose tipo I. Este trabalho mostrou que o protocolo empregado foi eficiente na transformação de linfócitos B pelo EBV através das 3 ferramentas utilizadas: imunohistoquímica, microscopia eletrônica de transmissão e microscopia confocal. Foram observados, através destes instrumentos, o aparecimento de clusters celulares, vacúolos citoplasmáticos, binucleação e aumento no conteúdo de organelas, o que é esperado em células infectadas por EBV. Foi observado também que as células cultivadas por 12 dias com EBV apresentavam a atividade da β-glicosidase e da a-iduronidase diferente significativamente daquela de linfócitos não infectados. Após 6 meses, 1 e 2 anos de criopreservação das células transformadas com EBV, em nitrogênio líquido, as enzimas β-galactosidase, β-glicosidase, a-galactosidase, a-glicosidase e a-iduronidase mantiveram suas atividades semelhantes aquelas após 12 dias de cultivo celular. O mesmo ocorreu quando utilizamos amostras de pacientes com doença de Gaucher, Fabry e Mucopolissacaridose tipo I após 6 meses de criopreservação. Este trabalho mostrou que o protocolo empregado foi eficiente na transformação de linfócitos B pelo vírus Epstein Barr e que uma vez congeladas até pelo menos 1 ano em nitrogênio líquido, todas as enzimas analisadas mantém suas atividades semelhantes aquelas após 12 dias de cultivo celular. / The present study addresses the main aspects of the biology of the Epstein-Barr virus (EBV) and its relationships with diseases, its potentials as a tool in cell biology, and the reproducibility of EBV-infected cells to assist in the diagnosis of Inborn errors of metabolism (IEM) using a measure of the activities of lysosomal hydrolases. The objectives of this study were (i) to investigate the cellular and morphological changes in B-lymphocytes infected with EBV to confirm cell transformation within the 12-day culturing period in order to verify the applicability of the method; (ii) to determine the activity of the enzymes β- galactosidase, β-glucosidase, α-iduronidase, α-galactosidase and α- glucosidase in lymphoblastoid cell lines at the moment of collection (12-day culturing) and immediately after 180, 365 and 730 days in lymphoblastoid cell lines (LCLs) transformed with EBV of normal individuals frozen in liquid nitrogen and (iii) to determine the activities of the enzymes β-glucosidase, α- galactosidase and α-iduronidase at the moment of collection (12 days of culturing) and immediately after 180 days in LCLs transformed by the EBV of patients with Gaucher and Fabry diseases and with muccopolysaccharidosis type I frozen in liquid nitrogen. The results showed that the protocol was efficient to transform B-lymphocytes by EBV using three tools: immunohistochemistry, transmission electron microscopy and confocal microscopy. The technique afforded to observe the emergence of clusters, cytoplasm vacuoles, binucleatoon and increased organelle contents, which are expected in EBV-infected cells. Also, it was observed that cells cultured with EBV for 12 days presented β-glucosidase and α-iduronidase significantly different from that of non-infected lymphocytes. Activity of the enzymes β- galactosidase, β-glucosidase, α-galactosidase. α-glucosidase and α- iduronidase measured after 180, 635 and 730 days in cryopreservation of EBVtransformed cells in liquid nitrogen were similar to that of samples after 12-day culturing of cells. The same was observed when we used samples from patients with Gaucher, Fabry and muccopolysaccharidosis type I after a 6-month cryopreservation period. This study shows that the protocol was efficient in transforming B-lymphocytes by EBV and that the activities of all enzymes frozen for at least one year in liquid nitrogen remained similar to that of samples collected after 12-day culturing.

A presente tese aborda os principais aspectos da biologia do vírus Epstein-Barr (EBV), suas relações com doenças, seu potencial uso como ferramenta para a biologia celular e a reprodutibilidade desta célula para o auxílio no diagnóstico de Erros Inatos do Metabolismo (EIM) através da medida de atividades de hidrolases lisossômicas. Os objetivos deste trabalho foram investigar as alterações celulares e morfológicas nos linfócitos B infectados com EBV, afim de confirmar a transformação celular nos 12 dias de cultura, para certificação do protocolo empregado; determinar a atividade, no momento da coleta (12 dias de cultivo) e imediatamente após 180, 365 e 730 dias de criopreservação em nitrogênio líquido, das enzimas β-galactosidase, β-glicosidase, a-galactosidase, a- glicosidase e a-iduronidase em Linhagens Celulares Linfoblastóides (LCL) transformados com EBV de indivíduos normais e determinar a atividade, no momento da coleta (12 dias de cultivo) e imediatamente após 180 dias de criopreservação das enzimas β-glicosidase, a-galactosidase e a- iduronidase em LCLs transformados com EBV de pacientes com doenças de Gaucher e Fabry e Mucopolissacaridose tipo I. Este trabalho mostrou que o protocolo empregado foi eficiente na transformação de linfócitos B pelo EBV através das 3 ferramentas utilizadas: imunohistoquímica, microscopia eletrônica de transmissão e microscopia confocal. Foram observados, através destes instrumentos, o aparecimento de clusters celulares, vacúolos citoplasmáticos, binucleação e aumento no conteúdo de organelas, o que é esperado em células infectadas por EBV. Foi observado também que as células cultivadas por 12 dias com EBV apresentavam a atividade da β-glicosidase e da a-iduronidase diferente significativamente daquela de linfócitos não infectados. Após 6 meses, 1 e 2 anos de criopreservação das células transformadas com EBV, em nitrogênio líquido, as enzimas β-galactosidase, β-glicosidase, a-galactosidase, a-glicosidase e a-iduronidase mantiveram suas atividades semelhantes aquelas após 12 dias de cultivo celular. O mesmo ocorreu quando utilizamos amostras de pacientes com doença de Gaucher, Fabry e Mucopolissacaridose tipo I após 6 meses de criopreservação. Este trabalho mostrou que o protocolo empregado foi eficiente na transformação de linfócitos B pelo vírus Epstein Barr e que uma vez congeladas até pelo menos 1 ano em nitrogênio líquido, todas as enzimas analisadas mantém suas atividades semelhantes aquelas após 12 dias de cultivo celular. / The present study addresses the main aspects of the biology of the Epstein-Barr virus (EBV) and its relationships with diseases, its potentials as a tool in cell biology, and the reproducibility of EBV-infected cells to assist in the diagnosis of Inborn errors of metabolism (IEM) using a measure of the activities of lysosomal hydrolases. The objectives of this study were (i) to investigate the cellular and morphological changes in B-lymphocytes infected with EBV to confirm cell transformation within the 12-day culturing period in order to verify the applicability of the method; (ii) to determine the activity of the enzymes β- galactosidase, β-glucosidase, α-iduronidase, α-galactosidase and α- glucosidase in lymphoblastoid cell lines at the moment of collection (12-day culturing) and immediately after 180, 365 and 730 days in lymphoblastoid cell lines (LCLs) transformed with EBV of normal individuals frozen in liquid nitrogen and (iii) to determine the activities of the enzymes β-glucosidase, α- galactosidase and α-iduronidase at the moment of collection (12 days of culturing) and immediately after 180 days in LCLs transformed by the EBV of patients with Gaucher and Fabry diseases and with muccopolysaccharidosis type I frozen in liquid nitrogen. The results showed that the protocol was efficient to transform B-lymphocytes by EBV using three tools: immunohistochemistry, transmission electron microscopy and confocal microscopy. The technique afforded to observe the emergence of clusters, cytoplasm vacuoles, binucleatoon and increased organelle contents, which are expected in EBV-infected cells. Also, it was observed that cells cultured with EBV for 12 days presented β-glucosidase and α-iduronidase significantly different from that of non-infected lymphocytes. Activity of the enzymes β- galactosidase, β-glucosidase, α-galactosidase. α-glucosidase and α- iduronidase measured after 180, 635 and 730 days in cryopreservation of EBVtransformed cells in liquid nitrogen were similar to that of samples after 12-day culturing of cells. The same was observed when we used samples from patients with Gaucher, Fabry and muccopolysaccharidosis type I after a 6-month cryopreservation period. This study shows that the protocol was efficient in transforming B-lymphocytes by EBV and that the activities of all enzymes frozen for at least one year in liquid nitrogen remained similar to that of samples collected after 12-day culturing.

Due to the current and future problematic of the maintenance of the hydric resources, the reuse of waters after previous treatment has been a strategy in the management of aquifers. The bioaugmentation is one of the techniques of purification of effluents and, because of this, studies were carried out in lagoons from the station of treatment of effluents (STE) of one sugar-alcohol industry, in Coruripe, State of Alagoas, aiming its reuse in ferti-irrigation. Therefore, in the sugarcane harvests of 2004/05 and 2005/06, samples were collected respectively from residuary waters and turf of this STE, initially for isolation of microorganisms (agar-broth of sugar-cane 25%). The isolates were identified in agreement to its growth in differential media and microscopic morphology. The activities of extracellular enzymes were also evaluated. The isolates with characteristics of the genus Pseudomonas were cultivated in the media King A and B , agar-milk (production of caseinase) and in the system API 20E (Biomerieux), for identification at the level of species. The eight fungi isolated from the samples, as well as two fungi furnished by André Toselo Foundation (Phanerochaete chrysosporium and Geotrichum candidum), were evaluated in solid media according to their secretion of phenoloxidases, in special Lignin-Peroxidase and Tanase. All the ten fungi grew in these media, even so only some have generated halos of discoloration larger than the size of the colonies, as it happened with the isolate XXI identified as Cladosporium sp. This was able to degrade different azodyes, tannic acid and different natural phenolic substrates (sugar-cane bagasse and wood-dust) in solid and liquid media. When this fungus was cultivated in liquid medium with methylene blue, its growth curve and azodye discoloration, as well as its action on the variation of pH and electric conductivity, were evaluated. It was also compared its ability to remove total reducing glicids, proteins and phenols, as well as its production of Lignin-Peroxidase in liquid medium with methylene blue or natural phenolic substrates. Laccase was the probable phenoloxidase produced by the isolate of Cladosporium sp in these circumstances, mainly in natural substrates. It is possible that this fungus consumed the glicids released from the degradation of lignocellulosic polymers so that they didn t need to use the phenols during the time interval of the experiments (144 h). The best isolates to remove the azodye in the liquid medium containing 2 % of tannic acid, that is, Cladosporium sp and Aspergillus sp, were monitored according to the variation on the concentrations of total reducingglicids, proteins, phenols, and chemical oxygen demand (COD) in the media. The isolate of Cladosporium sp removed 12 % of the total COD of the media, against 9.3 % of removal by the isolate of Aspergillus sp, and both had reached the same rate of phenol reduction at the end of the evaluated period. Regarding to the samples of the agri-industrial effluent supplemented with only 1% of Carbon and Nitrogen composition of the Sabouraud-agar medium, it was observed that Mucor sp showed the best rates of reduction of COD and phenols, followed by the isolates of Cladosporium sp, P. chrysosporium and G. candidum. Finally, after the daily bioagumentation of the facultative lagoons from the studied STE (with an outflow of about 5.000 m3.h-1 and approximately 2 days of hydraulic retention), during the harvests of 2005/06 and 2006/07, by a consortium of 6 of the isolates tested in vitro, the monitoring of the physico-chemiscal parameters of biweekly collected water samples during both seasons showed that this strategy was promising, for having improved most of the quality parameters and turning the water appropriated for fertiirrigation. Even so, some of the characteristics did not obey yet the legislation got for launching in rivers (DO, COD and phosphates). / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Face à atual e futura problemática da manutenção dos recursos hídricos, o reuso de águas tem sido utilizado como estratégia no gerenciamento de mananciais. A biosuplementação é uma das técnicas de purificação de efluentes e, com base nisso, estudos foram conduzidos visando sua utilização em lagoas de tratamento de efluente (ETE) de uma indústria sucroalcooleira, situada em Coruripe, estado de Alagoas, para o reuso em fertirrigação. Nas safras 2004/05 e 2005/06, foram coletadas respectivamente amostras de águas residuárias e turfa da ETE estudada, inicialmente para isolamento de microrganismos (agar-caldo de cana 25%). Os isolados foram posteriormente identificados conforme seu crescimento em meios diferenciais e sua morfologia microscópica. Foram também avaliadas as atividades de enzimas secretadas. Os isolados com características do gênero Pseudomonas foram cultivados nos meios King A e B , ágar-leite (produção de caseínase) e no sistema API 20E (Biomerieux), para identificação a nível de espécie. Os oito fungos isolados das amostras, bem como dois cedidos pela Fundação André Toselo (Phanerochaete chrysosporium e Geotrichum candidum), foram avaliados quanto à secreção de fenoloxidases em meios sólidos, em especial de Lignina-Peroxidase e Tanase. Todos os dez fungos cresceram nesses meios, embora apenas alguns tenham gerado halos de descoloração maiores do que o tamanho de suas colônias, como o isolado XXI identificado como Cladosporium sp. Este também foi capaz de degradar diferentes azocorantes, ácido tânico e diferentes substratos fenólicos naturais (bagaço-de-cana e serragem de madeira) em meios sólido e líquido. Quando cultivado em meio líquido contendo o azocorante azul de metileno, a curva de crescimento desse fungo, bem como sua atividade descolorante e de alteração do pH e da condutividade elétrica, também foram avaliadas. Também comparou-se a remoção de glicídios redutores, proteínas e fenóis totais, bem como a produção de fenoloxidase por tal fungo em meio líquido contendo ou azul de metileno ou substratos fenólicos naturais. Constatou-se que a fenoloxidase secretada pelo fungo nessas condições é provavelmente a lacase, e que a remoção de fenóis foi mais lenta nos substratos naturais, aparentemente devido à grande disponibilidade de glicídios liberados na degradação dos polímeros lignocelulósicos, não sendo necessário degradar fenóis durante o intervalo de tempo dos experimentos (144 h). Em meio líquido contendo 2 % de ácido tânico, os isolados que promoveram maior descoloração (Cladosporium sp e Aspergillus sp), tiveram suas culturas monitoradas quanto à redução das concentrações de glicídeos redutores, proteínas, fenóis totais e demanda química de oxigênio (DQO). Verificou-se que o isolado de Cladosporium sp removeu 12 % da DQO desse meio, contra 9,3 % de remoção pelo isolado de Aspergillus sp, e ambos reduziram na mesma proporção os teores de fenóis totais ao final do período avaliado. Já nas amostras de efluente agroindustrial suplementado com 1 % da composição em Carbono e Nitrogênio do meio ágar Sabouraud, constatou-se que o fungo Mucor sp apresentou as melhores taxas de redução de DQO e fenóis, seguido pelos isolados de Cladosporium sp, P. chrysosporium e G. candidum. Finalmente, após a bioaumentação diária das lagoas facultativas da ETE estudada (vazão de cerca de 5.000 m3.h-1 e aproximadamente 2 dias de retenção hidráulica), durante as safras 2005/06 e 2006/07, por um consórcio de 6 dos microrganismos isolados e testados in vitro, as análises físico-químicas quinzenais permitiram evidenciar que a estratégia mostrou-se promissora por ter melhorado a maioria dos parâmetros de qualidade, tornando a água adequada para fertirrigação, embora algumas das características (OD, DQO e fosfatos) ainda não obedeçam a legislação para lançamento em rios.

A Doença de Gaucher (DG) é a doença lisossômica de depósito mais frequente, sendo causada pela deficiência da atividade da enzima β-glicosidase ácida (GBA), que é responsável pela degradação de glicosilceramidas nos lisossomos. Seu déficit resulta no acúmulo intracelular de glicosilceramidas formando as chamadas Células de Gaucher. A DG é dividida em três grupos baseada na ausência (tipo 1) ou presença e gravidade de envolvimento do sistema nervoso central (tipo 2 e 3). A demonstração da deficiência da atividade da GBA é considerada o método padrão ouro para o diagnóstico, sendo complementada pela medida da atividade da enzima quitotriosidase (QT), que é considerada um biomarcador para a DG. Embora a função exata das células de Gaucher ainda permaneça desconhecida, acredita-se que elas secretam fatores que induzem resposta inflamatória e a produção de espécies reativas. Sabe-se que a instituição do tratamento por reposição enzimática (TRE) diminui significativamente a atividade da QT, porém essa diminuição não chega até os níveis de normalidade. A deficiência da GBA na DG também induz uma cascata de eventos, culminando secundariamente na produção de espécies reativas. Visto isso, o objetivo deste trabalho foi mensurar os níveis de citocinas próinflamatórias (IL-6, TNF-α e IL-17a), proteína S100B em pacientes com DG com e sem tratamento por reposição enzimática e relacioná-los com a atividade da QT, e também, determinar o nível de alguns marcadores de dano oxidativo como substancias reativas ao ácido tiobarbitúrico (TBARS), conteúdo de carbonilas, atividade da catalase (CAT) e superoxido dismutase (SOD) e mensurar o conteúdo total de sulfidrilas (SH), marcadores da defesa antioxidante, visando um método auxiliar para o diagnóstico e acompanhamento do tratamento destes pacientes. Observamos que os níveis de IL-6 em pacientes DG sem tratamento foi duas vezes maior do que os encontrados nos indivíduos saudáveis e que a instituição do TRE provoca uma diminuição significativa nos níveis de IL-6 no soro dos pacientes. Também foi observada uma correlação positiva entre os níveis de IL-6 e a atividade da QT, ou seja, quanto maior a atividade da QT, maior os níveis de IL-6 no soro de pacientes em tratamento. Já as outras citocinas pró-inflamatórias mensuradas, TNF-α e IL-17a, não apresentaram diferença significativa entre os indivíduos saudáveis e os pacientes Gaucher, bem como a medida da proteína S100B. Nos fatores oxidativos observamos alterações na CAT, SOD e sulfidrilas, o que sugere que pacientes DG sofrem mudanças na produção de espécies reativas quando comparados aos indivíduos normais. Este aumento na CAT, SOD e sulfidrilas poderia estar relacionado com a prevenção do aumento do peróxido de hidrogênio e a prevenção de danos lipídicos. No entanto, os outros três parâmetros (TBARS, carbonila e relação SOD / CAT) não demonstraram uma diferença significativa entre os grupos. Com isso, concluímos que a IL-6 mostrou-se a melhor ferramenta a ser utilizada juntamente com a QT para auxiliar no diagnóstico e acompanhamento do tratamento de pacientes DG.

A hidrólise enzimática de penas residuais da indústria avícola constitui uma alternativa ao descarte irregular e uma fonte rica em aminoácidos para a produção de rações animais. A presença de queratinases em linhagens bacterianas probióticas, pode, concomitantemente, permitir um melhor aproveitamento de rações contendo queratina, devido a possibilidade de suplementação da dieta de animais monogástricos com tais microrganismos. Igualmente, proteases queratinolíticas possuem ampla utilização na indústria. Neste contexto, uma protease queratinolítica da linhagem probiótica FTC01PR01 de Bacillus subtilis foi purificada através de cromatografia líquida (Sephadex G-75 e DEAE Sepharose) e caracterizada por ensaio de proteólise em azocaseína com diversos interferentes, revelando uma serinoprotease com, aproximadamente, 31 kDa e atividade ótima a 60 °C em pH neutro e alcalino. Embora a enzima não seja termoestável, constatou-se que sua atividade é alterada na presença de íons manganês, apresentando estimulação em temperatura de 37 °C e aumento da termotolerância à 55°C. O crescimento do microrganismo em substratos queratinosos demonstrou eficiência para degradação de farinha de pena e penas brancas seguido por menor degradação de penas melânicas. Sendo constituído exclusivamente de α-queratina, o cabelo humano não sofreu proteólise. A enzima pode ser aplicada na indústria para a degradação de materiais recalcitrantes bem como a produção de ração animal. A efetividade do microrganismo in vivo para aumentar a digestibilidade da farinha de pena aliada a função probiótica, demanda mais estudos. / Enzymatic hydrolysis of waste feathers constitute an alternative to irregular disposal and a rich source of aminoacids for animal feed production. The presence of keratinases in probiotic bacterial strains may, concomitantly, allow better use of keratin-based feeds, due to the possibility of diet supplementation with beneficial microorganisms. In this context, a keratinolytic protease of Bacillus subtilis FTC01PR01 was purified by liquid chromatography (Sephadex G-75 and DEAE Sepharose) and characterized by azocasein proteolysis assay, revealing a serine protease with, approximately 31 kDa, and optimal activity at 60 ° C on neutral and alkaline pH. Although the enzyme was not thermostable, it’s activity was altered in presence of manganese ions, with stimulation at temperature of 37 °C and increased thermal tolerance at 55 °C. Microorganism growth on keratin substrates demonstrated efficiency for feather meal and white feathers degradation, followed by less degradation of melanized feathers. As a source of pure α-keratin, human hair was not degraded. The enzyme may be applied in industry for recalcitrant materials degradation and animal feed production. The effectiveness of the microorganism to increase the feather meal digestibility; ally to the probiotic function, demand further studies.