O desenvolvimento de formas comuns de diabetes ocorre a partir da interação de fatores ambientais e genéticos. Como consequências da falta de controle glicêmico nesses pacientes várias complicações são geradas. Estudos metabolômicos para diabetes mellitus tipo 2 no soro/plasma relataram mudanças em vários metabólitos, os quais podem ser considerados possíveis alvos para futuras pesquisas mecanicistas. Como o diabetes mellitus tipo 2 é uma doença que altera o perfil metabólico em vários níveis, este trabalho teve como objetivo comparar os indivíduos com diabetes mellitus tipo 2 e com indivíduos não-diabéticos. Além disso, foram explorados o design exclusivo de um estudo de base familiar para trazer uma melhor compreensão da relação causal de metabólitos identificados e o diabetes. No presente estudo, metabolômica de base populacional foi realizada em 939 amostras de soro de indivíduos participantes do Projeto Corações de Baependi. Os participantes foram separados em dois grupos: diabéticos (77 indivíduos) e não-diabéticos (862 indivíduos). Com a técnica de GC/MS, normalização e análise estatística utilizadas, foi possível identificar metabólitos diferencialmente alterados em soro de diabéticos e não-diabéticos. Foram identificados 72 metabólitos com diferentes concentrações médias em indivíduos com diabetes mellitus tipo 2, em comparação com indivíduos saudáveis. Foi possível recapitular as principais vias que são alteradas no indivíduo diabético e a identificação de metabólitos sugestivos de estarem elevados no diabetes. Os dados de hereditariedade puderam ser utilizados para uma melhor compreensão da relação causal das associações observadas e ajudar a priorizar metabólitos associados ao diabetes para trabalhos futuros / The development of common forms of diabetes comes from the interaction between environmental and genetic factors, and the consequences of poor glycemic control in these patients can result in several complications. Metabolomics studies for type 2 diabetes mellitus in serum/plasma have reported changes in numerous metabolites, which might be considered possible targets for future mechanistic research. As type 2 diabetes is a disease that changes the metabolic profile in several levels, this work aimed to compare type 2 diabetes mellitus and non-diabetic participants of a family-based epidemiological study. In addition, we exploited the unique design of a family-based study to bring a better understanding of the causal relationship of identified metabolites and diabetes. In the current study, population based metabolomics was applied in 939 participants of \"the Baependi Heart Study\". Participants were separated into two groups: diabetic (77 individuals) and non-diabetic (862 individuals). By GC/MS technique, normalization and statistical analysis, it was possible to identify differentially concentrated metabolites in serum of diabetics and non-diabetics. 72 metabolites were identified as up regulated in type 2 diabetes mellitus subjects compared to non-diabetic individuals. It was possible to recapitulate the main pathways that are changed in the diabetic subject and the identification of metabolites suggestive of being upstream of diabetes. Heritability data was used to derive a better understanding of the causal relationship of the observed associations and help to prioritize diabetes-associated metabolites for further work

Submitted by Franciele Grego Esteves null (francielegrego@gmail.com) on 2017-04-07T15:06:37Z No. of bitstreams: 1 Dissertação de Mestrado p biblioteca.pdf: 6918114 bytes, checksum: e45b8e0514dd2fe63b041ac88e0cd8f7 (MD5) / Rejected by Luiz Galeffi (luizgaleffi@gmail.com), reason: Solicitamos que realize uma nova submissão seguindo a orientação abaixo: Incluir o número do processo de financiamento nos agradecimentos da dissertação/tese. Corrija esta informação e realize uma nova submissão com o arquivo correto. Agradecemos a compreensão. on 2017-04-17T14:12:17Z (GMT) / Submitted by Franciele Grego Esteves (francielegrego@gmail.com) on 2017-04-20T20:14:39Z No. of bitstreams: 1 Dissertação Mestrado Franciele - Autoarquivamento UNESP.pdf: 6753928 bytes, checksum: 6e5332799980f808f7228f38b18d6a7c (MD5) / Rejected by Luiz Galeffi (luizgaleffi@gmail.com), reason: Solicitamos que realize uma nova submissão seguindo a orientação abaixo: O arquivo submetido não contém o certificado de aprovação. Corrija esta informação e realize uma nova submissão com o arquivo correto. Agradecemos a compreensão. on 2017-04-25T13:55:38Z (GMT) / Submitted by Franciele Grego Esteves (francielegrego@gmail.com) on 2017-04-25T15:04:46Z No. of bitstreams: 1 Dissertação Mestrado Franciele - Autoarquivamento UNESP.pdf: 6918354 bytes, checksum: 0ea68d3a1abeca7d8514c318aef0795e (MD5) / Approved for entry into archive by Luiz Galeffi (luizgaleffi@gmail.com) on 2017-04-25T16:05:41Z (GMT) No. of bitstreams: 1 esteves_fg_me_rcla.pdf: 6918354 bytes, checksum: 0ea68d3a1abeca7d8514c318aef0795e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-25T16:05:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 esteves_fg_me_rcla.pdf: 6918354 bytes, checksum: 0ea68d3a1abeca7d8514c318aef0795e (MD5) Previous issue date: 2017-03-22 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / A aranha Nephila clavipes pertence ao grupo das aranhas construtoras de teias orbitais, que desenvolveram a capacidade de sintetizar fios adesivos. Esses fios adesivos são encontrados nos círculos centrais destas teias, e apresentam gotículas oleosas contendo vesículas que aprisionam em seu interior soluções de proteínas, peptídeos e muitos compostos de baixa massa molecular. Estudos da análise química dessas gotículas identificaram toxinas, ácidos graxos saturados e até alcaloides. Especula-se que quando um inseto presa é aprisionado pela teia, os ácidos graxos dessas gotículas auxiliam no processo de desestabilização da cutícula do inseto, permitindo a difusão das toxinas para o interior do corpo da presa. Também são relatados alcaloides que atuam como repelentes a predadores em algumas teias, e como inseto-toxinas em outras. A presença dessas moléculas são evidências de que a teia não é uma simples ferramenta para captura mecânica e aprisionamento de presas, mas sim uma complexa estrutura, que parece desempenhar um papel estratégico “ativo” na captura de suas presas. Considerando isso, o objetivo deste estudo foi analisar a ultraestrutura, a disposição das gotículas sobre os fios de seda, e visualizar a presença de vesículas lipídicas extraídas das gotículas da teia orbital da aranha N. clavipes através de microscopia. Além disso explorou-se a riqueza do perfil químico dos compostos de baixas massas moleculares da seda da teia através da cromatografia gasosa bidimensional abrangente acoplada a um detector de massas; e por fim investigar a riqueza de proteínas presentes na seda da teia e nas glândulas produtoras de seda, através da digestão proteolítica em solução, cromatografia líquida, e espectrometria de massas, ressaltando as possíveis toxinas envolvidas na paralisia de presas. Primeiramente, foi realizado um estudo com microscopia eletrônica de varredura das gotículas depositadas sobre os fios de seda, e com microscopia de luz das vesículas lipídicas que se encontram em suspensão, retidas dentro do conteúdo aquoso das gotículas. Posteriormente na análise da perfilagem química foram encontrados 316 compostos, dentre esses 25 foram identificados a partir de padrões químicos, sendo a maioria hidrocarbonetos saturados e alguns ácidos graxos. Este estudo também demonstrou através de bioesaios de repelência, que alguns dos ácidos graxos e hidrocarbonetos identificados nas gotículas da teia apresentaram potencial como repelentes a formigas invasoras. Enquanto que o ácido palmítico apresentou ação potencial no processo de dissolução/desintegração da camada superficial da cutícula de abelhas, para permitir a passagem das toxinas ao interior do corpo das presas da aranha N. clavipes. Na análise proteômica foram indentificados um total de 2051 proteínas na seda da teia, sendo que 163 dessas proteínas são toxinas. Também foram identificadas um total de 927, 1961, 849, e 860 proteínas nas glândulas agregada, ampulada maior, flageliforme e ampulada menor, respectivamente; sendo que desses totais, 194, 78, 32 e 30 são toxinas pertencentes a cada glândula citada acima, respectivamente. Este estudo sugere que as glândulas de seda, principalmente a glândula agregada, podem sintetizar e depositar sobre a seda da teia toxinas importantes, que são comuns a alguns venenos animais, tornando dessa forma as teias como uma estrutura ativa na captura de presas. A partir dos resultados obtidos foi possível elaborar uma hipótese que relaciona o papel das gotículas, vesículas lipídicas e dos compostos identificados como parte da estratégia química da teia na pré digestão e paralisia da presa. Portanto, este estudo forneceu uma melhor compreensão da química-ecológica da captura de presas pela teia da aranha N. clavipes, além de informações que podem possibilitar o uso desses compostos no desenvolvimento de inseticida-seletivo, ou até mesmo em possíveis aplicações farmacológicas. / Nephila clavipes belongs to the group of orb-weavings spiders that have developed the ability to synthesize adhesive threads. Such adhesive threads are found in the core circles of the orb-webs, and present oily droplets which in turn contain many vesicles in suspension, entrapping solutions of proteins, peptides and many small-molecular mass compounds. Chemical analysis studies of these droplets identified toxins, saturated fatty acids and even alkaloids. It is speculated that when an insect-prey is trapped by the web, the fatty acids of these droplets aid in the process of destabilizing the insect cuticle allowing the diffusion of the toxins into the prey body. Some studies also reported alkaloids that act as repellents to predators in some webs, and as insect-toxins in others. The presence of these molecules is evidence that the web is not a simple tool for mechanical capture and imprisonment of prey; but rather a complex structure that seems to play a strategic "active" role in capturing its prey. Considering this, the aim of this study was to analyze the ultrastructure, the disposition of the droplets on the silk fibers, and to visualize the presence of lipid vesicles extracted from the web’s droplets of N. clavipes spider, by microscopy. In addition, the richness of the chemical profile of the small-molecular mass compounds in the web-silk was explored through comprehensive two-dimensional gas chromatography coupled to a mass detector; and finally to investigate the richness of proteins present in web-silk and silk-producing glands through in solution proteolytic digestion, liquid chromatography, and mass spectrometry, highlighting the possible toxins involved in the prey paralysis. First, was performed scanning electron microscopy study of the droplets deposited on the web-silk and light microscopy of the suspended lipid vesicles retained within the aqueous contents of the droplets. Posteriorly in the profiling chemical analysis were identified 316 compounds, among these 25 were identified from chemical standards, most of them are hydrocarbons saturated and some fatty acids. This study also demonstrated through repellence bioassays, that some of the fatty acids and hydrocarbons identified in the web's droplets presented potential as repellents to invasive ants. While the palmitic acid presented potential action in the process of dissolution / disintegration superficial layer of cuticle bees, to allow the difusion of toxins into the prey body. In the proteomic analysis a total of 2051 proteins were identified in the web-silk, of which 163 of these proteins are toxins. A total of 927, 1961, 849, and 860 proteins were also identified in the aggregate, major ampullate, flagelliform and minor ampullate glands, respectively; and of these totals, 194, 78, 32 and 30 are toxins belonging to each gland mentioned above, respectively. This study suggests that silkproducing glands, especially the aggregate gland, can synthesize and deposit on the silk-web important toxins, which are common to some animal venoms, thereby making the webs an active structure in the prey capture. From the obtained results it was possible to elaborate a hypothesis that relates the role of the droplets, lipid vesicles and the compounds identified as part of the chemical strategy of the web in the pre-digestion and prey paralysis. Thus, this study provided a better understanding of the chemical-ecological prey capture by N. clavipes spider web, in addition to information that may enable the use of these compounds in the development of insecticide-selective or even possible pharmacological applications. / FAPESP: 2011/51684-1 / FAPESP: 2015/14220-8

A obesidade é um dos maiores problemas de saúde pública em todo mundo. A cirurgia Bariátrica é um dos tratamentos mais efetivos para obesidade grave e suas comorbidades. Entre as técnicas de cirurgia bariátrica, a derivação gástrica em y-de-Roux (DGYR) é a mais utilizada. Esse tipo de cirurgia é caracterizada por importantes modificações anatômicas no trato gastrointestinal, como a exclusão de parte do estômago e duodeno, que promovem perda de peso, resolução de comorbidades, como o DM2, e redução de gastos com a saúde. Por outro lado, casos de câncer têm sido observados no estômago excluso de pacientes submetidos à DGYR. Considerando a evidência de câncer de coto gástrico após gastrectomia de Billroth II para úlcera péptica, as mudanças anatômicas após a cirurgia bariátrica podem aumentar o risco carcinogênico. No presente estudo, utilizamos multiplataformas integradas de análises transcriptômicas e metabolômicas combinadas com análises endoscópicas e histológicas para avaliar mudanças precoces no estômago excluso após DGYR. Três meses após a cirurgia, a combinação das diferentes técnicas nos permitiram identificar: refluxo biliar, alterações na mucosa gástrica com a presença de atrofia, inflamação crônica e metaplasia intestinal, que em conjunto promoveram reprogramação gênica e metabólica local, aumentando a expressão de genes associados com o câncer. Pela primeira vez, os dados iniciais revelados pelo presente estudo encorajam pesquisas mais robustas e sugerem o exame endoscópico periódico após a DGYR / Obesity is one of the most important public health conditions worldwide. Bariatric surgery, such as Roux-en-Y gastric by-pass (RYGB), is an effective treatment for severe obesity that results in the improvement and remission of many obesity-related comorbidities as well as providing sustained weight loss, improvement in the quality of life and reduces health spending. On the other hand, cases of cancer have been observed in the excluded stomach, in patients submitted to RYGB. Using the evidence of gastric stump cancer after Billroth II gastrectomy for peptic ulcer, anatomic changes after bariatric surgery may increase carcinogenic risk. We used an integrated transcriptomic and untarget metabolomics multiplataform combined with endoscopic and histological analysis to evaluate early changes in the excluded stomach after RYGB. Three months after surgery, the combination of the different analysis tools allowed us to identify: biliary reflux, mucosal changes with atrophy, chronic inflammation and intestinal metaplasia, which promoted local gene and metabolic reprogramming increasing gene expression associated with cancer. For the first time the initial data revealed by our work encourages more robust research and suggests periodic endoscopic surveillance after RYGB

The growing world demand for renewable energy production in substitution of fossil fuels has given great prominence in the culture of sugarcane (Saccharum sp.). This has been considered the most efficient crop for energy production, as Brazil being the world's largest producer, with a production of 655.6 million tons in 2015/2016 harvest in an area of 8.5 million hectares. One of the major obstacles to the production of sugarcane is still the attack by pest and estimates that about 10% of the crop losses are caused by insects, being a sugarcane borer (Diatraea Saccharalis) the most importante pest. The plants, during its evolution, to reduce the damages caused by the attack of pests, they have developed a series of defense mechanisms, among them, physical barriers, proteins and toxic metabolites and volatile metabolic flags. Many works have been developed to decipher the mechanisms of defense of sugarcane to the attack of herbivorous insects, an attempt of genetic breeding programs and information biotechnology for the development of more resistant plants, however, many of the mechanisms still remain to be clarified. These works are mostly restricted to the study of genes and proteins and global studies of transcript and proteome analyzes of the plant. The current work proposes to perform an analysis of the metabolism of two varieties of sugarcane (RB92579 and SP791011) through direct and indirect extraction methods in response to herbivory by Diatraea saccharalis using NMR spectroscopy and multivariate statistical analysis from data by principal component analysis (PCA) and least squares analysis of discrimination (OPLS-DA). In the metabolomic analysis of sugarcane of the variety RB92579 was studied using the direct extraction method (leaves) in the 4 herbivory times (24, 48, 72 and 96 hours), only after 48, 72 and 96 hours of stress by herbivory, it was possible to get differences between the control groups and herbivore groups, which the greater timing of response was obtained in 72 hours, that indicated the increase of the primary metabolites asparagine, aspartic acid, dimethylamine, glutamic acid , isoleucine, leucine, malic acid, tyrosine and phenylalanine. The variety of sugarcane SP791011, the method of indirect extraction of the leaves of the plant was applied in times 24, 48 and 72 hours by stress induced by caterpillars of Diatraea saccharalis and, coincidentally, showed in the time 72 hours a greater number of herbivory response metabolites, which caused a depletion of aconitic acid, formic acid, asparagine, alanine and elevation of acetic acid and chlorogenic acid. Despite their different metabolic profiles in response to herbivory, the elucidated metabolites suggest the metabolic pathway of shikimic acid to produce phenylpropanoids due to the increase of tyrosine, phenylalanine in the leaves of the sugarcane variety RB92579, and increase of chlorogenic acid in the leaves of the cane. In addition to the herbivory test, it was carried out a biological assay with chlorogenic acid inserted in the artificial diet of Diatraea saccharalis caterpillars, which demonstrated a decrease in the development time of the pupae comparing with pupae of Caterpillars Control, which caused an outbreak of moths with deformations at all concentrations of chlorogenic acid used in the bioassay. These results may help in the development of sugarcane varieties more resistant to the attack by Diatraea Saccharalis. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A crescente demanda mundial para a produção de energias renováveis em substituição aos combustíveis fósseis tem dado grande destaque à cultura da cana-de-açúcar (Saccharum sp.). Esta tem sido considerada a cultura mais eficiente para a produção de energia, tendo o Brasil como o maior produtor mundial, com uma produção de 655,6 milhões de toneladas na safra 2015/2016 em uma área de 8,5 milhões de hectares. Um dos grandes entraves à produção de cana-de-açúcar ainda é o ataque de pragas e doenças e estima-se que cerca de 10% das perdas para esta cultura sejam ocasionadas por insetos, sendo a broca da cana-de-açúcar (Diatraea saccharalis) a praga mais importante. As plantas, durante a evolução, para reduzir os danos causados pelo ataque de pragas, têm desenvolvido uma série de mecanismos de defesa, dentre eles, barreiras físicas, proteínas, metabólitos tóxicos e metabólitos voláteis sinalizadores. Muitos trabalhos têm sido desenvolvidos para decifrar os mecanismos de defesa da cana-de-açúcar ao ataque de insetos herbívoros, na tentativa de subsidiar programas de melhoramento genético e a biotecnologia de informação para o desenvolvimento de plantas mais resistentes, porém, muitos destes mecanismos ainda permanecem a ser esclarecidos. Estes trabalhos, em sua maioria, estão restritos ao estudo de genes e proteínas e a estudos globais de análises dos transcritos e do proteoma da planta. O presente trabalho propõe realizar a análise do metaboloma de duas variedades de cana-de-açúcar (RB92579 e SP791011) através dos métodos de extração direto e indireto na resposta a herbivoria por Diatraea saccharalis, utilizando espectroscopia de RMN, e processamento e estatística dos dados pelos métodos de análise de componentes principais (PCA) e análise dos mínimos quadrados parciais-análise discriminante (OPLS-DA). A análise metabolômica da cana-de-açúcar da variedade RB92579 foi realizada pelo método de extração direta (folhas) nos 4 tempos de herbivoria (24, 48, 72 e 96 horas), sendo que, apenas após 48, 72 e 96 horas sob herbivoria, foi possível haver diferenças entre os grupos controle e grupo herbivoria, no qual o tempo em que se obteve maior resposta da planta foi no tempo 72 horas, que indicou o aumento dos metabólitos primários asparagina, ácido aspártico, dimetilamina, ácido glutâmico, isoleucina, leucina, ácido málico, tirosina e fenilalanina. Já com relação a variedade de cana-de-açúcar SP 1011, aplicou-se o método de extração indireto das folhas da planta nos tempos 24, 48 e 72 horas sob estresse induzido pelas lagartas de Diatraea saccharalis e, coincidentemente, apresentou no tempo 72 horas o maior número de metabólitos de resposta a herbivoria, o que causou numa redução dos níveis de ácido cis e trans aconítico, ácido fórmico, asparagina, alanina e no aumento dos níveis de ácido acético e ácido clorogênico. Apesar de fornecerem perfis metabólicos diferentes em resposta a herbivoria, os metabólitos elucidados sugerem a via metabólica do ácido chiquímico devido ao aumento de tirosina, fenilalanina nas folhas da cana-de-açúcar da variedade RB92579, e aumento do ácido clorogênico nas folhas da cana-de-açúcar da variedade SP791011. Além do ensaio de herbivoria, foi realizado um ensaio biológico com o ácido clorogênico inserido na dieta artificial das lagartas de Diatraea saccharalis, que demonstrou uma diminuição do tempo de desenvolvimento das pupas em comparação com as pupas de lagartas controle, que provocou a eclosão das mariposas com deformações em todas as concentrações de ácido clorogênico usadas no bioensaio. Esses resultados podem ajudar no desenvolvimento de variedades de cana-de-açúcar mais resistentes ao ataque da Diatraea Saccharalis.

O uso de extrato de plantas na suplementação tem sido considerado uma potencial alternativa para melhorar a estabilidade redox da carne. Alguns compostos bioativos presentes nos extratos de plantas atuam como antioxidantes e podem melhorar a saúde e o bem estar do animal e proteger a carne da oxidação. Propriedades farmacológicas e efeitos antioxidantes têm sido demonstrados em extratos de lúpulo e erva mate. Porém, os efeitos do uso de extrato de lúpulo e de erva mate como suplemento em dieta animal no perfil metabólico e na estabilidade redox da carne ainda não foram reportados. A adição de 0,5%, 1,0% e 1,5% de extrato de erva mate a uma ração composta de milho e soja destinada à alimentação de gado resultou no aumento da concentração de inosina monofosfato, creatina, carnosina e ácido linoléico conjugado na carne. A tendência à formação de radicais livres em homogenatos de carne diminuiu conforme aumentou o teor de erva mate na ração indicando um aumento da resistência da carne à oxidação. A adição de extrato de lúpulo (0, 30 ppm, 60 ppm e 240 ppm) à ração de frangos de corte promoveu efeitos significativos na concentração média de metabólitos polares que são de relevância para a qualidade da carne. As maiores diferenças nos perfis metabólicos entre o grupo controle (sem suplemento) e as amostras de carne de frango que foi alimentado com ração suplementada com β-ácidos foram obtidas usando 30 ppm de lupulonas na dieta. Como determinado pela técnica de spin-trapping, uma maior estabilidade redox foi observada nas amostras relacionadas aos animais alimentados com 30 ppm de lupulonas e podem ser relacionadas a um maior nível de antioxidantes endógenos, especialmente anserina, carnosina e NADH. Miosina e actina demonstraram ser os alvos principais da oxidação de proteínas em carne de frango. As proteínas miofibrilares de animais alimentos com β-ácidos mostraram ser menos susceptíveis à oxidação quando comparado ao grupo controle. Extratos de mate e de β-ácidos demonstraram ser aditivos promissores para dieta animal de gado e frango, respectivamente, e podem melhorar a estabilidade oxidativa, o valor nutricional, a qualidade sensorial e a aceitação da carne. / The use of plant extracts in animal feeding trials has been considered as a potential alternative to improve the redox stability of meat. Bioactive compounds from plant extracts can provide the antioxidative mechanisms required to improve animal health and welfare and, to protect meat against oxidation. Pharmacological properties and antioxidant effects have been associated to the extract of hops and to the extracts of yerba mate. However, the effects of hops and yerba mate as dietary supplement for animal feeding on the metabolic profile and the redox stability of meat have not been reported yet. Addition of extract of mate to a standard maize/soy feed at a level of 0.5, 1.0 or 1.5% to the diet of feedlot for cattle resulted in an increased level of inosine monophosphate, creatine, carnosine and of conjugated linoleic acid in the fresh meat. The tendency to radical formation in meat slurries as quantified by EPR spin-trapping decreased for increasing mate extract addition to feed especially after storage of the meat indicating an increased resistance to oxidation for meat. Addition of hops extract at different levels (0, 30 ppm, 60 ppm, 240 ppm) to the diet of broilers demonstrated to have significant effects on the averaged concentration of polar metabolites that are of relevance for meat quality. The major metabolic differences between control group (no supplements) and broilers fed different levels of β-acids were achieved using 30 ppm of supplement. As determined by EPR spin-trapping, increased redox stability was obtained in the samples referring to the animals fed 30 ppm of lupulones and may be related to the highest level of endogenous antioxidants, especially anserine, carnosine and NADH. Myosin and actin were recognized as the main targets of protein oxidation in meat. Myofibrillar proteins from animals fed with hops β-acids showed to be less susceptible to oxidation when compared to control group. Mate and hops β-acids extracts demonstrated to be promising additives to feedlot for, respectively, cattle and broilers and can improve the oxidative stability, nutritive value, sensory quality, and consumer acceptance of meat.

A RMN é uma das principais técnicas usadas no estudo de perfis metabólicos pois é uma técnica quantitativa, altamente reprodutível e não-seletiva. Desta forma, o objetivo desta tese foi a aplicação da RMN no estudo metabólico em diferentes processos biológicos. A primeira aplicação foi na análise do perfil metabolômico e metabonômico dos agentes causadores da leishmaniose. Para tal, foram analisados extratos celulares das espécies Leishmania major e Leishmania donovani e extratos destas espécies crescidas com os fármacos miltefosina e paromomicina. Os espectros de RMN de 1H foram analisados pelo programa ChenoMX e os espectros de RMN 2D pelo software TopSpin e as bases de dados HMDB e BMRB. Cerca de 50 metabólitos foram identificados, como a adenina, arginina, glutamina, glutamato, manose, isoleucina, leucina e tirosina. Técnicas quimiométricas como PCA, PLS-DA e heatmaps foram utilizadas para investigar os metabólitos responsáveis pela diferenciação das duas espécies bem como entre as culturas com e sem fármacos. O segundo estudo foi com o composto metilglioxal. A presença de metilglioxal em queijos contribui com o escurecimento e deterioração do sabor, mesmo em baixas temperaturas. Por esta razão, foram estudados os produtos da adição de metilglioxal em extrato de queijo parmesão e o comportamento de diferentes espécies de lactobacilos na presença e na ausência de metilglioxal em extrato de queijo parmesão. Os resultados permitiram um entendimento maior das reações envolvidas entre esta molécula e os componentes do queijo, o que ajudará encontrar alternativas para a resolução do problema e aumentar o tempo de prateleira do queijo. O terceiro estudo realizado foi sobre a produção de etanol a partir de biomassa lignocelulósica. O objetivo deste estudo foi modificar geneticamente uma espécie de lactobacilo para a produção de etanol e analisar a vinhaça de planta de etanol pós-fermentação com levedura. Os espectros de RMN de 1H e 1H-13C mostraram que as bactérias modificadas são eficientes na produção de etanol e que dois açucares foram erroneamente identificados por cromatografia como maltose e maltotriose quando na verdade eram trealose e arabinose.  Por meio destes destes estudos mostrou-se parte das inúmeras aplicações que a RMN tem na metabolômica e que existem diversas ferramentas estatísticas disponíveis para auxiliar no estudo metabolômico. / NMR is one of the main techniques used in metabolic profile studies because it is a quantitative, highly reproducible and non-selective technique. Thus, the aim of this thesis was the application of NMR in metabolic studies of different biological processes. The first application was the analysis of the metabolomic and metabonomic profile of the causative agents of leishmaniasis. Cell extracts of the species Leishmania major and Leishmania donovani and extracts of these species grown with miltefosine and paromomycin drugs were analyzed. 1H spectra were analyzed by ChenoMX software and 2D spectra by TopSpin software and HMDB and BMRB databases. About 50 metabolites were identified, such as adenine, arginine, glutamine, glutamate, mannose, isoleucine, leucine and tyrosine. Chemometric techniques were used to investigate the metabolites responsible for the differentiation of the two species and between cultures with and without drugs. The second study was with methylglyoxal molecule. The presence of methylglyoxal in cheese contributes to browning and deterioration of flavor, even at low temperatures. For this reason, products of the addition of methylglyoxal in Parmesan cheese extract and the behavior of different species of lactobacilli in the presence and absence of methylglyoxal in Parmesan cheese extract were studied. The results allowed a better understanding of the reactions involved between this molecule and the components of the cheese, which will help find alternatives to solve the problem and increase the shelf life of the cheese. The third study was about the production of ethanol from lignocellulosic biomass. The objective of this study was to genetically modify a lactobacillus species to produce ethanol and analyze the post-fermentation thin stillage. NMR spectra showed that the modified bacteria are efficient in production of ethanol and that two sugars were erroneously being identified by chromatography as maltose and maltotriose when they actually were trehalose and arabinose. These studies showed part of the numerous applications that NMR has in metabolomics and that there are several statistical tools available to assist in metabolomic studies.

A subtribo Lychnophorinae ocorre na região do Cerrado do Brasil e contém cerca de 120 espécies. Recentemente, a filogenia da subtribo Lychnophorinae, baseada em sequências de DNA e dados morfológicos foi capaz de fornecer novas informações sobre a subtribo e seus gêneros. Além disso, o Cerrado brasileiro possivelmente abriga uma parcela considerável da entomofauna neotropical. Os objetivos gerais deste projeto de pesquisa são obter perfis metabólicos de plantas da subtribo Lychnophorinae e utilizá-los como ferramenta quimiotaxonômica para auxiliar na resolução da classificação taxonômica dessa subtribo e ainda, obter perfis metabólicos de insetos que se alimentem dessas plantas, visando a identificação de possíveis interações inseto-planta. Foram analisadas 78 espécies de plantas por GC-MS e UHPLC-UV(DAD)-MS(ESI-Orbitrap) nos modos positivo e negativo de ionização. As coletas de insetos foram feitas em intervalos trimestrais e, em seguida, esses insetos foram analisados utilizando a mesma metodologia analítica das plantas. As \"impressões digitais\" metabólicas das plantas e dos insetos foram precessadas no MetAlignTM e no MSClust, e as matrizes geradas foram submetidas a análises multivariadas no SIMCA. As plantas foram submetidas a análise de componentes principais (PCA), análise de cluster hierárquico (HCA) e análise discriminante ortogonal por mínimos quadrados parciais (OPLS-DA), entretanto os insetos, juntamente com suas plantas hospedeiras, foram analisados por PCA com o intuito de determinar a correlação entre seus metabólitos secundários. Os resultados das análises metabolômicas apresentaram proximidade com a filogenia principalmente para os dois maiors gêneros, Eremanthus e Lychnophora, analisados separadamente. Portanto, os resultados sugerem que os dados gerados a partir das análises metabolômicas podem ser utilizados em estudos quimiotaxonômicos da subtribo Lychnophorinae, sobretudo como dados primários para a reconstrução filogenética de gêneros. No que diz respeito às análises de possíveis interações inseto-planta, foi possível observar que alguns espécimens apresentaram correlação significativa com as plantas hospedeiras, evidenciando que a abordagem metabolômica pode ser utilizada como ferramenta na investigação de interações inseto-planta. Nestas amostras, pôde-se observar a presença de triterpenos, flavonoides e lactonas sesquiterpênicas adquiridas nas plantas por meio da herbivoria. / The subtribe Lychnophorinae occurs in the Cerrado domain of the Brazilian Central Plateau. The relationships among its recognized genera, as well as the relationships between Lychnophorinae and other subtribes belonging in tribe Vernonieae have been recently investigated upon a phylogeny based on molecular and morphological data. In addition, a preliminar overview of insect diversity in Brazilian Cerrado suggests that it may harbor a considerable fraction of the neotropical. We here report the use of a comprehensive untargeted metabolomics approach, combining LC-MS and GC-MS data together, followed by multivariate analyses aiming to assess the congruence between metabolomics data and the phylogenetic hypothesis, as well as its potential as a chemotaxonomic tool. Also we report the use of untargeted metabolomics approach aiming to assess insect-plant interactions. We analyzed 78 species by GC-MS and LC-MS in both positive and negative ionization modes. The metabolic profiles obtained for these species were treated in MetAlign and in MSClust and the matrices generated were combined and used in SIMCA for hierarchical cluster analyses (HCA), principal component analyses (PCA) and orthogonal partial least square discriminant analysis (OPLS-DA). The insects were collected quarterly and analyzed by the same analytical methods as plants. Results show that metabolomics analyses are mostly congruent with the phylogenetic hypothesis especially at lower taxonomic levels. Therefore, our results suggest that data generated by metabolomics approaches provide valuable evidence for chemotaxonomical studies of Lychnophorinae subtribe, in particular as primary data for phylogenetic reconstruction of lineages as genera. Regarding to insects, it was possible to observe significative correlations between some insects and their host plants. In these samples, were able to identify triterpenes, flavonoids and sesquiterpene lactones.

O metaboloma é definido como a coleção qualitativa e quantitativa de todos os metabólitos de baixa massa molecular presentes nas células, os quais participam de reações bioquímicas necessárias para a manutenção, crescimento e fisiologia celular. A avaliação metabolômica permite o delineamento do processo bioquímico de sistemas a fim de ampliar o entendimento de como as patologias se manifestam. A Espectroscopia de Ressonância Magnética Nuclear (RMN) é usada para investigar uma variedade de processos biológicos em diversos sistemas. A magnética aplicada a células e biópsias de tecido intacto de melanoma murino B16F10 contribuiu para a caracterização bioquímica de biomarcadores das diferentes fases de progressão tumoral do melanoma murino B16F10. Os resultados obtidos neste estudo permitiram a identificação de 33 metabólitos possíveis, envolvidos na carga lipídica e no metabolismo secundário da via glicolítica, que favorecem o crescimento e a progressão tumoral. A presença da taurina, prolina, serina, fenilalanina, que aumentaram quantitativamente, são possíveis marcadores da invasão, progressão e metastatização. A análise quantitativa desses metabólitos mostrou diferença significativa em 11 compostos, dos quais 9 estão diretamente envolvidos na expressão das respostas proliferativas, de morte celular e angiogênese, nos diferentes períodos de crescimento do melanoma B16F10, avaliados neste estudo. Desta forma, os achados obtidos neste estudo, quando associados no futuro a outros fatores, poderão ser úteis no diagnóstico e auxiliar na escolha terapêutica alvo com maior especificidade e menores efeitos colaterais. RMN pode ter um importante impacto na monitorização de metabólitos em células e tecidos tumorais, possibilitando a detecção mais precoce de tumores malignos, em suma, através da combinação de métodos de ressonância magnética. / The metabolome is defined as the qualitative and quantitative collection of all low weight molecular metabolites in cells that participate in biochemical reactions necessary for the maintenance, growth and physiology of cell. The metabolomic evaluation allows the design of systems of biochemical process in order to broaden the understanding of how diseases manifest. The Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy (NMR) is used for investigating a variety of biological processes in several systems. The magnetics applied to cell and tissue biopsies intact murine melanoma B16F10 contributed to the biochemical characterization of biomarkers of different stages of tumor progression of murine melanoma B16F10. The results obtained in this study allowed the identification of 33 potential metabolites involved in lipid content in the secondary metabolism of the glycolytic pathway, which promote growth and tumor progression. The presence of taurine, proline, serine, phenylalanine, which quantitatively increased, is possibly markers of invasion and metastasis progression. Quantitative analysis of these metabolites showed a significant difference in 11 compounds, of which 9 are directly involved in the expression of proliferative responses, cell death and angiogenesis in different periods of growth of B16F10 melanoma, evaluated in this study. Thus, the findings from this study, when associated in the future with other factors, may be useful in the diagnosis and may assist in choosing therapeutic target with greater specificity and fewer side effects. NMR may have a significant impact on monitoring metabolites in tumor cells and tissues, allowing for earlier detection of malignant tumors; in short, by combining MRI methods.

Os mecanismos moleculares envolvidos na resistência de plantas contra patógenos são um tema bastante discutido no meio acadêmico, sendo o objetivo maior dos estudos a diminuição das perdas de produtividade provocadas por doenças em plantações do mundo todo. Muitos modelos de interação patógeno-hospedeiro foram propostos e desenvolvidos priorizando plantas e culturas de rápido desenvolvimento com ciclo de vida curto. Espécies de ciclo longo, porém, devem lidar durante anos - ao menos até a idade reprodutiva - contra o ataque de bactérias, fungos e vírus, sem contar, nesse meio tempo, com recombinações genéticas e mutações que tornariam possível o escape contra as moléstias causadas por microrganismos. Assim, como alternativa aos modelos usuais, o presente trabalho estudou um diferente par de antagonistas: Eucalyptus grandis e Puccinia psidii. Apesar da contribuição de programas de melhoramento genético, o patossistema E. grandis X P. psidii ainda é pouco descrito no nível molecular, havendo poucos estudos sobre os processos e as moléculas que agem de forma a conferir resistência às plantas. Assim, buscando o melhor entendimento da relação entre E. grandis X P. psidii, o presente trabalho estudou a mudança dos perfis de proteínas e metabólitos secundários ocorrida nos tecidos foliares de plantas resistentes e susceptíveis durante a infecção pelo patógeno, com o auxílio da técnica de cromatografia líquida acoplada à espectrometria de massas. Os resultados obtidos indicam que as plantas resistentes percebem a presença do patógeno logo nas primeiras horas pós-infecção, produzindo proteínas ligadas à imunidade (HSP90, ILITYHIA, LRR Kinase, NB-ARC disease resistance protein). Essa percepção desencadeia a produção de proteínas de parede celular e de resposta oxidativa, além de modificar o metabolismo primário e secundário. As plantas susceptíveis, por outro lado, têm o metabolismo subvertido, produzindo proteínas responsáveis pelo afrouxamento da parede celular, beneficiando a absorção de nutrientes, crescimento e propagação de P. psidii. No trabalho também são propostos metabólitos biomarcadores de resistência, moléculas biomarcadoras de resposta imune e sinais da infecção por patógeno em E. grandis. / The molecular mechanisms involved in the plant resistance against pathogens is a well-discussed theme in the academy, overall objecting to diminish worldwide plantation yield losses caused by diseases. Many pathogen-host models were proposed and developed prioritizing model plants and fast growing crops with short life cycles. However, long life cycle species need to cope with the attack of bacteria, fungi and virus throughout many years, or at least until its reproduction period, being unable, meanwhile, to escape the attack of these microorganisms through genetic recombination and mutation. Therefore, as an alternative to the usual models, the present work studied a different pair of antagonists: Eucalyptus grandis and Puccinia psidii. Despite the contribution of plant breeding programs, the E. grandis X P. psidii pathosystem is still poorly described in the molecular level, with few studies about processes and molecules that confer resistance to the plants. Thus, in order to better understand the E. grandis X P. psidii relationship, this project aimed to study the proteome and metabolome changes that occur on leaf tissues of resistant and susceptible plants infected by the pathogen, with the aid of the liquid chromatography coupled to mass spectrometry technique. The results show that the resistant plants notice the presence of the pathogen shortly after being infected, producing immunity related proteins such as HSP90, ILITYHIA, LRR Kinase, NB-ARC disease resistance protein. This perception triggers the production of cell wall and oxidative burst proteins, also changing the primary and secondary metabolism. On the other hand, susceptible plants have its metabolism subverted, producing proteins responsible for the cell wall loosening, favoring P. psidii nutrient uptake, growth and spread. Metabolite biomarkers, Immune response biomarker molecules and infection signals triggered by P. psidii on E. grandis are also proposed on this work.

Orientador: Fabio Augusto / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química / Made available in DSpace on 2018-08-26T03:33:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Hantao_LeandroWang_D.pdf: 43243215 bytes, checksum: 64816c43abccdd0dc00de5b11a91371c (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: O presente trabalho é dedicado à aplicação de técnicas cromatográficas multidimensionais à problemas complexos de separação. No primeiro conjunto de estudos foram desenvolvidos métodos analíticos para investigação do metaboloma de plantas de interesse comercial. Para isso, foram utilizadas a cromatografia gasosa bidimensional abrangente (GC×GC-MS) e a cromatografia líquida de ultra eficiência (UHPLC-MS) acopladas à espectrometria de massas para aquisição do perfil metabólico de folhas de eucalipto. Logo, foram desenvolvidos modelos quimiométricos para interpretação dos dados e determinação de marcadores biológicos associados ao estresse biótico e ao fenômeno de resistência. Estes estudos permitiram aprimorar o entendimento do mecanismo de defesa de eucaliptos contra fitopatógenos. Em segundo plano, foram desenvolvidas fases estacionárias derivadas de líquidos iônicos (IL) para separação de compostos apolares por GC×GC. Para isso, foram sintetizados diversos IL derivados de fosfônio e imidazólio. A partir destes materiais foram preparadas colunas capilares pelo método estático de revestimento. Estas colunas de GC foram utilizadas na separação de analitos modelo (i.e., hidrocarbonetos alifáticos) por GC×GC. Estes ensaios visaram aprimorar o entendimento da relação entre as características estruturais dos IL e os mecanismos que governam a retenção de compostos apolares pelas fases derivadas de IL / Abstract: In the present dissertation, we discuss the application of multidimensional chromatographic techniques to solve complex problems. In the first chapter it is presented the development of chemometric strategies for data processing of metabolic data ¿ the current bottleneck of a metabolomics workflow. The case studies examined investigate the metabolome of eucalyptus leaves to address several growing concern in plant pathology, namely, prospection of orthogonal methods for early diagnosis diseases and selection of hybrids with specific phenotypes in genetic enhancement programs. To accomplish these goals, comprehensive two-dimensional gas chromatography coupled to mass spectrometry (GC×GC-MS) and ultra-high performance liquid chromatography-mass spectrometry (UHPLC-MS) were examined to generate unbiased and reliable metabolic profiles. From these experiments, it was possible to improve our understanding of the defense mechanism of plants. The second chapter addresses the limited availability of stationary phases for multidimensional gas chromatography. In this work, we evaluated ionic liquids as stationary phases for gas-liquid chromatography. The model analytes were nonpolar aliphatic hydrocarbons due to the aggravated lack of highly selective and thermally stable GC columns for their separation. From these experiments, we ascertained the structure-selectivity relationship of ILs and were able to improve our understanding on the retention of nonpolar analytes by IL-based GC columns / Doutorado / Quimica Analitica / Doutor em Ciências