The introduction to this thesis examines the importance of N-dealkylation in pharmaceutical studies and considers the scope of microbial transformations and their possible role in effecting N-dealkylation. The experimental section is in eight parts, Chapters 2 and 3 are concerned with the screening of selected Pseudomonads, Streptomyces and fungi for their ability to N-dealkylate drug molecules. The development of qualitative analytical techniques is also detailed. A 'model' transformation system in which the alkaloid codeine is N-demethylated by C. echinulata was selected. Chapter 4 describes quantitative transformation studies in chemically defined growth media with the model transformation system. The effect of growth media components on codeine transformation is investigated and parameters which may influence microbial transformations, such as substrate concentration, are optimised. In Chapter 5, factors likely to affect the transformation process are characterised. These include microbial growth, carbon source depletion, extracellular protein levels and cell lysis. Chapter 6 investigates the feasibility of batch culture transformations in laboratory fermenters and examines the effect of culture pH on N-demethylation. Chapter 7 describes experiments with resting cells, and cell-free extracts prepared from C. echinulata aimed at establishing the type of catabolic regulation operative during transformations and the optimum pH, temperature and cofactor requirements for the N-dealkylation reaction. Studies using specific enzyme inhibitors, in an attempt to characterise the N-demethylase enzyme system, are also reported. Investigations into the microbial transformation of diazepam, a substrate with low aqueous solubility, are described in Chapter 8. Various pharmaceutical solubilisation techniques are investigated in an attempt to increase the diazepam solubility and transformation. The effect of two different fungal growth forms on diazepam transformation is also examined. Chapter 9 examines the effect of structural variations in the codeine molecule on N-demethylation and ability of C. echinulata to cleave more complex N-alkyl functions in 6,7, benzomorphans. In the discussion, the data are considered with reference to current microbial transformation literature and are compared to mammalian biotransformations utilising similar pathways.

O esforço global em diversificar a matriz mundial de combustíveis líquidos, busca substituir as fontes fósseis por renováveis. A produção de bioenergia derivada da biomassa assume importante papel neste cenário. A biomassa gerada após a colheita da cana-de-açúcar ganha destaque como matéria prima pela grande quantidade de material que pode ser usado para geração direta (queima) e indireta (biocombustíveis) de bioenergia. No entanto, ainda pouco se sabe sobre os efeitos da remoção de quantidades de palha de cana-de-açúcar voltado à produção de bioenergia sobre os atributos biológicos do solo. Assim, o objetivo deste estudo foi avaliar o efeito da remoção da palha de cana-de-açúcar no carbono e nitrogênio microbiano e na comunidade microbiana do solo. O estudo foi conduzido em duas áreas cultivadas com cana-de-açúcar (Saccharum spp. L.) nos municípios de Capivari, SP (Usina Bom Retiro) e Valparaíso, SP (Usina Univalem). Em Bom Retiro o experimento foi instalado em um Latossolo Vermelho distrófico típico de textura franco-argilo-arenosa e, em Univalem foi um Argissolo Vermelho-Amarelo distrófico de textura arenosa. Em ambos locais, o delineamento experimental utilizado foi blocos casualizados, com cinco tratamentos e quatro repetições. Os tratamentos testados corresponderam a diferentes intensidades de remoção de palha de cana-de-açúcar (i.e., 100%; 75%; 50%; 0 de remoção; e aleiramento da quantidade remanescente na área após colheita), sendo 0; 3,4; 7,8; 16,6; 15,6 Mg ha-1 de palha em massa de matéria seca na Usina Bom Retiro e 0; 4,2; 8,7; 18,9; 23,3 Mg ha-1 na Usina Univalem. Um ano após a instalação do experimento, foram coletadas amostras de palha e de solo na camada 0-10 cm e, passados quatro meses após o segundo manejo de remoção da palha nos tratamentos foram coletadas amostras de palha e de solo nas camadas 0-5 e 5-10 cm. Os atributos avaliados foram: carbono e nitrogênio total da palha e do solo, fração mais oxidável do carbono do solo, carbono e nitrogênio da biomassa microbiana da palha e do solo e, quantificação de genes microbianos no solo. Os resultados mostraram que as quantidades de C e N totais no solo não apresentaram resposta em função das quantidades de palha, no entanto, a fração de C mais facilmente oxidável e o C e N microbiano apresentaram tendência de redução em função de maiores níveis de remoções de palha, sendo a resposta da biomassa microbiana mais expressiva no solo de textura arenosa (i.e., Univalem). Da mesma forma, as comunidades microbianas foram mais sensíveis às diferentes remoções de palha, apresentando maior abundância com menor remoção de palha. Desta forma, a remoção de elevadas quantidades da palha de cana-de-açúcar do campo, ao alterar a microbiologia do solo, pode ter consequências nas específicas funções exercidas por este compartimento, que garantem o bom funcionamento do solo e podem prevenir contra a degradação. Estes resultados podem servir de base para avaliações mais amplas que buscam uma estratégia sustentável de manejo da palha de cana-de-açúcar que garanta o bom funcionamento do solo / The global effort to diversify the global matrix of liquid fuels seeks to replace fossil sources by renewable ones. Bioenergy production derived from biomass plays an important role in this scenario. The biomass generated after the harvest of sugarcane stands out by the large amounts of straw that can be used for direct generation (burning) and indirect (biofuels) of bioenergy. However, little is know about the effects of sugarcane straw removal to bioenergy production on biological soil properties. The objective of this study was to evaluate the effect of the straw removal on soil microbial carbon and nitrogen as well as on soil microbial community. The experiments were conducted in two areas cultivated with sugarcane (Saccharum spp. L.) in Capivari, SP (Bom Retiro) and Valparaíso, SP (Univalem). The soils studied were an Oxisoil with clay texture in Bom Retiro and an Ultisoil with sandy texture in Univalem. In both sites, the experimental designer was a randomized blocks with five treatments and four replications. The treatments tested were decreasing intensities of sugarcane straw harvest (i.e., 100%; 75%; 50%; 0 removing of the original straw deposition) : i) Bom Retiro: 0; 3,4; 7,8; 16,6; 15,6 Mg ha-1 of dry matter of straw kept on soil surface; ii) Univalem: 0; 4,2; 8,7; 18,9; 23,3 Mg ha-1 of dry matter of straw kept on the soil surface. One year after experiment installation, straw and soil (0-10 cm layer) samples were collected. A new sugarcane straw and soil (0-5 and 5-10 cm) sampling was performed four months from the second deposition of sugarcane straw on the field. The attributes evaluated were: total and microbial C and N of straw and soil, soil easily-oxidizable C, straw and soil microbial genes quantification using qPCR method. Our results showed that soil C and N contents were not impacted by sugarcane straw removal. However, the fraction of easily-oxidizable C and microbial C and N tended to decrease due to increased straw removal, with a more significant microbial biomass response for the sandy soil site (Univalem). Likewise, microbial communities were also sensitive to straw management, resulting in a significant decrease in the number of gene copies with increasing intensities of sugarcane straw harvest. Therefore, we can concluded that the large amounts of sugarcane straw removal from field as affects soil microbiology, may have consequences in specific functions performed by microorganisms, which ensure the soil functioning and can prevent soil degradation. These results can serve as a basis for more comprehensive assessments that seek a sustainable crop residue management strategy for sugarcane, to ensure the proper functioning of the soil

O esforço global em diversificar a matriz mundial de combustíveis líquidos, busca substituir as fontes fósseis por renováveis. A produção de bioenergia derivada da biomassa assume importante papel neste cenário. A biomassa gerada após a colheita da cana-de-açúcar ganha destaque como matéria prima pela grande quantidade de material que pode ser usado para geração direta (queima) e indireta (biocombustíveis) de bioenergia. No entanto, ainda pouco se sabe sobre os efeitos da remoção de quantidades de palha de cana-de-açúcar voltado à produção de bioenergia sobre os atributos biológicos do solo. Assim, o objetivo deste estudo foi avaliar o efeito da remoção da palha de cana-de-açúcar no carbono e nitrogênio microbiano e na comunidade microbiana do solo. O estudo foi conduzido em duas áreas cultivadas com cana-de-açúcar (Saccharum spp. L.) nos municípios de Capivari, SP (Usina Bom Retiro) e Valparaíso, SP (Usina Univalem). Em Bom Retiro o experimento foi instalado em um Latossolo Vermelho distrófico típico de textura franco-argilo-arenosa e, em Univalem foi um Argissolo Vermelho-Amarelo distrófico de textura arenosa. Em ambos locais, o delineamento experimental utilizado foi blocos casualizados, com cinco tratamentos e quatro repetições. Os tratamentos testados corresponderam a diferentes intensidades de remoção de palha de cana-de-açúcar (i.e., 100%; 75%; 50%; 0 de remoção; e aleiramento da quantidade remanescente na área após colheita), sendo 0; 3,4; 7,8; 16,6; 15,6 Mg ha-1 de palha em massa de matéria seca na Usina Bom Retiro e 0; 4,2; 8,7; 18,9; 23,3 Mg ha-1 na Usina Univalem. Um ano após a instalação do experimento, foram coletadas amostras de palha e de solo na camada 0-10 cm e, passados quatro meses após o segundo manejo de remoção da palha nos tratamentos foram coletadas amostras de palha e de solo nas camadas 0-5 e 5-10 cm. Os atributos avaliados foram: carbono e nitrogênio total da palha e do solo, fração mais oxidável do carbono do solo, carbono e nitrogênio da biomassa microbiana da palha e do solo e, quantificação de genes microbianos no solo. Os resultados mostraram que as quantidades de C e N totais no solo não apresentaram resposta em função das quantidades de palha, no entanto, a fração de C mais facilmente oxidável e o C e N microbiano apresentaram tendência de redução em função de maiores níveis de remoções de palha, sendo a resposta da biomassa microbiana mais expressiva no solo de textura arenosa (i.e., Univalem). Da mesma forma, as comunidades microbianas foram mais sensíveis às diferentes remoções de palha, apresentando maior abundância com menor remoção de palha. Desta forma, a remoção de elevadas quantidades da palha de cana-de-açúcar do campo, ao alterar a microbiologia do solo, pode ter consequências nas específicas funções exercidas por este compartimento, que garantem o bom funcionamento do solo e podem prevenir contra a degradação. Estes resultados podem servir de base para avaliações mais amplas que buscam uma estratégia sustentável de manejo da palha de cana-de-açúcar que garanta o bom funcionamento do solo / The global effort to diversify the global matrix of liquid fuels seeks to replace fossil sources by renewable ones. Bioenergy production derived from biomass plays an important role in this scenario. The biomass generated after the harvest of sugarcane stands out by the large amounts of straw that can be used for direct generation (burning) and indirect (biofuels) of bioenergy. However, little is know about the effects of sugarcane straw removal to bioenergy production on biological soil properties. The objective of this study was to evaluate the effect of the straw removal on soil microbial carbon and nitrogen as well as on soil microbial community. The experiments were conducted in two areas cultivated with sugarcane (Saccharum spp. L.) in Capivari, SP (Bom Retiro) and Valparaíso, SP (Univalem). The soils studied were an Oxisoil with clay texture in Bom Retiro and an Ultisoil with sandy texture in Univalem. In both sites, the experimental designer was a randomized blocks with five treatments and four replications. The treatments tested were decreasing intensities of sugarcane straw harvest (i.e., 100%; 75%; 50%; 0 removing of the original straw deposition) : i) Bom Retiro: 0; 3,4; 7,8; 16,6; 15,6 Mg ha-1 of dry matter of straw kept on soil surface; ii) Univalem: 0; 4,2; 8,7; 18,9; 23,3 Mg ha-1 of dry matter of straw kept on the soil surface. One year after experiment installation, straw and soil (0-10 cm layer) samples were collected. A new sugarcane straw and soil (0-5 and 5-10 cm) sampling was performed four months from the second deposition of sugarcane straw on the field. The attributes evaluated were: total and microbial C and N of straw and soil, soil easily-oxidizable C, straw and soil microbial genes quantification using qPCR method. Our results showed that soil C and N contents were not impacted by sugarcane straw removal. However, the fraction of easily-oxidizable C and microbial C and N tended to decrease due to increased straw removal, with a more significant microbial biomass response for the sandy soil site (Univalem). Likewise, microbial communities were also sensitive to straw management, resulting in a significant decrease in the number of gene copies with increasing intensities of sugarcane straw harvest. Therefore, we can concluded that the large amounts of sugarcane straw removal from field as affects soil microbiology, may have consequences in specific functions performed by microorganisms, which ensure the soil functioning and can prevent soil degradation. These results can serve as a basis for more comprehensive assessments that seek a sustainable crop residue management strategy for sugarcane, to ensure the proper functioning of the soil

Submitted by JOÃO PAULO RAMOS COSTA null (jpramoscosta@hotmail.com) on 2016-02-25T13:30:07Z No. of bitstreams: 1 Tese_João_Paulo_Ramos_Costa.pdf: 3560400 bytes, checksum: 7b30b4c8363f3e9135f4b6977b1e5ac2 (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Paula Grisoto (grisotoana@reitoria.unesp.br) on 2016-02-26T16:28:14Z (GMT) No. of bitstreams: 1 costa_jpr_dr_jabo.pdf: 3560400 bytes, checksum: 7b30b4c8363f3e9135f4b6977b1e5ac2 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-02-26T16:28:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 costa_jpr_dr_jabo.pdf: 3560400 bytes, checksum: 7b30b4c8363f3e9135f4b6977b1e5ac2 (MD5) Previous issue date: 2016-02-02 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / O objetivo foi avaliar o efeito da virginiamicina (VM) via suplemento mineral e altura pastos (AP) sobre o desempenho, parâmetros sanguíneos, fermentação ruminal, microorganismos ruminais e produção de N microbiano. O estudo foi dividido em dois experimentos. Capítulo 1: Oitenta tourinhos Nelore (inicial BW = 258 ± 15 kg) foram blocados por peso e distribuídos aleatoriamente em 16 piquetes (5 animais / piquete) arranjados em um fatorial 2 × 2: suplemento mineral sem VM (SVM) ou com VM e AP [15 e 35 cm (15AP e 35AP, respectivamente)]. Os animais que receberam VM tiveram maior GMD (P <0,01). Como esperado, o 35AP apresentou maior GMD (P <0,01). A VM não afetou a ingestão de suplemento mineral por PV (ISPV) nem por animal (ISA) (P = 0,49 e P = 0,55, respectivamente) e 15AP mostrou um maior ISPV e ISA (P <0,01 e P <0,01 , respectivamente). Albumina sanguínea foi maior em VM (P <0,01) e tendeu ser maior (P = 0,07) em 35AP. A concentração de ureia no sangue tendeu a diminuir em VM (P = 0,06) e foi maior (P <0,01) em 15AP. A concentrações de NEFA e de cálcio foram maiores (P = 0,007 e P = 0,038, respectivamente) em VM. Capítulo 2: Doze Touros Nelore (PV inicial = 334 ± 47 kg) canulados no rúmem foram designados no mesmo tratamento citados acima em três quadrados latino balanceado 4 × 4. O CMS foi maior no 15AP (P <0,01) do que em 35AP. A amônia-N tendeu a ser maior em VM (P = 0,07). A proporção de nenhuma das bactérias ruminais foram afetados (P > 0,10), excepto R. flavefaciens que tendeu a aumentar em 35AP (P = 0,08), enquanto que a contagem de protozoários totais aumentou (P = 0,03) e o género Entodinium tendeu a aumentar (P = 0,05) em VM. A VM aumento do ácido úrico (P <0,01) e tendeu a aumentar a excreção derivados de purinas (PD; P = 0,074), as purinas absorvidas (AP; P = 0,07), fluxo de N microbiano (NMIC; P = 0,07) e o índice de PDC (P = 0,07)]. Portanto, o efeito da VM parece estar mais relacionada ao aumento do fluxo de N microbiano para o intestino provocado pelo aumento dos protozoários ruminais do que a fermentação ruminal. / The objective was evaluate the effect of virginiamycin (VM) via mineral supplement and two swards height (SH) on performance, blood metabolites, ruminal fermentation, ruminal microorganisms and microbial N production. The trial was divided in two experiments. Chapter 1: Eighty Nellore young Bulls (initial BW = 258 ± 15 kg) were blocked by weight and randomly assigned into 16 paddocks (5 animals/paddock) arranged in a 2 × 2 factorial design: mineral supplement without VM (WVM) or with VM and two SH [15 and 35 cm (15SH and 35SH, respectively)]. The animals receiving VM had higher ADG (P < 0.01). As expected, the 35SH had higher ADG (P < 0.01). VM had no effect on mineral supplement intake by BW (MSIBW) or mineral supplement intake by animal (MSIA) (P = 0.49 and P = 0.55, respectively) and 15SH showed a greater MSIBW and MSIA (P < 0.01 and P < 0.01, respectively). Blood albumin was greater in VM (P < 0.01) and tended to be greater (P = 0.07) in 35SH. The blood urea concentration tended to decrease in VM (P = 0.06) and was higher (P < 0.01) in 15SH. Plasma NEFA and calcium concentrations were greater (P = 0.007 and P = 0.038, respectively) in VM. Chapter 2: Twelve Nellore steer (initial BW = 334 ± 47) ruminally cannulated were used in three 4 × 4 balanced Latin square were assigned in the same treatment arrangement cited above. The DMI was greater (P < 0.01) in 15SH than in 35SH. Ammonia-N tended to be higher in VM (P = 0.07). None ruminal bacteria proportion were affected (P > 0.10), except R. flavefaciens that tended to increase in IV 35SH (P = 0.08), while total protozoa counts increased (P = 0.03) and the Entodinium genus tended to increase (P = 0.05) in VM. The VM increased uric acid (P < 0.01) and tended to increase the purines derivatives excretion (PD; P = 0.074), absorbed purines (AP; P = 0.07), microbial N flow (NMIC; P = 0.07) and the PD: creatinine ratio index [PDC index (P = 0.07)]. Therefore, the VM effect seems to be more related to increasing the N microbial flow to the intestine caused by incresing of ruminal protozoa than the ruminal fermentation. / FAPESP: 2012/02166-1

Nitrogen availability and transformation in acidified and N saturated soils of Czech (The Bohemian Forest, Ore Mountains) and Ukraine (Pop Ivan massif) mountain forest ecosystems were investigated. The study was primarily focused on the role of microbial immobilization in soil N retention. The study was based on field measurements (ion exchange resins), analyses of selected soil biochemical and microbial characteristics, and on laboratory experiments (15N labelling).