Os mastócitos, em associação com outras células inflamatórias se acumulam em locais de tumor. Entretanto, pouco é conhecido sobre o papel exato dos mastócitos e de seus mediadores na progressão tumoral e angiogênese. Resultados recentes do nosso laboratório mostraram que a expressão das triptases específicas de mastócitos está correlacionada com a progressão tumoral (de Souza, Jr, PLosOne 7(7): e40790). Além do mais, existe uma associação entre mastócitos e a angiogênese tumoral. Então, tornou-se interessante investigar o papel das quimases específicas de mastócitos (mMCP-4 e -5) neste processo. Visto que estas quimases não são disponíveis comercialmente, a primeira etapa deste estudo foi produzir as quimases mMCP-4 e -5 recombinantes. Assim, as sequências dos genes respectivos para mMCP-4 e -5, além das sequências para seis resíduos de His e do sítio suscetível a enteroquinase foram clonadas no vetor de expressão pPIC9. A cepa GS115 de Pichia pastoris foi transformada com o respectivo vetor para mMCP-4 ou -5. Os clones transformados foram crescidos em meio BMMY e induzidos com várias concentrações de metanol para a produção de mMCP-4 ou -5 recombinantes. Depois de 96 horas, o meio foi centrifugado e as quimases mMCP-4 ou -5 foram purificadas do sobrenadante usando resina de níquel. A identidade das proteínas foi confirmada por Western Blotting usando o anticorpo anti-his, assim como os anticorpos anti-mMCP-4 e -5. As proteases foram ativadas pela clivagem do sítio suscetível a enteroquinase por cinco horas, a 22°C. A ativação das enzimas foi confirmada através da degradação de seus substratos específicos. Estes resultados mostram que P. pastoris é um organismo eficiente para a expressão de ambas as proteases. Estas proteases recombinantes se constituem em ferramentas importantes para se elucidar o papel da mMCP-4 ou -5 na angiogênese. / Mast cells, in association with other inflammatory cells, are known to accumulate at tumor sites. However, little is known about the exact role that mast cells and their mediators play in tumor progression and angiogenesis. Recent results from our laboratory have shown that expression of mast cell specific tryptases correlates with tumor progression (de Souza, Jr, PLosOne 7(7): e40790). Furthermore, there is an association between mast cells and tumor angiogenesis. It then became of interest to investigate the role of mast cell specific chymases (mMCP-4 and -5) in this process. Since these chymases are not commercially available, the first step in this study was to produce recombinant mMCP-4 and -5. The gene sequences for these chymases along with the sequence for six His residues and an enterokinase susceptible peptide were cloned into the expression vector pPIC9. The GS115 strain of Pichia pastoris was transformed with the respective vector for either rmMCP-4 or -5. The transformed clones were grown in BMMY media and induced to produce rmMCP-4 or -5 with various concentrations of methanol. After 96 hours, the medium was centrifuged and rmMCP-4 or -5 was purified from the supernatant using nickel-nitrilotriacetic acid agarose beads. The identity of the proteins was confirmed by Western blotting using an anti-his antibody as well as anti-mMCP-4 and -5. These results show that P. pastoris is an efficient organism in which to express both proteases.

O presente estudo teve como objetivo identificar os principais compostos inibidores presentes nos hidrolisados hemicelulósicos de palha de arroz (HHPA) e bagaço de malte (HHBM), assim como avaliar o perfil fermentativo de Pichia stipitis em meio semissintético contendo os compostos previamente identificados. Foi também objetivo do trabalho avaliar a fermentação da levedura em HHPA e HHBM não destoxificados, de forma a se obter informações sobre o grau de toxicidade destes meios. Após identificação dos inibidores, incluindo ácido acético, furfural, 5-hidroximetilfurfural, vanilina, ácido ferúlico e ácido p-cumárico, foram realizados ensaios fermentativos em meio semissintético variando-se a concentração de cada composto. Os resultados mostraram que, para todos os níveis de ácido acético avaliados (1,5 a 4,5 g.L-1), o fator de conversão de substrato em etanol (YP/S) foi menos afetado do que a produtividade volumétrica em etanol (QP), sendo que para os meios contendo o maior nível deste ácido os valores de YP/S e QP foram reduzidos em 25 e 77%, respectivamente, em relação ao controle. Dentre os furanos (furfural, de 12 a 84 mg.L-1 e hidroximetilfurfural, de 218 a 553 mg.L-1), o hidroximetilfurfural na concentração de 553 mg.L-1 foi o que apresentou a maior redução nos valores de YP/S (_30%) e QP (_50%) em relação ao controle. Para os fenólicos (vanilina, siringaldeído, ácido ferúlico e ácido pcumárico), o maior impacto sobre o metabolismo fermentativo de P stipitis foi observado com o siringaldeído visto que, em todos os níveis avaliados (90 a 620 mg.L-1), os parâmetros fermentativos foram afetados. Os resultados também demonstraram que, com exceção do ácido p-cumárico, a levedura foi capaz de assimilar todos os inibidores presentes no meio e que o perfil de assimilação variou com o tipo e concentração do composto. A vanilina e os furanos foram completamente assimilados em todos os níveis estudados, enquanto que o ácido acético foi totalmente assimilado pela levedura apenas na menor concentração. Nas fermentações realizadas em HHPA e HHBM não destoxificados, os resultados mostraram que a produção de etanol foi similar ao meio semissintético sem inibidores, porém em tempos mais elevados. Além disso, em HHBM o valor de YP/S foi ligeiramente superior (_10%) ao observado no HHPA, o que pode ser atribuído às variações na composição nutricional de cada hidrolisado. O perfil fermentativo da levedura em ambos os hidrolisados mostrou uma cinética mais lenta quando comparado aos meios semissintéticos mimetizando a composição destes, o que sugere a existência de outras substâncias tóxicas nos hidrolisados além das avaliadas neste estudo. Com base nos resultados obtidos no presente estudo pode-se concluir que, dentre os inibidores identificados nos hidrolisados, o ácido acético foi o composto de maior potencial inibitório, seguido pelos furanos e fenólicos, sendo o efeito destes compostos mais pronunciado na produtividade volumétrica em etanol do que no fator de conversão de substrato em etanol. Estas informações são de fundamental importância na elaboração de estratégias de destoxificação e/ou condução do processo visando à melhoria da fermentação em hidrolisados. / The aim of this study was to identify the major inhibitory compounds present in rice straw hemicellulose hydrolysate (RSHH) and brewer\'s spent grain hemicellulose hydrolysate (BSGHH), as well as evaluate Pichia stipitis fermentation profile in semi-synthetic medium containing the previously identified compounds. It was also purpose of this study to evaluate the fermentation of RSHH and BSGHH without detoxification, in order to obtain information about the degree of toxicity of these media. After inhibitors identification, including acetic acid, furfural, 5- hydroxymethylfurfural, vanillin, ferulic acid and p-coumaric acid, fermentation assays were carried out on semi-synthetic medium by varying the concentration of each compound. The results showed that, for all evaluated levels of acetic acid (from 1.5 to 4.5 g.L-1), the ethanol yield (YP/S) was less affected than the ethanol volumetric productivity (QP), and for the media containing the higher evaluated level, the values of YP/S and QP were reduced by 25 and 77%, respectively, compared to control. Among furans (furfural, from 12 to 84 mg.L-1 and hydroxymethylfurfural, from 218 to 553 mg.L-1), the hydroxymethylfurfural at 553 mg.L-1 showed the highest reduction in YP/S (~30%) and QP (~50%) compared to control. For the phenolic compounds (vanillin, syringaldehyde, ferulic acid and pcoumaric acid), the greatest impact on the Pichia stipitis fermentative metabolism was observed with syringaldehyde since the fermentative parameters were affected at all evaluated levels (from 90 to 620 mg.L-1). The results also showed that, except for the p-coumaric acid, the yeast was able to assimilate all inhibitory compunds in the medium and that the assimilation profile varied with the type and concentration of these compounds. Vanillin and furans were completely assimilated at all studied levels, whereas acetic acid was completely assimilated only at the lowest concentration. The ethanol production in RSHH and BSGHH was similar to that observed in semi-synthetic medium without inhibitors, but in a longer period of time. In addition, the YP/S value obtained in BSGHH was slightly higher (~10%) than that observed in RSHH, which can be attributed to variations in the nutritional composition of each hydrolysate. The yeast fermentation profile in both hydrolysates showed slower kinetics when compared to semi-synthetic medium containing the same inhibitors, which suggests the existence of other toxic substances in the hydrolysate in addition to those evaluated in this study. Based on the results obtained in this study, it can be concluded that, among the inhibitors identified in hydrolysates, acetic acid was the main inhibitory compound, followed by furans and phenolics. The most pronounced effect of these compounds was in ethanol volumetric productivity rather than in the ethanol yield. This information is of fundamental importance in the development of detoxification and/or process conduction strategies aimed at improving the fermentation in hemicellulosic hydrolysates.

Utilizada amplamente no tratamento de Leucemias Linfoblásticas Agudas, a L-Asparaginase é uma enzima que atua diminuindo a concentração de L-asparagina livre no plasma e, dessa forma, impede a proliferação de células cancerígenas. Isso ocorre porque tais células, ao contrário das células saudáveis, não conseguem sintetizar o aminoácido L-asparagina que necessitam para a síntese proteica por não possuírem a enzima asparagina sintetase devido a um silenciamento genético. A L-Asparaginase utilizada no Brasil era importada e produzida em bactéria, o que gerava problemas com custo e abastecimento, além de causar algumas reações imunológicas aos usuários. Isso impulsiona a encontrar alternativas para produção nacional de tal enzima e, se possível, com menor potencial alergênico. Para isso, foi estudada a produção da enzima L-Asparaginase do gene ASP1 de Saccharomyces cerevisiae em sistema de expressão heteróloga Pichia pastoris através da clonagem do gene sintético (ASP1), com códons otimizados para expressão em P. pastoris, estudo este nunca antes realizado ao que se sabe. Além disso, a produção da enzima foi realizada com auxílio de um planejamento experimental fatorial em agitador orbital levando em conta as variáveis: pH, temperatura e concentração do indutor. A melhor condição encontrada dentre as estudadas neste trabalho foi, a temperatura de 20°C, pH 6,0 e concentração de indutor de 1,5% que alcançou uma atividade de 6,9 U/g de célula e apesar do esforços, o peptídeo sinal utilizado (alfa da S. cerevisiae) não foi capaz de promover a secreção da enzima para o meio extracelular.Deve-se salientar que a realização de um maior número de ensaios através de um planejamento experimental fatorial fracionário para encontrar uma região de rendimentos máximos talvez melhore o ajuste dos modelos mostrados. Este trabalho foi a primeira tentativa de expressão do gene ASP1 de S. cerevisiae em Pichia pastoris até o momento, e pretende-se aprofundar mais este estudo. / Used widely in the treatment of Acute lymphoblastic leukemia, L-Asparaginase is an enzyme that acts by decreasing the concentration of L-asparagine free in the plasma and thus prevents the proliferation of cancer cells. This is because such cells, in contrast to healthy cells can not synthesize L-asparagine amino acid for protein synthesis need not possess the enzyme asparagine synthetase due to a gene silencing. The L-asparaginase used in Brazil was imported and produced in bacteria, which caused problems with cost and supply, as well as cause some immune responses to users. This boosts find alternatives to domestic production of this enzyme and, if possible, less allergenic potential. For this, the production of L-asparaginase enzyme ASP1 Saccharomyces cerevisiae gene heterologous to Pichia pastoris expression system was investigated by cloning the synthetic gene (ASP1), with codons optimized for expression in P. pastoris, this study never before achieved to what is known. Furthermore, the enzyme production was performed with the aid of a factorial design in an orbital shaker taking into account the following variables: pH, temperature and concentration of inducer. The best condition found among those studied in this work was a temperature of 20 ° C, pH 6.0 and concentration of 1.5% inductor attained an activity of 6.9 U / g cell and despite the efforts, used signal peptide (S. cerevisiae alpha) was not able to promote the secretion of the enzyme into the medium extracelular.Deve be noted that the achievement of a greater number of tests using a fractional factorial design yields to find a region maximum might improve the fit of the models shown. This work was the first attempt to ASP1 gene expression of S. cerevisiae in Pichia pastoris to date, and is intended to further deepen this study.

A malária é um problema de saúde pública no Brasil e no mundo. Em 2016, o número de casos estimado pela Organização Mundial de Saúde foi de 216 milhões. Plasmodium falciparum é a espécie mais prevalente e responsável pelo maior número de mortes no mundo, sobretudo no continente africano. Por outro lado, o Plasmodium vivax é conhecido por sua ampla distribuição geográfica, sendo a espécie que predomina nas Américas, incluindo o Brasil. Nos últimos 20 anos, nosso grupo tem gerado e caracterizado diversas proteínas recombinantes baseadas em antígenos imunodominantes de P. vivax que podem servir como base para o desenvolvimento de uma vacina contra malária. Entre os antígenos de merozoítas, uma das principais proteínas em estudo pelo nosso grupo é o Antígeno 1 de Membrana Apical de P. vivax (PvAMA-1), caracterizado previamente como altamente imunogênico em infecções naturais e em camundongos imunizados, na presença de diferentes adjuvantes. O objetivo do presente estudo foi investigar o efeito da diversidade antigênica dessa proteína no reconhecimento por anticorpos específicos e na indução de imunidade contra o parasita. Para isso, foram geradas seis novas proteínas representando diferentes alelos descritos na natureza: PvAMA-1-Belem, PvAMA-1-Sal-I, PvAMA-1-Chesson-I, PvAMA-1-SK0814-apical, PvAMA-1-Indonesia-XIX e PvAMA-1-PNG_62_MU. As proteínas recombinantes foram expressas em leveduras Pichia pastoris e purificadas em duas etapas cromatográficas. Em seguida, as imunizações em camundongos C57BL/6 foram realizadas com as proteínas administradas de forma isolada, ou em combinação, na presença do adjuvante agonista de TLR3 (Poly I:C). Por ELISA, observamos que todas as formulações foram capazes de induzir anticorpos IgG contra as proteínas homólogas e heterólogas, o que sugere que a diversidade antigênica entre as formas alélicas não compromete o reconhecimento. Os dados gerados no presente trabalho sugerem que uma formulação contendo mistura de diferentes alelos representando a proteína AMA-1 pode ser explorada para o desenvolvimento de uma vacina de ampla cobertura contra o P. vivax. / Malaria is a public health problem in Brazil and throughout the world. In 2016, the World Health Organization estimated there were 216 million cases of malaria. Plasmodium falciparum is the most prevalent species and is responsible for the largest number of deaths, especially in the African continent. However, Plasmodium vivax is known for its wide geographic distribution, being the species that prevails in the Americas, including Brazil. In the last 20 years, our group has generated and characterized several recombinant proteins based on immunodominant antigens of P. vivax that can serve as a basis for the development of a malaria vaccine. Among the merozoite antigens, one of the main proteins studied by our group is P. vivax apical membrane antigen-1 (PvAMA-1), previously characterized as highly immunogenic in natural infections and immunized mice, in the presence of different adjuvants. The objective of this study was to investigate the effect of antigenic diversity of this protein in the recognition of specific antibodies and the induction of immunity against the parasite. For this, six new proteins were generated representing different alleles described in nature: PvAMA-1-Belem, PvAMA-1-Sal-i, PvAMA-1-Chesson-i, PvAMA-1-SK0814-apical, PvAMA-1-Indonesia-XIX, and PvAMA-1-PNG_62_MU. Recombinant proteins were expressed in Pichia pastoris yeast and purified by two chromatographic stages. Then, C57BL/6 mice were immunized with these proteins administered in isolation or in combination, in the presence of the TLR3 agonist adjuvant, Poly I:C. Using an enzyme-linked immunosorbent assay, we observed that all formulations induced IgG antibodies against homologous and heterologous proteins. This indicates that antigenic diversity between allele forms does not compromise recognition. This finding suggests that a formulation containing a mixture of different alleles representing the PvAMA-1 protein can be exploited for developing of a wide coverage vaccine against P. vivax.

A enzima L-asparaginase (ASNase) usada como biofármaco no tratamento de Leucemia Linfoblástica Aguda (LLA) é de origem bacteriana, o que provoca reações imunológicas nos paciente e a ASNase usada no Brasil é importada o que dificulta seu uso por razões de abastecimento e de preço. Por outra parte, dentro dos sistemas de expressão de proteínas recombinantes usados pela biotecnologia, destaca-se a Pichia pastoris, levedura metilotrófica de fácil manipulação, crescimento rápido, alta capacidade de expressão e capaz de realizar modificações pós-traducionais. Neste projeto, o gene de ASNase II de Saccharomyces cerevisiae foi expressa em P. pastoris (Muts), tendo sido analisada a localização da enzima nos meios extracelular, intracelular e espaço periplasmático. Além disso, foram avaliadas diversas condições de crescimento e indução da ASNase em agitador orbital e finalmente foi feito o cultivo em biorreator de 3L operado em batelada. Segundo o analise da expressão, a enzima foi localizada no espaço periplasmático. O crescimento de P. pastoris em diferentes concentrações de glicerol (10,0 - 50,0 g.L-1) mostraram parâmetros cinéticos similares (µmáx = 0,35 h-1; tg= 2,0 h) e o maior fator de conversão de substrato em células (Y x/s = 0,9 g g-1) foi obtido com 10,0 g.L-1 de glicerol. A expressão de ASNase somente ocorreu a 20 °C e melhora com concentrações de metanol acima de 1,0% (v/v), obtendo-se a maior produção da enzima a 3% de metanol durante 48 horas, o que foi corroborado pelo planejamento fatorial fraccionado (3n-k + 2), n = 3 e k =1. Também se observou que o pH de indução, a suplementação com aminoácidos ou casaminoácidos e concentração de glicerol durante a fase de crescimento apresentaram pouca ou nenhuma influência na expressão. Entretanto, as células induzidas imediatamente após o glicerol ter sido consumido melhoraram a produção de ASNase. No cultivo em biorreator, a fase de crescimento foi feita com 10,0 e 40,0 g.L-1-1 de glicerol, e a fase de indução com pulsos de 3,0% (v/v) de metanol durante 120 horas. A maior atividade volumétrica (710,2 U.L-1) de ASNase foi obtida na batelada com 40,0 g.L-1 de glicerol e a atividade periplasmática foi constante durante o tempo de cultivo o que significa que o controle do pH afeta positivamente na expressão de ASNase. / The bacterial L-asparaginase (ASNase) is used as biopharmaceutical in the treatment of acute lymphoblastic leukemia (ALL) and non-Hodgkin lymphoma and because his origin causes immune reactions in patients. The ASNase used in Brazil is imported which hinders its use due to supply availability and price. The methylotrophic yeast Pichia pastoris, is a microrganism easy to handle and with fast growth and high capacity of expression of recombinant proteins and that is able to carry out post-translational modifications. In this work, Saccharomyces cerevisiae ASNase II gene was expressed in Pichia pastoris (Muts) and was analyzed its localization in extra and intracellular medium and periplasmic space. Also, different conditions of growth and induction were evaluated in shaker, that culminated in a cultivation carried out in 3L bioreactor operated in batch. According the expression analysis, the enzyme was localized in periplasmic space; Pichia pastoris growth in different concentrations of glycerol (10 - 50 g.L-1) show similar kinetic parameters (µmáx = 0.35 h-1; tg = 2.0 h), with the higher substrate to biomass yield (Y x/s= 0.9 g.g-1) obtained with 10 g.L-1 of glycerol. The ASNase expression only occurred at 20°C and improves with methanol concentrations above 1.0% (v/v) to yield the highest production ASNase 3.0% methanol for 48 hours, which was corroborated by factorial fractionated design (3n-k + 2), n = 3 and k = 1. Also was observed that the pH of induction, supplementation with amino acids or casaminoacids and glycerol concentration during the growth phase had little or null influence on the expression. However the induction immediately after glycerol depletion improved the ASNase production. In bioreactor, were used 10 and 40 g.L-1 of glycerol in the growth phase and in the induction phase were used methanol pulses of 3.0% (v/v) during 120 hours. The major volumetric activity (710,2 U.L-1) of ASNase occurred in batch cultivation with 40 g.L-1 of glycerol and periplasmic activity was almost constant during the process which means that the control of pH affects positively the ASNase expression.

A produção de proteínas terapêuticas recombinantes compreende moléculas complexas e de alto valor agregado, incluindo a enzima glucocerebrosidase (GCase). Sua deficiência resulta na Doença de Gaucher, passível de tratamento por meio da terapia de reposição enzimática. A forma ativa da GCase recombinante usada na terapia apresenta resíduos terminais de manose expostos no seu perfil de glicosilação. Perfil este que espera-se ser reproduzido por meio da construção de uma linhagem de Pichia pastoris com um padrão de glicosilação humanizado, por meio da deleção de dois genes envolvidos no sistema de glicosilação da levedura: alg3 e och1, responsáveis pela posterior hiper-manosilação característica desse organismo. Assim, a expressão da GCase será usada como modelo no desenvolvimento desta linhagem de Pichia pastoris que permita a expressão de glicoproteínas com um perfil humanizado específico de glicosilação. Além da produção da linhagem mutante pela técnica de CRISPR/Cas9, propomos a construção de duas linhagens controle: uma expressando a proteína GCase para análise do seu padrão selvagem de glicosilação em P. pastoris e outra expressando a proteína Cas9 de Streptoccocus pyogenes (SpCas9). A linhagem P. pastoris/GCase foi construída testando-se duas sequências sinal de secreção diferentes: fosfatase alcalina (PHO1) e albumina humana (Alb). Resultados de western blot mostraram a GCase no lisado celular e baixos níveis de proteína secretada no sobrenadante de cultura, sendo mais expresso na linhagem contendo a sequência PHO1. A linhagem P. pastoris/SpCas9 foi construída e a enzima SpCas9 foi detectada via western blot no lisado celular após indução com metanol. Para a produção da linhagem com padrão de glicosilação humanizado propôs-se a deleção dos genes alg3 e och1 e a inserção, pela via de reparo por recombinação homóloga (HDR), de marcas de resistência aos antibióticos higromicina ou canamicina. Para tal, propusemos a construção de dois vetores finais de expressão do sistema CRISPR/Cas9 em P. pastoris, cada um contendo a enzima SpCas9 e os RNAs guia (gRNAs) para deleção do gene alg3 ou och1, e também a construção de dois fragmentos para HDR contendo o gene de resistência ao antibiótico flanqueado por regiões de 1Kb de homologia com a região de deleção do gene alg3 ou och1. A construção dos vetores e fragmentos para HDR foram inicialmente feitas por meio de técnicas de clonagem clássica. No entanto, apesar de inúmeras tentativas, resultados de PCR e sequenciamento mostraram o insucesso das construções. Partiu-se então para a técnica de Gibson Assembly®, através da qual os dois fragmentos para HDR foram construídos. Porém, os vetores de expressão contendo SpCas9 e os gRNAs ainda apresentam dificuldades na sua construção. Esforços ainda estão sendo feitos para a construção dos vetores e consequente tentativa de estabelecimento das linhagens mutantes. O sucesso no estabelecimento de um sistema de expressão de proteínas heterólogas com este padrão de glicosilação humano específico permitirá a obtenção e possível comercialização da GCase em sua forma terapêutica. Além disso, permitirá possíveis edições genômicas futuras para um padrão de maior complexidade de glicosilação humanizado, criando uma plataforma nacional para produção de outras glicoproteínas terapêuticas de interesse biotecnológico. / The production of therapeutic recombinant protein comprises complex and high valued molecules, including the glucocerebrosidase enzyme (GCase). Its deficiency results in Gaucher Disease, susceptible of treatment by enzymatic replacement therapy. The active form of recombinant GCase employed in therapy presents exposed terminal mannose residues in its glycosylation pattern. We hope to reproduce such pattern by constructing a Pichia pastoris strain with a specific human glycosylation pattern through the deletion of two genes involved in yeast glycosylation system, alg3 and och1, responsible for the final hyper-mannosylation characteristic of this organism. Therefore, the expression of GCase will be a case model for the development of the recombinant Pichia pastoris strain that could allow the expression of glycoproteins with a specific humanized glycosylation profile. Despite the establishment of the mutant strain using the CRISPR/Cas9 technique, we propose the construction of two control strains: one expressing the GCase protein for analysis of its wild type glycosylation pattern and another one expressing the Cas9 protein from Streptoccocus pyogenes (SpCas9). The P. pastoris/GCase strain was constructed testing two different secretion signal sequences: alkaline fosfatase (PHO1) and human albumin (Alb). Western blot results have shown GCase in cell lysate and in low expression levels in culture supernatant, being more expressed in the strain containing the PHO1 signal sequence. P. pastoris/SpCas9 strain was constructed and SpCas9 enzyme was detected via western blot in cell lysate after the induction with methanol. To produce the strain with the humanized glycosylation pattern, the deletion of alg3 and och1 genes was proposed along with the insertion, by homology directed repair pathway (HDR), of hygromycin and kanamycin antibiotics resistance marks. In order to do so, we have proposed the construction of two final expression vectors of the CRISPR/Cas9 system in P. pastoris, each one containing SpCas9 enzyme and the guide RNAs (gRNAs) for deletion of alg3 or och1, and also the construction of two fragments for HDR containing the antibiotics resistance gene flanked by 1Kb regions of homology with the deleted regions of alg3 or och1. Vectors and HDR fragments constructions were initially performed using classic cloning techniques. However, despite numerous tries, PCR and sequencing results have shown the failure of the constructions. Then, we moved on to the Gibson Assembly® technique, through which the two HDR fragments were built. Still, the expression vectors containing SpCas9 and the gRNAs presented difficulties in its assembly. Efforts continue to be made to successfully construct the remaining vectors and to establish the mutant lineage. Success in the establishment of a heterologous protein expression system with specific human glycosylation pattern will allow the obtainment and possible commercialization of the therapeutic form of GCase. Furthermore, it will also allow possible future genomic editing to a high complexity human glycosylation pattern, creating a national platform for the production of other therapeutic glycoproteins of biotechnological interest.

"Expanded Bed Chromatography (EBC) is rapidly becoming the preferred choice for initial product recovery from crude process streams as it enables direct protein recovery from culture broths after appropriate dilution. However, the process is time intensive, and there are still some difficulties with very high cell density cultures in the 500 g/L range. Problems include in-column clogging and poor column efficiency. With the development of a new prototype EBC column capable of product recovery from undiluted culture broth, it is proposed in this study to combine the fermentation with EBC recovery. This strategy was tested using a wild type, non-producing strain of Pichia pastoris. Culture broths were spiked with 200 mg/L lysozyme to mimic an actual production fermentation. Key parameters for the process were identified and tested independently to better assess system performance: potential toxic effects of the resin on the culture, nutrient deprivation of the cells as they pass through the column and binding of the target protein from whole broth. The cation exchanger had a negligible effect on cell proliferation in shake flask studies using YNB Medium. Isolation of the culture from the fermenter for up to two hours appeared to have minimal effect on overall cell viability and the ability to metabolize methanol. The dynamic binding capacity for lysozyme was 50 mg/mL in buffer, and 20 mg/mL in undiluted fermentation broth containing 500 g/L cells. When harvested undiluted fermentation broth was allowed to recirculate through the EBC column, the binding capacity was increased to 30 mg/mL. The combination of the fermentation and recovery process allowed for a binding capacity of 30-40 mg/mL, with no dramatic effects on biomass accumulation or metabolic rate."

O presente estudo teve como objetivo identificar os principais compostos inibidores presentes nos hidrolisados hemicelulósicos de palha de arroz (HHPA) e bagaço de malte (HHBM), assim como avaliar o perfil fermentativo de Pichia stipitis em meio semissintético contendo os compostos previamente identificados. Foi também objetivo do trabalho avaliar a fermentação da levedura em HHPA e HHBM não destoxificados, de forma a se obter informações sobre o grau de toxicidade destes meios. Após identificação dos inibidores, incluindo ácido acético, furfural, 5-hidroximetilfurfural, vanilina, ácido ferúlico e ácido p-cumárico, foram realizados ensaios fermentativos em meio semissintético variando-se a concentração de cada composto. Os resultados mostraram que, para todos os níveis de ácido acético avaliados (1,5 a 4,5 g.L-1), o fator de conversão de substrato em etanol (YP/S) foi menos afetado do que a produtividade volumétrica em etanol (QP), sendo que para os meios contendo o maior nível deste ácido os valores de YP/S e QP foram reduzidos em 25 e 77%, respectivamente, em relação ao controle. Dentre os furanos (furfural, de 12 a 84 mg.L-1 e hidroximetilfurfural, de 218 a 553 mg.L-1), o hidroximetilfurfural na concentração de 553 mg.L-1 foi o que apresentou a maior redução nos valores de YP/S (_30%) e QP (_50%) em relação ao controle. Para os fenólicos (vanilina, siringaldeído, ácido ferúlico e ácido pcumárico), o maior impacto sobre o metabolismo fermentativo de P stipitis foi observado com o siringaldeído visto que, em todos os níveis avaliados (90 a 620 mg.L-1), os parâmetros fermentativos foram afetados. Os resultados também demonstraram que, com exceção do ácido p-cumárico, a levedura foi capaz de assimilar todos os inibidores presentes no meio e que o perfil de assimilação variou com o tipo e concentração do composto. A vanilina e os furanos foram completamente assimilados em todos os níveis estudados, enquanto que o ácido acético foi totalmente assimilado pela levedura apenas na menor concentração. Nas fermentações realizadas em HHPA e HHBM não destoxificados, os resultados mostraram que a produção de etanol foi similar ao meio semissintético sem inibidores, porém em tempos mais elevados. Além disso, em HHBM o valor de YP/S foi ligeiramente superior (_10%) ao observado no HHPA, o que pode ser atribuído às variações na composição nutricional de cada hidrolisado. O perfil fermentativo da levedura em ambos os hidrolisados mostrou uma cinética mais lenta quando comparado aos meios semissintéticos mimetizando a composição destes, o que sugere a existência de outras substâncias tóxicas nos hidrolisados além das avaliadas neste estudo. Com base nos resultados obtidos no presente estudo pode-se concluir que, dentre os inibidores identificados nos hidrolisados, o ácido acético foi o composto de maior potencial inibitório, seguido pelos furanos e fenólicos, sendo o efeito destes compostos mais pronunciado na produtividade volumétrica em etanol do que no fator de conversão de substrato em etanol. Estas informações são de fundamental importância na elaboração de estratégias de destoxificação e/ou condução do processo visando à melhoria da fermentação em hidrolisados. / The aim of this study was to identify the major inhibitory compounds present in rice straw hemicellulose hydrolysate (RSHH) and brewer\'s spent grain hemicellulose hydrolysate (BSGHH), as well as evaluate Pichia stipitis fermentation profile in semi-synthetic medium containing the previously identified compounds. It was also purpose of this study to evaluate the fermentation of RSHH and BSGHH without detoxification, in order to obtain information about the degree of toxicity of these media. After inhibitors identification, including acetic acid, furfural, 5- hydroxymethylfurfural, vanillin, ferulic acid and p-coumaric acid, fermentation assays were carried out on semi-synthetic medium by varying the concentration of each compound. The results showed that, for all evaluated levels of acetic acid (from 1.5 to 4.5 g.L-1), the ethanol yield (YP/S) was less affected than the ethanol volumetric productivity (QP), and for the media containing the higher evaluated level, the values of YP/S and QP were reduced by 25 and 77%, respectively, compared to control. Among furans (furfural, from 12 to 84 mg.L-1 and hydroxymethylfurfural, from 218 to 553 mg.L-1), the hydroxymethylfurfural at 553 mg.L-1 showed the highest reduction in YP/S (~30%) and QP (~50%) compared to control. For the phenolic compounds (vanillin, syringaldehyde, ferulic acid and pcoumaric acid), the greatest impact on the Pichia stipitis fermentative metabolism was observed with syringaldehyde since the fermentative parameters were affected at all evaluated levels (from 90 to 620 mg.L-1). The results also showed that, except for the p-coumaric acid, the yeast was able to assimilate all inhibitory compunds in the medium and that the assimilation profile varied with the type and concentration of these compounds. Vanillin and furans were completely assimilated at all studied levels, whereas acetic acid was completely assimilated only at the lowest concentration. The ethanol production in RSHH and BSGHH was similar to that observed in semi-synthetic medium without inhibitors, but in a longer period of time. In addition, the YP/S value obtained in BSGHH was slightly higher (~10%) than that observed in RSHH, which can be attributed to variations in the nutritional composition of each hydrolysate. The yeast fermentation profile in both hydrolysates showed slower kinetics when compared to semi-synthetic medium containing the same inhibitors, which suggests the existence of other toxic substances in the hydrolysate in addition to those evaluated in this study. Based on the results obtained in this study, it can be concluded that, among the inhibitors identified in hydrolysates, acetic acid was the main inhibitory compound, followed by furans and phenolics. The most pronounced effect of these compounds was in ethanol volumetric productivity rather than in the ethanol yield. This information is of fundamental importance in the development of detoxification and/or process conduction strategies aimed at improving the fermentation in hemicellulosic hydrolysates.

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / Chromobacterium violaceum à uma bactÃria Gram-negativa, saprÃfita, nÃo patogÃnica e de vida livre. A anotaÃÃo do genoma dessa espÃcie revelou muitos genes codificando produtos com potenciais aplicaÃÃes em diversas Ãreas. Dentre esses produtos estÃo vÃrias quitinases, enzimas capazes de degradar quitina, um polissacarÃdeo de N-acetil-β-D-glucosamina presente na parede celular de muitos fungos e no exoesqueleto de insetos e crustÃceos. As quitinases sÃo de grande interesse biotecnolÃgico, podendo ser utilizadas para converter quitina em derivados Ãteis, e tambÃm para o controle de fungos e insetos que causam danos em culturas agrÃcolas. O presente trabalho teve como objetivo realizar a caracterizaÃÃo bioquÃmica, estrutural e biolÃgica de uma quitinase recombinante (CV1897), da famÃlia 19 das glicosil hidrolases, de C. violaceum ATCC 12472. A sequÃncia completa da ORF CV1897 (codificando CV1897PS+, com o peptÃdeo sinal nativo) foi amplificada por reaÃÃo em cadeia da polimerase (PCR) e clonada nos vetores pET302/NT-His e pPICZαA para expressÃo em Escherichia coli e Pichia pastoris, respectivamente. A sequÃncia parcial da ORF (rCV1897PS-, sem o peptÃdeo sinal nativo) foi expressa apenas em P. pastoris. Em E. coli, a rCV1897PS+ foi produzida principalmente em corpos de inclusÃo, de forma insolÃvel e inativa. Em P. pastoris, as proteÃnas (rCV1897PS+ e rCV1897PS-) foram secretadas para o meio de cultura de forma solÃvel e funcional. As enzimas foram purificadas por cromatografia de afinidade em nÃquel imobilizado, com rendimentos de 1,8 mg/L (rCV1897PS+) e 2,1 mg/L (rCV1897PS-), sendo detectadas por eletroforese em gel de poliacrilamida na presenÃa de SDS (SDS-PAGE) como duas isoformas com massas moleculares diferentes (43,2 kDa e 51,4 kDa; 44 e 50 kDa, respectivamente). A quitinase recombinante (CV1897PS+) mostrou atividade Ãtima em Ph 5,0 e foi ativa quando tratada a temperaturas de atà 40 ÂC por 30 min. A Rcv1897 apresentou atividade quitinÃsica frente a quitina coloidal e glicol-quitina (em gel SDS-PAGE). Os espectros de dicroÃsmo circular revelaram que a estrutura da proteÃna possui predominantemente estrutura secundÃria do tipo α-hÃlice (37%), com 26% de fitas-β e 38% de estrutura desordenada. Os espectros de fluorescÃncia revelaram que a proteÃna foi produzida na sua conformaÃÃo enovelada. A rCV1897PS+ inibiu a germinaÃÃo de conÃdios e o crescimento micelial dos fungos fitopatogÃnicos Penicillium herquei e Colletotrichum lindemuthianum. As quitinases rCV1897PS+ e rCV1897PS- em associaÃÃo com o fluconazol atuaram de forma sinÃrgica contra diferentes cepas da levedura patogÃnica Candida tropicalis. Os estudos bioquÃmicos, estruturais e biolÃgicos da rCV1897 poderÃo ser Ãteis para aplicaÃÃo biotecnolÃgica dessa enzima. / Chromobacterium violaceum is a Gram-negative, saprophytic, non-pathogenic and free living bacterium. The annotation of the genome of this species revealed many genes encoding products with potential applications in many areas. Among these products are several chitinases, which are enzymes capable of degrading chitin, a polysaccharide of N-acetyl-β-D-glucosamine. Chitin is found in the cell wall of many fungi and in the exoskeleton of insects and crustaceans. Chitinases are of great biotechnological interest because these enzymes can be used to produce useful derivatives from chitin, and also to be exploited for the control of fungi and insects that cause damages in crops. This study aimed to carry out the biochemical, biological and structural characterization of a recombinant chitinase (CV1897) belonging to family GH19 from C. violaceum ATCC 12472. The complete sequence of the ORF CV1897 (encoding CV1897SP+, with the native signal peptide) was amplified by polymerase chain reaction (PCR) and cloned into the vectors pET302/NT-His and pPICZαA, for expression in Escherichia coli and Pichia pastoris, respectively. The partial sequence of the ORF CV1897 (encoding CV1897SP-, without the native signal peptide) was expressed only in P. pastoris. In E. coli the rCV1897SP+ was mainly produced as insoluble inclusion bodies. In P. pastoris, the two versions of the protein (rCV1897PS+ and rCV1897PS-) were secreted into the culture medium, in their soluble and functional form. The enzymes were purified by affinity chromatography on immobilized nickel ions, with yields of 1.8 mg/L (rCV1897PS+) and 2.1 mg/L (rCV1897PS-), being detected by electrophoresis as two isoforms with different molecular weights. The recombinant chitinase (rCV1897PS+) showed optimal hydrolytic activity at pH 5.0 and was active after treatement at temperatures up to 40 ÂC for 30 min. The rCV1897 showed chitinolytic activity against colloidal chitin and glycol-chitin on SDS-PAGE. Circular dichroism spectra showed that the protein has predominantly α-helical arrangements (37%), also having 26% of β-strands and 38% disordered structure. The fluorescence spectra revealed that the protein was produced in their folded conformation. The rCV1897PS+ inhibited the conidial germination and mycelial growth of the phytopathogenic fungi Penicillium herquei and Colletotrichum lindemuthianum. Both rCV1897PS+ and rCV1897PS- in combination with fluconazole acted synergistically against different strains of the human pathogenic yeast Candida tropicalis. The biochemical, structural and biological studies of rCV1897 may be useful for biotechnological application of this enzyme.

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / A frutalina, lectina α-D-galactose ligante, foi expressa e processada num sistema heterÃlogo para expressÃo de proteÃnas utilizando a levedura metilotrÃfica Pichia pastoris. Para atingir os objetivos esperados foram desenvolvidas trÃs estratÃgias: identificar o gene que codifica para a frutalina a partir do DNA genÃmico obtido de folhas de A. incisa; sintetizar, por uma empresa especializada, o gene que codifica para as cadeias polipeptÃdicas da frutalina, otimizando-o para a expressÃo em P. pastoris e isolar o gene que codifica para a frutalina, a partir do mRNA presente em sementes maduras e frescas, para obtenÃÃo do cDNA utilizando a tÃcnica da RT-PCR. Enquanto na primeira estratÃgia, foi obtido apenas o gen da cadeia beta, nas duas outras estratÃgias o gen completo foi obtido. No entretanto, a estratÃgia que mostrou melhor expressÃo da frutalina recombinante em P. pastoris foi a da obtenÃÃo do gene que codifica para a frutalina, a partir do mRNA. A expresÃo foi tempertura dependente e a frutalina recombinante apresentou uma massa molecular aparente de 17 kDa, sugerindo a presenÃa do peptÃdeo de ligaÃÃo e da cauda de histidina. / Frutalin, the Artocarpus incise alfa-D-galactose binding seed lectin was expressed and processed in a heterologous system for protein expression, using the metilotrophic yeast Pichia pastoris. In order to obtain the proposed objectives, three strategies were followed: identify the frutalin gene from the genomic DNA, obtained from the leaves; obtain, from the GenScript Corporation, the synthetic frutalin polypeptide chains gene, optimized for expression in Pichia system; and isolate frutalin gene, from mRNA present in fresh seeds in order to obtain the cDNA, using the RT-PCR technique. The obtained genes were inserted in the Pichia genome, in order to evaluate the lectin expression. While in the first strategy only the beta chain gene was obtained, in the other two the complete frutalin gene was obtained. The best results were obtained from the third strategy. The expression process was temperature dependent, with the optimum at 18 οC and the recombinant frutalin showed an apparent molecular mass of 17 kDa, which suggest the presence of both the linker peptide and the histidine tag.