Streptococcus pneumoniae é o principal causador da pneumonia bacteriana. As vacinas atualmente disponíveis contêm polissacarídeo capsular conjugado ou não com proteínas carreadoras. No entanto, elas apresentam elevado custo ou proteção reduzida nos grupos de risco (crianças abaixo de 5 anos de idade e idosos). Proteínas de superfície de S. pneumoniae, como a PsaA e PspA, são consideradas fortes candidatas vacinais. Com o objetivo de se desenvolver uma vacina de ampla cobertura e baixo custo contra pneumococos, os genes psaA e pspA foram clonados em vetores de expressão em E. coli, pAE e pET e as proteínas expressas foram purificadas por cromatografias de afinidade e de troca aniônica. O rendimento de proteína recombinante obtido com a construção baseada em pET foi 3 vezes maior que o obtido com pAE. Condições de cultivo foram estabelecidas utilizando meio definido com indução por IPTG e/ou por lactose. As cepas recombinantes estão adequadas para serem usadas em estudos para escalonamento da produção em biorreatores. / Streptococcus pneumoniae is the main causative agent of bacterial pneumonia. The current vaccines available contain capsular polysaccharide conjugated or not with carrier proteins. However these are either too expensive or do not protect the high-risk groups. Surface proteins of S. pneumoniae, such as PsaA and PspA, are considered strong vaccine candidates. With the aim of developing a broad-coverage and low-cost vaccine against pneumococcus, the psaA and pspA genes were cloned in E. coli expression vectors, pAE and pET and the expressed proteins were purified through affinity and anion exchange chromatography. The yield of the recombinant protein obtained with the construction based in pET was 3-fold higher than that obtained with pAE. Culture conditions were established using defined media with IPTG and/or lactose induction. The recombinant strains are now ready to undergo studies for scale-up of production in bioreactors.

An evaluation of aged hot-mix asphalt (HMA) pavements was accomplished to develop a method for improving the prediction of remaining fatigue life of aged HMA surfaces. This is important for both planning Department of Defense airfield maintenance funds and for predicting the performance of operating surfaces in the theater of operation. This study involved the evaluation of HMA at several military airfields. After field inspections and field testing, slab samples were carried to the U.S. Army Engineer Research and Development Center for laboratory testing. Laboratory testing included the determination of mixture and binder properties, indirect tensile strength tests on cored specimens, and beam fatigue tests. The results from this study were used to develop improved fatigue performance predictions for field-aged HMA pavements.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:56:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 4595.pdf: 1437433 bytes, checksum: f83e0ea8c49064050b3f382c7d942d28 (MD5) Previous issue date: 2012-08-27 / Financiadora de Estudos e Projetos / Diseases caused by Streptococcus pneumoniae are one of the main problems of public health in the world. The pneumococcal surface protein A(PspA) is a potential canditate as carrier in a conjugate vaccine against this bacteria. Considering the inherent high losses of the purification and conjugation steps, it is fundamental to adopt a strategy of cultivation and expression that allows the obtainance of large quantities of protein. Thus, the use of Escherichia coli as expression system as well as its cultivation in complex medium constitutes promising alternatives for reducing the cost and increasing the productivity of the process. The goal of this work was to study the influence of the temperature and cultivation medium composition over the production of a PspA belonging to clade 4 protein fragment (PspA4Pro) during rE coli cultivations, aiming at to evaluate the possibility of employing vegetable-based nitrogen sources (soybean protein hydrolisates) instead of the Triptona, an animal-derived nitrogen source. The experiments were carried out in both shakers and benchscale bioreactor, using a complex medium which contained glucose and glycerol as carbon sources, lactose as inducer and Soytone, Phytone or Triptone as nitrogen sources, besides yeast extract. Samples were collected during the experiments to follow the cell growth (measurements of absorbance, dry cell weight and permittivity signal from biomass sensors), the carbon sources consumption and the production of organic acids by HPLC analysis. The stability of the plasmid (agar plates with or without kanamycin) and the production of recombinant protein (Bradford and SDS-PAGE electrophoresis followed by densitometry) were also evaluated. Preliminary experiments were performed in shake flasks, incubated at 300rpm and 37ºC, employing both complex and defined media. The highest productivity was achieved in complex medium, with a 42% superior protein production. Subsequently, nine complementary experiments were conducted in shake flasks with complex medium, under the agitation of 300rpm and temperatures of 37ºC (growth phase) and 25, 31 or 37ºC (induction phase). The largest specific production of soluble PspA4Pro was verified at 25ºC, reaching, respectively, 209±6, 192±5mg/g dry cell mass for Phytone and Triptone, with final absorbance values (after 12h of induction) of 9.0±0.4 and 8.5±0.4. The best protein production for Soytone (124±4mg/g dry cell weight) was observed at 31ºC, yielding a final absorbance 8.0±0.4. From the results obtained in the preliminary tests, the nitrogen source Phytone was selected for experiments in bioreactor. Four batch cultures were conducted in bench-scale bioreactor (5L), containing a modified auto-induction complex medium (10g/L glucose, 60g/L glycerol and 20g/L lactose), being three of them with Phytone and one with Triptone, for comparison. The best results in terms of protein production (245±7mg of PspA4Pro soluble/g dry mass) were obtained in the presence of Phytone, corresponding to an increase of 16% towards the maximum value achieved in the cultivation with Triptone. These results demonstrate the potential of vegetable-based nutrients as alternatives to animal-derived nitrogen sources in complex media, contributing to adequate these media formulations to the current guidelines of good manufacturing practices. / Doenças causadas por Streptococcus pneumoniae constituem um dos principais problemas de saúde pública mundial. A proteína A de superfície de pneumococo (PspA) é candidata em potencial a ser carreadora em vacina conjugada contra essa bactéria. Considerando as altas perdas inerentes às etapas de purificação e conjugação da proteína, é fundamental adotar uma estratégia de cultivo e expressão que permita obter grandes quantidades de proteína. Nesse sentido, o emprego da bactéria Escherichia coli como sistema de expressão e o cultivo da mesma em meio complexo se apresentam como alternativas promissoras para redução do custo e aumento da produtividade do processo. O objetivo do presente trabalho foi estudar a influência da temperatura e da composição do meio de cultivo sobre a produção do fragmento da proteína PspA do clado 4 (PspA4Pro) em cultivos de rE. coli, visando avaliar a viabilidade de utilização de fontes de nitrogênio de origem vegetal (hidrolisados protéicos de soja) em substituição à Triptona, de origem animal. Os experimentos foram realizados em câmara incubadora e em biorreatores de bancada, utilizando meio complexo contendo glicose e glicerol e lactose como fontes de carbono, lactose como indutor e Soytone, Phytone ou Triptona como fontes de nitrogênio, além de extrato de levedura. Amostras foram coletadas ao longo dos experimentos para acompanhamento do crescimento celular (medida de absorbância, massa seca e permissividade por sensor de biomassa), do consumo das fontes de carbono e da produção de ácidos orgânicos por análises em cromatografia líquida de alto desempenho. A estabilidade do plasmídeo (plaqueamento em meio contendo ou não canamicina) e a produção de proteína recombinante (Bradford e eletroforese SDS-PAGE seguida por densitometria) também foram avaliadas. Experimentos preliminares foram realizados em frascos agitados e incubados a 300rpm e 37oC, empregando tanto o meio complexo como o definido. A maior produtividade foi obtida em meio complexo, a qual foi 42% superior a alcançada com meio definido. Em seguida, nove experimentos complementares foram conduzidos em frascos agitados em meio complexo sob agitação de 300rpm e à temperatura de 37ºC (fase de crescimento) e de 25, 31 ou 37ºC (fase de indução). Verificou-se que a temperatura de 25ºC proporcionou a maior produção específica de PspA4Pro solúvel, alcançando-se, respectivamente, 209±6, 192±5mg/g massa seca para o Phytone e para a Triptona, com absorbâncias finais (após 12h de indução) de 9,0±0,4 e 8,5±0,4. Já para o Soytone, a melhor produção de proteína (124±4mg/g massa seca) foi observada à temperatura de 31ºC, obtendo-se uma absorbância de final de 8,0±0,4. A partir dos resultados obtidos nos ensaios preliminares, a fonte de nitrogênio de origem vegetal Phytone foi selecionada para experimentos em biorreator. Quatro cultivos em batelada foram conduzidos em biorreator de bancada (5L), contendo meio complexo de autoindução modificado (10g/L glicose, 60g/L glicerol e 20g/L lactose), sendo 3 com Phytone e um com Triptona, para comparação. Os melhores resultados em termos de produção de proteína (245±7mg de PspA4Pro solúvel/g massa seca) foram obtidos na presença de Phytone, correspondendo a um aumento de 16% em relação ao valor máximo alcançado no cultivo com Triptona. Esses resultados comprovam o potencial dos nutrientes de origem vegetal como alternativa às fontes de nitrogênio de origem animal em meios complexos, contribuindo para adequar as formulações desses meios às atuais diretrizes de boas práticas de fabricação.

Maintaining cell envelope integrity is of vital importance for all microorganisms. Not surprisingly, evolution has shaped conserved protein protection networks that connect stress perception, transmembrane signal transduction, and mediation of cellular responses upon cell envelope stress. The phage shock protein (Psp) stress response is one such conserved protection network. Most knowledge about the Psp response derives from studies in the Gram-negative model bacterium Escherichia coli, where the Psp system consists of several well-defined protein components. Homologous systems were identified in representatives of the Proteobacteria, Actinobacteria, and Firmicutes. However, the Psp system distribution in the microbial world remains largely unknown. By carrying out a large-scale, unbiased comparative genomics analysis, we found components of the Psp system in many bacterial and archaeal phyla and describe that the predicted Psp systems deviate dramatically from the known prototypes. The core proteins PspA and PspC have been integrated into various (often phylum-specifically) conserved protein networks during evolution. Based on protein domain-based and gene neighborhood analyses of pspA and pspC homologs, we built a natural classification system for Psp networks in bacteria and archaea. We validate our approach by performing a comprehensive in vivo protein interaction study of Psp domains identified in the Gram-positive model organism Bacillus subtilis and found a strong interconnected protein network. Our study highlights the diversity of Psp domain organizations and potentially diverse functions across the plethora of the microbial landscape, thus laying the ground for studies beyond known Psp functions in underrepresented organisms.

A proteína A de superfície de pneumococo (PspA) é encontrada na superfície de todas as cepas de Streptococcus pneumoniae e candidata promissora para novas vacinas pneumocócicas. Foi desenvolvido um processo de purificação da PspA4Pro cujas etapas iniciais foram: ruptura da biomassa celular, precipitação do homogenato obtido com o detergente brometo de cetiltrimetilamônio (CTAB) e remoção do precipitado por centrifugação. Foram avaliadas cromatografias de troca iônica (aniônica, catiônica), afinidade por metais, interação hidrofóbica e mista de troca catiônica e hidrofóbica. Utilizando precipitação com CTAB, cromatografia de troca aniônica, crioprecipitação em pH4,0 e cromatografia de troca catiônica atingiu-se a pureza requerida de PspA4Pro (>95%) com recuperação entre 14% e 33%. O processo alcançou níveis aceitáveis de endotoxina no produto final e a PspA4Pro purificada foi reconhecida por anticorpos anti-PspA4, manteve sua atividade e sua estrutura secundária. / Pneumococcal surface protein A (PspA) is found in all Streptococcus pneumoniae strains and is a promising candidate to be used in new pneumococcal vaccines. A purification process for PspA4Pro which inicial steps were: cell disruption, precipitation of the homogenate with the cationic detergent cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) and pellet removal by centrifugation. The chromatographic techniques tested were ion exchange (anionic and cationic), immobilized metal affinity, hydrophobic interaction and mix mode with hydrophobic and cationic ligands. Using CTAB precipitation, anion exchange chromatography, crioprecipitation in pH4.0 and cation exchange chromatography the PspA reached the required purity (>95%) with recovery between 14% and 33% . The process reached acceptable levels of endotoxin in the final product and the purified PspA4Pro was recognized by anti-PspA4 antibodies and manteined its activity and secondary structure.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:56:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5933.pdf: 2457795 bytes, checksum: b5b6653a532bc7e6c4a9ec2685b55277 (MD5) Previous issue date: 2014-08-15 / Universidade Federal de Minas Gerais / Owing to the broad biochemical, physiological and genetic characterization and the ease of manipulation and cultivation, several proteins with therapeutic and industrial applications are produced by genetically modified Escherichia coli. There is abundant information in the literature about strategies to increase biomass and recombinant protein production by cultivation of E. coli employing stirred and aerated tank bioreactor (conventional type). In contrast, although quite employed in cultivation of filamentous microorganisms, there are just a few studies involving cultivation of E. coli in airlift bioreactor. This reactor offers advantages over conventional one, such as simplicity of construction, reduced risk of contamination and efficient gas-liquid dispersion with low power consumption. However, the lower O2 transfer in airlift bioreactor (bench scale), compared to that achieved in conventional one, justifies the manipulation of temperature, pressure and flow rates of air and O2 in the dissolved oxygen concentration (DOC) control, avoiding decreases in biomass and recombinant protein productivities. In this context, this study aimed to: (i) determine the influence of internal pressure on the gas holdup (ɛ), volumetric O2 transfer coefficient (kLa) and volumetric O2 transfer rate (continue...). / Devido à ampla caracterização bioquímica, fisiológica e genética e à facilidade de manipulação e de cultivo, diversas proteínas com aplicação industrial e terapêutica são produzidas por Escherichia coli geneticamente modificada. Há informações abundantes na literatura sobre estratégias para aumentar a produção de biomassa e de proteínas recombinantes por meio de cultivos de E. coli empregando biorreator tipo tanque agitado e aerado (convencional). Por outro lado, apesar de bastante empregado em cultivos de microrganismos filamentosos, poucos trabalhos envolvendo cultivo de E. coli em reator pneumático tipo airlift são encontrados. Este biorreator apresenta vantagens frente ao convencional, como simplicidade de construção, menor risco de contaminação e eficiente dispersão gás-líquido com baixo consumo de energia. Entretanto, a menor capacidade de transferência de O2 no biorreator airlift em escala de bancada, em relação à alcançada em reator convencional, justifica a manipulação de variáveis como temperatura, pressão e vazões de ar e O2 no controle adequado da concentração de O2 dissolvido (COD), evitando quedas de produtividade de biomassa e de proteína recombinante. Nesse contexto, este trabalho objetivou: (i) determinar a influência da pressão interna sobre a retenção gasosa (ɛ), o coeficiente volumétrico de transferência de O2 (kLa) e a velocidade volumétrica de transferência de O2 (continua...).

A proteína A de superfície de pneumococo (PspA) é encontrada na superfície de todas as cepas de Streptococcus pneumoniae e candidata promissora para novas vacinas pneumocócicas. Foi desenvolvido um processo de purificação da PspA4Pro cujas etapas iniciais foram: ruptura da biomassa celular, precipitação do homogenato obtido com o detergente brometo de cetiltrimetilamônio (CTAB) e remoção do precipitado por centrifugação. Foram avaliadas cromatografias de troca iônica (aniônica, catiônica), afinidade por metais, interação hidrofóbica e mista de troca catiônica e hidrofóbica. Utilizando precipitação com CTAB, cromatografia de troca aniônica, crioprecipitação em pH4,0 e cromatografia de troca catiônica atingiu-se a pureza requerida de PspA4Pro (>95%) com recuperação entre 14% e 33%. O processo alcançou níveis aceitáveis de endotoxina no produto final e a PspA4Pro purificada foi reconhecida por anticorpos anti-PspA4, manteve sua atividade e sua estrutura secundária. / Pneumococcal surface protein A (PspA) is found in all Streptococcus pneumoniae strains and is a promising candidate to be used in new pneumococcal vaccines. A purification process for PspA4Pro which inicial steps were: cell disruption, precipitation of the homogenate with the cationic detergent cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) and pellet removal by centrifugation. The chromatographic techniques tested were ion exchange (anionic and cationic), immobilized metal affinity, hydrophobic interaction and mix mode with hydrophobic and cationic ligands. Using CTAB precipitation, anion exchange chromatography, crioprecipitation in pH4.0 and cation exchange chromatography the PspA reached the required purity (>95%) with recovery between 14% and 33% . The process reached acceptable levels of endotoxin in the final product and the purified PspA4Pro was recognized by anti-PspA4 antibodies and manteined its activity and secondary structure.

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