Orientador: João Alexandre Ribeiro Gonçalves Barbosa / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-08T20:09:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Valerio_AmandaAbdalla_D.pdf: 3553304 bytes, checksum: 97ba97062f1c23d4b29447c0b9a7316d (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Glicosídeo hidrolases (EC 3.2.1.-) são enzimas que hidrolisam ligações glicosídicas. Neste trabalho realizamos estudos funcionais e estruturais de duas glicosídeo hidrolases: a celulase XF0810 de Xylella fastidiosa e a lisozima digestiva 1 de Musca domestica (MdL1). A celulase XF0810 está anotada no genoma da X. fastidiosa como membro da família 5 das glicosídeo hidrolases (EC 3.2.1.4). Após a amplificação, clonagem, expressão e purificação da mesma; prosseguimos com os experimentos de filtração em gel analítica, dicroísmo circular, DLS, ensaio enzimático e cristalização desta proteína. Foi feito um estudo de modelagem onde ficou evidenciado que a XF0810 não pertenceria à família 5 pois quatro dos sete resíduos conservados que caracterizam esta família foram substituídos, incluindo os dois resíduos catalíticos de glutamato essenciais para o mecanismo de clivagem de retenção. Isto foi comprovado através da ausência de atividade nos ensaios feitos com a proteína purificada. A MdL1 pertence à família 22 das glicosídeo hidrolases (EC 3.2.1.17) e foi cristalizada com o ligante Nacetilquitotetraosídeo para a difração de raios X. A resolução da estrutura (2H5Z no PDB) foi realizada por meio do método de substituição molecular tendo como modelo a estrutura nativa. A análise comparativa da MdL1 com outras lisozimas de quatro classes diferentes de animais mostrou grande semelhança e pequenas diferenças apenas na região das voltas. Estas diferenças foram utilizadas para explicar as características especiais de uma lisozima com função digestiva. A volta na região definida pelos resíduos 98-100 apresenta uma deleção na MdL1, tornado-a menos exposta ao solvente, podendo justificar a resistência à proteólise. O resíduo Gln100 participa de uma interação com o ligante. Os resíduos Thr107 e Asn46 são apontados como responsáveis pelo decréscimo dos pKa dos grupos carboxilas dos resíduos catalíticos Glu32 e Asp50, respectivamente. A diminuição dos pKa explica o pH ótimo mais ácido característico de lisozimas digestivas / Abstract: Glycoside hydrolases (EC 3.2.1.-) are enzymes that hydrolyze glycoside bonds. In this work we studied functional and structural features of two glycoside hydrolases: the cellulase XF0810 of Xylella fastidiosa and the digestive lysozyme 1 of Musca domestica (MdL1). The cellulase XF0810 is annotated in the genome of X. fastidiosa as member of family 5 of glycoside hydrolases (EC 3.2.1.4). After the amplification, cloning, expression and purification of XF0810; we continued with the experiments of analytical gel filtration, circular dichroism, DLS, enzymatic assay and crystallization of this protein. A homology model was built which showed that XF0810 did not belong to family 5 because four of seven conserved residues that characterize the family were substituted, including the two catalytic residues of glutamate that are essential for the retention hydrolysis mechanism. This was further confirmed by the absence of activity in the assays (exocellulase with PNPc) performed with the purified protein. The MdL1 belongs to the family 22 of glycoside hydrolases (EC 3.2.1.17) and was crystallized with the ligand N-acetilchitotetraose for X-ray diffraction. The resolution of the structure (2H5Z in PDB) was accomplished by molecular replacement with the native structure as the searching model. The comparative analysis of MdL1 with other lysozymes of four different classes of animals showed a high similarity and few differences appeared only in the loops¿ regions. These differences were used to explain the special characteristics of the lysozyme with a digestive function. The loop in the region defined by residues 98-100 presents one deletion in the MdL1, becoming less exposed to the solvent, this might justify the proteolysis resistance. The residue Gln100 participates directly in an interaction with the ligand. The residues Thr107 and Asn46 are pointed out as responsible for a reduction in the pKa of the carboxyl groups of catalytic residues Glu32 e Asp50, respectively. The reduction in pKa explains the more acidic pH optimum that characterizes the digestive lysozymes / Doutorado / Bioquimica / Doutor em Biologia Funcional e Molecular

Orientador: Anete Pereira de Souza / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-14T21:21:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Saraiva_AntonioMarcos_D.pdf: 12032714 bytes, checksum: 1262a05ca10735e855fa138a2093d04b (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: A linhagem 9a5c da bactéria Xylella fastidiosa foi o primeiro fitopatógeno a ter seu genoma completamente sequenciado, o qual gerdu diversas informações sobre seu metabolismo e patogenicidade. Das orfs codificadas por esta bactéria, destaca-se; no presente trabalho, a XF0703, cuja proteína correlata (com 28,3 kDa) possui similaridade com proteínas SurE de várias outras bactérias. Proteínas SurEs são nucleotidases que desfosforilam diversos nucleosideos monofosforilados para seus respectivos nucleosideos. Tal função é de fundamental importância para manter o pool balanceado dos quatro (deoxi)ribonucleosideos para síntese de DNA e RNA, respectivamente. Este trabalho descreve a clonagem da orfXF0703 no vetor pET29a, a expressão da proteína recombinante (XfSurE) em Escheríchia coli BL21(DE3) e a purificação da mesma por cromatografia de afinidade ao níquel. A análise da estrutura secundária foi feita por dicroísmo circular e realizou-se a determinação do estado oligomérico por cromatografia de gel filtração e espalhamento de luz a baixo ângulo (SAXS), os quais revelaram que a proteína é um tetrâmero. Dados de caracterização funcional indicam que a proteína possui maior atividade em pH neutro na presença do íon manganês como cofator, com uma maior afinidade pelo substrato 3'-AMP (K0,5=0,16 mM). Além disso, ensaios cinéticos mostram que a proteína possui um comportamento alostérico com alta cooperatividade positiva (coeficiente de Hill em torno de 2,6) com todos os quatro substratos naturais testados (3'-AMP, 5'-dAMP, 5'-AMP e 5-GMP). Experimentos com a técnica de SAXS permitiram calcular o raio de giro (32,7 ± 0.2 A), distância máxima intramolecular (100 A) e a simetria do envelope da molécula (222). A estrutura de diversas SurEs homólogas já cristalizadas foram superpostas ao envelope obtido, sendo que StSurE (SurE de Salmonella com maior idenjidade de aminoácidos) mostrou ter o melhor ajuste. No entanto, notou-se que havia espaços vazios no envelope de XfSurE e tais espaços podiam ser preenchidos a partir do afastamento das alças responsáveis pela tetramerização e pela rotação dos f dímeros. Estes movimentos (translação e rotação) podem explicar o comportamento alostérico da proteína, facilitando a entrada de substrato ao sítio catalítico da molécula. / Abstract: The 9a5c strain from bacterium Xylella fastidiosa was the first phytopathogen to have its genome completely sequenced, which revealed a lot of information about its metabolism and its pathogenicity. 'From a variety of orfs encoded by this bacterium, we highlight, in this work, the XF0703, which correlated protein (with 28.3 kDa) has similarity with SurE proteins from several other bacteria. The SurE proteins *are nucleotidases that dephosphorylate various monophosphorylated nucleosides to their respective nucleosides. This function is critical for maintaining the balanced pool of four (deoxy) ribonucleosides for DNA and RNA synthesis. In this work, we describes the cloning of the XF0703 orf into the vector pET29a, the recombinant protein overexpression (XfSurE) in Escherichia coli BL21(DE3) and the protein purification by nickel affinity chromatography. The secondary structure analysis was done by circular dichroism, while oligomeric state determination was achieved by gel filtration chromatography and small-angle X-ray light scattering (SAXS), which showed that the protein is a tetramer. Functional characterization data indicate that the protein has a highest activity at neutral pH in the presence of manganese as a cofactor, with a highest affinity for the 3-AMP substrate (K0,5 = 0,16 mM). Furthermore, kinetic tests showed that the protein has a allosteric behavior with a high positive cooperativity (Hill coefficient around 2.6) for all natural substrates screened (3-AMP, 5'-dAMP, 5'-AMP and 5'-GMP). Experiments with SAXS technique have allowed to calculate the radius of gyration (32.7 ± 0.2 A), maximum intramolecular distance (100 A) and molecule symmetry. / Doutorado / Genetica de Microorganismos / Doutor em Genetica e Biologia Molecular

Orientador: Anete Pereira de Souza / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-10T18:14:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rosselli_LucianaKauer_D.pdf: 3396544 bytes, checksum: 1ed6069e60d6f5966add93778319a1d0 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: o programa de seqüenciamento genômico da bactéria Xylella fastidiosa gerou um enorme número de ORFs ("Open Reading Frames" - quadro de leitura aberto ou genes putativos) pertencentes às categorias de patogenicidade, virulência e adaptação deste importante fitopatógeno. Uma destas ORFs (XF 1729) foi anotada como sendo uma fenilacetaldeído desidrogenase de 31,4 kDa. No entanto, a análise de sua seqüência primária de aminoácidos revelou similaridades com proteínas pertencentes à superfamília de aldo-ceto redutases. As proteínas desta superfamília são oxidorredutases NADPH-dependentes relacionadas funcionalmente e estruturalmente. Neste trabalho, a seqüência similar de X fastidiosa foi clonada no vetor de expressão pET32Xa/LIC com o objetivo de super expressar a proteína recombinante fusionada a seis resíduos de histidina em Escherichia colí BL21(DE3). A proteína expressa na fração solúvel foi purificada por cromatografia de afinidade em metal imobilizado (resina Agarose-IDA-Ni). O conteúdo de sua estrutura secundária foi verificado por espectroscopia de dicroísmo circular. As medidas de espalhamento de raios-X a baixo ângulo (SAXS) forneceram os parâmetros estruturais gerais (raio de giro de 27,5 :I: 0,8 Á e máxima dimensão de 90 Á) e indicaram que a proteína apresenta-se como um monômero em solução. Além disto, os cálculos estruturais ab initio mostraram que a proteína apresenta algumas similaridades com uma aldo-ceto redutase previamente cristalizada. A proteína XF 1729 purificada foi capaz de catalisar a redução dos substratos DL-gliceraldeído (Kcat 2.26 S-l, Km 8.20:1: 0.98 mM) e 2-nitrobenzaldeido (Kcat 11.74 S-l, Km 0.14:1: 0.04 mM) na presença de NADPH. A seqüência de aminoácidos da proteína XFI729 apresentou mais alta identidade (maior que 40%) com inúmeras proteínas de função desconhecida. Entre as AKRs identificadas, encontramos aproximadamente 29% dê identidade com YakC (AKRI3) de Schizosaccharomyces pombe, 30% e 28% com AKRIIA e AKRIIB, ambas de Baci/lus subtiZis, respectivamente. Os resultados estabeleceram a proteína XF 1729 como um novo membro da superfamília das AKRs, da nova sub-família AKR13B 1. Finalmente, os experimentos de caracterização por cromatografia de gel filtração indicaram que a proteína apresenta wna forma alongada, gerando wn peso molecular aparente maior que o esperado. Além da proteína AKRl3B 1, selecionamos mais duas proteínas codificadas pelas ORFs XFl934 e XFl532 para estudos de estrutura e função. A proteína HetI (XFI934), de 22,4 kDa, apresenta similaridade proteínas da família phosphopantetheinyl transferase, sendo necessária à síntese de ácido graxo via acetato na bactéria. A proteína XF1532, de 36,8 kDa, é sirpilar a reguladores transcricionais de extresse oxidativo, sendo sua seqüência similar (44%) à proteína OxyR de Escherichia coZi, a qual pertence à família LysR de reguladores transcricionais. As duas ORFs foram clonadas e expressas em Escherichia coZi, no entanto não foi possível obter a proteína na fração solúvel, impossibilitando o seguimento dos estudos de caracterização estrutural e funcional. A descrição da metodologia utilizada para produção destas proteínas e os resultados preliminares obtidos estão descritos no item Resultados Complementares desta tese. Um amplo benefício no conhecimento dos mecanismos de patogenicidade da X fastidiosa tem sido esperado, desde o seqüenciamento completo de seu genoma. Neste sentido, passos iniciais foram dados no sentido de se caracterizar a função das proteínas codificadas por seus genes / Abstract: The Xylella fastidiosa genome program generated a large number of gene sequences that belong to pathogenicity, virulence and adaptation categories from this important plant pathogen. One of these genes (XF 1729) was described in the genome annotation as being a phenylacetaldehyde dehydrogenase. However, the XF 1729 primary sequence analysis showed similarities to Aldo-keto reductase superfamily proteins. The AKRs are NADPH-dependent oxidoreductases structurally and functionally related. In this work, the similar sequence XF 1729 from Xylella fastidiosa was cloned onto the pET32Xa/LIC vector in order to over-express a recombinant His- Tag fusion protein in E. coli BL21(DE3). The expressed protein in the soluble fraction was purified 'by immobilized metal affinity chromatography (agarose-IDA-Ni resin). Secondary structure contents were verified by circular dichroism spectroscopy. Small-Angle X Ray Scattering (SAXS) measurements furnish general structural parameters (the particle radius of gyration of 27.5:J::0.8A and the particle maximum dimension of 90A) and provide a strong indication that the protein has a monomeric form in solution. Also, ab initio calculations show that the protein has some similarities with a previously crystallized aldo-keto reductase protein. The recombinant XF1729 purified to homogeneity catalyzed the reduction ofDL-glyceraldehyde (Kcat 2.26 S-I, Km 8.20:J:: 0.98 mM) and 2-nitrobenzaldehyde (Kcat 11.74 S-I, Km 0.14:J:: 0.04 mM) in the presence of NADPH The amino acid sequence deduced from XF 1729 showed the highest identity (40% or higher) with several functionally unknown proteins. Among the identified AKRs, we found approximately 29% of identity with YakC (AKR13) from Schizosaccharomyces pombe, 30% and 28% with AKR11A and AKR11B, both from Bacillus subtilis, respectively. The results establish XF 1729 as the new member of AKR family, AKR13B1. Finally, the first characterization by gel filtration chromatography assays indicates that the protein has an elongated shape, which generates an apparent higher rnolecular weight. Since Xylellafastidiosa 9a5c strain (associated with CVC) is the first plant pathogen to be fully sequenced, a large benefit for the whole field of disease research can be expected. An initial step has been taken towards the characterization the protein function encoded by its genes / Doutorado / Genetica de Microorganismos / Doutor em Genetica e Biologia Molecular

Substratos alternativos têm sido usados para promover um melhor estabelecimento de plantas em viveiros, de forma a assegurar que plantas sadias sejam transferidas ao campo. No caso do Citrus spp. Esta preocupação é real pela possibilidade do campo poder apresentar um histórico de doenças na área, tal como a Clorose Variegada do Citros causada pela Xylella fastidiosa (X.f.). Este estudo avaliou a adição de vermicomposto a um substrato comercial e o desenvolvimento de plântulas de quatro variedades de citros inoculadas ou não com X.f. em condições de casa-de-vegetação, por um período de 450 dias. Medidas biométricas do crescimento da planta e o uso de indicadores do balanço nutricional usando o programa DRIS - Diagnosis and Recommendation Integrated System foram aplicadas em plantas de 9 meses de idade. As variáveis estudadas foram: substrato vermicomposto (100%, 50%, 0%) , variedade (Baia, Pêra, Natal e Escape) e inoculação (com ou sem X.f.) em um total de 24 tratamentos (variedade x substrato x inoculação), com seis repetições. Quanto ao desenvolvimento das plantas, avaliou-se o diâmetro do caule, a altura da planta, a produção de biomassas das raízes e partes aéreas, a taxa de infecção natural por fungos micorrízicos naturais do solo, a concentração de macro e micronutrientes na parte aérea. Quando se usou vermicomposto (100% or 50%), efeitos positivos foram observados nos parâmetros de desenvolvimento das plantas. Por outro lado, a infecção micorrízica e DRIS foram inversamente correlacionadas indicando estar ocorrendo um desbalanço nutricional neste estádio de desenvolvimento das plantas. Não foi observado um efeito significativo da inoculação com X.f. no desenvolvimento das plantas ou mesmo nos parâmetros biométricos, exceto para os teores foliares de nitrogênio e fósforo, onde nas plantas inoculadas o teor foliar de nitrogênio (1,46%) foi maior em relação às plantas não inoculadas (1,30%) e para fósforo ocorreu o oposto (0,32% e 0,40%, respectivamente). / Alternative substrates have being used for a better establishment of plants at nursery stages, thus ensuring that healthier plants will be transferred to the field. In the case of Citrus, this is a concern especially when there is a past history of diseases at field conditions, such as Citrus Variegated Chlorosis caused by Xylella fastidiosa (X.f.). This study evaluated the addition of vermicompost to a commercial substrate and the performance of seedlings of four citrus varieties inoculated or not with X. f. at greenhouse condition, for a period of 450 days. Biometric measurements of plant growth and nutritional balance indicators using DRIS - Diagnosis and Recommendation Integrated System were performed in 9 month-old plants. Mycorrhizal infection by native vesicular-arbuscular fungi was also evaluated in all plants. The studied variables were: vermicompost substrate (100%, 50%, 0%), variety (Baia, Pêra, Natal and Escape) and inoculation (with or without X.f.), in a total of 24 treatments (variety x substrate x inoculation) with 6 replicates each. Growth development evaluated stem diameter, plant height, shoot and root biomass accumulations, arbuscular mycorrhizal infection, and macro and micronutrient concentration in the shoot. When using vermicompost (100% or 50%), positive effects were observed in the plant growth parameters. On the other hand, mycorrhizal infection and DRIS were inversely correlated to the substrate addition, indicating that nutrient imbalances may be occurring at this plant growth stage. No significant effect of X.f. inoculation was observed on the plant growth and the biometric parameters studied, except for increased foliar nitrogen content - 1,46% for inoculated and 1,30% for uninoculated plants, and decreased foliar phosphorus content - 0,32% for inoculated and 0,40% for uninoculated plants.

A Xylella fastidiosa é uma bactéria gram-negativa, colonizadora do xilema e é o agente responsável por doenças em plantas cultivadas. No Brasil, a principal doença causada por esta bactéria é a CVC (Clorose Variegada dos Citros), a qual traz grandes prejuízos à produção de laranja dos estados de São Paulo e Minas Gerais. Apesar do atual controle da doença, ainda não se desenvolveu um método específico para o controle da bactéria. Durante a interação planta-patógeno ocorre uma geração exacerbada de oxidantes por parte do hospedeiro, na tentativa de eliminar o patógeno de seu organismo. Dessa forma, os patógenos são expostos a hidroperóxidos derivados de ácidos graxos, formados a partir da ação de lipoxigenases ou ainda pela reação direta de lipídeos com espécies oxidantes. Durante o processo evolutivo, foram selecionados mecanismos de defesa contra estas espécies oxidantes por parte dos patógenos. Dentre estes mecanismos, encontra-se a enzima Ohr (Organic Hydroperoxide Resistance protein), uma peroxidase baseada em resíduos de cisteínas, dependente de grupos lipoil e que possui alta atividade frente à hidroperóxidos orgânicos. Esta proteína provavelmente atua na proteção da célula bacteriana e possui algumas particularidades que fazem dela um alvo em potencial para o desenvolvimento de drogas. Os objetivos deste projeto foram caracterizar possíveis substratos fisiológicos de Ohr de X. fastidiosa, e ainda, buscar moléculas capazes de inibir a atividade peroxidásica desta enzima. Inicialmente demonstramos que Ohr é capaz de reduzir hidroperóxidos de ácido graxo com alta eficiência (kcat/KM ~ 106 M-1.s-1)e, além disso, estes hidroperóxidos são capazes de inativar Ohr em um processo dose dependente, provavelmente devido à alta afinidade entre estes e a enzima. Porém, a enzima não apresentou atividade frente à hidroperóxido de fosfolipídeo (fosfatidilcolina) e hidroperóxido de colesterol. Ademais, elucidamos a estrutura de Ohr na conformação oxidada (ponte dissulfeto), auxiliando no entendimento da dinâmica do ciclo catalítico da enzima. Por fim, selecionamos um composto capaz de inibir a atividade peroxidásica de Ohr in vitro, e temos indícios de que este é capaz de afetar o crescimento bacteriano em situação de estresse oxidativo. / Xylella fastidiosa is a gram-negative bacterium that colonizes the xylem and is the causative agent for several plant diseases. In Brazil, the main disease caused by this bacterium is the CVC (Citrus Variegated Chlorosis), which provokes large losses to the orange production in São Paulo and Minas Gerais states. Despite the current disease control, it has not been yet developed a specific method to eliminate the bacterium. During the plant-pathogen interactions, hosts produce an exacerbated amount of oxidants, in an attempt to eliminate the pathogen. Among them, fatty acids hydroperoxides are formed by the lipoxygenase action or even by the direct reaction between lipids and oxidant species. During the evolutionary process, pathogen defense mechanisms against oxidative species have evolved. Among them, Ohr (Organic Hydroperoxide Resistance protein) that is a Cys-based, lipoyl dependent peroxidase, displaying high activity towards organic hydroperoxides. This protein probably plays a central role in oxidative stress response and presnts some particularities, which make it a potential target for drug design. The objectives of this project were to characterize possible physiological substrates of Ohr from X. fastidiosa and search for molecules capable of inhibiting its peroxidase activity. Initially, we demonstrated that Ohr reduced fatty acid hydroperoxides with high efficiency (kcat/KM ~ 106 M-1.s-1). Moreover, these hydroperoxides inactivated Ohr in a dose-dependent manner, probably due to the high affinity between them and the enzyme. However, the enzyme did not display any activity towards phospholipids (posphatidilcholine) hydroperoxides and cholesterol hydroperoxide. Besides, we elucidated the structure of Ohr in the oxidized form (disulfide bond), which gave us insights on the dynamics of structural elements in the catalytic site. Ultimately, we identified a compound that was able to inhibit the peroxidase activity of Ohr in vitro, and we gained evidences that this compound can affect the bacterial growth under oxidative stress.

This project was designed to correlate environmental variables with the development of Pierce’s Disease (PD), an infection caused by the gram negative bacterium Xylella fastidiosa (Xf), in grapes (Hopkins et al. 2002). PD is one of the most difficult crop pathogens to manage because it is vectored by insects and its continued presence in the vine is usually fatal. PD is influenced by the interaction of host, disease and vector, and probably many other environmental variables. The general objective was to study and identify the most important variables involved in the expression of Pierce’s Disease. Over a two year period, from a total of eight sites in northern and southern California data was collected on forty-five environmental variables including those relating to soil moisture, soil chemistry, soil nutritional status, vine nutritional status, vine water status, in-season and dormant season climate, incidence of Xf in adjacent vineyard vegetation, sharpshooter species and abundance at each location, and proximity of vineyard field sites to citrus or riparian areas. The environmental variables were analyzed with canonical correspondence analysis (CCA) to determine significance of each as they correspond with increased disease severity. The significance of environmental variables produced by CCA indicates increased soil moisture as the leading cause for increased PD incidence; several other environmental variables positively correlate with increased disease presence. Conversely, vineyard factors identified by CCA as not conducive to disease formation may play an inhibitory role in PD severity. We undertook polymerase chain reaction (PCR) to test for the presence of PD in vegetative samples, using a 733 base pair probe specific to Xf. These samples indicate alternative hosts in adjacent locations which act as reservoirs of Pierce’s Disease as well as verifying diseased vines within the vineyard locations.

Xylella fastidiosa (Xf) e Xanthomonas axonopodis pv. citri (Xac) são gama proteobactérias gram negativas, responsáveis por grandes perdas econômicas no setor citrícola brasileiro. Com seus genomas seqüenciados e anotados, fizemos uma análise comparativa entre suas composições gênicas e seus ambientes de vida. Xac apresenta um genoma de 5.2Mb contra 2.7Mb de Xf Isto reflete no número de genes (4432 contra 2838) que acabam refletindo em uma maior complexidade metabólica de Xac, caracterizada por: uma extensa gama de genes de degradação de parede celular (44), biossíntese de proteases (92), genes de funções regulatórias (296), um completo metabolismo energético (209), quimiotático (inexistente em Xf) e secretório (presença dos tipos I, II, III e IV , sendo o II em duplicata), além de um grande número de genes envolvidos com captação de ferro (65), fazem de Xac um patógeno de alto poder invasivo e de rápida propagação e virulência Em contrapartida, Xf por não possuir a complexidade supracitada, parece ter seus recursos adaptados ao ambiente em que vive, como por exemplo um alto número de genes envolvidos com biossíntese de pili, que associado à biossíntese de goma, favorecem sua adesão nas glândulas salivares do vetor (cigarrinha) e a formação de aglomerados celulares responsáveis pelo entupimento dos vasos que levam às patologias decorrentes do evento. / Xylella fastidiosa (Xf) and Xanthomonas axonopodis pv. citri Xac are gram negative gamma proteobacteria, responsible for great economical losses in the Brazilian citrus sector. With their sequenced and annotated genomes, we have done a comparative analysis between their genetic composition and life habitat. Xac displays a genome of 5.2Mb against 2. 7Mb of Xf. This reflects the number of genes (4432 against 2838) which results in a greater metabolic complexity of Xac, characterized by: a wide range of genes of cell wall degradation (44), biosynthesis of proteases (92), many genes of regulatory functions (296), a complex energy metabolism (209), chemotatic (absent in Xf) and secretory systerns (presence of types I, II, III and IV, type II in duplicate), besides a great number of genes involved in iron acquisition (65), make of Xac a pathogen of high invasive power and of quick spreading and virulence. In the other hand Xf, due to the lack of the complexity just cited, seems to have its resources adapted to the habitat in which it lives, as for example a large number of genes involved in pili biosynthesis, that associated with gum biosynthesis, favor its adhesion to the salivary glands of the vector (sharpshooter) and the formation of cellular agglomerations responsible for the blockage of the vessels which leads to the pathologies resulted from this event.

Orientador: Mônica Alonso Cotta / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-17T12:15:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Moreau_AlbertoLuisDario_D.pdf: 4972430 bytes, checksum: 23390541e98ea8174b689428392b8457 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Na primeira parte deste trabalho, nós investigamos o processo de crescimento de um biofilme de bactérias (Xylella fastidiosa) inoculadas sobre lamínulas de vidro. O tamanho e a distância entre os biofilmes foram estudados por imagens de microscopia óptica; e uma análise fractal foi realizada usando conceitos de escala e imagens de AFM. Observamos que biofilmes diferentes mostram características fractais semelhantes, embora as variações na morfologia possam ser identificadas para diferentes estádios de crescimento do biofilme. Dois tipos de padrões estruturais são identificados através da dimensão fractal (Df) sugerindo que o crescimento do biofilme pode ser entendido como o modelo de Eden nos estágios de formação e no final, enquanto para o estágio de maturação aparecem evidências do modelo DLA (diffusion-limited aggregation). Estes resultados foram correlacionados à formação da matriz do biofilme que pode dificultar a difusão dos nutrientes e por isso criar condições para um crescimento DLA. Ainda com o AFM, fizemos medidas de espectroscopia de força para estudar a interação específica entre antígeno-anticorpo relacionados ao vírus CTV (citrus tristeza virus). Para tanto foi realizado o estudo da imobilização deste material biológico nas superfícies da ponta do AFM, e nos substratos planos de Si e InP. Usamos para isto imagens topográficas de AFM, imagens de microscopia eletrônica e ensaios imunoquímicos de ELISA; com isso pudemos confirmar que tanto o antígeno quanto o anticorpo foram imobilizados e que eles continuavam em seus estados nativos. Com as medidas de espectroscopia de força, detectamos que a diferença de força entre as interações específicas (antígeno-anticorpo) e não-específicas (antígeno-antígeno) foi de aproximadamente 60%. Utilizamos a mesma rotina de preparação em substrato de InP para o desenvolvimento de um biossensor baseado no funcionamento de um transistor FET (field-effect transistor). Os anticorpos foram imobilizados na superfície do semicondutor, enquanto doses de antígenos livres eram adicionadas a uma célula líquida que mantinha contato com esta superfície. Com curvas de corrente vs tensão em regiões lineares do dispositivo, estudamos a resposta, a sensibilidade e a especificidade do sensor, obtendo resultados promissores indicando viabilidade no desenvolvimento e no uso do mesmo. Por fim, estudamos a durabilidade de pontas de AFM com CNT (carbon nanotube) encapsulados com carbono amorfo numa amostra padrão semicondutora de pontos quânticos, além de estudar a sua estabilidade em meio líquido. Duas pontas foram estudadas, uma fabricada pelo nosso grupo e outra comercial, fornecida pela empresa americana CDI (Carbon Design Inovation). Utilizamos ferramenta de FT (fourier transform) para o estudo da resolução das pontas em imagens topográficas de AFM, e verificamos que ambas as pontas duraram mais de 400 imagens tendo uma perda da resolução de ~ 7% no ar e de ~ 5% ¿ em relação às medidas a seco ¿ em meio líquido, mostrando a viabilidade de seu uso no estudo de amostras biológicas / Abstract: We have investigated the growth process of Xylella fastidiosa biofilms inoculated on glass. The size and the distance between biofilms were analyzed by optical microscopy images; a fractal analysis was carried out using scaling concepts and Atomic Force Microscopy (AFM) images. We observed that different biofilms show similar fractal characteristics, although morphological variations can be identified for the different biofilm stages. Two types of structural patterns are suggested from the observed fractal dimensions Df: and suggest that the biofilm growth can be understood as an Eden model in the initial and final stages, while diffusion-limited aggregation (DLA) seems to dominate the maturation stage. Changes in the correlation length parallel to the surface were also observed; these results were correlated to the biofilm matrix formation which can hinder nutrient diffusion and thus create conditions to drive DLA growth. Atomic force spectroscopy was used as a method to investigate the specific antibody-antigen binding using proteins of the CTV (citrus tristeza virus). Subsequently, the chemical processes of covalent immobilization of the used biomolecules to different solid supports ¿ Si3N4 AFM Tips, Si and InP plane substrates ¿ was developed and characterized. The verification of the chemical binding process by different methods like AFM topography experiments, electron microscopy and ELISA immunochemical assays showed a successful immobilization of the biomolecules and that they were still in their native state. The analysis of the spectroscopic force data showed a significant difference in binding force between the specific antibody-antigen complexes and the non-specific controls (approximately 60%). The same chemical immobilization process was used to bind biomolecules to solid InP supports to develop a biosensor based on the field-effect transistor (FET) principle. The same antibodies, as used in atomic force experiments, were immobilized covalently to the semiconductor surface. The antibody-antigen complexation by adding the specific antigens to the functionalized surface was detected through changes in the current vs tension curves of semiconductor sample. The characterization of the electrochemical response, the molecular sensibility and the specificity of this biosensor showed a suitable method to detect specific molecular binding events. Further, the durability and stability of AFM tips with bonded carbon nanotubes with encapsulated amorphous carbon was studied on a standard semiconductor sample with quantum dots in air and liquid environment. Two different CNT AFM-tips were studied within this study in acoustic mode. One was assembled in our group and the other tip was provided by the american CDI (Carbon Design Innovation) company. The topographic AFM images were analyzed via FT (Fourier Transform) to study the spatial resolution of these tips. In air, both types of CNT tips showed a minor resolution decrease of approximately 6% after 400 topographic scans. In liquid environment an overall 10% lower spatial resolution of the tips was observed compared to the resolution in air which nevertheless makes these CNT AFM-tips suitable for experiments with native biological samples / Doutorado / Biofísica / Doutor em Ciências

Xylella fastidiosa (Xf) e Xanthomonas axonopodis pv. citri (Xac) são gama proteobactérias gram negativas, responsáveis por grandes perdas econômicas no setor citrícola brasileiro. Com seus genomas seqüenciados e anotados, fizemos uma análise comparativa entre suas composições gênicas e seus ambientes de vida. Xac apresenta um genoma de 5.2Mb contra 2.7Mb de Xf Isto reflete no número de genes (4432 contra 2838) que acabam refletindo em uma maior complexidade metabólica de Xac, caracterizada por: uma extensa gama de genes de degradação de parede celular (44), biossíntese de proteases (92), genes de funções regulatórias (296), um completo metabolismo energético (209), quimiotático (inexistente em Xf) e secretório (presença dos tipos I, II, III e IV , sendo o II em duplicata), além de um grande número de genes envolvidos com captação de ferro (65), fazem de Xac um patógeno de alto poder invasivo e de rápida propagação e virulência Em contrapartida, Xf por não possuir a complexidade supracitada, parece ter seus recursos adaptados ao ambiente em que vive, como por exemplo um alto número de genes envolvidos com biossíntese de pili, que associado à biossíntese de goma, favorecem sua adesão nas glândulas salivares do vetor (cigarrinha) e a formação de aglomerados celulares responsáveis pelo entupimento dos vasos que levam às patologias decorrentes do evento. / Xylella fastidiosa (Xf) and Xanthomonas axonopodis pv. citri Xac are gram negative gamma proteobacteria, responsible for great economical losses in the Brazilian citrus sector. With their sequenced and annotated genomes, we have done a comparative analysis between their genetic composition and life habitat. Xac displays a genome of 5.2Mb against 2. 7Mb of Xf. This reflects the number of genes (4432 against 2838) which results in a greater metabolic complexity of Xac, characterized by: a wide range of genes of cell wall degradation (44), biosynthesis of proteases (92), many genes of regulatory functions (296), a complex energy metabolism (209), chemotatic (absent in Xf) and secretory systerns (presence of types I, II, III and IV, type II in duplicate), besides a great number of genes involved in iron acquisition (65), make of Xac a pathogen of high invasive power and of quick spreading and virulence. In the other hand Xf, due to the lack of the complexity just cited, seems to have its resources adapted to the habitat in which it lives, as for example a large number of genes involved in pili biosynthesis, that associated with gum biosynthesis, favor its adhesion to the salivary glands of the vector (sharpshooter) and the formation of cellular agglomerations responsible for the blockage of the vessels which leads to the pathologies resulted from this event.

Orientador: Mônica Alonso Cotta / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-18T17:58:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Lorite_GabrielaSimone_D.pdf: 14464970 bytes, checksum: f2238701a88fbbba91e337eda7db2965 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Apresentamos nesta tese uma investigação dos processos físico-químicos da adesão e desenvolvimento de biofilmes da bactéria fitopatogênica Xylella fastidiosa (Xf) em diferentes superfícies. Este estudo visa corroborar ou complementar diferentes aspectos dos modelos atualmente em discussão para biofilmes bacterianos, além de, num caráter tecnológico, fornecer subsídios para um eventual controle da formação dos biofilmes de Xf. Para isso utilizamos uma abordagem diferenciada à comumente empregada em biologia - e mais próxima à ciência dos materiais - visando isolar e quantificar a relevância dos parâmetros que contribuem na formação de um biofilme em diferentes superfícies, tentando aproximá-las do xilema da planta. Nossos resultados mostram uma semelhança de desenvolvimento (forma, tamanho e quantidade) nos biofilmes de Xf cultivados em superfícies de vidro e Si, e um melhor desenvolvimento dos biofilmes em Si do que nas superfícies de etil celulose, EC, e acetato de celulose, AC. De um ponto de vista fenomenológico, os biofilmes apresentam diferentes estruturas, taxa de desenvolvimento e tendências na expressão gênica entre superfícies com e sem presença de celulose derivatizada. Na caracterização das superfícies utilizadas consideramos o efeito do meio de cultura em suas propriedades. Nas superfícies de vidro e Si, constatamos a formação de um filme condicionante devido à adsorção dos constituintes deste meio. O grau de hidrofobicidade das superfícies de vidro e Si diminui significativamente após contato com o meio de cultura enquanto as superfícies de celulose derivatizada apresentam pouca (EC) ou nenhuma alteração (AC); observamos também um aumento do potencial de superfície (PS) para Si e EC e, ainda, uma diminuição de PS em AC. Estas evidências sugerem uma correlação entre PS mais altos e grau de hidrofobicidade baixos com a presença de biofilmes de Xf em maior número e tamanho. Além disso, medidas de espectroscopia de força utilizando ponta funcionalizada com a proteína de adesão XadA1 evidenciam também um comportamento distinto na superfície de AC. Estes resultados apontam para a importância da interação eletrostática no processo inicial de adesão da bactérias às superfícies estudadas. Por fim, a presença de material extracelular ao redor dos biofilmes e células de Xf em superfícies de vidro e Si foi observada indicando a presença de uma matriz exopolimérica protetora. Espectroscopia de infravermelho mostra a presença de polissacarídeos ¿ constituinte da matriz polimérica ¿ desde o estágio inicial de formação do biofilme, indicando uma possível contribuição dessa matriz para o processo de adesão que precede o desenvolvimento do biofilme / Abstract: In this work, we report an investigation on relevant physicochemical processes of bacterial surface adhesion and biofilm development for the phytopathogen Xylella fastidiosa (Xf) on different surfaces. This study aims to corroborate or supplement different aspects of the bacterial biofilms models currently under discussion and, in a technological point of view, provides experimental input for an eventual control of Xf biofilm formation. For this purpose, we have used an approach not commonly found in biology ¿ and more similar to materials science ¿ in order to isolate and quantify the relevance of the parameters that contribute to the formation of a biofilm on different surfaces, as well as trying to make these surfaces closer to the plant xylem. Our results show a similar development (shape, size and quantity) for Xf biofilms grown on Si and glass surfaces, and an improved development of biofilms grown on Si than on ethyl cellulose, EC, and cellulose acetate, AC. Under a phenomenological point of view, biofilms present different structures, rate of development and trends in gene expression between surfaces with and without the presence of derivatized cellulose. In order to characterize the surfaces, we considered the effect of culture medium on their properties. In Si and glass surfaces, we observe the formation of a conditioning film due to adsorption of the constituents of the culture medium. The degree of hydrophobicity of glass and Si surfaces decreases significantly after contact with this medium. On the other hand, cellulose derivatized surfaces present lower (EC) or no (AC) modifications of this property. In addition, we observed an increase in the surface potential (SP) for Si and EC and also a SP decrease for AC. These evidences suggest a correlation between higher SP values and lower degree of hydrophobicity with the presence of biofilms of Xf in larger numbers and size. Furthermore, force spectroscopy measurements using a functionalized tip with the adhesion protein XadA1 also show a different behavior on the AC surface. These results reveal the importance of electrostatic interaction in the initial bacterial adhesion for the surfaces studied here. Finally, the presence of extracellular material around the Xf cells and biofilms on glass and Si surfaces was observed indicating the presence of a protective exopolymeric matrix. Infrared spectroscopy shows the presence of polysaccharides - a constituent of the polymeric matrix - from the very initial stages of biofilm formation, indicating a possible contribution of this matrix for the adhesion process which precedes biofilm development / Doutorado / Biofísica / Doutora em Ciências