O gênero Streptomyces é conhecido por produzir uma ampla variedade de moléculas bioativas como antimicrobianos, enzimas, agentes antitumorais, antivirais, promotores de crescimento, entre outros. Pesquisas com este grupo de microrganismos têm sido realizadas há mais de 60 anos, no entanto, estudos recentes demonstram que este grupo representa uma fonte inesgotável de novas moléculas bioativas. Neste trabalho, foi avaliada a atividade antimicrobiana de 25 isolados de Streptomyces. Para tanto foram empregados 53 microgansimos teste, incluindo bactérias Gram positivas, Gram negativas, leveduras e fungos filamentosos. A atividade antimicrobiana foi determinada pela técnica da dupla camada. Os isolados que apresentaram melhor atividade antimicrobiana foram cultivados em cultura submersa, sob diferentes condições de cultivo (meio de cultivo, tempo e temperatura). Dos 25 isolados 80 % apresentaram atividade antimicrobiana, destes 80% apresentaram atividade antibacteriana e 45% atividade antifúngica. Dos isolados que apresentaram atividade antimicrobiana 40% apresentaram um amplo espectro, inibiram mais de dez microrganismos teste. Duas linhagens identificadas como Streptomyces sp 1S e Streptomyces sp. 50 foram selecioandos para estudos de produção e caracterização. Streptomyces 1S inibiu 46 microrganismos teste e o isolado 50 foi ativo especialmente contra Enterococcus multiresistentes. A caracterização morfológica, bioquímica e a análise da seqüência parcial da região 16S do rDNA, demonstram a grande diversidade deste grupo de microrganismos e auxiliaram na identificação em nível de gênero. As melhores condições para a produção de metabólitos bioactivos, bem como a caracterização destes isolados são reportados no presente estudo. Foi observado que as condições ambientais e do substrato são fundamentais na produção de metabólitos secundários especialmente antimicrobianos. / Streptomyces genus are well- know due to its high capacity to produce innumerous bioactive metabolites such as, enzymes, antitumour agents, immunomodifying agents, vitamins, growth promoters, and antibiotic compounds among others. Research with this group of microorganisms has been realized since de sixties. However, more recent research has shown that this group still is a very important resource of new secondary metabolites, especially antibiotics. In this work the antimicrobial activity of 25 Streptomyces strain, was evaluated against 53 test microorganisms including Gram positive and negative bacteria, filamentous fungi and yeasts with clinical and agricultural interest. The antimicrobial activity in the first screening was realized using the double layer method. The strains that showed potential results in the first screening were grown on submerge culture in different growth conditions of temperature, culture media and time of growth. From the 25 Streptomyces isolates tested 80% showed antimicrobial activity, out of that 80% presented antibacterial activity and 45% antifungal activity. Out, from the isolates that showed antibacterial activity 40% presented a wide spectrum of activity, inhibiting more than 10 microorganisms. Two strains were selected for further studies, Streptomyces sp. 1S and Strepomyces sp. 50. Isolate 1S was chosen because it was able, in the antimicrobial screening, to inhibit 46 test microorganisms. Isolate 50 showed especial activities against multiresistent Enterococcus sp. This two isolates were submitted to morphological and biochemical characterization and the analysis of partial 16S rDNA sequence was done. The results confirmed the high diversity of this genus, and with the results obtained only the genus was possible to be confirmed. The best growth conditions for metabolites production and the characterization of the isolates are described in this work. It has been observed that the environmental conditions are extremely important for the production of secondary metabolites, especially antibiotics.

Bacillus cereus 8A, isolado de solo da região sul do Brasil, produz uma bacteriocina, cereína 8A, que apresenta potencial para utilização como bioconservante no controle de microrganismos patogênicos e deteriorantes de alimentos. Neste trabalho foram realizados estudos de caracterização e otimização no processo de obtenção da cereína semi-purificada. Na primeira etapa do trabalho foi estudada a cinética de inativação térmica para a cereína 8A. Amostras da bacteriocina foram tratadas em diferentes combinações de tempo/temperatura no intervalo de 0-30min. e 70-82°C e os parâmetros termodinâmicos e cinéticos para a inativação da cereína 8A foram calculados. Os resultados revelaram que a inativação segue uma reação de primeira ordem com valores de k entre 0.059 e 0.235 min-1. A diminuição e o aumento dos valores de D e k, respectivamente, com o aumento da temperatura, indicaram uma rápida inativação de bacteriocina a temperaturas mais elevadas. Os resultados sugerem que a cereína 8A é uma bacteriocina relativamente termoestável com um valor de z de 21.98ºC e energia de ativação de 105.7 kJ mol-1. Em um segundo momento, a capacidade dos quelantes EDTA e lactato de sódio em diferentes concentrações e da cereína 8A (3200 UA/ml-1) em inibir e inativar a Salmonella Enteritidis foram analisadas. Os resultados indicaram que todos os tratamentos testados, EDTA, lactato de sódio e cereína 8A, sozinhos e em combinação, causaram uma redução significativa nos valores de OD600 em culturas de S. Enteritidis. A combinação de cerein 8A acrescido EDTA 100 mol l-1 resultou em um tratamento mais eficaz para reduzir o número de células viáveis de S. enteritidis. A microscopia de eletrônica de transmissão revelou paredes de células danificadas e perda de materiais protoplasmáticos nas células tratadas. As células de S. enteritidis tratadas com 8A cereína sozinha mostraram pequenos poros e o tratamento não afetou a maioria das células. Quando o agente quelante EDTA foi adicionado, as células mostraram-se mais danificadas. As lesões na parede celular tornaram-se mais intensas com a combinação de cereína 8A acrescida de EDTA, inclusive demonstrando uma notável perda do material intracelular, como observado nos resultados dos tratamentos com EDTA 50 e 100 mmol l-1 mais cereína 8A. A última etapa deste estudo investigou o particionamento da cereína 8A em dois sistemas de extração líquido-líquido, um com Triton X-114 e outro PEG com sais inorgânicos, que são considerados promissores para fins de bioseparação e depuração. Os resultados indicaram que cereína 8A particiona preferencialmente na fase rica em micela no sistema com Triton X-114 na concentração de 4 % e sua atividade antimicrobiana foi preservado. Em ATPS, os melhores resultados foram relativos ao coeficiente de partição obtidos com PEG e sulfato de amônio, quando o cloreto de sódio foi adicionado, o valor do Kb aumentou significativamente e mostrou o melhor rendimento de recuperação quando comparado com o sistema micelar. A purificação convencional resulta em um fator de purificação superior, mas em uma recuperação menor em comparação com métodos de particionamento. Estes resultados representam um importante passo no sentido de desenvolver um método de separação para cereína 8A e de um modo mais geral, para outras biomoléculas de interesse. / The bacteriocin cerein 8A, produced by a strain of B. cereus 8A, isolated from soil of south of Brazil with potential application against food spoilage and pathogenic bacteria.At the first phase of the study, the kinetics of thermal inactivation was studied for the bacteriocin cerein 8A. Samples of cerein 8A were treated at different time-temperature combinations in the range of 0-30 min and 70-82°C and the thermodynamic and kinetic parameters for bacteriocin inactivation were calculated. Results showed that inactivation followed a first-order reaction with k-values between 0.059 and 0.235 min-1. D- and k-values decreased and increased, respectively, with increasing temperature, indicating a faster bacteriocin inactivation at higher temperatures. Results suggest that cerein 8A is a relatively thermostable bacteriocin with a z-value of 21.98 °C and Ea of 105.7 kJ mol-1. In a second time, the ability of chelators EDTA and sodium lactate on different concentrations and cerein 8A (3200 UA/ml-1) to inhibit and inactivate Salmonella Enteritidis was investigated. The results indicated that all treatments tested, namely EDTA, sodium lactate and cerein 8A, alone and in combination, caused a significant reduction in the OD600 values of S. Enteritidis cultures. The addition of bacteriocin plus EDTA resulted in higher inhibition in comparison with the bacteriocin alone; the greater the concentration of EDTA, the greater the inhibitory effect. Transmission electron microscopy showed damaged cell walls and loss of protoplasmic material in treated cells. The cells of S. Enteritidis treated with cerein 8A alone showed small pores and the treatment does not affect the majority of cells. When the chelating agent EDTA was added the cells appeared more damaged. The injuries in cell wall become more marked with the combination of EDTA plus cerein 8A, including noticeable discharge of intracellular material, as shown for treatments with 50 and 100 mmol l- 1EDTA plus cerein 8A. The last step of this study investigated the partitioning of cerein 8A in two liquid–liquid extraction systems that are considered promising for bioseparation and purification purposes. In aqueous two phase micellar systems Triton X-114 was chosen as the as phase-forming surfactant. Aqueous two-phase systems were prepared of PEG and inorganic salts and the addition of sodium chloride was investigated in this system. Results indicated that cerein 8A partitions preferentially to the micelle rich-phase in the system with 4% Triton X-114 concentration and its antimicrobial activity was preserved. In ATPS, the best results concerning to the partition coefficients (Kb) were obtained with PEG + ammonium sulphate, when sodium chloride was added the value of Kb increase significantly and showed the best recovery yield when compared with micellar systems. The conventional purification results a higher purification fold, but a minor recovery in comparison with partitioning methods. The successful implementation of this peptide partitioning, from a suspension containing other compounds, represents an important step towards developing a separation method for cerein 8A, and more generally, for other biomolecules of interest.

As bactérias do gênero Enterococcus spp. estão amplamente distribuídas na natureza, atuando como patógenos oportunistas e freqüentemente causam infecções em pacientes imunocomprometidos. Uma característica destes microrganismos é a resistência intrínseca a muitos dos antimicrobianos utilizados habitualmente no tratamento de infecções por cocos Gram positivos. Por outro lado, os Enterococos têm adquirido diferentes determinantes genéticos que conferem resistência a vários antimicrobianos. Este trabalho tem como objetivo determinar a freqüência da resistência a níveis elevados de aminoglicosídeos (gentamicina), tetraciclina, bem como avaliar a diversidade genética das amostras, pesquisando os genes envolvidos na resistência, além de detectar o fator de virulência gelatinase em isolados clínicos e alimentares de Enterococcus spp. Os testes de suscetibilidade antimicrobiana dos 52 isolados de alimentos revelaram que 7,7% (n=4) apresentaram resistência somente à tetraciclina, 5,8% (n=3) foram resistentes somente a gentamicina e 28,9% (n=15) apresentaram resistência a ambos antimicrobianos. Nos 40 isolados clínicos, 42,5% (n=17) foram resistentes a tetraciclina, 20% (n=8) resistentes a gentamicina e 17,5% (n=7) foram resistentes a ambos antimicrobianos. A pesquisa de genes de resistência em isolados alimentares revelou que 90% (n=17) dos microrganismos resistentes a tetraciclina apresentaram o gen tet(M), e 100% das amostras resistentes a gentamicina apresentaram o gene aac(6’)-le-aph(2”)-Ia. Entretanto, 30% dos microrganismos sensíveis apresentaram algum dos genes de resistência. Nos isolados clínicos 95,8% (n=23) das amostras resistentes a tetraciclina apresentaram o gene tet(M) e 100% dos Enterococos resistentes a gentamicina apresentaram o gen aac(6’)-le-aph(2”)-Ia. No entanto, dos isolados que se mostraram sensíveis, 37,5% apresentaram algum dos genes de resistência analisados. Ainda, foi verificado que 78% (n=49) dos microrganismos isolados de alimentos hidrolisaram a gelatina, e somente 50% (n=20) dos isolados clínicos apresentaram a mesma atividade. / Bacteria of the Enterococcus spp. genus are widely distributed in the natural environment, Enterococci are opportunistic pathogens, and often are the causal agents of infections in immunosuppressed patients. One of the remarkable characteristics of these microorganisms is the intrinsic resistance they offer against several of the antimicrobial agents routinely prescribed in the treatment of Gram-positive cocci. On the other hand, enterococci have been proved to acquire different genetic markers that lend resistance to a variety of other antimicrobial ,searching the involved genes in the resistance, besides detecting the virulence factor gelatinase in isolated of Enterococcus spp. from foods and humans samples. This study aimed to determine the frequency of antimicrobial resistance against high concentrations of aminoglycosides (gentamicin), tetracycline, as well as assess the genetic diversity of microbial strains isolated from foods and humans. Antibiotic susceptibility tests of Enterococcus spp. isolated from food showed that of the 52 isolates, 7,7% (n=4) were tetracycline resistant, 5,8% (n=3) were resistant only the gentamicin and 28,9% (n=15) was resistant to both antibiotics. Already in 40 clinical samples 42,5% (n=17) of the samples were tetracycline resistant, 20% (n=8) were gentamicin resistant and 17,5% (n=7) were resistant to both antimicrobials. The research of genes of resistance in isolates from food disclosed that in 90% (n=17) of tetraciclyn resistant Enterococcus had the tet(M) gen, and 100% gentamicin resistant samples had aac(6')-le-aph(2")-Ia gene and 30% of the sensible microorganism had presented some of the resistance genes. Already in clinical isolates 95,8% (n=23) tetraciclyn resistant samples contained the tet(M) gene and 100% of the gentamicin resistant enterococcus had presented gen aac(6')-le-aph(2")-Ia; however 37,5% enterococcus sensible had presented some of the genes of resistance in research. In this work, also it was verified that 78% (n=49) of the foods isolates produced gelatinase, and 50% (n=20) of the clinical isolates demonstrated the capacity of degradation of the gelatin substrate.

As bactérias do gênero Enterococcus spp. estão amplamente distribuídas na natureza, atuando como patógenos oportunistas e freqüentemente causam infecções em pacientes imunocomprometidos. Uma característica destes microrganismos é a resistência intrínseca a muitos dos antimicrobianos utilizados habitualmente no tratamento de infecções por cocos Gram positivos. Por outro lado, os Enterococos têm adquirido diferentes determinantes genéticos que conferem resistência a vários antimicrobianos. Este trabalho tem como objetivo determinar a freqüência da resistência a níveis elevados de aminoglicosídeos (gentamicina), tetraciclina, bem como avaliar a diversidade genética das amostras, pesquisando os genes envolvidos na resistência, além de detectar o fator de virulência gelatinase em isolados clínicos e alimentares de Enterococcus spp. Os testes de suscetibilidade antimicrobiana dos 52 isolados de alimentos revelaram que 7,7% (n=4) apresentaram resistência somente à tetraciclina, 5,8% (n=3) foram resistentes somente a gentamicina e 28,9% (n=15) apresentaram resistência a ambos antimicrobianos. Nos 40 isolados clínicos, 42,5% (n=17) foram resistentes a tetraciclina, 20% (n=8) resistentes a gentamicina e 17,5% (n=7) foram resistentes a ambos antimicrobianos. A pesquisa de genes de resistência em isolados alimentares revelou que 90% (n=17) dos microrganismos resistentes a tetraciclina apresentaram o gen tet(M), e 100% das amostras resistentes a gentamicina apresentaram o gene aac(6’)-le-aph(2”)-Ia. Entretanto, 30% dos microrganismos sensíveis apresentaram algum dos genes de resistência. Nos isolados clínicos 95,8% (n=23) das amostras resistentes a tetraciclina apresentaram o gene tet(M) e 100% dos Enterococos resistentes a gentamicina apresentaram o gen aac(6’)-le-aph(2”)-Ia. No entanto, dos isolados que se mostraram sensíveis, 37,5% apresentaram algum dos genes de resistência analisados. Ainda, foi verificado que 78% (n=49) dos microrganismos isolados de alimentos hidrolisaram a gelatina, e somente 50% (n=20) dos isolados clínicos apresentaram a mesma atividade. / Bacteria of the Enterococcus spp. genus are widely distributed in the natural environment, Enterococci are opportunistic pathogens, and often are the causal agents of infections in immunosuppressed patients. One of the remarkable characteristics of these microorganisms is the intrinsic resistance they offer against several of the antimicrobial agents routinely prescribed in the treatment of Gram-positive cocci. On the other hand, enterococci have been proved to acquire different genetic markers that lend resistance to a variety of other antimicrobial ,searching the involved genes in the resistance, besides detecting the virulence factor gelatinase in isolated of Enterococcus spp. from foods and humans samples. This study aimed to determine the frequency of antimicrobial resistance against high concentrations of aminoglycosides (gentamicin), tetracycline, as well as assess the genetic diversity of microbial strains isolated from foods and humans. Antibiotic susceptibility tests of Enterococcus spp. isolated from food showed that of the 52 isolates, 7,7% (n=4) were tetracycline resistant, 5,8% (n=3) were resistant only the gentamicin and 28,9% (n=15) was resistant to both antibiotics. Already in 40 clinical samples 42,5% (n=17) of the samples were tetracycline resistant, 20% (n=8) were gentamicin resistant and 17,5% (n=7) were resistant to both antimicrobials. The research of genes of resistance in isolates from food disclosed that in 90% (n=17) of tetraciclyn resistant Enterococcus had the tet(M) gen, and 100% gentamicin resistant samples had aac(6')-le-aph(2")-Ia gene and 30% of the sensible microorganism had presented some of the resistance genes. Already in clinical isolates 95,8% (n=23) tetraciclyn resistant samples contained the tet(M) gene and 100% of the gentamicin resistant enterococcus had presented gen aac(6')-le-aph(2")-Ia; however 37,5% enterococcus sensible had presented some of the genes of resistance in research. In this work, also it was verified that 78% (n=49) of the foods isolates produced gelatinase, and 50% (n=20) of the clinical isolates demonstrated the capacity of degradation of the gelatin substrate.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Agronomia e Medicina Veterinária, 2017. / Submitted by Albânia Cézar de Melo (albania@bce.unb.br) on 2017-06-22T14:53:35Z No. of bitstreams: 1 2017_NaraRúbiaSouza.pdf: 1094041 bytes, checksum: 5b066bd9df59cb7e71acf5c98349863b (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2017-08-09T16:44:49Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_NaraRúbiaSouza.pdf: 1094041 bytes, checksum: 5b066bd9df59cb7e71acf5c98349863b (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-09T16:44:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_NaraRúbiaSouza.pdf: 1094041 bytes, checksum: 5b066bd9df59cb7e71acf5c98349863b (MD5) Previous issue date: 2017-08-09 / Os objetivos deste trabalho foram pesquisar Salmonella spp., promover a caracterização microbiológica em amostras de ovos inspecionados comercializados na região do Distrito Federal, realizar antibiograma e detectar genes de resistência antimicrobiana nos isolados.Nas 140 amostras de ovos analisadas,não foi encontrada presença do microrganismo Salmonella spp.. Na caracterização microbiológica das 140 amostras de ovos foram isolados 42 microrganismos em 38 ovos, sendo 24/140 (17,1%) de Staphylococcus coagulase negativa, 4/140 (2,8%) de Enterobacter spp., 4/140 (2,8%) de Escherichia coli, 3/14 (2,14%) de Hafnia alvei, 2/140 (1,42%) de Pseudomonas spp., 1/140 (0,71%) de Corynebacterium spp., 1/140 (0,71%) de Proteus mirabilis, 1/140 (0,71%) de Providencia spp., 1/140 (0,71%) de Yersinia spp., 1/140 (0,71%) de Acinetobacter spp. O perfil de susceptibilidade antimicrobiana demonstrou que os 42 microrganismos apresentaram resistência a pelo menos um antimicrobiano sendo o maior índice de resistência, 14/42 (58,3%), dos microrganismos isolados foram para Tetraciclina e Vancomicina. Não foram detectados os genes de resistência antimicrobiana para Sulfonamidas, Beta-lactâmicos, Clorafenicol, Aminoglicosídeos e Tetraciclina nos isolados. Foi detectado o gene da integrase Intl1 em 3/42 microrganismos. Não foi detectada a presença de Salmonella spp. nas amostras analisadas e vários diferentes microrganismos foram isolados na caracterização microbiológica. Foram detectados ainda a presença fenotípica de resistência antimicrobiana e o gene da integrase 1. No entanto maiores estudos devem ser realizados para pesquisa de Salmonella spp em ovos e a verificação da origem da resistência antimicrobiana nos microrganismos isolados de ovos inspecionados comercializados na região do Distrito Federal. / The objectives of this work were to investigate Salmonella spp., to promote the microbiological characterization in samples of inspected eggs commercialized in the Federal District, to perform antibiogram and to detect antimicrobial resistance genes in the isolates. In the 140 samples of eggs analyzed, no microorganism was found Salmonella spp. In the microbiological characterization of the 140 egg samples, 42 microorganisms were isolated in 38 eggs, 24/140 (17.1%) of coagulase negative Staphylococcus, 4/140 (2.8%) Enterobacter spp., 4 / 140 (2.8%) of Escherichia coli, 3/14 (2.14%) of Hafnia alvei, 2/140 (1.42%) of Pseudomonas spp., 1/140 (0.71%) of Corynebacterium spp., 1/140 (0,71%) Protein mirabilis, 1/140 (0.71%) Providencia spp., 1/140 (0.71%) Yersinia spp., 1/140 (0, 71%) of Acinetobacter spp. The antimicrobial susceptibility profile showed that the 42 microorganisms showed resistance to at least one antimicrobial being the highest resistance index, 14/42 (58.3%), of the isolated microorganisms were for Tetracycline and Vancomycin. No antimicrobial resistance genes were detected for Sulfonamides, Beta-lactams, Chlorphenicol, Aminoglycosides and Tetracycline in the isolates. Intl1 integrase gene was detected in 3/42 microorganisms. No evidence of Salmonella spp. In the analyzed samples and several different microorganisms were isolated in the microbiological characterization. The phenotypic presence of antimicrobial resistance and the integrase 1 gene were also detected. However, further studies should be carried out to investigate Salmonella spp in eggs and verify the origin of antimicrobial resistance in isolated microorganisms from inspected eggs marketed in the Federal District .

O gênero Streptomyces é conhecido por produzir uma ampla variedade de moléculas bioativas como antimicrobianos, enzimas, agentes antitumorais, antivirais, promotores de crescimento, entre outros. Pesquisas com este grupo de microrganismos têm sido realizadas há mais de 60 anos, no entanto, estudos recentes demonstram que este grupo representa uma fonte inesgotável de novas moléculas bioativas. Neste trabalho, foi avaliada a atividade antimicrobiana de 25 isolados de Streptomyces. Para tanto foram empregados 53 microgansimos teste, incluindo bactérias Gram positivas, Gram negativas, leveduras e fungos filamentosos. A atividade antimicrobiana foi determinada pela técnica da dupla camada. Os isolados que apresentaram melhor atividade antimicrobiana foram cultivados em cultura submersa, sob diferentes condições de cultivo (meio de cultivo, tempo e temperatura). Dos 25 isolados 80 % apresentaram atividade antimicrobiana, destes 80% apresentaram atividade antibacteriana e 45% atividade antifúngica. Dos isolados que apresentaram atividade antimicrobiana 40% apresentaram um amplo espectro, inibiram mais de dez microrganismos teste. Duas linhagens identificadas como Streptomyces sp 1S e Streptomyces sp. 50 foram selecioandos para estudos de produção e caracterização. Streptomyces 1S inibiu 46 microrganismos teste e o isolado 50 foi ativo especialmente contra Enterococcus multiresistentes. A caracterização morfológica, bioquímica e a análise da seqüência parcial da região 16S do rDNA, demonstram a grande diversidade deste grupo de microrganismos e auxiliaram na identificação em nível de gênero. As melhores condições para a produção de metabólitos bioactivos, bem como a caracterização destes isolados são reportados no presente estudo. Foi observado que as condições ambientais e do substrato são fundamentais na produção de metabólitos secundários especialmente antimicrobianos. / Streptomyces genus are well- know due to its high capacity to produce innumerous bioactive metabolites such as, enzymes, antitumour agents, immunomodifying agents, vitamins, growth promoters, and antibiotic compounds among others. Research with this group of microorganisms has been realized since de sixties. However, more recent research has shown that this group still is a very important resource of new secondary metabolites, especially antibiotics. In this work the antimicrobial activity of 25 Streptomyces strain, was evaluated against 53 test microorganisms including Gram positive and negative bacteria, filamentous fungi and yeasts with clinical and agricultural interest. The antimicrobial activity in the first screening was realized using the double layer method. The strains that showed potential results in the first screening were grown on submerge culture in different growth conditions of temperature, culture media and time of growth. From the 25 Streptomyces isolates tested 80% showed antimicrobial activity, out of that 80% presented antibacterial activity and 45% antifungal activity. Out, from the isolates that showed antibacterial activity 40% presented a wide spectrum of activity, inhibiting more than 10 microorganisms. Two strains were selected for further studies, Streptomyces sp. 1S and Strepomyces sp. 50. Isolate 1S was chosen because it was able, in the antimicrobial screening, to inhibit 46 test microorganisms. Isolate 50 showed especial activities against multiresistent Enterococcus sp. This two isolates were submitted to morphological and biochemical characterization and the analysis of partial 16S rDNA sequence was done. The results confirmed the high diversity of this genus, and with the results obtained only the genus was possible to be confirmed. The best growth conditions for metabolites production and the characterization of the isolates are described in this work. It has been observed that the environmental conditions are extremely important for the production of secondary metabolites, especially antibiotics.

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Departamento de Biologia Celular, Instituto de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Biologia Molecular, 2016. / Submitted by Fernanda Percia França (fernandafranca@bce.unb.br) on 2017-02-06T18:02:48Z No. of bitstreams: 1 2016_MarceloHenriqueSollerRamada_Parcial.pdf: 502741 bytes, checksum: 8fdcc3f44e414400d15a1a4a32e63254 (MD5) / Approved for entry into archive by Ruthléa Nascimento(ruthleanascimento@bce.unb.br) on 2017-03-16T14:34:42Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_MarceloHenriqueSollerRamada_Parcial.pdf: 502741 bytes, checksum: 8fdcc3f44e414400d15a1a4a32e63254 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-16T14:34:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_MarceloHenriqueSollerRamada_Parcial.pdf: 502741 bytes, checksum: 8fdcc3f44e414400d15a1a4a32e63254 (MD5) / Há um número crescente de evidências demonstrando que a proteólise em matrizes biológicas pode gerar vários peptídeos bioativos de várias proteínas. Esses peptídeos, quando liberados, podem apresentar atividades diferentes daquela da proteína parental. Ex.: Atividades hipotensoras, opióides e antimicrobianas. Entretanto, vários outros peptídeos podem estar presos dentro de uma sequência polipeptídica, sem sítios de clivagem enzimática evidentes para sua liberação. Um recente aprofundamento na informação genômica de diferentes espécies demonstrou que há diversos peptídeos antimicrobianos encriptados em sequências proteicas maiores, evidenciando uma potencialidade pouco explorada. Nesta tese, abordamos a exploração desse potencial encriptado no genoma de plantas de interesse como Theobroma cacao, Arabidopsis thaliana, Citrus sinensis e Gossypium raimondii. Os possíveis peptídeos antimicrobianos intragênicos (PAIs), de cada uma das plantas de interesse, foram filtrados através do programa Kamal, utilizando diferentes parâmetros físico-químicos. No total, 21 PAIs foram selecionados, sintetizados quimicamente e avaliados quanto ao seu potencial de inibir o crescimento de fungos, leveduras e bactérias, patógenos de plantas ou humanos. Dezesseis PAIs inibiram, pelo menos, um dos microrganismos testados, alguns com atividades similares ou superiores aos peptídeos antimicrobianos (AMPs) DS01 e Asc-8. De quatro peptídeos testados, dois apresentaram sinergismo com antibióticos comerciais na inibição do crescimento de biofilmes de Candida albicans. Análises biofísicas também foram realizadas para melhor entender as propriedades dos peptídeos gerados. A estrutura secundária dos 21 PAIs e de outros 6 AMPs sintetizados foi avaliada na presença e ausência de vesículas modelo de fosfolipídios. O efeito que esses peptídeos causam na transição de fase das vesículas fosfolipídica também foi avaliado. Uma análise de componentes principais permitiu a categorização dos peptídeos em quatro grupos diferentes. Tal análise permitiu evidenciar a importância da hidrofobicidade e da possível formação de hélice na atividade dos peptídeos. Tais resultados permitiram um novo entendimento e evolução do nosso sistema de predição de moléculas antimicrobianas, que pode ser aplicar na busca de novos PAIs. A reinserção da informação do(s) PAI(s) nos respectivos genomas na tentativa de controlar doenças causadas por microrganismos, é uma perspectiva promissora para o futuro próximo. Também podemos destacar como perspectiva, estudos mais profundos contra patógenos humanos, na busca por novos antibióticos ou potencializadores dos atuais. / There is an increasing number of evidences demonstrating that physiological proteolysis can yield many bioactive peptides encrypted in various proteins. These peptides, once released, may show different biological activities than their respective parent-protein e.g. hypotensive, opioid and antimicrobial actions. However, other bioactive peptides may be stuck on a polypeptide chain with no evident proteolytic cleavage sites for its release. A recent survey in the genomic information of different species showed that there are many encrypted antimicrobial peptides in larger protein sequences highlighting an unexplored potential. In this thesis, we explored this encrypted potential in the genomes of plants such as Theobroma cacao, Arabidopsis thaliana, Citrus sinensis e Gossypium raimondii. The putative intragenic antimicrobial peptides (IAPs) of each plant were filtered using different physical-chemical parameters via Kamal software. A total of 21 IAPs were selected, chemically synthesized and tested for their potential to inhibit the growth of human and plant fungi, yeasts and bacteria. Sixteen IAPs inhibit, at least, one of the tested microorganisms showing similar or superior activities when compared to the antimicrobial peptides (AMPs) DS01 e Asc-8. Two out of four peptides tested for their potential to act in synergy with commercial antibiotics were able to enhance the inhibition on Candida albicans biofilm formation. Biophysical analysis of the IAPs were performed to increase our knowledge about the peptides properties. The secondary structure of 21 IAPs and 6 AMPs were evaluated in the presence or absence of model phospholipid vesicles. The effect that these peptides have on the main phase transition of this phospholipid vesicles was also evaluated. A principal component analysis of the biophysical data clustered the peptides in four different groups. This analysis also highlighted the importance of hydrophobicity and propensity to helix formation in the activity of the IAPs. The results herein allowed a new understanding and evolution on our antimicrobial molecule prediction system that can be used in the search for new IAPs. The reinsertion of the IAPs information in its respective genome as an attempt to control infections caused by microorganisms is a promising perspective for the near future, as well as a deeper study with human pathogens in the search for new antibiotics or enhancers for the commercial ones.

Bacillus cereus 8A, isolado de solo da região sul do Brasil, produz uma bacteriocina, cereína 8A, que apresenta potencial para utilização como bioconservante no controle de microrganismos patogênicos e deteriorantes de alimentos. Neste trabalho foram realizados estudos de caracterização e otimização no processo de obtenção da cereína semi-purificada. Na primeira etapa do trabalho foi estudada a cinética de inativação térmica para a cereína 8A. Amostras da bacteriocina foram tratadas em diferentes combinações de tempo/temperatura no intervalo de 0-30min. e 70-82°C e os parâmetros termodinâmicos e cinéticos para a inativação da cereína 8A foram calculados. Os resultados revelaram que a inativação segue uma reação de primeira ordem com valores de k entre 0.059 e 0.235 min-1. A diminuição e o aumento dos valores de D e k, respectivamente, com o aumento da temperatura, indicaram uma rápida inativação de bacteriocina a temperaturas mais elevadas. Os resultados sugerem que a cereína 8A é uma bacteriocina relativamente termoestável com um valor de z de 21.98ºC e energia de ativação de 105.7 kJ mol-1. Em um segundo momento, a capacidade dos quelantes EDTA e lactato de sódio em diferentes concentrações e da cereína 8A (3200 UA/ml-1) em inibir e inativar a Salmonella Enteritidis foram analisadas. Os resultados indicaram que todos os tratamentos testados, EDTA, lactato de sódio e cereína 8A, sozinhos e em combinação, causaram uma redução significativa nos valores de OD600 em culturas de S. Enteritidis. A combinação de cerein 8A acrescido EDTA 100 mol l-1 resultou em um tratamento mais eficaz para reduzir o número de células viáveis de S. enteritidis. A microscopia de eletrônica de transmissão revelou paredes de células danificadas e perda de materiais protoplasmáticos nas células tratadas. As células de S. enteritidis tratadas com 8A cereína sozinha mostraram pequenos poros e o tratamento não afetou a maioria das células. Quando o agente quelante EDTA foi adicionado, as células mostraram-se mais danificadas. As lesões na parede celular tornaram-se mais intensas com a combinação de cereína 8A acrescida de EDTA, inclusive demonstrando uma notável perda do material intracelular, como observado nos resultados dos tratamentos com EDTA 50 e 100 mmol l-1 mais cereína 8A. A última etapa deste estudo investigou o particionamento da cereína 8A em dois sistemas de extração líquido-líquido, um com Triton X-114 e outro PEG com sais inorgânicos, que são considerados promissores para fins de bioseparação e depuração. Os resultados indicaram que cereína 8A particiona preferencialmente na fase rica em micela no sistema com Triton X-114 na concentração de 4 % e sua atividade antimicrobiana foi preservado. Em ATPS, os melhores resultados foram relativos ao coeficiente de partição obtidos com PEG e sulfato de amônio, quando o cloreto de sódio foi adicionado, o valor do Kb aumentou significativamente e mostrou o melhor rendimento de recuperação quando comparado com o sistema micelar. A purificação convencional resulta em um fator de purificação superior, mas em uma recuperação menor em comparação com métodos de particionamento. Estes resultados representam um importante passo no sentido de desenvolver um método de separação para cereína 8A e de um modo mais geral, para outras biomoléculas de interesse. / The bacteriocin cerein 8A, produced by a strain of B. cereus 8A, isolated from soil of south of Brazil with potential application against food spoilage and pathogenic bacteria.At the first phase of the study, the kinetics of thermal inactivation was studied for the bacteriocin cerein 8A. Samples of cerein 8A were treated at different time-temperature combinations in the range of 0-30 min and 70-82°C and the thermodynamic and kinetic parameters for bacteriocin inactivation were calculated. Results showed that inactivation followed a first-order reaction with k-values between 0.059 and 0.235 min-1. D- and k-values decreased and increased, respectively, with increasing temperature, indicating a faster bacteriocin inactivation at higher temperatures. Results suggest that cerein 8A is a relatively thermostable bacteriocin with a z-value of 21.98 °C and Ea of 105.7 kJ mol-1. In a second time, the ability of chelators EDTA and sodium lactate on different concentrations and cerein 8A (3200 UA/ml-1) to inhibit and inactivate Salmonella Enteritidis was investigated. The results indicated that all treatments tested, namely EDTA, sodium lactate and cerein 8A, alone and in combination, caused a significant reduction in the OD600 values of S. Enteritidis cultures. The addition of bacteriocin plus EDTA resulted in higher inhibition in comparison with the bacteriocin alone; the greater the concentration of EDTA, the greater the inhibitory effect. Transmission electron microscopy showed damaged cell walls and loss of protoplasmic material in treated cells. The cells of S. Enteritidis treated with cerein 8A alone showed small pores and the treatment does not affect the majority of cells. When the chelating agent EDTA was added the cells appeared more damaged. The injuries in cell wall become more marked with the combination of EDTA plus cerein 8A, including noticeable discharge of intracellular material, as shown for treatments with 50 and 100 mmol l- 1EDTA plus cerein 8A. The last step of this study investigated the partitioning of cerein 8A in two liquid–liquid extraction systems that are considered promising for bioseparation and purification purposes. In aqueous two phase micellar systems Triton X-114 was chosen as the as phase-forming surfactant. Aqueous two-phase systems were prepared of PEG and inorganic salts and the addition of sodium chloride was investigated in this system. Results indicated that cerein 8A partitions preferentially to the micelle rich-phase in the system with 4% Triton X-114 concentration and its antimicrobial activity was preserved. In ATPS, the best results concerning to the partition coefficients (Kb) were obtained with PEG + ammonium sulphate, when sodium chloride was added the value of Kb increase significantly and showed the best recovery yield when compared with micellar systems. The conventional purification results a higher purification fold, but a minor recovery in comparison with partitioning methods. The successful implementation of this peptide partitioning, from a suspension containing other compounds, represents an important step towards developing a separation method for cerein 8A, and more generally, for other biomolecules of interest.

O gênero Streptomyces é conhecido por produzir uma ampla variedade de moléculas bioativas como antimicrobianos, enzimas, agentes antitumorais, antivirais, promotores de crescimento, entre outros. Pesquisas com este grupo de microrganismos têm sido realizadas há mais de 60 anos, no entanto, estudos recentes demonstram que este grupo representa uma fonte inesgotável de novas moléculas bioativas. Neste trabalho, foi avaliada a atividade antimicrobiana de 25 isolados de Streptomyces. Para tanto foram empregados 53 microgansimos teste, incluindo bactérias Gram positivas, Gram negativas, leveduras e fungos filamentosos. A atividade antimicrobiana foi determinada pela técnica da dupla camada. Os isolados que apresentaram melhor atividade antimicrobiana foram cultivados em cultura submersa, sob diferentes condições de cultivo (meio de cultivo, tempo e temperatura). Dos 25 isolados 80 % apresentaram atividade antimicrobiana, destes 80% apresentaram atividade antibacteriana e 45% atividade antifúngica. Dos isolados que apresentaram atividade antimicrobiana 40% apresentaram um amplo espectro, inibiram mais de dez microrganismos teste. Duas linhagens identificadas como Streptomyces sp 1S e Streptomyces sp. 50 foram selecioandos para estudos de produção e caracterização. Streptomyces 1S inibiu 46 microrganismos teste e o isolado 50 foi ativo especialmente contra Enterococcus multiresistentes. A caracterização morfológica, bioquímica e a análise da seqüência parcial da região 16S do rDNA, demonstram a grande diversidade deste grupo de microrganismos e auxiliaram na identificação em nível de gênero. As melhores condições para a produção de metabólitos bioactivos, bem como a caracterização destes isolados são reportados no presente estudo. Foi observado que as condições ambientais e do substrato são fundamentais na produção de metabólitos secundários especialmente antimicrobianos. / Streptomyces genus are well- know due to its high capacity to produce innumerous bioactive metabolites such as, enzymes, antitumour agents, immunomodifying agents, vitamins, growth promoters, and antibiotic compounds among others. Research with this group of microorganisms has been realized since de sixties. However, more recent research has shown that this group still is a very important resource of new secondary metabolites, especially antibiotics. In this work the antimicrobial activity of 25 Streptomyces strain, was evaluated against 53 test microorganisms including Gram positive and negative bacteria, filamentous fungi and yeasts with clinical and agricultural interest. The antimicrobial activity in the first screening was realized using the double layer method. The strains that showed potential results in the first screening were grown on submerge culture in different growth conditions of temperature, culture media and time of growth. From the 25 Streptomyces isolates tested 80% showed antimicrobial activity, out of that 80% presented antibacterial activity and 45% antifungal activity. Out, from the isolates that showed antibacterial activity 40% presented a wide spectrum of activity, inhibiting more than 10 microorganisms. Two strains were selected for further studies, Streptomyces sp. 1S and Strepomyces sp. 50. Isolate 1S was chosen because it was able, in the antimicrobial screening, to inhibit 46 test microorganisms. Isolate 50 showed especial activities against multiresistent Enterococcus sp. This two isolates were submitted to morphological and biochemical characterization and the analysis of partial 16S rDNA sequence was done. The results confirmed the high diversity of this genus, and with the results obtained only the genus was possible to be confirmed. The best growth conditions for metabolites production and the characterization of the isolates are described in this work. It has been observed that the environmental conditions are extremely important for the production of secondary metabolites, especially antibiotics.

Bacillus cereus 8A, isolado de solo da região sul do Brasil, produz uma bacteriocina, cereína 8A, que apresenta potencial para utilização como bioconservante no controle de microrganismos patogênicos e deteriorantes de alimentos. Neste trabalho foram realizados estudos de caracterização e otimização no processo de obtenção da cereína semi-purificada. Na primeira etapa do trabalho foi estudada a cinética de inativação térmica para a cereína 8A. Amostras da bacteriocina foram tratadas em diferentes combinações de tempo/temperatura no intervalo de 0-30min. e 70-82°C e os parâmetros termodinâmicos e cinéticos para a inativação da cereína 8A foram calculados. Os resultados revelaram que a inativação segue uma reação de primeira ordem com valores de k entre 0.059 e 0.235 min-1. A diminuição e o aumento dos valores de D e k, respectivamente, com o aumento da temperatura, indicaram uma rápida inativação de bacteriocina a temperaturas mais elevadas. Os resultados sugerem que a cereína 8A é uma bacteriocina relativamente termoestável com um valor de z de 21.98ºC e energia de ativação de 105.7 kJ mol-1. Em um segundo momento, a capacidade dos quelantes EDTA e lactato de sódio em diferentes concentrações e da cereína 8A (3200 UA/ml-1) em inibir e inativar a Salmonella Enteritidis foram analisadas. Os resultados indicaram que todos os tratamentos testados, EDTA, lactato de sódio e cereína 8A, sozinhos e em combinação, causaram uma redução significativa nos valores de OD600 em culturas de S. Enteritidis. A combinação de cerein 8A acrescido EDTA 100 mol l-1 resultou em um tratamento mais eficaz para reduzir o número de células viáveis de S. enteritidis. A microscopia de eletrônica de transmissão revelou paredes de células danificadas e perda de materiais protoplasmáticos nas células tratadas. As células de S. enteritidis tratadas com 8A cereína sozinha mostraram pequenos poros e o tratamento não afetou a maioria das células. Quando o agente quelante EDTA foi adicionado, as células mostraram-se mais danificadas. As lesões na parede celular tornaram-se mais intensas com a combinação de cereína 8A acrescida de EDTA, inclusive demonstrando uma notável perda do material intracelular, como observado nos resultados dos tratamentos com EDTA 50 e 100 mmol l-1 mais cereína 8A. A última etapa deste estudo investigou o particionamento da cereína 8A em dois sistemas de extração líquido-líquido, um com Triton X-114 e outro PEG com sais inorgânicos, que são considerados promissores para fins de bioseparação e depuração. Os resultados indicaram que cereína 8A particiona preferencialmente na fase rica em micela no sistema com Triton X-114 na concentração de 4 % e sua atividade antimicrobiana foi preservado. Em ATPS, os melhores resultados foram relativos ao coeficiente de partição obtidos com PEG e sulfato de amônio, quando o cloreto de sódio foi adicionado, o valor do Kb aumentou significativamente e mostrou o melhor rendimento de recuperação quando comparado com o sistema micelar. A purificação convencional resulta em um fator de purificação superior, mas em uma recuperação menor em comparação com métodos de particionamento. Estes resultados representam um importante passo no sentido de desenvolver um método de separação para cereína 8A e de um modo mais geral, para outras biomoléculas de interesse. / The bacteriocin cerein 8A, produced by a strain of B. cereus 8A, isolated from soil of south of Brazil with potential application against food spoilage and pathogenic bacteria.At the first phase of the study, the kinetics of thermal inactivation was studied for the bacteriocin cerein 8A. Samples of cerein 8A were treated at different time-temperature combinations in the range of 0-30 min and 70-82°C and the thermodynamic and kinetic parameters for bacteriocin inactivation were calculated. Results showed that inactivation followed a first-order reaction with k-values between 0.059 and 0.235 min-1. D- and k-values decreased and increased, respectively, with increasing temperature, indicating a faster bacteriocin inactivation at higher temperatures. Results suggest that cerein 8A is a relatively thermostable bacteriocin with a z-value of 21.98 °C and Ea of 105.7 kJ mol-1. In a second time, the ability of chelators EDTA and sodium lactate on different concentrations and cerein 8A (3200 UA/ml-1) to inhibit and inactivate Salmonella Enteritidis was investigated. The results indicated that all treatments tested, namely EDTA, sodium lactate and cerein 8A, alone and in combination, caused a significant reduction in the OD600 values of S. Enteritidis cultures. The addition of bacteriocin plus EDTA resulted in higher inhibition in comparison with the bacteriocin alone; the greater the concentration of EDTA, the greater the inhibitory effect. Transmission electron microscopy showed damaged cell walls and loss of protoplasmic material in treated cells. The cells of S. Enteritidis treated with cerein 8A alone showed small pores and the treatment does not affect the majority of cells. When the chelating agent EDTA was added the cells appeared more damaged. The injuries in cell wall become more marked with the combination of EDTA plus cerein 8A, including noticeable discharge of intracellular material, as shown for treatments with 50 and 100 mmol l- 1EDTA plus cerein 8A. The last step of this study investigated the partitioning of cerein 8A in two liquid–liquid extraction systems that are considered promising for bioseparation and purification purposes. In aqueous two phase micellar systems Triton X-114 was chosen as the as phase-forming surfactant. Aqueous two-phase systems were prepared of PEG and inorganic salts and the addition of sodium chloride was investigated in this system. Results indicated that cerein 8A partitions preferentially to the micelle rich-phase in the system with 4% Triton X-114 concentration and its antimicrobial activity was preserved. In ATPS, the best results concerning to the partition coefficients (Kb) were obtained with PEG + ammonium sulphate, when sodium chloride was added the value of Kb increase significantly and showed the best recovery yield when compared with micellar systems. The conventional purification results a higher purification fold, but a minor recovery in comparison with partitioning methods. The successful implementation of this peptide partitioning, from a suspension containing other compounds, represents an important step towards developing a separation method for cerein 8A, and more generally, for other biomolecules of interest.