Neste trabalho avaliou-se a influência de fontes de carbono (FC) e composições de meio definido no crescimento celular e na produção do polissacarídeo PS14. Em batelada, testou-se como FC glicose, sacarose e frutose em diferentes concentrações. Testou-se também meios com ausência dos aminoácidos asparagina, ácido aspártico, fenilalanina, serina, alanina, treonina, triptofano, lisina e tirosina, das vitaminas/cofatores ácido fólico, piridoxamina, ácido p-aminobenzóico, <font face=\"Symbol\">b-NAD e riboflavina, além bem como da adição de maiores concentrações de aminoácidos identificados como importantes. Em cultivo contínuo foram avaliadas vazões específicas de alimentação (D) de 0,1h-1a 0,5h-1 e a influência das bases nitrogenadas. O meio com sacarose como FC, retirada dos aminoácidos e vitaminas citados e adição do dobro de glicina isoleucina, leucina, valina e o triplo de glutamina levou à maior produção de PS14 (441mg/L). Obteve-se a maior produtividade com D=0,4h-1e a maior quantidade de PS14 com adenina na concentração original no meio de cultura. / In this work we assessed the influence of different carbon sources (CS) and defined medium compositions on cell growth and polysaccharide PS14 production. In bath, glucose, sucrose and fructose were tested at different concentrations. Also, media were tested with absence of the amino acids: asparagine, aspartic acid, phenylalanine, serine, alanine, threonine, tryptophan, lysine, and tyrosine, and vitamins/cofactors: folic acid, pyridoxamine, p-aminobenzoic acid, riboflavin and <font face=\"Symbol\">b-NAD, besides the addition of higher concentration of amino acids identified as important. In continuous cultivation, dilution rates (D) from 0.1 h-1 to 0.5 h-1 were evaluated as well as the influence of nitrogenous bases. The medium containing sucrose as CS, absence of amino acids and vitamins and addition of twice glycine isoleucine, leucine, valine, and triple glutamine led to higher production of PS14 (441mg/L). D of 0.4 h-1 showed higher productivity and adenine in standard concentration produced greater amounts of PS14.

Neste trabalho avaliou-se a influência de fontes de carbono (FC) e composições de meio definido no crescimento celular e na produção do polissacarídeo PS14. Em batelada, testou-se como FC glicose, sacarose e frutose em diferentes concentrações. Testou-se também meios com ausência dos aminoácidos asparagina, ácido aspártico, fenilalanina, serina, alanina, treonina, triptofano, lisina e tirosina, das vitaminas/cofatores ácido fólico, piridoxamina, ácido p-aminobenzóico, <font face=\"Symbol\">b-NAD e riboflavina, além bem como da adição de maiores concentrações de aminoácidos identificados como importantes. Em cultivo contínuo foram avaliadas vazões específicas de alimentação (D) de 0,1h-1a 0,5h-1 e a influência das bases nitrogenadas. O meio com sacarose como FC, retirada dos aminoácidos e vitaminas citados e adição do dobro de glicina isoleucina, leucina, valina e o triplo de glutamina levou à maior produção de PS14 (441mg/L). Obteve-se a maior produtividade com D=0,4h-1e a maior quantidade de PS14 com adenina na concentração original no meio de cultura. / In this work we assessed the influence of different carbon sources (CS) and defined medium compositions on cell growth and polysaccharide PS14 production. In bath, glucose, sucrose and fructose were tested at different concentrations. Also, media were tested with absence of the amino acids: asparagine, aspartic acid, phenylalanine, serine, alanine, threonine, tryptophan, lysine, and tyrosine, and vitamins/cofactors: folic acid, pyridoxamine, p-aminobenzoic acid, riboflavin and <font face=\"Symbol\">b-NAD, besides the addition of higher concentration of amino acids identified as important. In continuous cultivation, dilution rates (D) from 0.1 h-1 to 0.5 h-1 were evaluated as well as the influence of nitrogenous bases. The medium containing sucrose as CS, absence of amino acids and vitamins and addition of twice glycine isoleucine, leucine, valine, and triple glutamine led to higher production of PS14 (441mg/L). D of 0.4 h-1 showed higher productivity and adenine in standard concentration produced greater amounts of PS14.

O polissacarídeo capsular (PS) é o principal fator de virulência do S. pneumoniae e é a base para sua classificação em sorotipos. O objetivo deste trabalho foi estudar o metabolismo de S. pneumoniae sorotipo 14 em cultivo contínuo e, para tanto, foi desenvolvido um ELISA de captura para quantificação do PS produzido (PS14) e a melhor cepa produtora foi escolhida. Em cultivos descontínuos em biorreator foram observados rendimentos semelhantes para crescimento e PS14 entre meio complexo e meio quimicamente definido. No entanto, diferenças no requerimento de vitaminas foram verificadas entre cultivos em frasco e biorreator, relacionadas à disponibilidade de O2. Em cultivos contínuos observou-se que: a produção de PS14 foi associada ao crescimento celular, a glicose foi o substrato com maior impacto sobre a produção de PS14 e os fatores de conversão sobre glicose e biomassa foram maiores sob limitação de glicose/colina/glutamina; o que permite concluir que estratégias de produção de PS14 devem focar na alta densidade celular e na condição de limitação de nutrientes. / The capsular polysaccharide (PS) is the most important virulence factor of S. pneumoniae and is also the basis for its classification in serotypes. This study aimed to evaluate the metabolism of S. pneumoniae serotype 14 in continuous cultivation. In order to do this, a Sandwich ELISA was developed to quantify the PS (PS14) produced and the best producer strain was selected. Similar growth and PS14 yields were observed in batch cultures conducted with complex and chemically defined media. Differences in vitamin requirements were verified in flask and batch cultivation, associated to O2 availability. In continuous cultivation, the PS14 production was associated to cell growth, the glucose was the substrate with more impact on PS14 production and in limitation of glucose/choline/glutamine the yield factors per glucose consumed and per biomass produced increased. These results showed that to improve PS14 production is necessary to adopt strategies that focuses in high cell density in addition to conditions of substrate limitation.

Porphyromonas gingivalis é um dos principais organismos associados à periodontite crônica e apresenta intensa diversidade, que poderia refletir em sua virulência. A maioria dos estudos sobre a virulência de P. gingivalis foi realizada com cepas de referência, e pouco se conhece sobre este aspecto em isolados clínicos. A capacidade de indução de abscessos difusos em modelos animais experimentais parece estar associada a cepas capsuladas, enquanto a expressão de fímbrias e a capacidade de internalização em células epiteliais não fagocíticas, foram relacionadas à cepa não capsulada. Em P. gingivalis, o lócus de biossíntese do polissacarídeo capsular (BPC) apresenta características de ter sido adquirido por transferência horizontal de genes. O objetivo do presente estudo foi testar a hipótese de que a estrutura populacional de P. gingivalis relaciona-se com a variabilidade do lócus BPC e características fenotípicas como produção de cápsula e hidrofobicidade. Foram analisadas 28 cepas de P. gingivalis pertencentes aos 5 genótipos fimA quanto a, presença da cápsula por microscopia óptica, hidrofobicidade e detecção de genes do lócus BPC por PCR. A análise filogenética foi realizada por tipagem através de seqüenciamento de genes housekeeping (multilocus sequence typing, MLST). Dezesseis entre 28 amostras estudadas apresentaram cápsula, e não foram detectadas diferenças na hidrofobicidade dos isolados clínicos capsulados e não capsulados. O gene pg0106 foi detectado por PCR em 78% das amostras capsuladas e em 80% das amostras não capsuladas, enquanto pg0111 foi detectado em apenas 25% de amostras capsuladas. Apenas um isolado clínico e a amostra padrão W83 foram classificados como K1, por apresentarem o gene pg0118. Através do MLST foi possível identificar grande variabilidade entre as amostras de P.gingivalis. Foi observada relação entre STs e o tipo fimA ou hidrofobicidade, mas nenhum cluster foi associado à presença da cápsula ou aos genes do lócus de biossíntese do polissacarídeo capsular. Os dados indicam associação entre o lócus BPC e produção de cápsula, porém a diversidade deste lócus parece ser maior do que a relatada na literatura. O lócus BPC e a produção de cápsula não se relacionam com a origem filogenética da cepa, indicando a intensa recombinação que ocorre em P. gingivalis. / Porphyromonas gingivalis is one of main organisms associated with chronic periodontitis and is largely diverse, which could reflect in its virulence. Most studies on the virulence of P.gingivalis were performed with reference strains, and little is known about this aspect in clinical isolates. The ability to induce diffuse abscesses in experimental animal models seems to be associated with encapsulated strains, while expression of fimbriae and the ability to internalize into non phagocytic epithelial cells were related to noncapsulated strains. In P.gingivalis, the locus of biosynthesis of the capsular polysaccharide (GP) has characteristics of having been acquired by horizontal gene transfer. This study aimed to test the hypothesis that the structure population of P.gingivalis is related to the variability of the GPC locus and phenotypic characteristics such as capsule production and hydrophobicity. 28 P.gingivalis isolates representing fimA genotypes were screened for presence of capsule by light microscopy, hydrophobic properties and detection of genes in the GPC locus by PCR. The phylogenetic analysis was performed by sequencing of housekeeping genes typing (multilocus sequence typing, MLST). Sixteen of 28 studied samples had capsule, and there were no differences in the hydrophobic properties of capsulated and non capsulated clinical isolates. The pg0106 gene was detected by PCR in 78% of capsulated isolates and in 80% of not capsulated while pg011 was detected in only 25% of encapsulated isolates. One clinical isolate and reference strain W83 were classified as K1, due to the presence of pg0118 gene. MLST detected large variations within the P.gingivalis population. MLST clustering analysis revealed a relation between sequence type (STs) and fimA genotype or hydrophobic property, but there was no association of STs with the presence of capsule or the genes encoding for the biosynthesis of capsular polysaccharide. The data indicated an association between GPC locus and capsule production but the diversity of this locus appeared to be greater than that reported in the literature. The GPC locus and capsule production were not related to the phylogenetic origin of the strain, indicating intense recombination in P. gingivalis.

O polissacarídeo capsular (PS) é o principal fator de virulência do S. pneumoniae e é a base para sua classificação em sorotipos. O objetivo deste trabalho foi estudar o metabolismo de S. pneumoniae sorotipo 14 em cultivo contínuo e, para tanto, foi desenvolvido um ELISA de captura para quantificação do PS produzido (PS14) e a melhor cepa produtora foi escolhida. Em cultivos descontínuos em biorreator foram observados rendimentos semelhantes para crescimento e PS14 entre meio complexo e meio quimicamente definido. No entanto, diferenças no requerimento de vitaminas foram verificadas entre cultivos em frasco e biorreator, relacionadas à disponibilidade de O2. Em cultivos contínuos observou-se que: a produção de PS14 foi associada ao crescimento celular, a glicose foi o substrato com maior impacto sobre a produção de PS14 e os fatores de conversão sobre glicose e biomassa foram maiores sob limitação de glicose/colina/glutamina; o que permite concluir que estratégias de produção de PS14 devem focar na alta densidade celular e na condição de limitação de nutrientes. / The capsular polysaccharide (PS) is the most important virulence factor of S. pneumoniae and is also the basis for its classification in serotypes. This study aimed to evaluate the metabolism of S. pneumoniae serotype 14 in continuous cultivation. In order to do this, a Sandwich ELISA was developed to quantify the PS (PS14) produced and the best producer strain was selected. Similar growth and PS14 yields were observed in batch cultures conducted with complex and chemically defined media. Differences in vitamin requirements were verified in flask and batch cultivation, associated to O2 availability. In continuous cultivation, the PS14 production was associated to cell growth, the glucose was the substrate with more impact on PS14 production and in limitation of glucose/choline/glutamine the yield factors per glucose consumed and per biomass produced increased. These results showed that to improve PS14 production is necessary to adopt strategies that focuses in high cell density in addition to conditions of substrate limitation.

Porphyromonas gingivalis é um dos principais organismos associados à periodontite crônica e apresenta intensa diversidade, que poderia refletir em sua virulência. A maioria dos estudos sobre a virulência de P. gingivalis foi realizada com cepas de referência, e pouco se conhece sobre este aspecto em isolados clínicos. A capacidade de indução de abscessos difusos em modelos animais experimentais parece estar associada a cepas capsuladas, enquanto a expressão de fímbrias e a capacidade de internalização em células epiteliais não fagocíticas, foram relacionadas à cepa não capsulada. Em P. gingivalis, o lócus de biossíntese do polissacarídeo capsular (BPC) apresenta características de ter sido adquirido por transferência horizontal de genes. O objetivo do presente estudo foi testar a hipótese de que a estrutura populacional de P. gingivalis relaciona-se com a variabilidade do lócus BPC e características fenotípicas como produção de cápsula e hidrofobicidade. Foram analisadas 28 cepas de P. gingivalis pertencentes aos 5 genótipos fimA quanto a, presença da cápsula por microscopia óptica, hidrofobicidade e detecção de genes do lócus BPC por PCR. A análise filogenética foi realizada por tipagem através de seqüenciamento de genes housekeeping (multilocus sequence typing, MLST). Dezesseis entre 28 amostras estudadas apresentaram cápsula, e não foram detectadas diferenças na hidrofobicidade dos isolados clínicos capsulados e não capsulados. O gene pg0106 foi detectado por PCR em 78% das amostras capsuladas e em 80% das amostras não capsuladas, enquanto pg0111 foi detectado em apenas 25% de amostras capsuladas. Apenas um isolado clínico e a amostra padrão W83 foram classificados como K1, por apresentarem o gene pg0118. Através do MLST foi possível identificar grande variabilidade entre as amostras de P.gingivalis. Foi observada relação entre STs e o tipo fimA ou hidrofobicidade, mas nenhum cluster foi associado à presença da cápsula ou aos genes do lócus de biossíntese do polissacarídeo capsular. Os dados indicam associação entre o lócus BPC e produção de cápsula, porém a diversidade deste lócus parece ser maior do que a relatada na literatura. O lócus BPC e a produção de cápsula não se relacionam com a origem filogenética da cepa, indicando a intensa recombinação que ocorre em P. gingivalis. / Porphyromonas gingivalis is one of main organisms associated with chronic periodontitis and is largely diverse, which could reflect in its virulence. Most studies on the virulence of P.gingivalis were performed with reference strains, and little is known about this aspect in clinical isolates. The ability to induce diffuse abscesses in experimental animal models seems to be associated with encapsulated strains, while expression of fimbriae and the ability to internalize into non phagocytic epithelial cells were related to noncapsulated strains. In P.gingivalis, the locus of biosynthesis of the capsular polysaccharide (GP) has characteristics of having been acquired by horizontal gene transfer. This study aimed to test the hypothesis that the structure population of P.gingivalis is related to the variability of the GPC locus and phenotypic characteristics such as capsule production and hydrophobicity. 28 P.gingivalis isolates representing fimA genotypes were screened for presence of capsule by light microscopy, hydrophobic properties and detection of genes in the GPC locus by PCR. The phylogenetic analysis was performed by sequencing of housekeeping genes typing (multilocus sequence typing, MLST). Sixteen of 28 studied samples had capsule, and there were no differences in the hydrophobic properties of capsulated and non capsulated clinical isolates. The pg0106 gene was detected by PCR in 78% of capsulated isolates and in 80% of not capsulated while pg011 was detected in only 25% of encapsulated isolates. One clinical isolate and reference strain W83 were classified as K1, due to the presence of pg0118 gene. MLST detected large variations within the P.gingivalis population. MLST clustering analysis revealed a relation between sequence type (STs) and fimA genotype or hydrophobic property, but there was no association of STs with the presence of capsule or the genes encoding for the biosynthesis of capsular polysaccharide. The data indicated an association between GPC locus and capsule production but the diversity of this locus appeared to be greater than that reported in the literature. The GPC locus and capsule production were not related to the phylogenetic origin of the strain, indicating intense recombination in P. gingivalis.

Haemophilus influenzae tipo b (Hib) é uma patógeno causador de doenças como meningite. O polissacarídeo capsular (PRP) é usado como antígeno vacinal. O alto custo da vacina provém da instabilidade do PRP. Este trabalho tem por finalidade otimizar o processo de produção do PRP. Primeiro, foi escolhido um modelo matemático para a descrição da cinética de Hib. Em seguida, foi realizado um desenho experimental para avaliar os efeitos de pH e temperatura sobre a cinética. Tanto a produtividade de PRP quanto sua massa molecular foram máximas em pH 7,1, porém em temperaturas mais altas a produtividade foi maior e a massa molecular menor. As condições otimizadas foram definidas como pH 7,1 e 30 °C. Nestas condições, a massa molecular foi cerca de 78 % maior que nas condições da literatura de 37°C e pH 7,5, com uma produção de PRP equivalente. Isto resultou em maior recuperação na primeira etapa de purificação, comprovando que a condição de cultivo otimizada pode contribuir em melhores rendimentos durante o processo e assim impactar na redução do custo final da vacina. / Haemophilus influenzae type b (Hib) is a pathogen responsible for deseases like meningitis. The capsular polysaccharide (PRP) is used as antigen in vaccines. The high cost of the vaccine is due to instability of PRP. The goal of this work is to optimize the production of PRP. First, a mathematical model was selected to describe Hib kinetics. Then, an experimental design was carried out to evaluate the effects of pH and temperature. Both PRP productivity and molecular mass were optimal in pH 7.1, but at higher temperature productivity increased and molecular mass decreased. The optimal conditions were set at pH 7.1 and 30 °C. In these conditions, the molecular mass was 78 % higher, with the same amount of PRP produced. This resulted in higher recovery at the first step of purification, ensuring that the improved conditions may contribute with processes efficiency and enable reduction of the final cost of the vaccine.

<p>An introduction to bacterial polysaccharides and the methods for structural determination are described in the first two parts of the thesis.</p><p>In a structural elucidation of bacterial polysaccharides NMR experiments are important as is component analysis. A short description of immunochemical methods such as enzyme immunoassays is included. Two NMR techniques used for interaction studies, trNOE and STD NMR, are also discussed. </p><p>The third part of the thesis discusses and summarizes the results from the included papers. The structures of the exopolysaccharides produced by two lactic acid bacteria are determined by one- and two dimensional NMR experiments. One is a heteropolysaccharide produced by <i>Streptococcus thermophilus</i> and the other a homopolysaccharide produced by <i>Propionibacterium freudenreichii</i>. The structure of an acidic polysaccharide from a marine bacterium with two serine residues in the repeating unit is also investigated. The structural and immunological relationship between two O-antigenic polysaccharides from <i>Escherichia coli</i> strain 180/C3 and O5 is discussed and investigated. Finally, interaction studies of an octasaccharide derived from the <i>Salmonella enteritidis</i> O-antigen and a bacteriophage are described which were performed with NMR experiments.</p>

An introduction to bacterial polysaccharides and the methods for structural determination are described in the first two parts of the thesis. In a structural elucidation of bacterial polysaccharides NMR experiments are important as is component analysis. A short description of immunochemical methods such as enzyme immunoassays is included. Two NMR techniques used for interaction studies, trNOE and STD NMR, are also discussed. The third part of the thesis discusses and summarizes the results from the included papers. The structures of the exopolysaccharides produced by two lactic acid bacteria are determined by one- and two dimensional NMR experiments. One is a heteropolysaccharide produced by Streptococcus thermophilus and the other a homopolysaccharide produced by Propionibacterium freudenreichii. The structure of an acidic polysaccharide from a marine bacterium with two serine residues in the repeating unit is also investigated. The structural and immunological relationship between two O-antigenic polysaccharides from Escherichia coli strain 180/C3 and O5 is discussed and investigated. Finally, interaction studies of an octasaccharide derived from the Salmonella enteritidis O-antigen and a bacteriophage are described which were performed with NMR experiments.

La réponse humorale aux antigènes (Ag) thymo-indépendants (TI) tels que les polysaccharides (PS) bactériens ne nécessite pas l’intervention des lymphocytes T mais requiert un dialogue entre lymphocytes B et cellules présentatrices d’Ag (APC). La singularité des Ag TI est qu’ils peuvent générer une réponse anticorps (Ac) in vivo en l’absence de signal danger exogène. Nous avons postulé que les PS bactériens sont capables d’induire un état de compétence des APC leur permettant d’exercer leur fonction auxiliaire vis à vis de la différenciation des lymphocytes B induite par les Ag TI. Notre travail a consisté, d’une part, à identifier la nature de l’APC et à documenter l’état de compétence des APC induit par un PS capsulaire d’une souche de pneumocoque (PS3). Nos résultats montrent que les macrophages et les cellules dendritiques peuvent tous deux exercer une fonction auxiliaire vis-à-vis de la réponse Ac aux Ag TI via la sécrétion de deux cytokines, BAFF et APRIL. Nos données montrent également que ce PS bactérien inhibe différentes réponses impliquant les cellules T (réponse humorale à un Ag thymo-dépendant, hypersensibilité retardée induite par un haptène fort). L’analyse phénotypique et fonctionnelle de cellules dendritiques exposées au PS3 nous conduit à proposer que le PS induit la différenciation des cellules dendritiques en cellules tolérogènes. L’ensemble de nos données suggèrent que l’état de compétence des APCs liée à leur fonction auxiliaire dans la réponse Ac aux Ag TI est équivalent à la fonction tolérogène, déjà documentée dans la littérature. Cette dualité des APCs induite par le PS (stimulatrices vis à vis de la réponse Ac, tolérogènes vis à vis des réponses cellulaires) pourrait jouer un rôle physiologique important au niveau de la muqueuse intestinale. / The humoral immune response against thymus-independent (TI) antigens (Ag) such as bacterial capsular polysaccharides (PS) does not require the help from T lymphocytes but needs a dialog between B cells and antigen presenting cells (APC). The particularity of TI Ag is their ability to generate an antibody response in vivo in the absence of exogenous danger signals. We have postulated that bacterial PS induce a competence status of the APC enabling them to act as auxiliary cells towards the B cells differentiation induced by TI Ag. In the present study, we have indentified the nature of the APC and explored the competence status induced by a capsular PS from S. pneumoniae (PS3). Our results show that both macrophages and dendritic cells (DC) can exert an auxiliary function towards the humoral response to TI Ag by secreting two major cytokines, BAFF and APRIL. We have also shown that bacterial PS suppress different responses involving T cells as humoral response to a thymus-dependent Ag and delayed hyper-sensitivity induced by a potent hapten. The phenotypical and functional analysis of DC exposed to PS3 led us to postulate that PS induces the differentiation of DC into tolerogenic cells. Altogether our findings suggest that the APC’s competence status enabling them to provide help to B cells against TI Ag is their tolerogenic function. This double function of the APC induced by PS (stimulatory towards antibody response and tolerogenic towards cellular responses) could be important in the intestinal mucosal sites.