Orientador: Paulo Mazzafera / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-12T20:42:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cesarino_Igor_M.pdf: 984828 bytes, checksum: 754aac1bc4502a9d5eb3102a955408d0 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Uma grande quantidade de genes que codificam flavina monooxigenases (Flavin containing monooxygenases - FMOs) é encontrada em genomas vegetais, embora poucas funções biológicas tenham sido relacionadas com esse grupo de enzimas em plantas. Um importante papel desempenhado por FMOs é a conversão de triptamina em N-hidroxil niptamina, reação catalisada pelas proteínas YUCCA de Arabidopsis thaliana e que constitui o passo limitante da via de síntese de auxina a partir de triptofano. Proteínas similares às YUCCA foram descobertas e caracterizadas em outras espécies vegetais, como OsYUCCA em arroz. FLOOZY em petúnia, ToFZY em tomate e SPIl em milho, todas comprovadamente envolvidas na produção do hormônio citado. Análises da proteína recombinante CaFM08 de Coffea arabica revelou características similares às YUCCA, sugerindo que esta proteína de café é a primeira YUCCA-like descrita para esta espécie e, inclusive, para a família Rubiaceae. CaFM08 apresenta os mesmos motivos protéicos conservados entre FMOs vegetais, e particularmente entre proteínas YUCCA-like. O padrão de expressão espacial do gene que codifica CaFM08 indica possível relação com o desenvolvimento de raízes, folhas e flores de café. Apesar de grandes semelhanças com as proteínas YUCCA, a atividade de N-hidroxilação da triptamina não foi comprovada para CaFM08 recombinante in vitro. Uma análise minuciosa a respeito da funcionalidade de CaFM08 produzida em E. coli deve ser feita antes de descartar a participação desta proteína na síntese de auxina. / Abstract: A large number of genes coding flavin-containing monooxygenases (FMOs) is found in plant genomes, although only few biological functions have been related with these enzymes in plants. An important role for FMOs is the conversion of tryptamine in N-hydroxyl triptamine, catalyzed by the YUCCA protein family in Arabidopsis thaliana. These proteins perform "the rate-limiting step in tryptophan-dependent auxin biosynthesis. Similar YUCCA proteins were discovered and characterized in other plant species, like OsYUCCA in rice, FLOOZY in petunia, ToFZY in tomato and SPIl in maize. All of them are shown to be involved in auxin synthesis. Analysis of the recombinant CaFM08 from Colfea Arabica showed features similar to YUCCA proteins, suggesting that CaFM08 is the first described YUCCA-like protein from coffee and, indeed, from the entire Rubiaceae family. CaFM08 has the same conserved motifs found in other plant FMOs and particulary conserved in YUCCA like proteins. The spatial expression pattern from the CaFM08 coding gene suggests a probable role in the development of roots, leaves and flowers. Although very similar to YUCCA proteins, the CaFM08-mediated convertion of tryptamine in N-hydroxyl tryptamine has not been confirmed in vitro. A further analysis of CaFM08 functionality should address the relation of CaFM08 to auxin production. / Mestrado / Mestre em Biologia Vegetal

Solos apresentam hidrocarbonetos gasosos em quantidades variáveis e acredita-se que as formações de reservatórios de óleo podem ser detectáveis indiretamente utilizando-se bactérias no solo capazes de degradá-los. O presente estudo teve como objetivo caracterizar comunidades microbianas envolvidas com o metabolismo desses hidrocarbonetos. As amostras de solo Np (área não petrolífera) e Solo P (área petrolífera) foram analisadas através da construção de bibliotecas do gene RNAr 16S de bactérias e arquéias e de genes catabólicos que codificam enzimas monooxigenases solúveis (SDIMO). As comunidades apresentaram estrutura diferente em relação aos grupos de bactérias e arqueias e análise dos genes catabólicos indicou maior riqueza e diversidade no solo P. A maior parte do clones se mostrou filogeneticamente mais próxima de sequências de enzimas de bactérias não cultivadas proveniente de amostras ambientais. Análises de cromatografia gasosa realizadas logo após a coleta detectaram maiores níveis de metano no solo P e maiores níveis de etano e propano no solo Np. A técnica de PCR quantitativo (Real Time PCR) mostrou um número maior de cópias do rRNA 16S no solo Np, mas não foi eficiente em quantificar os genes degradadores de gases leves presentes no solo. / Gaseous hydrocarbons occur in sub-surface soil in highly variable amounts and oil reservoirs formations are supposed to be indirectly detectable through soil microbial populations capable of consuming it. The goal of the present work was to characterize microbial communities involved in short-chain alkane metabolism in soils in and off sedimentary basin areas (named P and Np soil, respectively). Three clone libraries were constructed for each sample, one 16S rRNA gene library for each of the Domains Bacteria and Archaea, and one for the catabolic gene coding for the soluble di-iron monooxygenase (SDIMO) enzyme. Bacterial and archaeal communities structures were different between the samples. Analysis of the catabolic genes presented higher values of richness and diversity in soil P. The sequences from soil samples were more closely related to each other than to reference sequences. Short-chain hydrocarbon measures performed just after samples were collected showed higher levels of methane and lower levels of ethane and propane in soil P in comparison to soil Np. A real-time PCR method was not successful in yielding the catabolic gene quantification suggesting that such genes occur in very low abundance in the soil samples under study.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / A hipóxia isquemia (HI) pré-natal é uma das principais causas de mortalidade e doenças neurológicas crônicas em neonatos, que podem apresentar déficits remanentes como: retardamento, paralisia cerebral, dificuldade de aprendizado ou epilepsia. Estes prejuízos, provavelmente, estão relacionados com o atraso no desenvolvimento neural, astrogliose e com a perda de neurônios e oligodendrócitos. Déficits funcionais e cognitivos estão associados à degeneração de vias dopaminérgicas e de estruturas hipocampais. A enzima tirosina hidroxilase (TH) é a enzima limitante na síntese de dopamina e seus níveis são alterados em eventos de HI. O óxido nítrico (NO) é um gás difusível que atua modulando diferentes sistemas, participando de eventos como plasticidade sináptica e neuromodulação no sistema nervoso central e é produzido em grandes quantidades em eventos de injúria e inflamação, como é o caso da HI. O presente estudo teve por objetivos avaliar, utilizando o modelo criado por Robinson e colaboradores em 2005, os efeitos da HI sobre o comportamento motor e avaliar o desenvolvimento de estruturas encefálicas relacionadas a este comportamento como a substância negra (SN) e o complexo hipocampal. A HI foi induzida a partir do clampeamento das artérias uterinas da rata grávida, por 45 minutos no décimo oitavo dia de gestação (grupo HI). Em um grupo de fêmeas a cirurgia foi realizada, mas não houve clampeamento das artérias (grupo SHAM). A avaliação do comportamento motor foi realizada com os testes ROTAROD e de campo aberto em animais de 45 dias. Os encéfalos foram processados histologicamente nas idades de P9, P16, P23 e P90, sendo então realizada imunohistoquímica para TH e histoquímica para NADPH diaforase (NADPH-d), para avaliação do NO. Nossos resultados demonstraram redução da imunorreatividade para a TH em corpos celulares na SN aos 16 dias no grupo HI e aumento na imunorreatividade das fibras na parte reticulada aos 23 dias, com a presença de corpos celulares imunorreativos nesta região no grupo HI. Demonstramos também aumento do número de células marcadas para NADPH-d no giro dentado nos animais HI, nas idades analisadas, assim como aumento na intensidade de reação no corno de Ammon (CA1 e CA3) aos 9 dias no grupo HI, e posterior redução nesta marcação aos 23 e 90dias neste mesmo grupo. Nos testes comportamentais, observamos diminuição da atividade motora no grupo HI com uma melhora do desempenho ao longo dos testes no ROTAROD, sem entretanto atingir o mesmo nível do grupo SHAM. Os animais HI não apresentaram maior nível de ansiedade em relação ao grupo SHAM, descartando a hipótese das alterações observadas nos testes de motricidade estarem relacionadas a fatores ansiogênicos. O modelo de clampeamento das artérias uterinas da fêmea se mostrou uma ferramenta importante no estudo das alterações decorrentes do evento de HI pré-natal, por produzir diversos resultados que são similares aos ocorridos em neonatos que passam por este evento. / Perinatal hypoxia-ischemia (HI) is one of the major causes of mortality and chronic neurological diseases in newborns that can show permanent effects such as mental retardation, cerebral palsy, learning difficulty and epilepsy. It is probable that these impairs may be related to a delay in the neural development, astrogliosis and to the death of neurons and oligodendrocytes. Cognitive and functional deficits are related to degeneration of dopaminergic pathways and hippocampus. The enzyme tyrosine hydroxylase (TH) is a limiting step in the dopamine synthesis and its levels are impaired in HI insults. Nitric oxide (NO) is a diffusible gas that acts by modulating different systems and participates in several phenomena such as synaptic plasticity and neuromodulation in the central nervous system and is produced in higher levels in events of injury and inflamation as in the case of HI. This study aimed to evaluate the effects of HI on the motor behavior and to evaluate the development of brain structures related to this behavior as the substantia nigra (SN) and the hippocampal complex, using the model developed by Robinson and colleagues in 2005. HI was induced by clamping the uterine arteries of pregnant rats, for 45 minutes, on the eighteenth day of gestation (group HI). In a group of females, the surgery was performed, but no clamping of the arteries (group SHAM) was made. Assessment of motor behavior was performed with the ROTAROD test and open field test in animals of 45 days (P45) of age. The brains were processed histologically at ages P9, P16, P23 and P90, and then submitted to immunohistochemistry for TH and NADPH diaphorase (NADPH-d) histochemistry for evaluation of NOS. Our results demonstrated an apparent decrease in TH immunoreactivity in cell bodies in the SN at P16 in the HI group and an increase in immunoreactivity of the fibers in the SN pars reticulata at P23 with the presence of TH immunoreactive cell bodies at this same region in the HI group. We also showed an increase in the number of NADPH-d stained cells in the dentate gyrus in the HI group, at all ages, as also an increase in the intensity of staining in the Ammons horn (CA1 and CA3) at P9 in the HI group and, after that, a decrease in this staining at P23 and P90 in this same group. In the behavioral tests we observed a decrease in the motor activity in the HI group with a partial recovery all over the several sessions in the ROTAROD test, however this group did not reach the same performance as the SHAM group. HI animals did not show a higher level of anxiety when compared to SHAM animals, ruling out the hypothesis that anxiogenic factors may be impairing the results in the motor behavior tests. Our results showed that the model of uterine arteries clamping could be an important tool in the study of the effects of perinatal HI, by producing several consequences that are very similar to the effects observed in newborn children who suffered an HI event.

A metagenômica trouxe novas perspectivas ao estudo de comunidades microbianas no ambiente, permitindo explorar tanto a diversidade taxonômica de microrganismos ainda não-cultivados, como o acesso direto a genes e vias metabólicas. Neste trabalho, foram construídas bibliotecas metagenômicas a partir de amostras de sedimentos de mangue da Baía de Guanabara (RJ), impactadas com hidrocarbonetos de petróleo e metais pesados. Proteobacteria (33,3%), bactérias afiliadas a redutoras-de-sulfato (29,7%) e Firmicutes (20%) representaram os grupos principais nas amostras ambientais, baseado em análises filogenéticas de rDNA 16S, ao passo que isolamentos seletivos utilizando diesel e naftaleno permitiram a recuperação preferencial de delta-Proteobacteria e actinomicetos. Bibliotecas metagenômicas dos sedimentos enriquecidos com óleo diesel, com insertos entre 25 e 35 Kb clonados em fosmídeos, foram triadas para detecção de genes catabólicos de monoxigenases (alkB1) e expressão de epóxido-hidrolases, esterases, lipases e monoxigenases em ensaios de alto desempenho (HTS, high throughput screening). Clones reativos a alkB1 foram detectados, porém não foram funcionais nas condições de HTS testadas. Nas bibliotecas de fosmídeos triadas, vários clones apresentaram atividade enzimática, sendo que dois apresentaram atividade de lipase-esterase com alta seletividade, elevada taxa de conversão de substratos e excesso enantiomérico (ee >99%). Os resultados de HTS comprovaram a eficiência do uso da clonagem direta de DNA ambiental na expressão de vias metabólicas de interesse com potencial de aplicação biotecnológica. / Metagenomics brought a new perspective to the study of microbial communities in the environment, enabling access to the taxonomic diversity of uncultured microorganisms, as well as direct access to genes and metabolic pathways. In the current study, metagenomic libraries were constructed from mangrove sediment samples of the Guanabara Bay (RJ, Brazil), impacted with oil hydrocarbons and heavy metals. Proteobacteria (33.3%), sulfate-reducing affiliated bacteria (29.7%) and Firmicutes (20%) represented the main groups in the environmental samples based upon 16S rDNA phylogenetic analysis, whereas selective isolation using diesel and naphtalene yielded delta-Proteobacteria and actinomycetes. Metagenomic libraries of diesel-enriched sediment samples, with 25 to 35 Kb fosmid inserts, were screened for detecting monooxigenase genes (alkB1) and expression of epoxide hydrolases, esterases, lipases and monooxigenases in high throughput screening (HTS) assays. Clones reactive to the alkB1 probe were detected, but were not functional under the HTS conditions used. Several functional clones were detected in the clone library, and two showed lipase-esterase activity with high rates of substrate conversion and enantiomeric ratio (ee >99%). The results obtained on HTS showed the efficiency of the direct cloning of environmental DNA for the expression of metabolic pathways with potential biotechnological application.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / A hipóxia isquemia (HI) pré-natal é uma das principais causas de mortalidade e doenças neurológicas crônicas em neonatos, que podem apresentar déficits remanentes como: retardamento, paralisia cerebral, dificuldade de aprendizado ou epilepsia. Estes prejuízos, provavelmente, estão relacionados com o atraso no desenvolvimento neural, astrogliose e com a perda de neurônios e oligodendrócitos. Déficits funcionais e cognitivos estão associados à degeneração de vias dopaminérgicas e de estruturas hipocampais. A enzima tirosina hidroxilase (TH) é a enzima limitante na síntese de dopamina e seus níveis são alterados em eventos de HI. O óxido nítrico (NO) é um gás difusível que atua modulando diferentes sistemas, participando de eventos como plasticidade sináptica e neuromodulação no sistema nervoso central e é produzido em grandes quantidades em eventos de injúria e inflamação, como é o caso da HI. O presente estudo teve por objetivos avaliar, utilizando o modelo criado por Robinson e colaboradores em 2005, os efeitos da HI sobre o comportamento motor e avaliar o desenvolvimento de estruturas encefálicas relacionadas a este comportamento como a substância negra (SN) e o complexo hipocampal. A HI foi induzida a partir do clampeamento das artérias uterinas da rata grávida, por 45 minutos no décimo oitavo dia de gestação (grupo HI). Em um grupo de fêmeas a cirurgia foi realizada, mas não houve clampeamento das artérias (grupo SHAM). A avaliação do comportamento motor foi realizada com os testes ROTAROD e de campo aberto em animais de 45 dias. Os encéfalos foram processados histologicamente nas idades de P9, P16, P23 e P90, sendo então realizada imunohistoquímica para TH e histoquímica para NADPH diaforase (NADPH-d), para avaliação do NO. Nossos resultados demonstraram redução da imunorreatividade para a TH em corpos celulares na SN aos 16 dias no grupo HI e aumento na imunorreatividade das fibras na parte reticulada aos 23 dias, com a presença de corpos celulares imunorreativos nesta região no grupo HI. Demonstramos também aumento do número de células marcadas para NADPH-d no giro dentado nos animais HI, nas idades analisadas, assim como aumento na intensidade de reação no corno de Ammon (CA1 e CA3) aos 9 dias no grupo HI, e posterior redução nesta marcação aos 23 e 90dias neste mesmo grupo. Nos testes comportamentais, observamos diminuição da atividade motora no grupo HI com uma melhora do desempenho ao longo dos testes no ROTAROD, sem entretanto atingir o mesmo nível do grupo SHAM. Os animais HI não apresentaram maior nível de ansiedade em relação ao grupo SHAM, descartando a hipótese das alterações observadas nos testes de motricidade estarem relacionadas a fatores ansiogênicos. O modelo de clampeamento das artérias uterinas da fêmea se mostrou uma ferramenta importante no estudo das alterações decorrentes do evento de HI pré-natal, por produzir diversos resultados que são similares aos ocorridos em neonatos que passam por este evento. / Perinatal hypoxia-ischemia (HI) is one of the major causes of mortality and chronic neurological diseases in newborns that can show permanent effects such as mental retardation, cerebral palsy, learning difficulty and epilepsy. It is probable that these impairs may be related to a delay in the neural development, astrogliosis and to the death of neurons and oligodendrocytes. Cognitive and functional deficits are related to degeneration of dopaminergic pathways and hippocampus. The enzyme tyrosine hydroxylase (TH) is a limiting step in the dopamine synthesis and its levels are impaired in HI insults. Nitric oxide (NO) is a diffusible gas that acts by modulating different systems and participates in several phenomena such as synaptic plasticity and neuromodulation in the central nervous system and is produced in higher levels in events of injury and inflamation as in the case of HI. This study aimed to evaluate the effects of HI on the motor behavior and to evaluate the development of brain structures related to this behavior as the substantia nigra (SN) and the hippocampal complex, using the model developed by Robinson and colleagues in 2005. HI was induced by clamping the uterine arteries of pregnant rats, for 45 minutes, on the eighteenth day of gestation (group HI). In a group of females, the surgery was performed, but no clamping of the arteries (group SHAM) was made. Assessment of motor behavior was performed with the ROTAROD test and open field test in animals of 45 days (P45) of age. The brains were processed histologically at ages P9, P16, P23 and P90, and then submitted to immunohistochemistry for TH and NADPH diaphorase (NADPH-d) histochemistry for evaluation of NOS. Our results demonstrated an apparent decrease in TH immunoreactivity in cell bodies in the SN at P16 in the HI group and an increase in immunoreactivity of the fibers in the SN pars reticulata at P23 with the presence of TH immunoreactive cell bodies at this same region in the HI group. We also showed an increase in the number of NADPH-d stained cells in the dentate gyrus in the HI group, at all ages, as also an increase in the intensity of staining in the Ammons horn (CA1 and CA3) at P9 in the HI group and, after that, a decrease in this staining at P23 and P90 in this same group. In the behavioral tests we observed a decrease in the motor activity in the HI group with a partial recovery all over the several sessions in the ROTAROD test, however this group did not reach the same performance as the SHAM group. HI animals did not show a higher level of anxiety when compared to SHAM animals, ruling out the hypothesis that anxiogenic factors may be impairing the results in the motor behavior tests. Our results showed that the model of uterine arteries clamping could be an important tool in the study of the effects of perinatal HI, by producing several consequences that are very similar to the effects observed in newborn children who suffered an HI event.

Solos apresentam hidrocarbonetos gasosos em quantidades variáveis e acredita-se que as formações de reservatórios de óleo podem ser detectáveis indiretamente utilizando-se bactérias no solo capazes de degradá-los. O presente estudo teve como objetivo caracterizar comunidades microbianas envolvidas com o metabolismo desses hidrocarbonetos. As amostras de solo Np (área não petrolífera) e Solo P (área petrolífera) foram analisadas através da construção de bibliotecas do gene RNAr 16S de bactérias e arquéias e de genes catabólicos que codificam enzimas monooxigenases solúveis (SDIMO). As comunidades apresentaram estrutura diferente em relação aos grupos de bactérias e arqueias e análise dos genes catabólicos indicou maior riqueza e diversidade no solo P. A maior parte do clones se mostrou filogeneticamente mais próxima de sequências de enzimas de bactérias não cultivadas proveniente de amostras ambientais. Análises de cromatografia gasosa realizadas logo após a coleta detectaram maiores níveis de metano no solo P e maiores níveis de etano e propano no solo Np. A técnica de PCR quantitativo (Real Time PCR) mostrou um número maior de cópias do rRNA 16S no solo Np, mas não foi eficiente em quantificar os genes degradadores de gases leves presentes no solo. / Gaseous hydrocarbons occur in sub-surface soil in highly variable amounts and oil reservoirs formations are supposed to be indirectly detectable through soil microbial populations capable of consuming it. The goal of the present work was to characterize microbial communities involved in short-chain alkane metabolism in soils in and off sedimentary basin areas (named P and Np soil, respectively). Three clone libraries were constructed for each sample, one 16S rRNA gene library for each of the Domains Bacteria and Archaea, and one for the catabolic gene coding for the soluble di-iron monooxygenase (SDIMO) enzyme. Bacterial and archaeal communities structures were different between the samples. Analysis of the catabolic genes presented higher values of richness and diversity in soil P. The sequences from soil samples were more closely related to each other than to reference sequences. Short-chain hydrocarbon measures performed just after samples were collected showed higher levels of methane and lower levels of ethane and propane in soil P in comparison to soil Np. A real-time PCR method was not successful in yielding the catabolic gene quantification suggesting that such genes occur in very low abundance in the soil samples under study.

A metagenômica trouxe novas perspectivas ao estudo de comunidades microbianas no ambiente, permitindo explorar tanto a diversidade taxonômica de microrganismos ainda não-cultivados, como o acesso direto a genes e vias metabólicas. Neste trabalho, foram construídas bibliotecas metagenômicas a partir de amostras de sedimentos de mangue da Baía de Guanabara (RJ), impactadas com hidrocarbonetos de petróleo e metais pesados. Proteobacteria (33,3%), bactérias afiliadas a redutoras-de-sulfato (29,7%) e Firmicutes (20%) representaram os grupos principais nas amostras ambientais, baseado em análises filogenéticas de rDNA 16S, ao passo que isolamentos seletivos utilizando diesel e naftaleno permitiram a recuperação preferencial de delta-Proteobacteria e actinomicetos. Bibliotecas metagenômicas dos sedimentos enriquecidos com óleo diesel, com insertos entre 25 e 35 Kb clonados em fosmídeos, foram triadas para detecção de genes catabólicos de monoxigenases (alkB1) e expressão de epóxido-hidrolases, esterases, lipases e monoxigenases em ensaios de alto desempenho (HTS, high throughput screening). Clones reativos a alkB1 foram detectados, porém não foram funcionais nas condições de HTS testadas. Nas bibliotecas de fosmídeos triadas, vários clones apresentaram atividade enzimática, sendo que dois apresentaram atividade de lipase-esterase com alta seletividade, elevada taxa de conversão de substratos e excesso enantiomérico (ee >99%). Os resultados de HTS comprovaram a eficiência do uso da clonagem direta de DNA ambiental na expressão de vias metabólicas de interesse com potencial de aplicação biotecnológica. / Metagenomics brought a new perspective to the study of microbial communities in the environment, enabling access to the taxonomic diversity of uncultured microorganisms, as well as direct access to genes and metabolic pathways. In the current study, metagenomic libraries were constructed from mangrove sediment samples of the Guanabara Bay (RJ, Brazil), impacted with oil hydrocarbons and heavy metals. Proteobacteria (33.3%), sulfate-reducing affiliated bacteria (29.7%) and Firmicutes (20%) represented the main groups in the environmental samples based upon 16S rDNA phylogenetic analysis, whereas selective isolation using diesel and naphtalene yielded delta-Proteobacteria and actinomycetes. Metagenomic libraries of diesel-enriched sediment samples, with 25 to 35 Kb fosmid inserts, were screened for detecting monooxigenase genes (alkB1) and expression of epoxide hydrolases, esterases, lipases and monooxigenases in high throughput screening (HTS) assays. Clones reactive to the alkB1 probe were detected, but were not functional under the HTS conditions used. Several functional clones were detected in the clone library, and two showed lipase-esterase activity with high rates of substrate conversion and enantiomeric ratio (ee >99%). The results obtained on HTS showed the efficiency of the direct cloning of environmental DNA for the expression of metabolic pathways with potential biotechnological application.