Many cyanobacteria are reported to produce the nonprotein amino acid β-N-methylamino-L-alanine (BMAA). Cyanobacteria are extensively distributed in terrestrial and aquatic environments and recently BMAA was detected in temperate aquatic ecosystems, e.g. the Baltic Sea. Little is known about developmental effects of the mixed glutamate receptor agonist BMAA. Brain development requires an optimal level of glutamate receptor activity as the glutamatergic system modulates many vital neurodevelopmental processes. The aim of this thesis was to investigate the developmental neurotoxicity of BMAA, and its interaction with the pigment melanin. Autoradiography was utilized to determine the tissue distribution of 3H-labelled BMAA in experimental animals. Behavioral studies and histological techniques were used to study short and long-term changes in the brain following neonatal exposure to BMAA. Long-term changes in protein expression in the brain was also investigated using matrix-assisted laser desorption ionization (MALDI) imaging mass spectrometry (IMS). A notable targeting of 3H-BMAA to discrete brain regions e.g. hippocampus and striatum in mouse fetuses and neonates was determined by autoradiography. BMAA treatment of neonatal rats on postnatal days 9–10 induced acute but transient ataxia and hyperactivity. Postnatal exposure to BMAA also gave rise to reduced spatial learning and memory abilities in adulthood. Neonatal rat pups treated with BMAA at 600 mg/kg showed early neuronal cell death in the hippocampus, retrosplenial and cingulate cortices. In adulthood the CA1 region of the hippocampus displayed neuronal loss and astrogliosis. Lower doses of BMAA (50 and 200 mg/kg) caused impairments in learning and memory function without any acute or long-term morphological changes in the brain. The MALDI IMS studies, however, revealed changes in protein expression in the hippocampus and striatum suggesting more subtle effects on neurodevelopmental processes. The studies also showed that BMAA was bound and incorporated in melanin and neuromelanin, suggesting that pigmented tissues such as in the substantia nigra and eye may be sequestering BMAA. In conclusion, the findings in this thesis show that BMAA is a developmental neurotoxin in rodents. The risks posed by BMAA as a potential human neurotoxin merits further consideration, particularly if the proposed biomagnifications in the food chain are confirmed.

Submitted by Alison Vanceto (alison-vanceto@hotmail.com) on 2017-05-09T12:45:33Z No. of bitstreams: 1 DissCCTC.pdf: 2703284 bytes, checksum: d6c01b80e9f013e4e3f0004410ab32f9 (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (ronisp@ufscar.br) on 2017-05-10T19:05:03Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissCCTC.pdf: 2703284 bytes, checksum: d6c01b80e9f013e4e3f0004410ab32f9 (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (ronisp@ufscar.br) on 2017-05-10T19:05:10Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissCCTC.pdf: 2703284 bytes, checksum: d6c01b80e9f013e4e3f0004410ab32f9 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-05-10T19:26:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissCCTC.pdf: 2703284 bytes, checksum: d6c01b80e9f013e4e3f0004410ab32f9 (MD5) Previous issue date: 2016-03-29 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Supplementation with nonprotein nitrogen (NPN) has been widely used in ruminant feeding in diets of low quality forages. This is because these animals have a number of microorganisms in the rumen able to use ammonia for microbial protein production of excellent quality, ammonia is obtained through the action of urease enzyme on the nitrogenous products supplied in food, for example, urea. However, an excessive consumption of urea may result in poisoning by NH3. Thus, a controlled release of urea into the rumen is an essential aspect for ruminants feed, but few studies to control the release of urea in the rumen have been identified to date Thus this paper proposes obtaining nanocomposites montmorillonite and urea, formulated by the extrusion process, as a source of slow-release nonprotein nitrogen on the feed. The materials were characterized by diffraction of X-ray (XRD), scanning electron microscopy (SEM), thermal gravimetric analysis (TGA) and elemental analysis (CHN). Also was studied the behavior solubilization in an aqueous medium of urea present in the nanocomposites. Characterization results can be observed that the montmorillonite exfoliation suffered in all nanocomposites, urea served as montmorillonite dispersed phase in a matrix. The release results showed that the presence of MMT acts as a barrier to release of urea making all nanocomposites have slower release of urea compared to the pure material In order to assess the effect of the use of such nanocomposites as non-protein nitrogen supplement for sugarcane (bulky), was carried out in vitro digestibility test for dry matter, which simulates the food digestion conditions in the rumen. Different nanocomposite showed gain on the digestibility of sugar cane, which is considered low quality forage, especially for presenting low protein value and be difficult to digest. The nanocomposite MMT/Ur 1:4/HG 2% was the most effective in increasing the digestibility of the sugar cane. The gain on digestibility was not very significant for displaying nanocomposites release kinetics urea very slowly, suggesting that an ideal release rate is required, being synchronized with the power supply supplied from the carbohydrate in the diet. The pH remained within the optimal range for urease activity, the enzyme responsible for metabolizing urea to ammonia and also for maximum microbial synthesis. These results show that the development of nanostructures is a powerful tool for increasing the efficiency of conventional fodder, and can serve as a basis for further in vivo testing. / A suplementação com nitrogênio não proteico (NNP) vem sendo muito utilizada na alimentação de ruminantes em dietas com volumosos de baixa qualidade. Isto porque estes animais possuem uma série de microrganismos no rumem capazes de utilizar amônia (NH3) para produção de proteína microbiana de excelente qualidade. Essa amônia utilizada pode ser obtida através da ação da enzima urease sobre os produtos nitrogenados fornecidos na alimentação, como por exemplo, a ureia. No entanto, um consumo excessivo de ureia pode resultar em intoxicação por NH3. Assim, uma liberação controlada de ureia no rúmen é um aspecto essencial na alimentação de ruminantes, porém poucos estudos relacionados ao controle da liberação de ureia no rúmen foram identificados até o momento. Com isso esse trabalho propõe a obtenção de nanocompósitos de montmorilonita e ureia com ou sem a adição de compostos poliméricos (paraformaldeido e hidrogel), formulados pelo processo de extrusão, como fonte de liberação lenta de nitrogênio não proteico sobre a alimentação animal. Os materiais foram caracterizados por Difratometria de raios-X (DRX), Microscopia eletrônica de Varredura (MEV), Análise termogravimétrica (TG) e Análise elementar (CHN). Estudou-se também o comportamento de solubilização em meio aquoso da ureia presente nos nanocompósitos. Dos resultados de caracterização pode-se observar que a montmorillonita sofreu intercalação em todos os nanocompósitos, a ureia atuou como fase dispersa em uma matriz de montmorilonita. Os resultados de liberação mostraram que a presença da MMT atua como barreira na liberação de ureia fazendo com que todos os nanocompositos tenham liberação mais lenta de ureia em relação ao material puro. A fim de avaliar o efeito da utilização desses nanocompósitos como suplemento de nitrogênio não proteico para a cana de açúcar, realizou-se o teste de digestibilidade in vitro da matéria seca, para melhorar a digestibilidade da cana de açúcar. Diferentes nanocompósitos apresentaram ganho sobre a digestibilidade da cana de açúcar, que é considerada uma forragem de baixa qualidade, principalmente por apresentar baixo valor proteico e ser de difícil digestão. O nanocompósito MMT/Ur 1:4/HG foi o mais eficaz no aumento da digestibilidade da cana de açúcar. O incremento sobre a digestibilidade não foi muito expressivo para os nanocompósitos com liberação de ureia muito lenta, o que sugere que uma taxa de liberação ideal é necessária, esta idealidade estaria relacionada a sincronização de energia proveniente dos carboidratos ingeridos na dieta e a concentração de amônia disponível, uma vez que ambos são utilizados na síntese proteica e ambas influenciam na digestão dos alimentos. O valor de pH manteve-se dentro de uma faixa ideal para atividade da urease. Estes resultados mostram que o desenvolvimento de nanoestruturas é uma ferramenta poderosa para incrementar a eficiência de forragens convencionais, e pode servir como base para futuros ensaios in vivo.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Intoxication caused by Senecio sp is characterized by irreversible damage to liver cells and may be associated with oxidative stress. The aim of this study was to evaluate the effects of intoxication by Senecio sp on lipoperoxidation, antioxidant defenses, and the osmotic resistance of erythrocytes in cattle. Blood samples from 30 intoxicated animals (group 1) and 30 samples from healthy animals (group 2) were analyzed. The diagnosis of poisoning by Senecio sp was based on histopathologic lesions verified through hepatic biopsy. The following biochemical parameters of oxidative stress in the erythrocytes were determined: thiobarbituric acid-reactive substances (TBARS), copper zinc superoxide dismutase (CuZnSOD) activity, and nonprotein sulfhydryl (NPSH) groups. Erythrocyte osmotic fragility also was evaluated. TBARS concentration and CuZnSOD activity were significantly (P < .001) higher in group 1 when compared with group 2. The concentration of erythrocyte NPSH groups was significantly (P < .03) lower in group 1 when compared with group 2. Osmotic fragility was more pronounced in the erythrocytes of group 1 when compared with group 2 (P < .001). The results of this study indicate that poisoning by Senecio sp causes a increase in lipoperoxidation, oxidation of NPSH groups, and consequently, oxidative stress in bovine erythrocytes that may contribute to hemolysis. These findings may contribute to a better understanding of the mechanisms involved in cell damage in animals intoxicated by Senecio sp. / Intoxicação causada por Senecio sp é caracterizada por danos irreversíveis às células hepáticas e pode estar associada com estresse oxidativo. O objetivo deste estudo foi avaliar os efeitos da intoxicação por Senecio sp sobre a peroxidação lipídica, defesa antioxidante e resistência osmótica dos eritrócitos em bovinos. Amostras sanguíneas de 30 animais intoxicados (grupo 1) e 30 animais sadios (grupo 2) foram analisadas. O diagnóstico de intoxicação por Senecio sp foi baseado nas lesões histopatológicas verificadas através de biópsia hepática. Os seguintes parâmetros bioquímicos de estresse oxidativo nos eritrócitos foram determinados: substâncias reativas ao ácido tiobarbitúrico (TBARS), atividade da cobre-zinco superóxido dismutase (CuZnSOD) e grupamentos sulfidris nãoproteicos (NPSH).Fragilidade osmótica dos eritrócitos também foi avaliada. A concentração de TBARS e atividade da CuZnSOD foi significativamente maior (p<.001) no grupo 1 quando comparado com o grupo 2. A concentração dos grupamentos NPSH nos eritrócitos foi significativamente menor (p<.03) no grupo 1 quando comparado o grupo 2. A fragilidade osmótica foi maior nos eritrócitos do grupo 1 quando comparada com o grupo 2 (p<.001). O resultado deste estudo indica que a intoxicação por Senecio sp causa um aumento na peroxidação lipídica, oxidação dos grupamentos NPSH, e consequentemente, estresse oxidativo nos eritrócitos de bovinos que pode contribuir para a hemólise. Estes achados podem contribuir para o melhor entendimento dos mecanismos envolvidos no dano celular em animais intoxicados por Senecio sp.