L-asparaginase (EC 3.5.1.1), a therapeutic enzyme used in the treatment of childhood acute lymphoblastic leukemia (ALL). Hence, the goal of this work is study the expression and evaluation of hydrolysis activity of native sequence (X12746) encoding for L-asparaginase from Erwinia chrysanthemi NCPBB1125 in the popular expression system Pichia pastoris. The sequence of asn encoded for mature protein was expressed in P. pastoris SMD1168 and X33. SDS-PAGE analysis showed recombinant L-asparaginase was secreted efficiently. Stable and high hydrolysis activity of extracellular L-asparaginase in P. pastoris SMD1168 making it a potential candidate to produce recombinant protein. After purification, a specific band whose appearance approximately 45 kDa indicating the glycosylated protein with specific activity by 6.251 Umg-1 and about 3 folds purifications. / L-asparaginase (EC 3.5.1.1), một loại enzyme được sử dụng trong điều trị bệng ung thư bạch cầu mãn tính ở trẻ em. Mục tiêu của nghiên cứu này là biểu hiện và đánh giá hoạt tính thủy phân của L-asparaginase mã hóa bởi đoạn gene (X12746) tương ứng từ Erwinia chrysanthemi NCPBB1125 được biểu hiện trong nấm men Pichia pastoris. Gene đã được cắt signal peptide và biểu hiện trong P. pastoris SMD1168 and X33. Qua phân tích kết quả điện di SDS-PAGE của môi trường sau lên men, L-asparaginase tái tổ hợp được tìm thấy trong dịch ngoại bào của P. pastoris. Với khả năng sản xuất protein có hoạt tính cao hơn so với chủng P. pastoris X33, SMD1168 được lựa chọn để biểu hiện L-asparaginase tái tổ hợp. Sau khi tinh sạch, sự xuất hiện của một băng có kích khối lượng phân tử xấp xỉ 45 kDa trên điện di SDS-PAGE cho thấy protein tái tổ hợp đã bị glycosyl hóa với hoạt tính riêng 6.251 Umg-1 và đạt độ sạch 3.471 lần.

O fragmento de anticorpo scFv foi expresso pela levedura Pichia pastoris recombinante utilizando o promotor AOX1, em presença de metanol, como fonte de carbono e como modelo de expressão. Este anticorpo é considerado uma possível alternativa para o diagnóstico e tratamento da aterosclerose. Foi realizado um estudo inicial da produção do fragmento de anticorpo e do crescimento da levedura com dois bancos de trabalho diferentes, variando a fonte de carbono (glicose e glicerol). Os resultados obtidos demonstraram que as máximas concentrações celulares e a maior produção de anticorpo foram atingidas com o estoque de trabalho mantido com glicerol como fonte de carbono e de preservação. Posteriormente, foi realizado um estudo em shaker e biorreator a partir de um planejamento fatorial completo 23 em que se estudaram as variáveis tempo de indução (24, 28 e 32 horas), temperatura de indução (10, 20 e 30°C), e concentração de indutor (metanol 0,5, 1,0 e 1,5%) sobre a variável resposta produção do fragmento de anticorpo. A única variável que apresentou efeito estatisticamente significativo, com nível de confiança de 95%, foi a concentração de indutor para os dois sistemas de produção. As melhores produções de fragmento de anticorpo foram de 27,8 mg/L em shaker e de 41,3 mg/L em biorreactor. O terceiro estudo consistiu em avaliar a produção do fragmento de anticorpo em shaker pela levedura em distintas fontes de carbono (sacarose, glicerol, glicose e sacarose/glicose 50%). Neste estudo a analise de ANOVA não apresentou diferenças estatísticas significativas. Foi realizado um estudo para melhorar a quantificação do fragmento de anticorpo visando diminuir o número de etapas para evitar perdas no processo. Após obter um novo protocolo para a quantificação, realizou-se um novo estudo para avaliar a produção com as diferentes fontes de carbono. Com a analise dos resultados observou-se que todas as fontes de carbono apresentaram efeitos estatisticamente significativos, sendo que com a sacarose se obteve a maior produção com 93,7 mg/L do fragmento de anticorpo. Estes resultados foram comparados e analisados com observações realizadas ao microscópio da levedura, que demonstraram que a melhor produção de anticorpo foi obtida no momento que a levedura apresentava diâmetros menores que 0,895 µm. Seguidamente foi realizado um estudo para determinar fontes alternativas de carbono e nitrogênio (farelo de arroz e farelo de trigo) para produzir o fragmento de anticorpo, em substituição de subtratos como peptona de caseína e casaminoacidos, a maior produção obtida neste caso foi de 27,9 mg/L quando foi trocado o casaminoacidos pelo farelo de trigo. Finalmente foi avaliado o efeito do kLa no crescimento da levedura e a produção do fragmento de anticorpo scFv, os resultados demonstraram que a melhor condição para o crescimento da levedura foi com kLa 96,12 h-1, por outro lado a melhor condição para a produção do fragmento de anticorpo foi de 12,24 h-1 com relação a produção final de 8,12 mg/L de anticorpo/ g/L de célula. / The scFv antibody fragment was expressed in the recombinant yeast Pichia pastoris by using AOX1 promoter, in the presence of methanol, as carbon source and as a model for expression. This antibody is considered as a possible alternative for the diagnosis and treatment of atherosclerosis. An initial study was conducted in the production of the antibody fragment and the growth of yeast with two different work benches, varying the carbon source (glucose and glycerol). The results showed that the maximum cell concentrations, and the best production of antibody, were achieved with maintained working stock with glycerol as carbon source and preservation. Subsequently, a study was conducted in shaker and bioreactor, from a 23 complete factorial design, in which the variables studied were time induction (24, 28 and 32 hours), temperature induction (10, 20 and 30°C), and concentration of the inducer (methanol 0.5, 1.0 and 1.5%) on the response variable production of the antibody fragment. The only variable that had a statistically significant effect, with a confidence level of 95%, was the inducer concentration for the two production systems. The best yields of the antibody fragment were of 27.8 mg/L for the shaker and 41.3 mg/L for the bioreactor. The third study was to assess the production of antibody fragment into the shaker with the yeast at different carbon sources (sucrose, glycerol, glucose and sucrose/glucose 50%). In this study, the ANOVA analysis did not show statistically significant differences. We conducted planning to improve the quantification of antibody fragment in order to decrease the number of steps to avoid losses in the process. After getting a new protocol for the quantification, we carried out a new study to evaluate the production with different carbon sources. The analysis of the results showed that all carbon sources showed statistically significant effects, among which sucrose obtained the highest yield 93.7 mg/L of antibody fragment. These results were compared and analyzed through a microscope, in which with the observations of the yeast showed that the best antibody production was obtained when the yeast had sizes smaller than 0.895 microns. Next, a study was conducted to determine alternative sources of carbon and nitrogen (rice bran and wheat bran) to produce the antibody fragment in place of casein peptone and casaminoacids as substrates. The highest yield obtained in this case was 27.9 mg/L, when casamino was replaced by the wheat bran. Finally, we evaluated the effect of kLa in yeast growth and production of the antibody fragment scFv, the results showed that the best condition for the growth of the yeast was 96.12 h-1, on the other hand, the best condition for the production antibody fragment was 12.24 h-1 with a final relation yield of 8.12 mg/L antibody/g/L cell.

O fragmento de anticorpo scFv foi expresso pela levedura Pichia pastoris recombinante utilizando o promotor AOX1, em presença de metanol, como fonte de carbono e como modelo de expressão. Este anticorpo é considerado uma possível alternativa para o diagnóstico e tratamento da aterosclerose. Foi realizado um estudo inicial da produção do fragmento de anticorpo e do crescimento da levedura com dois bancos de trabalho diferentes, variando a fonte de carbono (glicose e glicerol). Os resultados obtidos demonstraram que as máximas concentrações celulares e a maior produção de anticorpo foram atingidas com o estoque de trabalho mantido com glicerol como fonte de carbono e de preservação. Posteriormente, foi realizado um estudo em shaker e biorreator a partir de um planejamento fatorial completo 23 em que se estudaram as variáveis tempo de indução (24, 28 e 32 horas), temperatura de indução (10, 20 e 30°C), e concentração de indutor (metanol 0,5, 1,0 e 1,5%) sobre a variável resposta produção do fragmento de anticorpo. A única variável que apresentou efeito estatisticamente significativo, com nível de confiança de 95%, foi a concentração de indutor para os dois sistemas de produção. As melhores produções de fragmento de anticorpo foram de 27,8 mg/L em shaker e de 41,3 mg/L em biorreactor. O terceiro estudo consistiu em avaliar a produção do fragmento de anticorpo em shaker pela levedura em distintas fontes de carbono (sacarose, glicerol, glicose e sacarose/glicose 50%). Neste estudo a analise de ANOVA não apresentou diferenças estatísticas significativas. Foi realizado um estudo para melhorar a quantificação do fragmento de anticorpo visando diminuir o número de etapas para evitar perdas no processo. Após obter um novo protocolo para a quantificação, realizou-se um novo estudo para avaliar a produção com as diferentes fontes de carbono. Com a analise dos resultados observou-se que todas as fontes de carbono apresentaram efeitos estatisticamente significativos, sendo que com a sacarose se obteve a maior produção com 93,7 mg/L do fragmento de anticorpo. Estes resultados foram comparados e analisados com observações realizadas ao microscópio da levedura, que demonstraram que a melhor produção de anticorpo foi obtida no momento que a levedura apresentava diâmetros menores que 0,895 µm. Seguidamente foi realizado um estudo para determinar fontes alternativas de carbono e nitrogênio (farelo de arroz e farelo de trigo) para produzir o fragmento de anticorpo, em substituição de subtratos como peptona de caseína e casaminoacidos, a maior produção obtida neste caso foi de 27,9 mg/L quando foi trocado o casaminoacidos pelo farelo de trigo. Finalmente foi avaliado o efeito do kLa no crescimento da levedura e a produção do fragmento de anticorpo scFv, os resultados demonstraram que a melhor condição para o crescimento da levedura foi com kLa 96,12 h-1, por outro lado a melhor condição para a produção do fragmento de anticorpo foi de 12,24 h-1 com relação a produção final de 8,12 mg/L de anticorpo/ g/L de célula. / The scFv antibody fragment was expressed in the recombinant yeast Pichia pastoris by using AOX1 promoter, in the presence of methanol, as carbon source and as a model for expression. This antibody is considered as a possible alternative for the diagnosis and treatment of atherosclerosis. An initial study was conducted in the production of the antibody fragment and the growth of yeast with two different work benches, varying the carbon source (glucose and glycerol). The results showed that the maximum cell concentrations, and the best production of antibody, were achieved with maintained working stock with glycerol as carbon source and preservation. Subsequently, a study was conducted in shaker and bioreactor, from a 23 complete factorial design, in which the variables studied were time induction (24, 28 and 32 hours), temperature induction (10, 20 and 30°C), and concentration of the inducer (methanol 0.5, 1.0 and 1.5%) on the response variable production of the antibody fragment. The only variable that had a statistically significant effect, with a confidence level of 95%, was the inducer concentration for the two production systems. The best yields of the antibody fragment were of 27.8 mg/L for the shaker and 41.3 mg/L for the bioreactor. The third study was to assess the production of antibody fragment into the shaker with the yeast at different carbon sources (sucrose, glycerol, glucose and sucrose/glucose 50%). In this study, the ANOVA analysis did not show statistically significant differences. We conducted planning to improve the quantification of antibody fragment in order to decrease the number of steps to avoid losses in the process. After getting a new protocol for the quantification, we carried out a new study to evaluate the production with different carbon sources. The analysis of the results showed that all carbon sources showed statistically significant effects, among which sucrose obtained the highest yield 93.7 mg/L of antibody fragment. These results were compared and analyzed through a microscope, in which with the observations of the yeast showed that the best antibody production was obtained when the yeast had sizes smaller than 0.895 microns. Next, a study was conducted to determine alternative sources of carbon and nitrogen (rice bran and wheat bran) to produce the antibody fragment in place of casein peptone and casaminoacids as substrates. The highest yield obtained in this case was 27.9 mg/L, when casamino was replaced by the wheat bran. Finally, we evaluated the effect of kLa in yeast growth and production of the antibody fragment scFv, the results showed that the best condition for the growth of the yeast was 96.12 h-1, on the other hand, the best condition for the production antibody fragment was 12.24 h-1 with a final relation yield of 8.12 mg/L antibody/g/L cell.

La phospholipase D (PLD) hydrolyse les phospholipides membranaires en libérant leur tête polaire afin de générer l'acide phosphatidique (PA), impliqué dans la signalisation cellulaire. Pour comprendre les propriétés biochimiques des PLDs, les travaux présentés ont été réalisés autour de deux axes. Le premier axe concerne l'expression recombinante et la purification de la PLDa d'Arabidopsis thaliana (AtPLDa) dans la levure Pichia pastoris. La détermination de la séquence N-terminale a révélé que l'AtPLDa est amputée de ses 35 premiers résidus, suggérant ainsi la participation d'un mécanisme de maturation. Cependant, la région N-terminale des PLDs de plantes est homologue au domaine C2, impliqué dans leur interaction Ca2+-dépendante avec la membrane. Afin d'évaluer l'impact d'un tel clivage, les domaines C2 de l'AtPLDa mais également de l'AtPLDß, à titre de comparaison, ont été étudiés sous leur forme entière ou mature. Ainsi, la caractérisation de leur affinité pour les phospholipides, associée à leur modélisation tridimensionnelle, ont permis de démontrer que les différences de régulation par le Ca2+, observées entre les formes entières et mature, provenait de la présence d'une hélice a amphipathique, retirée lors du processus de maturation. Le second axe concerne le développement d'une nouvelle méthode de mesure des activités PLD via le dosage de manière direct, spécifique et continu du PA grâce à la propriété d'amplification de fluorescence par chélation de la 8-hydroxyquinoléine, en présence de Ca2+. Ainsi, ce test apparait adapté pour le suivi de l'inhibition des PLDs et pour l'étude de leur spécificité de substrat, en utilisant des phospholipides naturels avec différentes tête polaires, et à l'échelle d'une microplaque / Phospholipase D (PLD) hydrolyses membrane phospholipids, leading to the formation of free polar headgroup and phosphatidic acid releasing, involved in cell signaling. To understand the biochemical properties of PLDs, this work has been made around two axes. The one first concerns the recombinant expression and purification of the PLDa of Arabidopsis thaliana (AtPLDa) in the yeast Pichia pastoris. The N-terminal sequence of the recombinant AtPLDa has been determined and found to lack its first 35 amino acids, suggesting the involvement of a maturing mechanism. However, plant PLDs exhibit a C2-lipid binding domain at their N-terminal region, which is involved in their Ca2+-dependent membrane targeting. Thus, to assess the impact of such a cleavage, whole and mature-like C2 domains of AtPLDa, as well as of AtPLDß, for the sake of comparison were studied. Thus, the characterization of their affinity for phospholipids, combined with their three-dimensional modeling have demonstrated that the differences observed in their regulation by Ca2+, observed between whole and mature-like forms, originated from the presence of a N-terminus amphipathic a helix, removed during the maturation process. The second axis concerns the development of a novel PLD assay that measure PA in a direct, specific and continuous manner, using the chelation enhanced fluorescence property of 8-hydroxyquinoline in the presence of Ca2+. Thus, this assay appears suitable for monitoring both the inhibition of PLDs as well as their substrate specificity, using natural phospholipids with different polar headgroups, and at a microplate scale

Intracellular protein sorting plays a key role in the regulation of cellular metabolism, gene expression, signal transduction and a number of other cellular processes. Proteins targeted to specific cellular compartments contain organelle-specific targeting sequences which interact with various components of the import machinery that are often evolutionarily conserved. For example, proteins targeted to peroxisomes interact with specific receptor proteins through unique peroxisomal targeting signals (PTS) which results in their import into peroxisomal matrix or insertion into peroxisomal membrane. Peroxisomal protein import has been studied in a number of species and several conserved PTS and receptor proteins have been identified. In our study, we report the unexpected finding that cytochrome c (cyt c), which lacks a canonical PTS, is targeted to peroxisomes of the methylotrophic yeast, Pichia pastoris. This is a unique feature of P. pastoris and is not observed in other yeast species such as the conventional yeast, Saccharomyces cerevisiae or other methylotrophic yeasts such as Hansenula polymorpha. Using S. cerevisiae cyc1 null mutant strain as a surrogate model, we demonstrate that P. pastoris cytochrome c (PpCyt c) is targeted to S. cerevisiae peroxisomes indicating that peroxisomal targeting is a unique and inherent property of PpCyt c and the machinery required for this is conserved in S. cerevisiae as well. We further demonstrate that Ppcyt c targeted to the fatty acid-induced peroxisomes of S. cerevisiae is a hemoprotein with covalently attached heme suggesting that PpCyt c synthesized in cytosol is first targeted to mitochondria where heme is added to the apoprotein by cytochrome c heme lyase and the holoprotein is then re-targeted to peroxisomes through an unknown mechanism. Proteins imported into peroxisomes carry specific peroxisomal targeting signals (PTS) known as PTS1 and PTS2. PTS1 is a tripeptide sequence (SKL) at the carboxy terminus of peroxisomal matrix proteins. To investigate whether the carboxy terminus of PpCyt c contain PTS1 or PTS1-like sequences, we made GFP fusion proteins with PpCyt c carboxy terminal amino acids (GFP-ATK, GFP-LAKATK) and examined their ability to localize to peroxisomes. Neither of these two proteins is targeted to peroxisomes indicating that PTS1-like sequences are not involved in peroxisomal targeting of Ppcyt c. Two receptors known as Pex5 and Pex7 are known to be involved in peroxisomal protein import and we therefore examined PpCyt c import into peroxisomes of P. pastoris strains lacking pex5 and pex7. Peroxisomal import of PpCyt c is abolished in pex5 but not pex7 mutant strain indicating that PpCyt c is imported into peroxisomes by a pex5-dependent but PTS1independent pathway. Since we observed significant amino acid differences between PpCyt c and S. cerevisiae cytochrome c (ScCyt c) in their carboxy-and amino-termini, we interchanged these amino acids between PpCyt c and ScCyt c and examined their subcellular localization. Such studies revealed that swapping the N-terminal or C-terminal amino acids of PpCyt c with those of S. cerevisaie cytochrome c (ScCyt c) abolishes peroxisomal localization of PpCyt c. Thus, both N-and C-terminal amino acids of PpCyt c are essential for its import into peroxisomes. Interestingly, in a number of fungal species, the N-and C-terminal amino acid sequences of cytochrome c are identical to those of PpCyt c indicating that peroxisomal targeting of cytochrome c may be observed in other yeast species as well. S. cerevisiae cells expressing PpCyt c exhibit several unique biochemical properties. S. cerevisiae cells expressing PpCyt c grow more rapidly than those expressing ScCyt c when cultured on media containing oleic acid as the sole carbon source and uptake of C-oleic acid from the medium as well as its assimilation into neutral lipids is quantitatively higher in the former. Surprisingly, the phenotype of S. cerevisiae cells expressing PpCyt c is dramatically altered such that the kinetics of growth on fatty acid containing media as well as lipid profile appear to be identical to those of P. pastoris rather than S. cerevisiae. Thus peroxisomal targeting of cytochrome c dramatically alters the kinetics of growth of S. cerevisiae cells in fatty acid containing media as well as the lipid metabolism raising several interesting questions on the molecular mechanisms involved in the alteration of phenotype of S. cerevisiae. It is likely that peroxisomal targeting of cytochrome c results in quantitative as well as qualitative changes in fatty acid metabolism and this opens up new vistas for the bioconversion of fatty acids into value-added lipid products by metabolic engineering. Based on these studies, we propose a new role for cytochrome c in peroxisomal fatty acid metabolism. Our study demonstrates that evolutionarily conserved proteins such as cytochrome c can acquire unique, species-specific functions that may be of great physiological significance to that organism.

Made available in DSpace on 2016-04-04T12:26:00Z (GMT). No. of bitstreams: 2 14.pdf: 930696 bytes, checksum: 4334fa07716ed0ea4227a0d296d9310c (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2015 / Fundação Oswaldo Cruz. Instituto de Tecnologia em Fármacos/Farmanguinhos. Rio de Janeiro, RJ, Brasil. / A asparaginase de origem bacteriana é o principal medicamento para o tratamento da leucemia linfoblástica aguda, um câncer que afeta principalmente as crianças. Apesar de efetivo, o medicamento causa sérias reações imunológicas por ser produzido por um procarioto. Atualmente, o medicamento existente no mercado brasileiro é importado, o que acarreta dependência tecnológica, alto custo na obtenção do medicamento e dificuldade de abastecimento. As asparaginase II de Saccharomyces cerevisiae codificada pelo gene ASP3 apresenta, por suas características, potencial para uso como medicamento antileucêmico. Em trabalhos anteriores, este gene foi clonado e expresso em altos níveis na levedura Pichia pastoris. O presente trabalho teve como objetivo caracterizar as propriedades físico-químicas e bioquímicas da asparaginase periplásmica recombinante produzida por P. pastoris, tendo sido avaliados as melhores condições de estocagem da enzima após ressuspensão, o efeito de alguns íons e de alguns compostos na atividade asparaginásica, a afinidade da asparaginase pelos substratos D e L-asparagina e L-glutamina e os seus parâmetros cinéticos. Observou-se que a ressuspensão da asparaginase de levedura em água destilada e mantida a 4 °C reteve em torno de 98% da atividade original após 96 horas, na presença de sorbitol 0,1 M, mostrando ser esta a melhor condição de estocagem. Os valores do Km e da Vmáx foram determinados, obtendo-se 2,461 ± 0,170mM e 0,090 ± 0,0017mM min-1, respectivamente. A asparaginase de P.pastoris recombinante apresentou maior afinidade pela D-asparagina, de forma semelhante à asparaginase nativa de S. cerevisiae; e baixa atividade glutaminásica, o que favorece a sua utilização como medicamento pelo menor risco de efeitos tóxicos. O EDTA não apresentou efeito negativo sobre a asparaginase de levedura, indicando não ser a mesma uma metaloenzima. A influência negativa de agentes redutores sobre a atividade enzimática indica a presença de pontes de enxofre na estrutura proteica. Os resultados obtidos são de extrema importância para a continuidade dos estudos da utilização da asparaginase de Pichia pastoris recombinante como agente antileucêmico. / Bacterial asparaginase is the main medicament for the treatment of acute lymphoblastic leukemia, a cancer that primarily affects children. Although effective, the medicine causes serious immunological reactions due to its prokaryotic origin. Currently, the existing drug in the Brazilian market is imported, which carries a technological dependence, high cost and supply difficulties. The asparaginase II of Saccharomyces cerevisiae encoded by the ASP3 gene, given its characteristics, has potential to be used as an antileukemic drug. In previous work, this gene was cloned and expressed at high levels in the yeast Pichia pastoris. The present work aimed to characterize the physicochemical and biochemical properties of the recombinant periplasmic asparaginase produced by P. pastoris, having been assessed the best enzyme storage conditions after resuspension, the effect of some ions and some compounds in asparaginasic activity, asparaginase affinity for yhe substrates D- and L-asparagine and Lglutamine and its kinetic parameters. It was observed that the yeast asparaginase resuspension in distilled water and kept at 4 °C retained about 98% of the original activity after 96 hours in the presence of 0.1 M sorbitol, showing this to be the best storage condition. The values of Km and Vmax were determined to be 2,461 ± 0,170mM e 0,090 ± 0,0017mM min-1, respectively. The recombinant asparaginase showed higher affinity for D-asparagine, similarly to the native S. cerevisiae asparaginase; and low glutaminasic activity, which favors its use as a medicine due to the lower risk of toxic effects. EDTA showed no negative effect on the yeast asparaginase, indicating that it is not a metalloenzyme. The negative influence of reducing agents on the enzymatic activity indicates the presence of sulfur bridges in the protein structure. These results are extremely important for the further studies on the use of the recombinant Pichia pastoris asparaginase as antileukemic agent.

Made available in DSpace on 2015-03-26T13:52:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1210492 bytes, checksum: 9b50652b8d6d51ccdb4063535bd8ec12 (MD5) Previous issue date: 2006-02-20 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Streptavidin has been exploited as affinity tag to isolate protein in biotinilated columns. Recombinant Pichia pastoris KM71/Stp strains containing the streptavidin core gene were cultured in fed-batch generating 150 g L-1 biomass. This biomass was achieved with a simpler and shorter process that has never been reported. The yeast was pre-cultured into 50 mL minimum medium with glycerol as only carbon source at 25ºC and 250 rpm. After 12 hours incubation, the culture was transferred to a bioreactor with 200 mL of the same initial A600 0,2. After 24 hours incubation the culture was fed-batch with glycerol and basal salts medium to reach 400 mL. The glycerol concentration of 2.0 moles. L-1 combined with a flow of 0.11 mL. min-1 and aeration by air injection dispersed with a porous stone and magnetic stirring of 500 rpm were the set of conditions to yield maximum biomass. The streptavidin concentration at the supernatant of the free cell culture at 96 hours, the maximum induction period, has achieved 4.0 g. L-1, reducing to 3.2 and 0.87 g. L-1 with two reutilizations. At the same time period the immobilized culture yield 75 %, 50 % and 80% less at the first, second and third culture utilization, respectively. The immobilization and recycling of recombinant P. pastoris biomass can prove to be a potential strategy to improve volumetric productivity. / Com o intuito de utilizar estreptavidina como alvo para isolar proteínas de interesse numa coluna biotinilada, P. pastoris KM71 recombinante contendo o gene do core da estreptavidina, foi cultivada em regime de batelada alimentada na fase de produção de biomassa, alcançando uma concentração de 150 g L-1. Essa biomassa foi alcançada com um novo protocolo, que além de reduzir os passos, introduziu um aparato simples, mas eficiente de dispersão de ar. Um reator com capacidade para 1 L, com 200 mL de meio mínimo com glicerol, foi inoculado com uma pré-cultura para uma A600 inicial de 0,2. Após 24 horas de incubação, a 25 ºC, 500 rpm e injeção e dispersão de ar através de pedra porosa, a alimentação foi iniciada com meio de sais basais e glicerol até atingir um volume de 400 mL. A concentração de 2,0 moles L-1 de glicerol e fluxo de 0,11 mL min-1 utilizados na alimentação, permitiram obter máxima biomassa. Na fase de indução de estreptavidina, foi estudada a reutilização da biomassa na produção de estreptavidina em duas condições: livres em suspensão e imobilizadas em partículas de alginato de cálcio. Em ambos os casos a proteína produzida apresentou-se biologicamente funcional, exibindo ligação esperada à biotina. A concentração de estreptavidina no sobrenadante da cultura de células livres no período de máxima indução (96 horas) atingiu 4,0 g L-1, reduzindo para 3,2 e 0,87 g L-1 respectivamente em duas reutilizações. Quando comparada às concentrações de estreptavidina obtidas pelas células livres em cada utilização, a imobilização resultou na produção de 75% na primeira utilização, 50% na segunda, mas alcançando quase 80% na terceira utilização. A imobilização e a reutilização da biomassa de P. pastoris recombinante ainda não haviam sido reportadas e a produção de estreptavidina nessas condições demonstrou ser uma técnica em potencial.

Made available in DSpace on 2014-07-29T15:16:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fernando Medeiros Bastos.pdf: 1326982 bytes, checksum: fa537bd70ed08e84642f9fc192266e56 (MD5) Previous issue date: 2008-05-30 / Endoxylanases are the main group of enzymes involved in the hydrolysis of xylan. This enzymes have application in industrial proposes, like as drink, food, feed, clothes industries and for bleaching cellulose paper pulps. In bread making the xylanases have been used to improve processing and product quality of loaf, leading soft dough and loaf with larger volume as well as an improved crumb structure. The xylanolitic enzymes produced by filamentous fungi constitute an enzymatic pool with distinct activities which make their use in industrial process more difficult, the obtainment of recombinant microorganisms constitutes a strategy to achieve suitable enzymes to industrial process. The thermophilic fungus Humicola grisea var. thermoidea has proved to be a good source of xylanolitic enzymes. The gene Hxyn2 from H. grisea codes a xylanase with 23 kDa that belongs to G/11 family of glycosil-hydrolases. Its cDNA was cloned in the vector pHILD2 and expressed in yeast Pichia pastoris under the control of the promoter AOX1. The transformants were chosen trough genetic stability and capacity to produce and secrete the enzyme HXYN2r into culture medium. The purified HXYN2r showed a high xylanolitic activity with an optimum temperature of 60 ºC and an optimum pH value of 6.5. The aim of this project was the production, purification and application of HXYN2r enzyme in bread making tests. The production in the optimized medium obtained 100 mg of active xylanase per liter of medium BMMY-U. This quantify of enzyme presented 40% of the total proteins in culture supernatants. The proteins of culture supernatants was concentrated by liofylization and fractionated by into a chromatographic column of gel filtration Sephacryl S-100. The purified xylanase presented specific activity of 2250 U/mg and the purification profit was 6.4%. The 23 kDa protein was confirmed by the activity on Zymogram assay. The pure xylanase was added at the rate of 45 and 90 U/Kg of wheat flour in the bread making tests. In this rates it was not observed any effect of xylanase in specific volume either in crumb structure. The HXYN2r enzyme was partially purified by a heat treatment (45 min at 60 °C) and was concentrated by liofylization and a yield of 17.9% was obtained. The partially purified HXYN2r was added at the rates of 500, 1500, 3000, 4500 and 6000 U/kg of wheat flour. The added xylanase improved the specific volume and the crumb structure, but any effect was observed in the moisture content of the loaf. The best result was the rise of 16.0 % in loaf specific volume with the dose of 3000 U/kg of wheat flour. This effect was similar to the obtained with a commercial xylanase added to the dough in equal dose. The results presented suggest that the xylanase from H. grisea can be used in bread making to improve specific volume. / As endoxilanases formam o principal grupo de enzimas hidrolíticas envolvidas na degradação da xilana. Estas enzimas têm vasta aplicação no setor industrial, como nas indústrias de bebidas, alimentícia, têxtil, de rações e de celulose (biobranqueamento). As xilanases têm sido empregadas na panificação para melhorar o processamento e a qualidade do pão, levando a obtenção de uma massa mais macia, pães com maior volume e com melhor estrutura de miolo. As enzimas xilanolíticas produzidas por fungos constituem um conjunto enzimático com atividades distintas, dificultando a sua utilização direta nos processos industriais. Uma estratégia utilizada atualmente se baseia na obtenção de microrganismos recombinantes que produzam enzimas com atividades específicas e adequadas aos diferentes processos industriais. O fungo termofílico Humicola grisea var. thermoidea tem sido uma boa fonte de enzimas xilanolíticas. O gene Hxyn2 deste fungo codifica uma endoxilanase de 23 kDa pertencente a família G/11 das glicosil hidrolases. Para a produção da enzima recombinante HXYN2r, o cDNA correspondente ao gene Hxyn2 (cDNA-xyn2) foi clonado no vetor pHILD2 e expresso na levedura P. pastoris sob o controle do promotor AOX1. Os transformantes foram selecionados quanto à estabilidade genética e capacidade de produzir e secretar a enzima HXYN2r ativa para o meio de cultura. A enzima HXYN2r purificada apresentou temperatura ótima a 60°C e pH ótimo de 6,5. O presente trabalho teve como objetivo a produção, purificação e aplicação da enzima HXYN2r em testes de panificação. A produção da enzima foi realizada em condições ótimas, obtendo 100 mg de proteína/L de meio BMMY-U (Meio de cultura complexo contendo metanol e uréia), sendo que a quantidade de enzima no meio de cultura representou 40% do total das proteínas secretadas. Para a purificação de HXYN2r, as proteínas do sobrenadante de cultura foram concentradas por liofilização e fracionadas por cromatografia de gel filtração S-100. A enzima purificada apresentou uma atividade específica de 2250 U/mg, com um rendimento de purificação de 6,4%. A proteína de aproximadamente 23 kDa foi confirmada pela presença de uma banda de xilanase no gel de zimograma. A enzima pura foi adicionada à massa para testes de panificação nas concentrações de 45 e 90 U /kg de farinha, nestas concentrações não foi observado alteração no volume específico dos pães e nem na estrutura do miolo. A enzima HXYN2r também foi parcialmente purificada por tratamento térmico (60 °C por 45 min) e concentrada por liofilização, obtendo um rendimento de 17,9 %. A enzima HXYN2r parcialmente purificada foi testada na panificação nas concentrações de 500, 1500, 3000, 4500 e 6000 U/Kg de farinha. A suplementação da xilanase aumentou o volume específico dos pães, melhorou a estrutura do miolo e não foi observada nenhuma alteração no conteúdo de umidade dos pães em relação ao pão controle. O melhor resultado apresentado foi o aumento de 16,0 % no volume específico dos pães suplementados com 3000 U de HXYN2r por quilo de farinha, resultado semelhante ao obtido com a adição de uma preparação enzimática comercial contendo xilanase nas mesmas concentrações. Os resultados apresentados sugerem que a xilanase do H. grisea pode ser usada na panificação para a melhoria do volume específico dos pães.

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Among the actinomycetes, bacteria of the genus Streptomyces in particular, have been studied due to their important role biotechnology. In the present study, we report the expression, purification and characterization of xylanase (XynBS27) recombinantly in yeast P. pastoris. To achieve high levels of production, the gene was designed and synthesized by optimizing codon usage for P. pastoris. The synthetic gene (xynBS27) was cloned into expression vector containing the AOXI promoter followed by integration into the yeast genome. The increased production of XynBS27 was after 96 h of induction, 2% methanol at 28 °C and 200 rpm (80 U/mL), the enzyme was purified in one chromatography step molecular exclusion obtained specific activity of 8525 U/ mg its highest activity at 75 °C and pH 6, it is thermostable and showed stability at pH 5, 6 and 7. The XynBS27 has a molecular mass of 19 kDa active in zymography. Many ions were tested Al3+, NH4+, Ba2+ and Mg2+ were inducers and Ag+ ions, Hg2+ and Cu2+ inhibited, the sulfides of Mn2+, Zn2+, Fe3+ and denaturing agents EDTA and SDS inhibited XynBS27. The enzyme is tolerant to high concentrations of glucose and xylose. The Km and Vmax values were 12.38 mg/mL, 13.679 mmol/(min.mL), respectively, Ki of 180 mM competitive inhibition. The use of the enzyme in baking has proved very promising in the evaluated parameters, volume, density, reducing sugar, stiffness, consistency, firmness and water retention. / As enzimas xilanolíticas são responsáveis pela hidrólise da xilana e podem ser produzidas por uma variedade de micro-organismos como bactérias e fungos. As bactérias produzem um eficiente sistema xilanolítico composto de endoxilanases, β-xilosidases, arabinofuranosidases, glucuronidases, acetil xilana esterase e ácido ferúlico esterase e tem sido alvo de diversos estudos sobre a produção e aplicação destas enzimas em processos biotecnológicos, como a hidrólise de diferentes substratos para obtenção de açúcares fermentáveis. Entre os actinomicetos, as bactérias do gênero Streptomyces em particular, têm sido estudadas devido ao seu importante papel biotecnológico. No presente estudo, é relatada a expressão do gene, purificação e caracterização da xilanase (XynBS27) recombinante pela levedura P. pastoris. Para alcançar altos níveis de produção, o gene foi desenhado e sintetizado, otimizando o códon usage para P. pastoris. O gene sintético (xynBS27) foi clonado em vetor de expressão contendo o promotor AOXI, seguindo-se da integração no genoma da levedura. A maior produção da XynBS27 foi obtida após 96 h de indução, 2% de metanol, à 28 ºC e 200 r.p.m. (80 U/mL), a enzima foi purificada por de cromatografia de exclusão molecular, apresentando atividade específica de 8525 U/mg, sua maior atividade foi a 75 ºC e pH 6, se mostrou termo estável e apresentou estabilidade em pH 5, 6 e 7. A XynBS27 apresenta massa molecular de 19 kDa é ativa em zimograma. Diversos íons foram testados, sendo o Al3+, NH4+, Ba2+ e o Mg2+ indutores e os íons Ag+, Hg2+ e Cu2+ inibidores, os sulfetos de Mn2+, Zn2+, Fe3+ e os agentes desnaturantes EDTA e SDS também inibiram a XynBS27. A enzima é tolerante à altas concentrações de glicose e xilose. Os valores de Km e Vmáx foram 12,38 mg/mL e 13,679 µmol/(min.mL), respectivamente em xilana, Ki de 180 mM de xilose, indicando inibição competitiva. A utilização da enzima na panificação mostrou-se muito promissora em relação aos parâmetros avaliados, volume, densidade, açúcar redutor, rigidez, consistência, firmeza e retenção de água.

Made available in DSpace on 2014-08-20T14:31:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 dissertacao_amanda_fernandes_pinheiro.pdf: 1197006 bytes, checksum: f76aeabc9ec7ff7c3ad7cdaa92c92c7f (MD5) Previous issue date: 2010-10-22 / The neosporosis is a disease caused by intracellular protozoa Neospora caninum, which is of great importance, especially in cattle, because it may cause abortion in infected animals, causing big economic losses for the cattle industry of many countries in the world. In the present study it was reported the expression, purification, and characterization of the protein NcSRS2 of N. caninum in the methylotrophic yeast Pichia pastoris. The gene ncsrs2 was cloned in the vector of expression pPICZαB, followed by the integration in the genome of yeast. The recombining protein NcSRS2 was shown in the supernatant of the culture, where later it was concentrated and purified. An indirect immunoenzymatic assay (ELISA) was developed, using seronegative and seropositive of cattle and sheep, naturally field-infected. It showed that the recombinant protein presented the antigenic characteristics of native protein, which allowed its recognition by the blood serum of different species of animals with neosporosis. The results were compared with the indirect immunofluorescence (IFI). The diagnosis test ELISA- NcSRS2 described in the present work is a specific and sensitive method for the detection of N. caninum in cattle and sheep. The results indicate that the recombinant protein produced in this work, can be used for the development of diagnosis methods with low-cost production, and in industrial scale, because they are necessary and important for the introduction of proper controlling measurements for this parasitosis in cattle flocks. / A neosporose é uma enfermidade causada pelo protozoário intracelular Neospora caninum esta é de grande importância principalmente em bovinos, pois pode ocasionar abortos nos animais infectados, causando grandes perdas econômicas para indústria pecuária de vários países do mundo. No presente estudo, foi relatada a expressão, purificação e a caracterização da proteína NcSRS2 de N. caninum na levedura metilotrófica Pichia pastoris. O gene ncsrs2 foi clonado no vetor de expressão pPICZαB seguindo de integração no genoma da levedura. A proteína recombinante NcSRS2 foi demonstrada no sobrenadante da cultura onde posteriormente foi concentrada e purificada. Um ensaio imunoenzimático indireto (ELISA) foi desenvolvido utilizando soros negativos e positivos de bovinos e ovinos naturalmente infectados a campo por N. caninum. Este demonstrou que a proteína recombinante apresentou as características antigênicas da proteína nativa o que permitiu o seu reconhecimento por soros de diferentes espécies de animais com neosporose. Os resultados foram comparados com a imunofluorescência indireta (IFI). O teste diagnóstico ELISA-NcSRS2 descrito no presente trabalho constitui um método específico e sensível para a detecção de N. caninum em bovinos e ovinos. Os resultados indicam que a proteína recombinante produzida neste trabalho pode ser utilizada para o desenvolvimento de métodos diagnósticos com menor custo de produção e em escala industrial, pois estes são necessários e importantes para a implantação de medidas de controle adequadas para esta parasitose nos rebanhos bovinos.