L'ostéoarthrose (OA) est la forme la plus commune d’arthrite et son étiologie demeure encore méconnue. Les travaux du Dr Moreau et son équipe ont permis de mettre en évidence une quasi perte d’expression du facteur de transcription Pitx1 dans les chondrocytes OA et la protéine PHB-1 a été identifiée comme étant membre d’un complexe répresseur pouvant lier le promoteur de Pitx1. Le but de la présente étude était de confirmer l’accumulation anormale de PHB-1 dans le noyau des chondrocytes OA, tel que suggéré par des données préliminaires, et d’identifier les mécanismes impliqués dans son import ou rétention au noyau. Pour ce faire, un volet mécanistique utilisant les lignées C28/I2 et U2OS fut combiné à l’étude clinique des chondrocytes articulaires de patients OA et de sujets sains. Les résultats de cette étude démontrent que chez 55 pourcent des patients OA, la Prohibitine s’accumule dans le noyau des chondrocytes articulaires et que cette accumulation corrèle avec une augmentation de la sumoylation totale dans le noyau des cellules OA. Le présent projet de recherche propose pour la première fois qu’une sumoylation accrue au sein des cellules OA pourrait être responsable de l’accumulation nucléaire de PHB-1, médiée par sa liaison aux protéines SUMO-1 via un domaine de liaison aux SUMOs (SBM) localisé aux résidus 76 à 79 de PHB-1. Les résultats de cette étude ont aussi permis de mettre en évidence que dans les chondrocytes OA, les protéines SUMO-1 et SUMO-2/3 s’accumulent dans des corps nucléaires de type PML, suggérant un recrutement de protéines interagissant avec les SUMOs au sein de ces structures dans les cellules OA. Nous sommes persuadés que cette étude générera des retombées importantes non seulement au niveau fondamental pour la compréhension des mécanismes moléculaires liés à la biologie des chondrocytes articulaires, mais aussi au niveau du développement d’outils génétiques permettant le dépistage de l’arthrose à un stade précoce. / Despite intensive efforts, the aetiology of Osteoarthritis (OA) remains elusive, however, genetic factors have been found to be strong determinants of the disease. Recent studies in Dr. Moreau’s lab have demonstrated an aberrant nuclear accumulation of PHB-1, a ubiquitous protein implicated in multiple cellular processes, in human OA articular chondrocytes. Moreover, we have shown that PHB-1 is part of a repressor complex that binds to the promoter of Pitx1 transcription factor, through the recognition of an E2F-like binding site which could contribute to OA onset. The role of Pitx1 and PHB-1 in OA pathogenesis is not clear, the goal of this study was to characterize PHB-1 nuclear accumulation in OA chondrocytes and to determine the molecular mechanisms by which PHB-1 accumulates in the nucleus of OA chondrocytes. In our studies we used U2Os and C28/I2 as well as human chondrocytes obtained from OA and control patients. Our data confirmed that PHB-1 accumulates in the nucleus of about 55 percent of OA patients and that this accumulation correlates with an increased in sumoylation of the proteins in the nuclear fraction of OA chondrocytes. Present findings suggest that increased sumoylation could trigger PHB-1 nuclear accumulation through binding of PHB-1 to a sumoylated protein via a SUMO interacting motif (SBM) mapped to residus 76 to 79 of PHB-1. Moreover, these results demonstrate that sumoylated proteins accumulate in PML nuclear bodies in the nucleus of OA chondrocytes, suggesting the recruitment of SUMO-interacting proteins in PML bodies of arthritic chondrocytes. Further studies are needed to identify the potential sumoylated proteins which are interacting with PHB1.

L'ostéoarthrose (OA) est la forme la plus commune d’arthrite et son étiologie demeure encore méconnue. Les travaux du Dr Moreau et son équipe ont permis de mettre en évidence une quasi perte d’expression du facteur de transcription Pitx1 dans les chondrocytes OA et la protéine PHB-1 a été identifiée comme étant membre d’un complexe répresseur pouvant lier le promoteur de Pitx1. Le but de la présente étude était de confirmer l’accumulation anormale de PHB-1 dans le noyau des chondrocytes OA, tel que suggéré par des données préliminaires, et d’identifier les mécanismes impliqués dans son import ou rétention au noyau. Pour ce faire, un volet mécanistique utilisant les lignées C28/I2 et U2OS fut combiné à l’étude clinique des chondrocytes articulaires de patients OA et de sujets sains. Les résultats de cette étude démontrent que chez 55 pourcent des patients OA, la Prohibitine s’accumule dans le noyau des chondrocytes articulaires et que cette accumulation corrèle avec une augmentation de la sumoylation totale dans le noyau des cellules OA. Le présent projet de recherche propose pour la première fois qu’une sumoylation accrue au sein des cellules OA pourrait être responsable de l’accumulation nucléaire de PHB-1, médiée par sa liaison aux protéines SUMO-1 via un domaine de liaison aux SUMOs (SBM) localisé aux résidus 76 à 79 de PHB-1. Les résultats de cette étude ont aussi permis de mettre en évidence que dans les chondrocytes OA, les protéines SUMO-1 et SUMO-2/3 s’accumulent dans des corps nucléaires de type PML, suggérant un recrutement de protéines interagissant avec les SUMOs au sein de ces structures dans les cellules OA. Nous sommes persuadés que cette étude générera des retombées importantes non seulement au niveau fondamental pour la compréhension des mécanismes moléculaires liés à la biologie des chondrocytes articulaires, mais aussi au niveau du développement d’outils génétiques permettant le dépistage de l’arthrose à un stade précoce. / Despite intensive efforts, the aetiology of Osteoarthritis (OA) remains elusive, however, genetic factors have been found to be strong determinants of the disease. Recent studies in Dr. Moreau’s lab have demonstrated an aberrant nuclear accumulation of PHB-1, a ubiquitous protein implicated in multiple cellular processes, in human OA articular chondrocytes. Moreover, we have shown that PHB-1 is part of a repressor complex that binds to the promoter of Pitx1 transcription factor, through the recognition of an E2F-like binding site which could contribute to OA onset. The role of Pitx1 and PHB-1 in OA pathogenesis is not clear, the goal of this study was to characterize PHB-1 nuclear accumulation in OA chondrocytes and to determine the molecular mechanisms by which PHB-1 accumulates in the nucleus of OA chondrocytes. In our studies we used U2Os and C28/I2 as well as human chondrocytes obtained from OA and control patients. Our data confirmed that PHB-1 accumulates in the nucleus of about 55 percent of OA patients and that this accumulation correlates with an increased in sumoylation of the proteins in the nuclear fraction of OA chondrocytes. Present findings suggest that increased sumoylation could trigger PHB-1 nuclear accumulation through binding of PHB-1 to a sumoylated protein via a SUMO interacting motif (SBM) mapped to residus 76 to 79 of PHB-1. Moreover, these results demonstrate that sumoylated proteins accumulate in PML nuclear bodies in the nucleus of OA chondrocytes, suggesting the recruitment of SUMO-interacting proteins in PML bodies of arthritic chondrocytes. Further studies are needed to identify the potential sumoylated proteins which are interacting with PHB1.

The aim of the master thesis was to study the effect of the accumulation of polyhydroxyalkanoates (PHA) for bacterial resistance to selected stress factors. In the theoretical part the selected stress factors, polyhydroxyalkanoates and the involvement of polyhydroxyalkanoates into stress response of bacteria were reviewed. In the experimental part we used bacteria Cupriavidus necator H16 and its mutant strain Cupriavidus necator H16/PHB-4 unable of polyhydroxybutyrate (PHB) accumulation. The resistance of above-mentioned bacterial strains against thermal and osmotic stress was tested. According to the results of the experiment, when the bacteria were exposed to three different concentrations of NaCl (50, 100 and 200 g/l) PHB accumulating strain showed a higer resistance to hyperosmotic stress than the strain unable of PHB accumulation. There was demonstrated with Raman spectroscopy that in the hyperosmotic environment induced crystallization of the intracellular PHB granules. Transmission electron microscopy indicated that strain Cupriavidus necator H16/PHB-4 is subject to plasmolysis during hyperosmotic stress. As a consequence the hyperosmomotic stress occurs to the aggregation intracellular PHB granules in strain Cupriavidus necator H16 but there is no plasmolysis or is much less intensive.

El uso de envases plásticos, constituidos por materiales poliméricos derivados del petróleo, se ha extendido en muchas aplicaciones debido a su disponibilidad a gran escala, bajo coste de producción, gran versatilidad y buenas propiedades barrera. Sin embargo, representan un importante impacto medioambiental y una fuente enorme de generación de residuos de difícil eliminación. Como respuesta a este problema se ha planteado la prevención de la contaminación ambiental mediante el uso de biopolímeros como el poli(ácido láctico), PLA. Tras el uso de estos productos, el PLA puede ser recuperado a través de procesos mecánicos (triturado-transformación térmica) o químicos (hidrólisis), o bien ser depositado junto con la materia orgánica para la formación de compost. Además de los estudios intensivos de la biodegradabilidad del PLA en condiciones de compostaje, la estabilidad térmica y el comportamiento durante la degradación térmica cobran importancia para la transformación, aplicación, y el reciclado térmico. La aplicación de la tecnología de pirólisis al tratamiento de residuos ha ganado aceptación en la industria. La pirólisis de residuos de PLA puede ser económica y medioambientalmente atractiva. Para estudiar los cambios estructurales de los materiales, la pirólisis es una técnica analítica mucho más sensible que las técnicas térmicas analíticas utilizadas comúnmente como termogravimetría (TGA), o calorimetría diferencial de barrido (DSC). La combinación de la pirólisis acoplada a cromatografía de gases y con el espectrómetro de masas (Py-GC-MS), resulta una herramienta ventajosa para la caracterización de polímeros. La pirolisis produce compuestos volátiles los cuales pueden ser identificados y también cuantificados. De esta manera, la Py-GC-MS resulta una técnica analítica muy útil para obtener información sobre las reacciones química de degradación de los polímeros inducidas por la temperatura, puede proporcionar información de la cinética de descomposición de los polímeros y de la composición de los productos obtenidos de la degradación térmica. El PLA es un bipoliéster obtenido de la polimerización del ácido láctico. Es un polímero termoplástico biodegradable, que puede obtenerse a partir de productos agrícolas simples como el maíz. En la actualidad el PLA se encuentra disponible en el mercado en aplicaciones prácticas como cubiertos, platos, tazas, tapas, bolsas, films, y aplicaciones de envasado de alimentos. El PLA ha cobrado especial interés debido su disponibilidad en el mercado, bajo coste, y su potencial para reemplazar a otros polímeros derivados del petróleo, como poliestireno o polietilentereftalato, utilizados en el envasado de alimentos. El PLA se reconoce como seguro en aplicaciones de envasado de alimentos, clasificado como GRAS (Generally Recognized As Safe) por la FDA. El uso de PLA se encuentra limitado debido a que presenta algunas restricciones en cuanto a sus propiedades barrera, mecánicas, y térmicas. En este sentido, la alta fragilidad del PLA limita tanto su capacidad de proceso como sus aplicaciones y una manera de mejorar el comportamiento mecánico del PLA es mediante la adición de plastificantes. No obstante, la adición de plastificante como modificadores del PLA se encuentra limitada por los requisitos de su aplicación final. Así, para el envasado de alimentos sólo se pueden añadir plastificantes no tóxicos y aprovados para el contacto con alimentos. Para modificar al PLA también se ha estudiado la mezcla con otros polimeros, en este sentido el Polihidroxibutirato (PHB), es capaz de aumentar la cristalinidad del PLA. El PHB es un polímero biodegradable, biocompatible, de regular cristalinidad y moderada resistencia mecánica, utilizado en varias aplicaciones, como por ejemplo, en la fabricación de envases plásticos biodegradables. Al obtenerse a partir de fuentes de carbono naturales renovables, como maíz representa un material biodegradable prometedor para reemplazar otros polímeros sintéticos. / Arrieta, MP. (2014). Films de PLA y PLA-PHB plastificados para su aplicación en envases de alimentos. Caracterización y análisis de los procesos de degradación [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/39338 / Premios Extraordinarios de tesis doctorales

Polyhydroxyalkanoates (PHAs) are polyesters, produced by many bacteria and some archaea. The most commonly characterised is polyhydroxybutyrate (PHB). Produced when nutrients are growth limiting and carbon available in excess, PHA serves as a carbon-energy storage material and forms generally spherical insoluble inclusions between 50-500nm in diameter in the cytoplasm. The key enzyme for PHA synthesis is the PHA synthase and this enzyme catalyses the polymerisation of (R)-3-hydroxy fatty acids into PHA. PHA synthase remains covalently attached to the growing polyester chain and is displayed on the surface of the PHA granule. Other proteins associated with PHA granules include depolymerases for mobilisation or degradation of granules, regulatory proteins and phasins, proteins that aid in PHA granule stability. PHA bio-beads displaying an IgG binding protein were produced and used to purify IgG from serum demonstrating that the PHA synthase can be engineered to display functional synthase fusion proteins at the PHA granule surface. Correctly folded eukaryotic proteins were also produced and displayed at the PHA granule surface as phasin fusion proteins. Multiple-functionality was also achievable by co-expression of various hybrid genes suggesting that this biotechnological bead production strategy might represent a versatile platform technology. The production of functional eukaryotic proteins at the PHA bead surface represents a novel in vivo matrix-assisted protein folding system. Protein engineering of PHA granule surface proteins provides a novel molecular tool for the display of antigens for FACS based analysis and offers promising possibilities in the development of future biotechnological production processes. Overall, the results obtained in this study strongly enhance the applied potential of these polyester beads in biotechnology and medicine.

Submitted by Emanuel Varela Cardoso (emanuel.varela@ufcg.edu.br) on 2018-06-14T20:08:14Z No. of bitstreams: 1 TATIARA GOMES DE ALMEIDA – DISSERTAÇÃO (PPG-CEMat) 2015.pdf: 3847734 bytes, checksum: 33a29fced4bd93aef9e1714ea5787ad1 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-06-14T20:08:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TATIARA GOMES DE ALMEIDA – DISSERTAÇÃO (PPG-CEMat) 2015.pdf: 3847734 bytes, checksum: 33a29fced4bd93aef9e1714ea5787ad1 (MD5) Previous issue date: 2015-02-12 / Capes / O efeito da incorporação, purificação e organofilização de uma carga mineral nanoparticulada (argila bentonítica), nas propriedades mecânicas, térmicas e morfológicas de sistemas PHB poli(3-hidroxibutirato)/bentonita com concentrações de argila variando de 1 a 3% em massa foi avaliado. As argilas bentoníticas nas suas formas natural, purificada por ultrassom e organofílica com sal Cetremide, foram caracterizadas por FTIR e DRX antes de serem incorporadas ao PHB. As composições obtidas foram caracterizadas por difração de raios X (DRX), calorimetria exploratória diferencial (DSC), análise dinâmico-mecânica (DMA), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e propriedades mecânicas. Os resultados mostraram que a purificação e organofilização da argila foram eficientes. A incorporação da argila organofílica ao PHB provocou um aumento no módulo de elasticidade e armazenamento. As resistências à tração e ao impacto diminuíram com a adição das nanocargas. As propriedades mecânicas dos compósitos foram significativamente afetadas pela exposição prolongada a temperaturas elevadas. Os resultados obtidos sugerem que a incorporação da argila organofílica ao PHB acelera o processo de degradação térmica da matriz. / The influence of addition, purification and organophilization of a nanoparticulate mineral filler (bentonite clay) on the mechanical, thermal and morphological properties of PHB (polyhydroxybutyrate)/bentonite with concentrations ranging from 1 to 3% w/w was investigated. Pristine, purificed (sonication) and organophilic (Cetremide) bentonite clays, were characterized by FTIR and XRD before being incorporated into the PHB. The compositions were characterized with X-ray diffraction (XRD), differential scanning calorimetry (DSC), dynamic mechanical analysis (DMA), scanning electron microscopy (SEM) and mechanical properties. Results showed that the purification and organophilization clay were effective. The incorporation of the organoclay to PHB caused an increase in tensile and storage modulus, while tensile and impact strength decreased with clay addition. Mechanical properties were significantly affected by prolonged exposure to elevated temperatures. Results suggest that the incorporation of the organoclay to PHB accelerates the thermal degradation of the polymer.

A procura por novos materiais que possam substituir parcial ou totalmente os derivados do petróleo, representa um desafio para os pesquisadores na área de ciências dos materiais. Dentro deste contexto, o desenvolvimento de materiais biodegradáveis surge como uma das opções viáveis. A introdução de biopolímeros ou aditivos naturais nas formulações de poliolefinas, utilizadas na indústria de embalagens, tem sido objeto de estudo de vários trabalhos de pesquisa. Acelerar a degradação desses materiais, de modo que a razão custo/benefício de sua produção seja favorável, é um dos objetivos desses estudos. Tem sido relatado que a adição de polidroxibutirato (PHB) à poliolefinas pode contribuir para acelerar a degradação desses materiais. Neste trabalho, misturas de polietileno (PEBD) e PHB foram preparadas em extrusora de rosca dupla, utilizando como carga, a torta de mamona, subproduto do biodiesel. Há um número muito escasso de trabalhos versando sobre a utilização da torta de mamona como aditivo na indústria de plásticos. Há, entretanto, necessidade de se encontrar maiores aplicações para esse resíduo, de forma a tornar a cadeia produtiva do biodiesel mais viável. A avaliação da biodegradação dos produtos obtidos é um dos objetivos específicos deste trabalho. A processabilidade dos materiais e as propriedades mecânicas foram avaliadas por meio dos ensaios convencionais prescritos pelas normas ASTM.. As metodologias de planejamento de experimentos: planejamento fatorial e modelagem de misturas foram utilizadas, respectivamente, para determinação das melhores condições de processamento e para avaliar o efeito da proporção dos componentes das misturas nas propriedades obtidas. O software Minitab foi usado com esta finalidade. A morfologia das misturas foi avaliada através de microscopia eletrônica de varredura (MEV). A biodegradação foi avaliada em solo simulado por diferentes períodos de tempo através de determinações de perda de massa das amostras. Os resultados obtidos demonstraram que a adição do PHB e da mamona ao PEBD levam a obtenção de propriedades superiores de flexão e ao aumento de Módulo de Young. A resistência à tração e as propriedades de impacto do PEBD se deterioraram com a adição do PHB, assim como com a adição da carga. As misturas ternárias com maior teor de PHB apresentaram biodegradação mais acentuada. A mistura com a composição polietileno, poli(3-hidroxibutirato) e torta de mamona ( 70%/20%/10%) sofreu degradação mais acelerada que as misturas binárias. Este fato sugere que a torta de mamona catalisa a degradação dos materiais, fato este que pode ser atribuído à morfologia da mistura ternária.

A procura por novos materiais que possam substituir parcial ou totalmente os derivados do petróleo, representa um desafio para os pesquisadores na área de ciências dos materiais. Dentro deste contexto, o desenvolvimento de materiais biodegradáveis surge como uma das opções viáveis. A introdução de biopolímeros ou aditivos naturais nas formulações de poliolefinas, utilizadas na indústria de embalagens, tem sido objeto de estudo de vários trabalhos de pesquisa. Acelerar a degradação desses materiais, de modo que a razão custo/benefício de sua produção seja favorável, é um dos objetivos desses estudos. Tem sido relatado que a adição de polidroxibutirato (PHB) à poliolefinas pode contribuir para acelerar a degradação desses materiais. Neste trabalho, misturas de polietileno (PEBD) e PHB foram preparadas em extrusora de rosca dupla, utilizando como carga, a torta de mamona, subproduto do biodiesel. Há um número muito escasso de trabalhos versando sobre a utilização da torta de mamona como aditivo na indústria de plásticos. Há, entretanto, necessidade de se encontrar maiores aplicações para esse resíduo, de forma a tornar a cadeia produtiva do biodiesel mais viável. A avaliação da biodegradação dos produtos obtidos é um dos objetivos específicos deste trabalho. A processabilidade dos materiais e as propriedades mecânicas foram avaliadas por meio dos ensaios convencionais prescritos pelas normas ASTM.. As metodologias de planejamento de experimentos: planejamento fatorial e modelagem de misturas foram utilizadas, respectivamente, para determinação das melhores condições de processamento e para avaliar o efeito da proporção dos componentes das misturas nas propriedades obtidas. O software Minitab foi usado com esta finalidade. A morfologia das misturas foi avaliada através de microscopia eletrônica de varredura (MEV). A biodegradação foi avaliada em solo simulado por diferentes períodos de tempo através de determinações de perda de massa das amostras. Os resultados obtidos demonstraram que a adição do PHB e da mamona ao PEBD levam a obtenção de propriedades superiores de flexão e ao aumento de Módulo de Young. A resistência à tração e as propriedades de impacto do PEBD se deterioraram com a adição do PHB, assim como com a adição da carga. As misturas ternárias com maior teor de PHB apresentaram biodegradação mais acentuada. A mistura com a composição polietileno, poli(3-hidroxibutirato) e torta de mamona ( 70%/20%/10%) sofreu degradação mais acelerada que as misturas binárias. Este fato sugere que a torta de mamona catalisa a degradação dos materiais, fato este que pode ser atribuído à morfologia da mistura ternária.

This diploma thesis deals with the study of the utilization of Raman spectroscopy and Raman tweezers for analysis and isolation of polyhydroxyalkanoates (PHA) producing bacteria. Using gas chromatography with FID detection, we determined the polyhydroxybutyrate (P(3HB)) content of the PHA biomass of bacterial strains Burkholderia cepacia, Halomonas halophila, Cupriavidus necator H16 and its mutant strain Cupriavidus necator H16/PHB-4 and Lactobacillus delbrueckii, which is not a producer of polyhydroxyalkanoates but this bactrea was selected as representative of Gram-positive bacteria. Subsequently, thanks to Raman microspectroscopy, Raman tweezers and FT-IR spectrometer in combination with Raman FT-module, we were able to confirm or disprove the presence of P(3HB) in bacteria. Furthermore, the thesis describes Cupriavidus necator H16, which is a model organism for the production of P(3HB), and his mutant strain Cupriavidus necator H16/PHB-4. The bacterial strain Cupriavidus necator H16 was cultivated in a production mineral medium of various nitrogen contents, while cultivation was also carried out in liquid Nutrient Broth. By this cultivation we were able to reach various P(3HB) content in bacterial biomass, the spectra were subsequently compared with the spectrum of the bacterial strain Cupriavidus necator H16/PHB-4. Raman spectroscopy is well used to characterize the composition of individual bacterial cells, is a fast, versatile, and virtually non-invasive tool for studying cells.

This diploma thesis deals with study of crystalline structure of polyhydroxybutyrate (PHB), which contains different types of additives for studying of their nucleation activity and which were prepared by mixing. It is about boronitrid (BN), sacharin, hydroxapatit, plasticizer Tegmer a tree types of talc. Crystal structure was analysed by differential scanning calorimetry and x-ray diffraction, supramolecular structure was observed by optical microscopy (polarized and confocal laser scanning). Nucleating activity was evaluated by isothermal and non-isothermal crystallization made on calorimeter and heated table of optical microscope. There is not influence of additives on crystallographic structure, but additives affects number and size of spherulites including crystal domains defects, which can have impact on final mechanical properties. BN and talcs react as nucleating agents, other additives during low and high cooling speeds (vc) inhibit nucleation and in middle cooling speeds are without effect. Nucleating activity is not evaluated by numerically, because decrease of crystallization temperature together with vc is not linear. Results of direct methods are based on picture analysis, which is great benefit for understanding of crystal behaviour of PHB.