The aim of this work was to characterize a member of the Drosophila Idgf family. IDGF2 was expresed in Drosophila S2 cells and purified by affinity chromatography. Function of wild-type and mutant IDGF2 was compared.

L'objectif de cette thèse est de fournir aux réseaux satellitaires géostationnaires des outils d'amélioration de performances dans un contexte contraint, lié au support de communication qui présente une qualité variable. Les défis s'étendent de la couche d'accès au support (l'ordonnancement) à la couche transport (le comportement du TCP étant sensible au délai de propagation dans les réseaux géostationnaires). Nous faisons appel aux mécanismes cross-layer qui mettent en place des interactions entre entités protocolaires non adjacentes du modèle OSI offrant ainsi une adaptation immédiate au changement des conditions dans le réseau. Nous employons à ce but une technique cross-layer informant l'entité protocolaire TCP du débit disponible, permettant d'éviter des conséquences telles que la chute du débit et des pertes liées à la congestion des files d'attente. Nous mettons en oeuvre ce mécanisme au niveau d'un élément sensible du réseau géostationnaire, le proxy TCP. L'intérêt des techniques cross-layer a été mis en évidence au niveau de l'ordonnanceur présent au sein de la gateway d'un réseau DVB-S2/DVB-RCS. Ainsi, ils contribuent à la maximisation de la capacité du système, à l'assurance des contraintes de qualité de service, à l'équité de l'allocation de ressources, etc. Enfin, nous présentons une solution possible d'architecture cross-layer. Nous proposons des caractéristiques demandées pour une architecture cross-layer afin d'assurer l'évolutivité, la modularité et la co-existence avec l'architecture standard existante. / The main objective of this thesis is to provide tools of improving performance of geostationary satellite networks, operating in a constrained environment mainly due to the variable quality of radio links. There are protocol layers being challenged by such characteristics, such as the medium access protocol and the transport layer protocol (TCP behaviour is impacted by the long propagation delay in geostationary satellite networks). We employ cross-layer mechanisms implementing interaction between non-adjacent protocol layers defined by the OSI architecture aiming at providing a rapid adaptation to changes in network state. We provide a cross-layer technique informing TCP protocol of the available network rate, thus preventing consequences such as TCP rate drop or loss due to buffer overflow. This mechanism is to be implemented in a sensible network element, such as a TCP proxy. Data link layer scheduler can benefit from the advantages of employing cross-layer mechanisms, especially at the gateway of a DVB-S2/DVB-RCS satellite network. The improved scheduler allows an efficient use of network resources and helps insuring quality of services constraints, resource allocation fairness, etc. Finally, we propose a cross-layer architecture along with in-demand characteristics able to offer an inter-operability with the existing architecture, an easy up-grade and design.

Células animais são alvo de pesquisas visando sua utilização como plataforma para a expressão de proteínas recombinantes, desde vacinas veterinárias até fatores de coagulação para hemofílicos. Exemplos incluem células de inseto Drosophila melanogaster S2 e células de mamífero BHK-21, que vêm sendo estudadas visando a sua utilização para a produção da glicoproteína do vírus da raiva. Independentemente da estratégia de cultivo utilizada, altas concentrações celulares são em geral associadas a uma maior produção da proteína de interesse. O objetivo deste trabalho foi o de investigar estratégias que possibilitariam o cultivo de células animais em altas concentrações celulares. Células de inseto Drosophila melanogaster S2 produtoras da glicoproteína do vírus da raiva foram cultivadas em frascos agitados a 100 rpm e 28, em meio livre de soro SF 900 II suplementado com os aminoácidos asparagina, cisteína, prolina e serina. A adição dos quatro aminoácidos no meio de cultura refletiu em um aumento da concentração celular máxima (XV MÁX) em 16%. Cisteína, quando adicionada isoladamente no meio de cultura, refletiu em uma velocidade específica máxima de crescimento celular (MÁX) 56% maior. Nessa condição, o fator de conversão glicose a célula (YX/GLC) foi 47% maior, indicando um metabolismo de glicose mais eficiente na geração de células. Esses resultados indicam que cisteína é provavelmente substrato limitante do cultivo de células S2AcGPV em meio SF 900 II. Já células de mamífero BHK-21 (C13), adaptadas ao crescimento em suspensão, foram cultivadas em processo de perfusão, processo contínuo em que há retenção celular, o que permite alcançar concentrações celulares mais altas que processos em batelada ou em modo contínuo sem retenção celular. Foi utilizado um biorreator do tipo tanque agitado com 1,5 L de volume de trabalho e spin-filter interno, com poro de diâmetro igual a 10 m, acoplado ao eixo do impelidor. Durante o cultivo, o pH foi controlado em 7,2, a agitação em 80 rpm, a temperatura em 37 e o oxigênio dissolvido em 50% da saturação com o ar. A concentração celular máxima alcançou 15,7 x 106 céls mL-1, muito superior à do cultivo em batelada (aproximadamente 5 x 106 céls mL-1). A viabilidade celular foi superior a 90% durante os 48 dias de cultivo. Na fase batelada do cultivo em perfusão, as velocidades de consumo de glicose (qGLC) e de glutamina (qGLN) foram 84% e 32% maiores, respectivamente, em relação às velocidades observadas no cultivo em batelada. Analogamente, as velocidades de produção de lactato (qLAC) e de amônio (qNH4) foram 78% e 102% maiores, respectivamente. Ainda, o coeficiente de manutenção celular não foi desprezível, e o consumo de glicose associado à manutenção celular foi de 83%. Esses dados indicam que a presença do spin-filter interno pode estar associada a estresse celular. Na perfusão, a concentração celular foi cerca de 3 vezes maior do que no cultivo contínuo sem reciclo de células. Provou-se que é possível cultivar células BHK-21 adaptadas a crescimento em suspensão em altas concentrações celulares em escala laboratorial, utilizando biorreator de bancada e spin-filter interno como sistema de retenção celular. / Animal cells have been under research as a platform for the expression of recombinant proteins, ranging from veterinary vaccines to blood coagulation factors for treating hemophilia. Examples include insect Drosophila melanogaster S2 and hamster BHK-21 cells, currently being studied for the production of rabies virus glycoprotein. Regardless of the cultivation strategy, high cell concentrations are usually associated to a higher protein production. Thus, the aim of this research was to investigate animal cell cultivation strategies that would allow higher cell concentrations than those previously reported. Cells of Drosophila melanogaster S2 expressing the rabies virus glycoprotein (S2AcGPV) were cultivated in shake flasks at 100 rpm and 28 , in SF 900 II serum-free medium supplemented with the following amino acids: asparagine, cysteine, proline, and serine. The addition of the four amino acids to the medium increased the maximum cell concentration (XV MAX) in 16%. When only cysteine was added to the medium, the maximum specific growth rate (ÊMAX) was 56% higher. In this condition, the cell yield on glucose (YX/GLC) was 47% higher, indicating a more efficient glucose metabolism. These results show that cysteine is likely a limiting substrate of S2AcGPV cells growing in SF 900 II medium. In turn, baby hamster kidney cells (BHK-21/C13), adapted to growth in suspension culture, were cultivated in perfusion, a continuous process with cell retention that allows higher cell concentration than batch or continuous cultures without cell retention. A stirred tank bioreactor with a working volume of 1.5 L was used, with an internal spin-filter with 10 µm diameter pores attached to the impeller shaft. Temperature was controlled at 37 , pH at 7.2, agitation at 80 rpm and dissolved oxygen at 50% of air saturation. The maximum cell concentration reached 15.7 x 106 cells mL-1, much higher than the cell concentration achieved in a standard batch cultivation (5 x 106 cells mL-1). Cell viability was above 90% during the 48-day cultivation period. During the batch phase of the perfusion cultivation, specific rates of glucose (qGLC) and glutamine (qGLN) consumption were 84% and 32% higher, respectively, when compared to the batch cultivation. Similarly, the specific rates of lactate (qLAC) and ammonium (qNH4) formation were 78% and 102% higher, respectively. During perfusion, the cell maintenance coefficient was not negligible and represented 83% of total glucose consumption. These data indicate that the presence of an internal spin-filter may be associated to cell stress. In perfusion, cell concentration was about 3 times higher than that in continuous culture without cell recycle. In conclusion, it was proved that suspension-adapted BHK-21 cells can be cultivated in a laboratory-scale bioreactor with an internal spin-filter, in order to achieve high cell concentrations.

As células de Drosophila melanogaster (S2) têm sido utilizadas como sistemas de expressão de proteínas recombinantes. Neste trabalho foi utilizada uma linhagem S2 geneticamente modificada com vetores de expressão para a produção da glicoproteína do vírus da raiva (GPV). O principal objetivo deste trabalho foi avaliar o comportamento destas células cultivadas em processo contínuo, visando-se manter elevadas concentrações celulares. Para os ensaios contínuos, utilizou-se meio livre de soro fetal bovino SF 900 II em um reator Biostat B, com 500 mL de volume útil e controle de temperatura (28ºC), oxigênio dissolvido (30% da saturação com ar), frequência de agitação (90 rpm) e monitoramento do pH. Verificou-se o comportamento do metabolismo celular em diferentes vazões específicas de alimentação (0,8 dia-1, 0,5 dia-1 e 0,2 dia-1) através parâmetros como fatores de conversão e variáveis como concentração celular máxima, concentração residual de glicose e glutamina, dentre outras. Ainda, avaliou-se a influência de aminoácidos, tais como, glutamina, asparagina, prolina, serina e cisteína suplementados no meio de alimentação, sob a concentração celular alcançada no estado estacionário. Diferentes vazões específicas de alimentação - em estado estacionário - resultaram em concentrações celulares próximas entre si. A adição de glutamina (1,7 g/L) no meio de alimentação não contribuiu para o aumento na concentração celular, indicando que este aminoácido não limitou o processo de crescimento celular. Uma observação similar ocorreu quando o meio SF 900 II foi suplementado com asparagina, prolina, serina e cisteína. Porém, a adição de cisteína (0,3 g/L) isoladamente no meio de alimentação resultou em um aumento de 12% na concentração celular quando comparada ao meio SF 900 II puro. Assim, pode-se concluir que a cisteína limitava o crescimento celular. Verificou-se ainda que a célula não apresentou grande variabilidade nos diferentes ensaios, sob mesma vazão específica de alimentação. Isso indica que processo contínuo constituiria um método viável para a compreensão do metabolismo desta célula. / Drosophila melanogasters cells (S2) have been used as expression systems for recombinant proteins. This study uses a genetically modified S2 line with expression vectors for production of rabies virus glycoprotein (RVPG). The main objective was to evaluate the growth trend of S2 cells in a continuous process, aiming to maintain high cell concentrations. In order to set the continuous culture, the experiments used serum-free medium SF 900 II in a Biostat B reactor, with working volume of 500 mL and temperature controlled at 28 º C, dissolved oxygen at 30% air saturation, agitation speed at 90 rpm, and pH monitoring. Cellular metabolism behavior was observed under different dilution rates (0.8 day-1, 0.5 day-1, and 0.2 day-1) through parameters such as yield factors, in addition to variables such as maximum cell concentration, residual concentration of glucose and glutamine, among others. Yet, this work evaluates the influence of amino acids such as glutamine, asparagine, proline, serine and cysteine supplemented in the feed, over cellular concentration value reached in the steady state. Different dilution rates decreasing (under steady state) resulted in cell concentrations quite simillar. The addition of glutamine (1.7 g/L) in the feed did not contribute to the increase of cell concentration, which indicates that this amino acid did not limit cell growth process. A similar observation occurred when SF 900 II medium was supplemented with asparagine, proline, serine and cysteine. However, the cysteine addition (0.3 g/L) alone in the feed resulted in a 12% increase in cell concentration, compared to pure SF 900 II. Thus, it is possible to conclude that cysteine limited cell growth. It was also found that the cell did not show great variability in the various tests under the same dilution rate. This indicates that chemostat culture would be a viable method for understanding the metabolism of this cell.

Um die Rolle von Bx42 in der Regulation des Zellzyklus von Drosophila zu verstehen, habe ich die Auswirkungen der Expression von dominant negativen Bx42 Allel in Drosophila Augenimaginalscheiben untersucht, sowie die Auswirkungen der Bx42 Protein Abbau in Drosophila S2-Zellen mit Hilfe der RNA-Interferenz-Methode. In meiner Studie fand ich, dass die Expression von Bx42-SNW, einer abgeschnittenen dominant negative Version von Bx42, in den Augenimaginalscheiben zu kleinen und groben Augen führte. Analyse des Zellzyklus in den betroffenen Scheiben zeigte keine signifikanten Unterschiede in der Anzahl der S-Phase-Zellen, aber eine starke Reduktion der mitotischen Zellen und die Herunterregulation von Cyc A und B Cyc in dem normalen mitotischen aktiven SMW Bereich des Augenimaginalscheibes. Ziel dieser Studie war auch Faktoren zu finden, die den kleinen Augenphänotyp von Überexpression der negativen Form Bx42-SNW modifizieren können. Die definierten Modifikatoren waren E2F / Dp, Rb, Tribbles, Cdk1, Cyclin B3, EGFR, Dpp und Armadillo. Um weitere Einblicke in der Rolle des Bx42 in Proliferation, dsRNA-vermittelte Knockdown der Expression von Bx42 in S2-Zellen verwendet wurde. Zellen, die mit dsRNA behandelt wurden, zeigten eine signifikante Abnahme der Proliferationsraten im Vergleich zu kontrol dsRNA-OFP-Zellen. Zellzyklusanalyse zeigte, dass die Herunterregulation von Bx42 Zellpopulationen in der G1 und G2 Phasen verringerte, gleichzeitig S-Phasen-Zellen durch Zyklusarrest vermehrete, was führte zu einem Zustand, die Zellen unfähig die zellteilung zu vervollständigen. Semi q-RT-PCR ergab, dass die Herunterregulation von Bx42 die Transkription von E2F, Dap, Cyc A und Cyc B beeinflusst. Eine Reduktion von Cyc A und Cyc B auf Proteinebene wurde auch nachgewiesen. / In order to understand the role of Bx42 in cell cycle regulation of Drosophila, I have investigated the effects of the expression of dominant negative Bx42 allele in Drosophila eye imaginal discs, as well as the effects of depleting the Bx42 protein in Drosophila S2 cells by RNAi. In my study, I found that the expression of Bx42-SNW, a truncated dominant negative version of Bx42, in eye imaginal discs resulted in small and rough eyes. Analyzing the cell cycle in the affected discs showed no significant differences in the number of S-phase cells, but a strong reduction of mitotic cells and the downregulation of Cyc A and Cyc B in the normally mitotic active SMW region of the eye disc. This study aimed also at finding factors that modify the small eye phenotype resulting from overexpression of Bx42-SNW in the eye. The defined modifiers were E2F/Dp, Rb, Tribbles, Cdk1, Cyclin B3, EGFR, Dpp and Armadillo. To gain further insight into the role of Bx42 in proliferation, dsRNA-mediated knockdown the expression of Bx42 was employed in S2 cells. Cells treated with dsRNA exhibited a significant decrease in proliferation rates compared to control dsRNA-OFP cells. Cell cycle analysis demonstrated that down-regulation of Bx42 decreased cell populations in the G1& G2 phases simultaneously augmenting S-phase cells by cycle arrest, leading to a state unable to complete cell division. Semi q-RT PCR, revealed that downregulation of Bx42 affects the transcription of E2F, Dap, Cyc A and Cyc B. A reduction of Cyc A and Cyc B was also demonstrated at the protein level.

A glicoproteína do vírus rábico (RVGP) é o antígeno capaz de induzir a formação de anticorpos neutralizantes e a resposta imune protetora contra a infecção pelo vírus rábico. Estudamos as cinéticas de expressão da RVGP e de seu RNA mensageiro (RVGPmRNA) em dois sistemas distintos de expressão recombinante: células de Drosophila melanogaster (S2) e células BHK-21 infectadas com vírus Semliki Forest Virus (SFV). Para isso, fizemos um trabalho de padronização do tratamento de amostras de cultivos celulares, adequando-as a um teste de ELISA para dosagem da RVGP e estabelecemos um método de RT-PCR quantitativa (qRT-PCR) para a dosagem do RVGPmRNA. Desenvolvemos também um novo método de titulação de partículas SFV por qRT-PCR, aplicável a praticamente qualquer construção de SFV recombinante. Em ensaios preliminares, as preparações de RVGP recombinante utilizadas para a imunização de camundongos foram capazes de induzir a formação de anticorpos neutralizantes e de conferir um bom grau de proteção ao teste de desafio intracerebral com vírus rábico. / The rabies virus glycoprotein is the major antigen able to induce a neutralizing antibody response and survival after challenge against rabies virus infection. We have studied the kinetic expression of RVGP and its messenger RNA (RVGPmRNA) in two different recombinant expression systems: stably transfected Drosophila melanogaster cells (rS2) and BHK-21 cells infected with Semliki Forest Virus carrying RVGP genetic information (SFV-RVGP). We have done a work of standardization of the cell culture samples treatment prior to RVGP quantification by ELISA, and we have developed and standardized a quantitative RT-PCR (qRT-PCR) to quantify the RVGPmRNA. We have also developed a new method of SFV particles titration by qRT-PCR, which is applicable to other constructions of recombinant SFV. We utilized the RVGP expressed by rS2 and SFV-RVGP systems on preliminary in vivo assays. The RVGP samples used to mice immunization were able to induce neutralizing antibodies and to lead to a nice level of protection against the intracerabral rabies virus challenge.

O desenvolvimento de vacinas contra a raiva tão eficientes quanto as atuais ainda é considerado importante para a profilaxia dessa doença devido ao alto número de mortes por ano no mundo. Este trabalho mostra dois sistemas para a expressão recombinante do principal antígeno da raiva, a glicoproteína viral (RVGP): células Schneider 2 de Drosophila melanogaster estavelmente transfectadas (S2 rRVGP) e vírus Semliki Forest (SFV) carregando o RNA da RVGP (SFVRVGP). Ensaios de purificação por cromatografia de afinidade, da rRVGP de S2 rRVGP produzida em biorreator, demonstraram resultados promissores para o isolamento de monômeros da rRVGP. Para os estudos de imunogenicidade, camundongos foram vacinados com rRVGP de S2 rRVGP e SFV-RVGP. Dosagem de anticorpos anti-glicoproteína do vírus da raiva, neutralizantes, IgG1 e IgG2a, e citocinas demonstraram que o SFV-RVGP induziu predominantemente uma resposta imune do tipo celular e que os dois vetores foram capazes de expressar uma rRVGP imunogênica, apresentando um potencial uso clínico (veterinário e humano). / The development of new and equally efficient rabies vaccines is still considered important to the prophylaxis of the disease, which is responsible for many deaths per year worldwide. This work used two systems for recombinant expression of the major rabies antigen, the viral glycoprotein (RVGP): stably transfected Drosophila melanogaster Schneider 2 cells (S2 rRVGP) and Semliki Forest Virus (SFV) carrying the RNA of RVGP (SFV-RVGP). Purification assays of the rRVGP by metal ion affinity chromatography, from S2 rRVGP cells produced in bioreactor, showed promising results for rRVGP monomers isolation. Analysis of antibodies anti-rabies virus glycoprotein, neutralizing, IgG1 and IgG2a, and citokines showed that the SFV-RVGP induced predominantly a cellular immune response, and both vectors were capable of expressing an immunogenic rRVGP, what reinforces potential clinical applications (veterinary or human).

O interesse em células de inseto para a produção de proteínas complexas se deve a sua maior facilidade de cultivo e ao padrão equivalente de glicosilação quando comparado aos sistemas com células de mamíferos. O objetivo deste trabalho foi identificar fatores que limitam ou inibem a produção da glicoproteína do vírus rábico (GPV) expressa na membrana citoplasmática de células de Drosophila melanogaster transfectadas, quando cultivadas em biorreator de bancada agitado e bubble-free, operado em modo descontínuo. Avaliaram-se as influências de oxigênio dissolvido (5 < pO2 <80%), da glicose (1 < GLC0 < 15g/L) e da glutamina (0.6 < GLN0 < 7g/L). Essas variáveis afetaram de forma diferenciada o crescimento celular (produção de células e velocidades específicas-µX), o metabolismo celular (fatores de conversão - YX/GLC, YX/GLN, YLAC/GLC, YALA/GLC, YNH4/GLN, YALA/GLN), assim como a expressão da proteína recombinante (concentração, teor celular e produtividade). O aumento do pO2 reduziu em 9 vezes o crescimento celular mas aumentou o teor celular de GPV em 1,4 vezes. Baixos valores de GLC0 e GLN0, claramente, limitaram o crescimento, de modo que incrementos na concentração desses substratos, até valores intermediários, aumentaram µX,MAX em 3 vezes e 2,5 vezes, respectivamente, e a produção de células em 11 vezes e 3 vezes, respectivamente. O teor celular de GPV máximo não foi afetado pela GLC, mas aumentou em 100% para valores de GLN0 igual ou superiores a 3,5 g/L. As concentrações de lactato produzidas foram consideradas baixas (inferiores a 0,8 g/L) para exercer qualquer efeito de inibição sobre o crescimento ou a expressão da proteína. Por sua vez, as concentrações de amônio parecem inibir tanto a produção de GPV (NH4+~50mg/L) quanto o crescimento celular (NH4+~80mg/L). A condição de cultivo com de 30% de pO2, 10 g/L de GLC0 e 3,5 g/L de GLN0 resultou nos maiores valores de produtividade (9,1 µg/L.h) e de concentração de GPV (1,2 mg/L). O metabolismo de GLC e GLN apresentou grande interdependência, com alterações em GLC0 afetando o metabolismo de GLN e vice-versa. Assim, em condições de excesso de GLC0, as células apresentaram um metabolismo mais ineficiente com reduções nos fatores YX/GLC (2,3 vezes) e YX/GLN (4,6 vezes) e maior geração de subprodutos, caracterizada por incrementos nos valores de YALA/GLC (51%), YLAC/GLC (11%) e YNH4/GLN (15%). O metabolismo da GLN apresentou resposta característica de substrato em excesso para toda a faixa de valores ensaiada, com redução de 25 vezes no valor de YX/GLN e inesperadamente também uma redução na geração de subprodutos de 7 vezes para YNH4/GLN e 12 vezes para YALA/GLN. O efeito sobre o metabolismo da GLC foi mais acentuado para valores mais elevados de GLN0, com redução de 3,6 vezes para YX/GLC e incrementos de 70% para YALA/GLC e para YLAC/GLC. Os resultados sugerem ainda que a célula utiliza duas vias para metabolizar a glutamina: glutaminólise, em condição de limitação em GLC; ou glutamato sintase - NADH-GOGAT, em condição de excesso em GLC. A célula demonstrou também capacidade de sintetizar GLN, a partir de amônio ou outros aminoácidos, quando atingiu concentrações abaixo de 50 mg/L. / The interest in using insect cells to produce complex proteins is due to its ease of cultivation and its glycosylation pattern equivalent to that of mammalian cells systems. The objective of this work was to identify the limiting or inhibiting factors for the production of a rabies virus glycoprotein (RVGP), expressed in the cytoplasmatic membrane of a transfected Drosophila melanogaster S2 cells, when cultivated in a bench stirred bubble-free bioreactor, in batch mode. The influence of dissolved oxygen (5 < pO2 < 80%), of initial glucose concentration (1 < GLC0 < 15 g/L) and of initial glutamine concentration (0.6 < GLN0 < 7 g/L) was evaluated. These variables affected in a different way cell growth (cell production and specific growth rate - µX), cell metabolism (yield factors - YX/GLC, YX/GLN, YLAC/GLC, YALA/GLC, YNH4/GLN and YALA/GLN), as well as the recombinant protein expression (RVGP concentration, RVGP cell content and RVGP productivity). pO2 increase reduced 9 times cell growth, but increased 1.4 times RVGP cell content. Low initial glucose and glutamine concentrations clearly limited the cell growth, in such a way that raising these substrates concentrations up to intermediate values, increased µX,MAX 3 times and 2.5 times, respectively, and increased cell production 11 times and 3 times, respectively. The maximum RVGP cell content was not affected by GLC0, but improved 100% when GLN0 was 3.5 g/L or higher. The concentrations of produced lactate were considered low (below 0.8 g/L) to cause any inhibition effect on growth or protein expression. On the other hand, ammonium concentrations seem to inhibit RVGP production (NH4+~50 mg/L), as well as cell growth (NH4+~80 mg/L). Maximum productivity values (9.1 µg/L.h) and RVGP concentration (1.2 mg/L) were attained for 30% pO2, 10 g/L of GLC0 and 3.5 g/L of GLN0 run. The metabolism of GLC and GLN showed a great interdependence, with GLC0 changes affecting the GLN metabolism, and viceversa. Thus, in glucose excess condition, cell metabolism was less efficient. This implied in reduction of yield factors - YX/GLC (2.3 times) e YX/GLN (4.6 times) - and in higher by-products generation, characterized by augmentation in YALA/GLC (51%), YLAC/GLC (11%) and YNH4/GLN (15%). The glutamine metabolism showed a substrate excess response pattern to the whole range of concentration studied, with reduction of YX/GLN (25 times) and, unexpectedly, a reduction of by-products liberation - YNH4/GLN (7 times) and YALA/GLN (12 times). The effect on glucose metabolism was more intense when the glutamine concentration was higher, showing a 3.6 times diminution YX/GLC and a 70% augmentation for YALA/GLC and YLAC/GLC. The results suggest that cells metabolize glutamine through two different pathways glutaminolysis, under glucose limitation, or glutamate synthase - NADH-GOGAT, under glucose excess. The cell, proved also to be able to synthesize glutamine from ammonium or other amino acids, when it reached concentrations below 50 mg/L.

As células de Drosophila melanogaster (S2) têm sido utilizadas como sistemas de expressão de proteínas recombinantes. Neste trabalho foi utilizada uma linhagem S2 geneticamente modificada com vetores de expressão para a produção da glicoproteína do vírus da raiva (GPV). O principal objetivo deste trabalho foi avaliar o comportamento destas células cultivadas em processo contínuo, visando-se manter elevadas concentrações celulares. Para os ensaios contínuos, utilizou-se meio livre de soro fetal bovino SF 900 II em um reator Biostat B, com 500 mL de volume útil e controle de temperatura (28ºC), oxigênio dissolvido (30% da saturação com ar), frequência de agitação (90 rpm) e monitoramento do pH. Verificou-se o comportamento do metabolismo celular em diferentes vazões específicas de alimentação (0,8 dia-1, 0,5 dia-1 e 0,2 dia-1) através parâmetros como fatores de conversão e variáveis como concentração celular máxima, concentração residual de glicose e glutamina, dentre outras. Ainda, avaliou-se a influência de aminoácidos, tais como, glutamina, asparagina, prolina, serina e cisteína suplementados no meio de alimentação, sob a concentração celular alcançada no estado estacionário. Diferentes vazões específicas de alimentação - em estado estacionário - resultaram em concentrações celulares próximas entre si. A adição de glutamina (1,7 g/L) no meio de alimentação não contribuiu para o aumento na concentração celular, indicando que este aminoácido não limitou o processo de crescimento celular. Uma observação similar ocorreu quando o meio SF 900 II foi suplementado com asparagina, prolina, serina e cisteína. Porém, a adição de cisteína (0,3 g/L) isoladamente no meio de alimentação resultou em um aumento de 12% na concentração celular quando comparada ao meio SF 900 II puro. Assim, pode-se concluir que a cisteína limitava o crescimento celular. Verificou-se ainda que a célula não apresentou grande variabilidade nos diferentes ensaios, sob mesma vazão específica de alimentação. Isso indica que processo contínuo constituiria um método viável para a compreensão do metabolismo desta célula. / Drosophila melanogasters cells (S2) have been used as expression systems for recombinant proteins. This study uses a genetically modified S2 line with expression vectors for production of rabies virus glycoprotein (RVPG). The main objective was to evaluate the growth trend of S2 cells in a continuous process, aiming to maintain high cell concentrations. In order to set the continuous culture, the experiments used serum-free medium SF 900 II in a Biostat B reactor, with working volume of 500 mL and temperature controlled at 28 º C, dissolved oxygen at 30% air saturation, agitation speed at 90 rpm, and pH monitoring. Cellular metabolism behavior was observed under different dilution rates (0.8 day-1, 0.5 day-1, and 0.2 day-1) through parameters such as yield factors, in addition to variables such as maximum cell concentration, residual concentration of glucose and glutamine, among others. Yet, this work evaluates the influence of amino acids such as glutamine, asparagine, proline, serine and cysteine supplemented in the feed, over cellular concentration value reached in the steady state. Different dilution rates decreasing (under steady state) resulted in cell concentrations quite simillar. The addition of glutamine (1.7 g/L) in the feed did not contribute to the increase of cell concentration, which indicates that this amino acid did not limit cell growth process. A similar observation occurred when SF 900 II medium was supplemented with asparagine, proline, serine and cysteine. However, the cysteine addition (0.3 g/L) alone in the feed resulted in a 12% increase in cell concentration, compared to pure SF 900 II. Thus, it is possible to conclude that cysteine limited cell growth. It was also found that the cell did not show great variability in the various tests under the same dilution rate. This indicates that chemostat culture would be a viable method for understanding the metabolism of this cell.

Células animais são alvo de pesquisas visando sua utilização como plataforma para a expressão de proteínas recombinantes, desde vacinas veterinárias até fatores de coagulação para hemofílicos. Exemplos incluem células de inseto Drosophila melanogaster S2 e células de mamífero BHK-21, que vêm sendo estudadas visando a sua utilização para a produção da glicoproteína do vírus da raiva. Independentemente da estratégia de cultivo utilizada, altas concentrações celulares são em geral associadas a uma maior produção da proteína de interesse. O objetivo deste trabalho foi o de investigar estratégias que possibilitariam o cultivo de células animais em altas concentrações celulares. Células de inseto Drosophila melanogaster S2 produtoras da glicoproteína do vírus da raiva foram cultivadas em frascos agitados a 100 rpm e 28, em meio livre de soro SF 900 II suplementado com os aminoácidos asparagina, cisteína, prolina e serina. A adição dos quatro aminoácidos no meio de cultura refletiu em um aumento da concentração celular máxima (XV MÁX) em 16%. Cisteína, quando adicionada isoladamente no meio de cultura, refletiu em uma velocidade específica máxima de crescimento celular (MÁX) 56% maior. Nessa condição, o fator de conversão glicose a célula (YX/GLC) foi 47% maior, indicando um metabolismo de glicose mais eficiente na geração de células. Esses resultados indicam que cisteína é provavelmente substrato limitante do cultivo de células S2AcGPV em meio SF 900 II. Já células de mamífero BHK-21 (C13), adaptadas ao crescimento em suspensão, foram cultivadas em processo de perfusão, processo contínuo em que há retenção celular, o que permite alcançar concentrações celulares mais altas que processos em batelada ou em modo contínuo sem retenção celular. Foi utilizado um biorreator do tipo tanque agitado com 1,5 L de volume de trabalho e spin-filter interno, com poro de diâmetro igual a 10 m, acoplado ao eixo do impelidor. Durante o cultivo, o pH foi controlado em 7,2, a agitação em 80 rpm, a temperatura em 37 e o oxigênio dissolvido em 50% da saturação com o ar. A concentração celular máxima alcançou 15,7 x 106 céls mL-1, muito superior à do cultivo em batelada (aproximadamente 5 x 106 céls mL-1). A viabilidade celular foi superior a 90% durante os 48 dias de cultivo. Na fase batelada do cultivo em perfusão, as velocidades de consumo de glicose (qGLC) e de glutamina (qGLN) foram 84% e 32% maiores, respectivamente, em relação às velocidades observadas no cultivo em batelada. Analogamente, as velocidades de produção de lactato (qLAC) e de amônio (qNH4) foram 78% e 102% maiores, respectivamente. Ainda, o coeficiente de manutenção celular não foi desprezível, e o consumo de glicose associado à manutenção celular foi de 83%. Esses dados indicam que a presença do spin-filter interno pode estar associada a estresse celular. Na perfusão, a concentração celular foi cerca de 3 vezes maior do que no cultivo contínuo sem reciclo de células. Provou-se que é possível cultivar células BHK-21 adaptadas a crescimento em suspensão em altas concentrações celulares em escala laboratorial, utilizando biorreator de bancada e spin-filter interno como sistema de retenção celular. / Animal cells have been under research as a platform for the expression of recombinant proteins, ranging from veterinary vaccines to blood coagulation factors for treating hemophilia. Examples include insect Drosophila melanogaster S2 and hamster BHK-21 cells, currently being studied for the production of rabies virus glycoprotein. Regardless of the cultivation strategy, high cell concentrations are usually associated to a higher protein production. Thus, the aim of this research was to investigate animal cell cultivation strategies that would allow higher cell concentrations than those previously reported. Cells of Drosophila melanogaster S2 expressing the rabies virus glycoprotein (S2AcGPV) were cultivated in shake flasks at 100 rpm and 28 , in SF 900 II serum-free medium supplemented with the following amino acids: asparagine, cysteine, proline, and serine. The addition of the four amino acids to the medium increased the maximum cell concentration (XV MAX) in 16%. When only cysteine was added to the medium, the maximum specific growth rate (ÊMAX) was 56% higher. In this condition, the cell yield on glucose (YX/GLC) was 47% higher, indicating a more efficient glucose metabolism. These results show that cysteine is likely a limiting substrate of S2AcGPV cells growing in SF 900 II medium. In turn, baby hamster kidney cells (BHK-21/C13), adapted to growth in suspension culture, were cultivated in perfusion, a continuous process with cell retention that allows higher cell concentration than batch or continuous cultures without cell retention. A stirred tank bioreactor with a working volume of 1.5 L was used, with an internal spin-filter with 10 µm diameter pores attached to the impeller shaft. Temperature was controlled at 37 , pH at 7.2, agitation at 80 rpm and dissolved oxygen at 50% of air saturation. The maximum cell concentration reached 15.7 x 106 cells mL-1, much higher than the cell concentration achieved in a standard batch cultivation (5 x 106 cells mL-1). Cell viability was above 90% during the 48-day cultivation period. During the batch phase of the perfusion cultivation, specific rates of glucose (qGLC) and glutamine (qGLN) consumption were 84% and 32% higher, respectively, when compared to the batch cultivation. Similarly, the specific rates of lactate (qLAC) and ammonium (qNH4) formation were 78% and 102% higher, respectively. During perfusion, the cell maintenance coefficient was not negligible and represented 83% of total glucose consumption. These data indicate that the presence of an internal spin-filter may be associated to cell stress. In perfusion, cell concentration was about 3 times higher than that in continuous culture without cell recycle. In conclusion, it was proved that suspension-adapted BHK-21 cells can be cultivated in a laboratory-scale bioreactor with an internal spin-filter, in order to achieve high cell concentrations.