Thesis (Ph. D.)--Rutgers University, 2007. / "Graduate Program in Microbiology and Molecular Genetics." Includes bibliographical references.

Techn. Universiẗat, Diss., 2006--München.

Techn. Universiẗat, Diss., 1999--Berlin.

Techn. Universiẗat, Diss., 2003--Dresden.

Th.--Pharm.--Paris 5, 1982. N°: 80.

Orientador: Maria Lucia Gonsales da Costa Araújo / Resumo: O ácido clavulânico é um metabólito secundário isolado de culturas de Streptomyces clavuligerus que possui uma atividade antibacteriana fraca, mas é um potente inibidor de b-lactamases. O uso combinado desse composto com penicilinas e cefalosporinas tem se mostrado uma estratégia terapêutica eficiente na luta contra a resistência bacteriana. Esse composto b-lactâmico é produzido por fermentação simultaneamente com outros intermediários metabólicos e sua purificação envolve uma série de etapas, que incluem: adsorção, troca-iônica, extração líquido-líquido, precipitação e cristalização. O objetivo deste trabalho foi a investigação da eficiência de diferentes resinas na purificação do ácido clavulânico por adsorção e troca-iônica. No entanto, como esse composto b-lactâmico apresenta velocidades de degradação elevadas em soluções aquosas, inicialmente estabeleceu-se a faixa de pH de maior estabilidade, situada entre 4,5 e 7,5. Os estudos cinéticos de adsorção em batelada mostraram que somente a resina de troca iônica IRA400 foi eficiente na recuperação do ácido clavulânico, a partir de soluções aquosas. Assim, analisou-se a influência de parâmetros como temperatura, concentração de resina, força iônica e pH no processo de troca-iônica. A caracterização termodinâmica do processo foi possível através da determinação da entalpia de adsorção por microcalorimetria e da afinidade da resina pelo composto em questão. Esses estudos foram importantes para o estabelecimento das melhores condições de adsorção que podem ser empregadas na purificação do ácido clavulânico a partir do caldo fermentativo. / Abstract: Clavulanic acid is a secondary metabolite isolated from cultures of Streptomyces clavuligerus and presents a low antibacterial activity but is a potent inhibitor of ß-lactamases. Its use in combination with penicillins and cephalosporins has shown to be an efficient therapeutic strategy to face bacterial resistance to antibiotics. This ß-lactam compound is produced by fermentation simultaneously with other metabolic intermediates and its purification involves several steps: liquid-liquid extraction, adsorption, ion-exchange chromatography, precipitation and crystallization. In this work the performance of several resins for the purification of clavulanic acid by adsorption and ion-exchange chromatography was investigated. However, since this ß-lactam compound presents high degradation rates in aqueous solution, inicially the pH range leading to higher stability was determined. The adsorption studies, performed batchwise, has shown that only the Amberlite IRA400 ion exchange resin was effective for the recovery of the clavulanic acid in aqueous solutions. Then, the influence of temperature, resin concentration, ionic strength and pH in the ion exchange process was analyzed. Thermodynamic characterization of the process was achieved by the determination of the adsorption entalphy in a microcalorimetry and by the resin affinity the target compound. This studies were essential for the establishment of the best adsorption conditions which could be applied for the clavulanic acid purification from the fermentation broth. / Mestre

LIMA, José Vinícius Leite. Populações microbianas e antagonismo de actinobactérias sobre rizóbios em solos do semiárido. 2017. 81 f. Tese (Doutorado em Ecologia e Recursos Naturais)-Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2017. / Submitted by ELAINE PEREIRA (ellainec.pereira@gmail.com) on 2017-09-19T17:31:18Z No. of bitstreams: 1 2017_tese_jvllima.pdf: 1448998 bytes, checksum: 2c2b1578a9568ad79222074a03a8f266 (MD5) / Approved for entry into archive by Jairo Viana (jairo@ufc.br) on 2017-09-22T17:59:28Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_tese_jvllima.pdf: 1448998 bytes, checksum: 2c2b1578a9568ad79222074a03a8f266 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-22T17:59:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_tese_jvllima.pdf: 1448998 bytes, checksum: 2c2b1578a9568ad79222074a03a8f266 (MD5) Previous issue date: 2017 / The structure of the communities living in the soil is driven by various mechanisms and the ecological interactions established between the living organisms. In the same way, the components of the microbiota present harmonic or non-harmonic relationships, for example, between actinobacteria and rhizobia. Interspecific competition among microorganisms occurs when many species require the same resources, and the negative effect on the availability of common resources adversely affects the others. In this context, the objective of this study was to quantify the microbial population in the soil and leaf litter in the vegetation of the caatinga and carrasco in the Brazilian semiarid region (Chapter I) and to characterize and evaluate the antagonistic effect of actinobacteria on rhizobia (Chapter II). The soil samples were collected at the Ecological Station of Aiuaba (Aiuaba, Ceará), characterized by the vegetation of caatinga and carrasco. In chapter I, the population density of the microbial community was evaluated by sampling of soil and litter in the vegetation of caatinga and carrasco at the Aiuaba Ecological Station. The microorganisms were isolated from the soil samples in flasks containing 0.8% saline solution and cultured, after consecutive dilutions, in culturing media specific to cultivable populations of total bacteria, actinobacteria, cellulolytic bacteria, phosphate solubilizing bacteria and fungi. Population estimation was then performed by standard counting on plates and the values were expressed in CFU.g-1. The microbial populations from the soil and leaf litter differed each other quantitatively and in the two vegetations, but in general were greater in the leaf litter. Thus, the knowledge of the population structure of the microbial community can be extended to the semiarid soils. In Chapter II, the strains of actinobacteria isolated in the first study were characterized and tested for “in vitro” inhibitory effect on strains of rhizobia also isolated from semiarid soils. The actinobacteria were purified in their respective culture medium (CDA medium). The strains were characterized for their color and morphology of the colonies, tolerance to pH levels, production of melanin and use of carbon sources. The “in vitro” antagonism of actinobacteria on rhizobia was evaluated in Petri dish containing yeast mannitol agar (YMA) medium by the formation of inhibition zone. The actinobacteria and rhizobia that had greater antagonistic effect or did not presented inhibition zones were molecularly identified. Sixty strains were identified in seven genera of actinobacteria in which had tolerance to variations in pH, low melanin production and generalist use of carbon sources. It was also observed “in vitro” antagonism of actinobacteria species, standing out the genus Streptomyces, on strains of Rhizobium tropici, Bradyrhizobium yuanmingense and two other rhizobia strains not identified. This is the first work that addresses this ecological interaction between microorganisms of the Brazilian semiarid region and reveals the occurrence of new species related to this negative interaction. Thus, the presence of antagonism among these organisms may lead to “in vivo” studies, contributing to future agricultural and/or ecological uses. / A estrutura das comunidades que vivem no solo é direcionada por vários mecanismos e as interações ecológicas estabelecidas entre os organismos. Da mesma forma, os componentes da microbiota apresentam relações harmônicas ou não entre si, como por exemplo, entre actinobactérias e rizóbios. A competição interespecífica entre os micro-organismos acontece quando muitas espécies procuram pelos mesmos recursos, e o efeito depressor que cada uma tem na disponibilidade dos recursos comuns afeta adversamente os outros. Neste contexto, teve-se como objetivo neste estudo quantificar em região semiárida a população microbiana no solo e serrapilheira nas fisionomias vegetais de caatinga e carrasco (Capítulo I) e caracterizar e avaliar o efeito antagônico de actinobactérias sobre rizóbios do semiárido (Capítulo II). O estudo foi realizado na Estação Ecológica de Aiuaba (Aiuaba, Ceará) caracterizada pelas fisionomias de caatinga e carrasco. No capítulo I, avaliou-se a densidade populacional da comunidade microbiana por meio de coleta de amostras do solo e serrapilheira nas fisionomias vegetais de caatinga e carrasco na Estação Ecológica de Aiuaba. Os micro-organismos foram isolados das amostras em solução salina 0,8% e cultivados, após diluições seriadas, em meios de cultura específicos para populações cultiváveis de bactérias totais, actinobactérias, bactérias celulolíticas, bactérias solubilizadoras de fosfato e fungos. Em seguida foi realizada a contagem das populações pela contagem padrão em placas usando a técnica de espalhamento em superfície, e os valores foram expressos em UFC.g-1. As populações microbianas oriundas do solo e serrapilheira diferiram quantitativamente entre elas e nas duas fisionomias vegetais, mas no geral foram maiores na serrapilheira. Dessa forma, pode-se ampliar o conhecimento da estrutura populacional da comunidade microbiana em solos de clima semiárido. No capítulo II, caracterizaram-se as cepas de actinobactérias isoladas das populações obtidas do primeiro estudo e testou-as para efeito inibidor in vitro sobre estirpes de rizóbios também oriundas de solos semiáridos. As actinobactérias foram purificadas no seu respectivo meio de cultura (meio CDA). As cepas foram caracterizadas quanto a atributos cromogênicos e morfológicos, para tolerância a níveis de pH, na produção de melanina e uso de fontes de carbono. O antagonismo das actinobactérias in vitro sobre rizóbios foi avaliado em meio de cultura ágar manitol levedura (YMA) pela formação de halo de inibição em placa de Petri. Em seguida, as actinobactérias e rizóbios que tiveram maior efeito antagônico ou que não formaram halo inibidor foram caracterizadas molecularmente. Foram obtidas 60 cepas identificados em sete gêneros de actinobactérias que tiveram tolerância a variações de pH, baixa produção de melanina e uso generalista de fontes de carbono. Foi observado antagonismo in vitro com formação de halo inibidor de espécies de actinobactérias, com destaque para o gênero Streptomyces, sobre os rizóbios Rhizobium tropici, Bradyrhizobium yuanmingense e outras duas estirpes não identificadas. Este é o primeiro trabalho que aborda essa relação ecológica em micro-organismos do semiárido e revela a ocorrência de novas espécies relacionados com essa interação negativa. Com isso, confirma-se a presença de antagonismo entre esses organismos que pode direcionar estudos de certificação in vivo, contribuindo para futuros usos agrícolas e/ou ecológicos.

Os isolados Streptomyces sp. R18(6) e 6(4) foram avaliados quanto à sua capacidade de controlar a mancha marrom e podridão comum de raiz, causados por Bipolaris sorokiniana em plantas de trigo. A atividade antifúngica desses isolados foi testada usando os ensaios de dupla camada e pareamento de cultura à 28°C. A atividade fisiológica e enzimática foi avaliada através de ensaios de sideróforo, ácido indol-3-acético, fixação de nitrogênio e solubilização de fosfato. O controle biológico da doença e a eficiência de crescimento das plantas de trigo foram avaliados utilizando ensaios in vivo em casa de vegetação. Nos ensaios de pareamento de cultura, ambos os isolados inibiram o crescimento micelial de B. sorokiniana, enquanto na dupla camada apenas o isolado R18(6) inibiu. Streptomyces sp. 6(4) produziu auxina, sideróforos, fixou nitrogênio e solubilizou fosfato, enquanto R18(6) não produziu sideróforos. Nos ensaios em casa de vegetação, o isolado R18(6) mostrou diferenças estatísticas na massa seca da parte aérea e na massa seca de raiz em comparação com a do isolado 6(4) na presença do fitopatógeno (P≤0,05). Estes resultados foram mais evidentes quando a temperatura foi maior. Na ausência do fitopatógeno, o isolado 6(4) aumentou a massa seca de raiz em comparação com a do controle durante o mesmo período. Portanto, esses isolados apresentaram potencial em controlar a podridão das raízes e mancha marrom e podem promover o crescimento das plantas de trigo. / Streptomyces sp. R18(6) and 6(4) strains were evaluated for their ability to control brown spot and common root rot caused by Bipolaris sorokiniana in wheat crops. The antifungal activity of these isolates was tested using a doublelayer assay and culture pairing at 28 °C. Physiological and enzymatic activity were evaluated through siderophore, indole-3-acetic acid, nitrogen fixation and phosphate solubilization assays. The biocontrol of the disease and growthpromoting efficiency of wheat seedlings were assessed using in vivo assays in greenhouse. In the culture pairing assays, both strains inhibited B. sorokiniana mycelial growth, while in the double-layer only R18(6). Streptomyces sp. 6(4) produced auxin, siderophores, fixed nitrogen and solubilized phosphate, whereas R18(6) did not produce siderophores. In the greenhouse assays, strain R18 (6) showed statistical differences in shoot dry mass and root dry mass compared with those of strain 6(4) in the presence of the phytopathogen (P ≤ 0.05). These results were more evident when the temperature was higher. In the absence of the phytopathogen, strain 6(4) increased the root dry mass compared with that of the control during the same period. Therefore, these isolates can potentially control root rot and brown spotting and may promote the growth of wheat plants.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:36:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2989.pdf: 1358671 bytes, checksum: 12fbd756cc40d3ef3c2c00e46613717e (MD5) Previous issue date: 2010-02-25 / Financiadora de Estudos e Projetos / Due to the large number of functional advantages, pneumatic bioreactors have drawn attention in the biotechnology field, being more promising than stirred and aerated tank bioreactors. Parameters such as global gas hold-up (G), volumetric oxygen transfer coefficient (kLa) and average shear rate (Ym) must be considered as performance criteria of these types of bioreactors to provide a better understanding of their hydrodynamics. However, there are no works in literature which compare the performance of bioreactors in terms of shear conditions. Therefore, the aim of the present work was to apply a method proposed in recent literature to evaluate the average shear rate (Ym) in three pneumatic bioreactors of 5-dm3 working volume: bubble column, split airlift and concentric-tube airlift. The volumetric oxygen transfer coefficient (kLa) was chosen as the appropriate characteristic parameter to assess the average shear rate (Ym) in this methodology. Correlations for as a function of superficial gas velocity in the riser region (Ugs) and rheological fluid properties (consistency index, K, and flow index, n) were obtained for each model of pneumatic bioreactor studied. Moreover, correlations between G, Ugs and viscosity (μ) (for Newtonian fluids) and apparent viscosity (μap) (for non-Newtonian fluids) were performed. In general, global gas hold-up (G) was higher for non-Newtonian fluids. The Ym values estimated by the proposed methodology lay within the range of values calculated by classical correlations. The proposed correlations were utilized to predict the Ym during three Streptomyces clavuligerus cultivations carried out at the same specific air flow rate (3.5 vvm) in the different types of pneumatic bioreactors. The lowest values of related to the highest values of Ym consistency index (K) were found for the bubble column bioreactor, and the highest values of related to the lowest values of K were found for the concentric-tube airlift bioreactor. Intermediate values were found for the split airlift bioreactor. The results showed that high Ym values affect the structural health of the mycelia by rupture of the hipha. / Biorreatores pneumáticos têm se destacado no campo da biotecnologia devido suas muitas vantagens funcionais, mostrando-se mais promissores do que o modelo convencional tipo tanque agitado e aerado. Parâmetros como retenção gasosa global (G), coeficiente volumétrico de transferência de oxigênio (kLa) e velocidade de cisalhamento média (Уm ) devem ser analisados como critérios de desempenho desses modelos de biorreatores, para o melhor entendimento da hidrodinâmica dos mesmos. Entretanto, não existem estudos na literatura que comparem biorreatores pneumáticos em termos de condições de cisalhamento. Dessa forma, o objetivo principal deste estudo foi aplicar uma metodologia recente para quantificar e comparar a velocidade de cisalhamento média (Уm ) em três biorreatores pneumáticos: coluna de bolhas, airlift tipo split-cylinder e airlift de cilindros concêntricos. O coeficiente volumétrico de transferência de oxigênio (kLa) foi escolhido como parâmetro característico para determinar . Correlações de em função da velocidade superficial do gás na região de subida (Ugs) e das propriedades reológicas do fluido (índice de consistência, K, e índice de comportamento de escoamento, n) foram obtidas para cada modelo de biorreator pneumático estudado. Além disso, foram obtidas correlações entre G, Ugs e viscosidade (μ) para fluidos Newtonianos e viscosidade aparente (μap) para fluidos não-Newtonianos. De forma geral, a retenção gasosa global (G) foi maior em fluidos não-Newtonianos. Os valores Уm de estimados pela metodologia proposta estão dentro de uma faixa média de valores calculados por correlações clássicas. As correlações propostas foram utilizadas para predizer Уm durante cultivos de Streptomyces clavuligerus realizadas sob a mesma vazão específica de ar (3,5 vvm) nos três diferentes tipos de biorreatores pneumáticos. Os menores valores Уm de , relacionados aos maiores valores de índice de consistência (K), foram encontrados para o biorreator coluna de bolhas, e o maiores valores de Уm, relacionados aos menores valores de K, foram encontrados para o biorreator airlift de cilindros concêntricos. Valores intermediários foram encontrados para o biorreator airlift tipo split-cylinder . Os resultados mostraram que altos valores de Уm afetam a saúde estrutural dos micélios, devido à ruptura das hifas vegetativas.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:23:06Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2007-11-26Bitstream added on 2014-06-13T20:10:36Z : No. of bitstreams: 1 domingues_lcg_me_araiq.pdf: 462848 bytes, checksum: ffbbb623452b0cbc8d35581e18111652 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O ácido clavulânico (AC) é um composto β-lactâmico que, apesar de não ter atividade antibiótica significativa, é um potente inibidor de β-lactamases produzidas por bactérias resistentes a antibióticos β-lactâmicos. O efeito sinérgico do AC com penicilinas e cefalosporinas resulta no bloqueio do sítio ativo de β-lactamases e, assim, protege aqueles antibióticos conferindo-lhes um maior espectro de ação. O AC é produzido industrialmente por linhagens de Streptomyces clavuligerus em meios contendo fontes de N provenientes de matérias primas vegetais de baixo custo que rendem altas concentrações de produto. Porém, estes complexos protéicos, assim como estimulam o crescimento e a produção, também podem conter componentes desconhecidos que afetam negativamente o processo. Neste contexto, a utilização de meios sintéticos contendo aminoácidos (AA) pode ser uma boa alternativa. A maioria dos AA é bem assimilada por S. clavuligerus mas apenas alguns favorecem a produção de AC. Asn e Pro, por exemplo, favorecem o crescimento celular, enquanto Orn e Arg são precursores do AC e estimulam sua síntese. Desta forma, meios contendo aminoácidos como fontes de N podem apresentar vantagens significativas, pois, além de direcionar o processo de produção de AC, resultam em caldos mais homogêneos e menos viscosos que promovem melhorias na transferência de massa e calor, nas condições de monitoramento e controle, bem como nos processos de separação, recuperação e purificação do produto. No presente trabalho, utilizou-se a metodologia de planejamento fatorial de experimentos 22, com replicatas do ponto central, para otimizar empiricamente a proporção molar entre glicerol e Orn do meio suplementar sintético de processo contínuo intermitente em frascos agitados agitados (250 rpm, 28ºC). A etapa contínua era iniciada após 48 h de batelada... / The clavulanic acid (CA) is a β – lactam compound that despite not having significant bioactivity, is a potent inhibitor of β – lactamases produced by bacteria resistant to β – lactam antibiotics. The synergistic effect of CA with penicillins and cephalosporins results in blockade of the active site of β – lactamases and protects those antibiotics by giving them a greater spectrum of action. The CA is industrially produced by strains of Streptomyces clavuligerus in media containing N source of low–cost vegetable raw materials that yield high concentrations of the product. However these complex media, as well as stimulates growth and the production, may also contain unknown components that affect negatively the process. Then the use of synthetic media containing amino acid (AA) may be a good alternative. Most of AA is well metabolized by S. clavuligerus but only some of them induce the production of CA. Asn and Pro, for example, promote cell growth, while Orn and Arg are precursors of CA and stimulate its synthesis. Thus media containing amino acids may be significantly advantageous because, in addition to provide a direction for the process, result in more homogeneous and less viscous broths that promote improvements in heat and mass transfer, monitoring and controlling of the process, as well as in the processes of separation, recovery and purification of the product. In this work, the factorial design 22 of experiments methodology was used to optimize empirically the molar ratio between glycerol and Orn of the synthetic supplementary medium of an intermittent continuous process in shaken flasks (250rpm, 28ºC). The continuous process started after 48 h of batch process in a medium containing glycerol as limiting substrate, proteic extract from soybean (Soytone) as the main source of N and salts (pH 6,8 ± 0,2). Sampling and medium supplementation were accomplished every 24 h,...(Complete abstract, click electronic access below)