Desenvolvimento de novos corantes fluorescentes solúveis em água para marcação de proteínas e ácidos nucleicos: aplicação ao património cultural

Abstract

O Património Cultural tem um papel fundamental na sociedade, tornando-se fundamental e prioritária a sua preservação. O desenvolvimento de novas metodologias que permitam a identificação de microrganismos, que desencadeiem fenómenos de biodeterioração e que causam graves danos estéticos visíveis e não-visíveis nos bens patrimoniais, é extremamente importante para garantir a sua preservação para as gerações futuras. Os novos métodos de deteção de contaminação microbiana e de identificação de proteínas são fundamentais para compreender os processos de degradação e para permitirem o planeamento de estratégias eficazes de remediação e mitigação. Este trabalho teve como finalidade o desenvolvimento de novos derivados de coumarinas fluorescentes, através de estratégias sintéticas simples e eficientes, para a marcação de biomoléculas presentes nos bens do património cultural. A síntese de novos cromóforos derivados de coumarinas, com elevada fluorescência, solúveis em água e de baixo custo, permitirá desenvolver estratégias bioanalíticas integradas na área do património. Para a síntese de novos cromóforos desenvolveu-se uma metodologia baseada na extensão do sistema de eletrões π a partir da posição 3 das coumarinas, usando reações de acoplamento C-C de Suzuki-Miyaura, Heck e Sonogashira. As propriedades fotofísicas dos novos derivados de coumarinas foram avaliadas através de espetroscopia de UV/Vis e de fluorescência, e a sua identificação e caracterização foi efetuada por espetroscopia mono e bidimensional de ressonância magnética nuclear, espetrometria de massa e espetroscopia de infravermelho. A 6,7-dimetoxicoumarina e a 7-(dietilamina)-4-metilcoumarina foram os precursores mais promissores para o desenvolvimento de novos marcadores fluorescentes. Os marcadores fluorescentes sintetizados, identificados como MF1, MF2, MF3 e MF4, permitiram desenvolver novas sondas oligonucleotídicas. Estas sondas foram testadas por hibridação in situ fluorescente em células de Saccharomyces cerevisiae e Paenibacillus sp. Os novos marcadores fluorescentes apresentam um grande potencial para a identificação de microrganismos presentes em bens patrimoniais; Development of new fluorescent water-soluble amine-reactive reagents for labeling proteins and nucleic acids markers: application to cultural heritage assets ABSTRACT: Cultural Heritage plays a key role in society, making its preservation, fundamental and a priority. The development of new methodologies that enable the identification of microorganisms that trigger biodeterioration phenomena and cause severe visible and non-visible aesthetic damage in heritage assets, is essential to ensure their preservation for future generations. The development of new strategies for the detection of microbial contamination is vital to understand degradation processes and to plan effective remediation and mitigation strategies. This work aimed to develop new fluorescent coumarin derivatives, through simple and efficient synthetic strategies, to label biomolecules present in cultural heritage assets. The synthesis of new low-cost and water-soluble coumarin-derived chromophores with high fluorescence will allow the development of integrated bioanalytical strategies in the heritage field. A new methodology for the synthesis of new chromophores was developed based on the extension of the π electron system from position 3 of the coumarins, using C-C coupling reactions of Suzuki-Miyaura, Heck and Sonogashira. The photophysical properties of the newly synthesized coumarin derivatives were evaluated by UV/Vis and fluorescence spectroscopy and their identification and characterization was performed by one- and two-dimensional nuclear magnetic resonance spectroscopy, mass spectrometry and infrared spectroscopy. The 6,7-dimethoxycoumarin and 7-(diethylamino)-4-methylcoumarin derivatives synthesized were the most promising precursors for the development of new fluorescent markers. The synthesized fluorescent markers, identified as MF1, MF2, MF3 and MF4, allowed the development of new oligonucleotide probes. These probes were tested by fluorescence in situ hybridization in Saccharomyces cerevisiae and Paenibacillus sp. cells. The new fluorescent markers show great potential for the identification of microorganisms present in heritage assets.