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Título: Produção de celulases e xilanases por actinobactérias isoladas do cerrado mineiro
Autor(es): Sales, Alenir Naves de
Orientador: Dias, Disney Ribeiro
Coorientador(es): Schwan, Rosane Freitas
Membro da banca: Duarte, Whasley Ferreira
Piccoli, Roberta Hilsdorf
Valeriano, Carolina
Goulart, Patrícia de Fátima Pereira
Área de concentração: Microbiologia Agrícola
Assunto: Enzimas
Biodiversidade de actinobactérias
Cerrado
Solo
Otimização
Enzymes
Biodiversity of Actinobacterias
Cerrado
Soils
Optimization
Data de Defesa: 21-Nov-2013
Data de publicação: 2015
Agência de Fomento: Fundação de Amparo à Pesquisa do estado de Minas Gerais (FAPEMIG)
Referência: SALES, A. N. de. Produção de celulases e xilanases por actinobactérias isoladas do cerrado mineiro. 2013. 91 p. Tese (Doutorado em Microbiologia Agrícola) - Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2013.
Resumo: De maneira geral, o solo representa um dos mais diversos e heterogêneos habitats para Bacteria e Archaea no planeta. Dentre as bactérias, o Filo Actinobacteria, constituído por microrganismos gram-positivos, se destaca por sua ampla aplicação biotecnológica, como produtor de uma infinidade de compostos bioativos, incluindo antibióticos, enzimas e vários outros metabólitos de interesse industrial. As actinobactérias têm sido isoladas em vários biomas, em todo o mundo. Entretanto, o Cerrado brasileiro, cuja riqueza da biodiversidade é expressiva, tem sido pouco explorado na bioprospecção de espécies de actinobactérias com possíveis aplicações biotecnológicas. Desse modo, no presente trabalho, objetivou-se isolar actinobactérias do solo do Cerrado brasileiro durante a estação de alta pluviosidade. Um total de 1.432 estirpes de actinobactérias foram isoladas nos municípios de Arcos, Passos e Luminárias (Minas Gerais, Brasil). Os solos foram caracterizados por meio de análises químicas e microbiológicas. As análises microbiólogicas levaram à identificação de nove gêneros (Streptomyces, Artrobacter, Rhodococcus, Amycolatopsis, Microbacterium, Frankia, Leifsonia, Nakamurella e Kitasatospora) e 92 espécies distintas, na estação de alta pluviosidade. Os valores de pH das amostras de solo das três regiões variaram de 4,1 a 5,5. Não houve diferença significativa nas concentrações de fósforo, magnésio e matéria orgânica dos solos, entre as áreas estudadas. As amostras da área de Arcos apresentaram grandes quantidades de alumínio, o que parece não ter afetado as populações de actinobactérias encontradas. Os presentes dados sugerem que o número e a diversidade de espécies de actinobactérias em solos tropicais representam um amplo recurso, ainda pouco explorado, para a produção de compostos bioativos. A aplicação biotecnológica das actinobactérias identificadas foi avaliada quanto à capacidade dos isolados para a produção de enzimas dos complexos celulolítico e xilanolítico. Foram avaliadas as estirpes isoladas nas estações de alta e de baixa pluviosidade, sendo estas últimas provenientes de outro trabalho, realizado no mesmo local de amostragem. Testes semiquantitativos preliminares, feitos em placas de Petri contendo CMC e xilana de madeira de faia como fontes de carbono, indicaram, entre as 92 espécies identificadas, 11 potenciais produtoras de enzimas, todas pertencentes ao gênero Streptomyces. As espécies foram subsequentemente cultivadas nos mesmos substratos, em fermentação submersa e analisadas quanto à produção das enzimas endoglucanase, â-glicosidase, endoxilanase e â-xilosidase. Os melhores resultados foram obtidos na produção da enzima endoxilanase por Streptomyces termitum. A estirpe foi posteriormente cultivada em resíduos lignocelulósicos (bagaço e palha de cana-de-açúcar e casca de cacau) in natura e pré-tratados. O meio contendo bagaço de cana in natura apresentou melhores resultados para a produção da enzima endoxilanase. Um modelo experimental foi, então, proposto, a fim de otimizar a produção da enzima no referido substrato, variando-se as concentrações de bagaço de cana, de extrato de levedura e do pH do meio de cultivo. Os resultados mostraram que a mais alta produção da enzima (25,8 vezes maior) ocorreu quando se associaram 2,75% de bagaço de cana e 1,0 g/L de extrato de levedura ao meio de cultivo alcalino (pH 9,7). A partir dos resultados obtidos pode-se sugerir o uso da espécie Streptomyces termitum em processos biotecnológicos, devido à produção de endoxilanase em um meio de cultivo simples e econômico.
Abstract: In general, the soil is one of the most diverse and heterogeneous habitats for Bacteria and Archaea in the planet. Among bacteria, Phylum Actinobacteria, consisting of micro-organisms Gram-positives, stands out for its wide biotechnological application, such as producing of bioactive compounds, including antibiotics, enzymes and several other metabolites of industrial interest. The Actinobacterias have been isolated in various biomass, all over the world. However, the Brazilian Cerrado, whose rich biodiversity is significant, has been poorly explored in the bioprospecting of actinobacterias species with potential biotechnological applications. Thus, this study aimed to isolate actinobacterias from Brazilian Cerrado soil during the season of high rainfall. A total of 1.432 actinobacterias strains were isolated in the municipalities, Arcos, Passos and Luminárias (Minas Gerais State, Brazil). The soils were characterised by chemical and microbiological analysis. The microbiological analysis led to the identification of nine genus (Streptomyces, Artrobacter, Rhodococcus, Amycolatopsis, Microbacterium, Frankia, Leifsonia, Nakamurella e Kitasatospora) and 92 distinct species in the season of high rainfall. The pH values of the soil samples from three regions varied from 4.1 to 5.5. There was not significant difference in the concentrations of phosphorus, magnesium and organic matter in the soils, among the studied areas. The samples from Arcos area showed large amounts of aluminum, which does not seem to have affected the actinobacterias populations found. The present data suggest that the number and diversity of actinobacterias species in tropical soils represent a vast resource, still little explored, for the production of bioactive compounds. The biotechnological application of actinobacterias identified was assessed as the ability of the isolated to produce enzymes of cellulolytic and xylanolytic complex. The strains isolated were evaluated in both seasons studied, high and low rainfall, being these last from another study, realized in the same sampling site. Preliminary semi-quantitative tests, made in Petri plates containing carboxymethylcellulose CMC and beech wood xylan as carbon sources, indicated, among the 92 species identified, 11 potential species producing enzymes, all belonging to the Streptomyces genus. The species were subsequently grown in the same substrates in submerged fermentation and analyzed for the enzymes production endoglucanase, β-glucosidase, endoxylanase and β-xylosidase. The best results were obtained in endoxylanase enzyme production by Streptomyces termitum. Subsequently, the strain was grown on lignocellulosic residues (bagasse and straw sugar cane and cocoa straw) in natura and pre-treated. The medium containing sugar cane bagasse in natura showed best results for the production of endoxylanase enzyme. An experimental model was then, proposed to optimize the production of the enzyme in said substrate, varying concentrations of sugar cane bagasse, yeast extract and pH from the medium culture. The results showed that the highest enzyme production (25.8 times higher) was when combining 2.75% sugar cane bagasse and 1.0 g/L of yeast extract to the medium culture alkaline (pH 9.7). From the results obtained may suggest the use of Streptomyces termitum species in biotechnological processes, due to production of endoxylanase in a medium culture simple and economical.
Informações adicionais: Tese apresentada à Universidade Federal de Lavras, como parte das exigências do Programa de Pós-Graduação em Microbiologia Agrícola, área de concentração em Microbiologia Agrícola, para a obtenção do título de Doutor.
URI: http://repositorio.ufla.br/jspui/handle/1/5132
Publicador: UNIVERSIDADE FEDERAL DE LAVRAS
Idioma: pt_BR
Aparece nas coleções: DBI - Microbiologia Agrícola - Doutorado (Teses)

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