Orientadores: Fabiana Fantinatti Garboggini, Suzan Pantaroto de Vasconcellos

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia

Resumo: Bactérias e fungos têm sido largamente explorados devido às suas habilidades em produzir uma grande variedade de enzimas, entre elas, as celulases que se destacam devido ao seu potencial em degradar materiais lignocelulósicos em açúcares fermentáveis, que podem então ser convertidos, por...

Resumo: Bactérias e fungos têm sido largamente explorados devido às suas habilidades em produzir uma grande variedade de enzimas, entre elas, as celulases que se destacam devido ao seu potencial em degradar materiais lignocelulósicos em açúcares fermentáveis, que podem então ser convertidos, por exemplo, em biocombustíveis. O presente trabalho visou a bioprospecção de bactérias isoladas a partir do processo de compostagem realizado pela Fundação Parque Zoológico de São Paulo (FPZSP), quanto à produção de enzimas celulolíticas, além da caracterização taxonômica das linhagens de interesse. Para tanto, os micro-organismos oriundos do processo de compostagem da FPZSP foram isolados, preservados e caracterizados macroscopicamente. Dentre as linhagens isoladas, 168 foram testadas numa triagem qualitativa para a produção de celulases, obtendo-se 135 micro-organismos com potencial celulolítico evidenciado pela formação de halos de hidrólise em meio de cultura contendo carboximetilcelulose. Destes, 10 linhagens apresentaram halos translúcidos com diâmetros entre 1,3 cm e 1,9 cm, as quais foram avaliadas quanto a atividade celulotíca em ensaios quantitativos monitorados durante 7 dias, em duas condições de pH distintas: 4,8 e 7,4. Os melhores tempos de incubação verificados foram de sete e cinco dias para os valores de pH 4,8 e 7,4, respectivamente. Em seguida, foram selecionados linhagens para os ensaios de delineamento experimental e otimização das atividades enzimáticas. No planejamento P&B, a melhor atividade celulolítica verificada foi de 3,6392 FPU/mL obtida a partir da linhagem FPZSP 143, no pH 4,8. Esta linhagem foi então selecionada e o planejamento do tipo Delineamento Composto Central Rotacional ¿ DCCR aplicado, promovendo dessa maneira, um aumento 0,4574 FPU/mL em relação ao experimento do planejamento anterior. Posteriormente, o experimento foi validado e o resultado máximo alcançado para atividade celulolítica da linhagem FPZSP 143 foi de 4,6435 FPU/mL. Cinco linhagens selecionadas com atividade celulolítica foram identificadas por análise de sequências do gene RNA ribossomal 16S como membros do gênero Bacillus, bactérias frequentemente encontradas em ambientes da compostagem e que tem sido largamente reportada como produtoras de enzimas celulolíticas. O processo de compostagem demonstrou ser um ambiente em potencial para a produção de celulases de interesse para diversos ramos da indústria, sendo os representantes do gênero Bacillus os melhores produtores de enzimas celulolíticas. Embora as bactérias tenham sido isoladas de um ambiente com pH em torno de 7,4, há um potencial para a produção de celulases em pH mais ácidos, evidenciando sua aplicabilidade em diferentes condições. Essa característica torna-se relevante quando se leva em consideração os processos industriais, onde uma condição diferente e específica é exigida em cada processo, tornando as enzimas celulolíticas oriundas de processo de compostagem grandes aliadas no desenvolvimento e otimização de processos industriais

Abstract: Bacteria and fungi have been extensively explored due to their ability to produce a variety of enzymes, including the cellulases that stand out because of their potential to degrade lignocellulosic materials to fermentable sugars, which can then be converted, for example, in biofuels. The...

Abstract: Bacteria and fungi have been extensively explored due to their ability to produce a variety of enzymes, including the cellulases that stand out because of their potential to degrade lignocellulosic materials to fermentable sugars, which can then be converted, for example, in biofuels. The present work aimed bioprospecting of bacteria isolated from the composting process conducted by Fundação Parque Zoológico de São Paulo (FPZSP), for the production of cellulolytic enzymes and the taxonomic characterization of strains of interest. For both, the microorganisms derived from the composting process of FPZSP were isolated, preserved and characterized macroscopically. Among the isolates, 168 were tested for production in a qualitative screening of cellulases, obtaining 135 cellulolytic microorganisms with potential evidenced by the formation of halos of hydrolysis in culture medium containing carboxymethylcellulose. These, 10 strains showed translucent halos with diameters between 1.3 cm and 1.9 cm, which were evaluated for activity in cellulolytic quantitative assays monitored for 7 days under two different pH conditions: 4.8 and 7.4. The best times of incubation recorded were seven and five days to pH 4.8 and 7.4, respectively. Then, strains for testing experimental design and optimization of enzymatic activities were selected. In Planning P&B, the best cellulolytic activity verified was 3.6392 FPU/mL obtained from FPZSP 143, at pH 4.8. This strain was selected and the DCCR applied, thus promoting an increase of 0.4574 FPU/mL compared to the previous experiment planning. Subsequently, the experiment was validated and the maximum score achieved for cellulolytic activity FPZSP 143 strain was 4.6435 FPU/mL. Five strains with cellulolytic activity were identified by sequence analysis of the 16S ribosomal RNA gene as members of the genus Bacillus, bacteria frequently encountered in composting environments and has been widely reported as producing cellulolytic enzymes. The composting process proved to be a potential environment for the production of cellulases of interest for various branches of industry, being the representatives of the genus Bacillus the best producers of cellulolytic enzymes. Although bacteria have been isolated from an environment with a pH around 7.4, there is a potential for the production of cellulases in more acidic pH, indicating their applicability in different conditions. This feature becomes important when one takes into account the industrial processes, where a different and specific condition is required in each case, making the cellulolytic enzymes derived from composting process a good allied in developing and industrial process optimization