Orientador: Fabio Marcio Squina

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

Resumo: A Biomassa vegetal tem sido reconhecida como uma potencial fonte de açúcares fermentescíveis para a produção de biocombustível, principalmente pelo crescente incentivo do uso de fontes renováveis de combustíveis e sustentabilidade. Atualmente, no Brasil, o etanol é quase exclusivamente...

Resumo: A Biomassa vegetal tem sido reconhecida como uma potencial fonte de açúcares fermentescíveis para a produção de biocombustível, principalmente pelo crescente incentivo do uso de fontes renováveis de combustíveis e sustentabilidade. Atualmente, no Brasil, o etanol é quase exclusivamente produzido pela fermentação da sacarose, um açúcar que pode ser facilmente extraído da cana-de-açúcar, esse etanol produzido a partir da sacarose é chamado de etanol de primeira geração. O processo de extração dos açúcares da biomassa da cana, através da hidrólise enzimática para a produção do chamado etanol de segunda geração, ainda apresenta um baixo rendimento e elevado custo de produção. O objetivo deste trabalho foi à busca por enzimas capazes de promover uma degradação mais eficiente, contribuindo para a viabilidade da produção do bioetanol de segunda geração. Para este estudo foi utilizada uma abordagem de metagenômica e metaproteômica. A análise metagenômica baseou-se em uma amostra de solo de canavial a qual teve seu DNA extraído e sequenciado. Em paralelo utilizou-se este solo para o estabelecimento de dois consórcios microbianos utilizando o bagaço de cana-de-açúcar como única fonte de carbono, estes consórcios também foram sequenciados. As sequências foram anotadas e analisadas na plataforma MG-Rast. Para a abordagem metaproteômica foram utilizadas proteínas extraídas diretamente do solo e o secretoma de ambos os consórcios. A análise do sequenciamento revelou a predominância de bactérias, que representaram 94,86% do metagenoma de solo de canavial, sendo o filo Proteobacteria o grupo mais abundante em todos os metagenomas avaliados. Durante as análises foi possível observar mudanças populacionais entre os metagenomas, a exemplo, as classes Bacteroidia, Alphaproteobacteria e Gammaproteobacteria se mostraram mais abundantes nos metagenomas dos consórcios do que do solo. Analisando as proteínas identificadas nas análises de metaproteômica pertencentes à família das glicosil hidrolases nota-se uma predominância das hemicelulases seguida das celulases entre as enzimas mais abundantes identificadas para as três comunidades analisadas. Dentre as celulases identificadas as mais abundantes foram a GH1, GH3 e GH9, entres as hemicelulases as mais abundantes foram GH2, GH43 e GH51. As análises de metagenômica e metaproteômica sugerem que os consórcios apresentam um enriquecimento das enzimas de interesse e revelam o potencial destas comunidades para prospecção de novas enzimas envolvidas na degradação da biomassa lignocelulósica

Abstract: Plant Biomass has been recognized as a potential source of fermentable sugars for biofuel production, mainly by the growing concern with renewable fuels and sustainability. Ethanol is currently almost exclusively produced by fermentation of sucrose, a sugar that can be easily extracted...

Abstract: Plant Biomass has been recognized as a potential source of fermentable sugars for biofuel production, mainly by the growing concern with renewable fuels and sustainability. Ethanol is currently almost exclusively produced by fermentation of sucrose, a sugar that can be easily extracted from sugar cane and thus, this process is called first generation ethanol. The process of extracting the sugars from sugarcane biomass, through enzymatic hydrolysis to produce the so-called second-generation ethanol, still has a low yield and high cost process. The objective of this study was to search for enzymes capable of promoting a more efficient degradation, making possible the production of second generation bioethanol. We used the metagenomic and metaproteomic approaches. The metagenomic analysis was based on a soil sample of sugar cane which had its DNA extracted and sequenced. In parallel the soil was used to establish two microbial consortia using sugarcane bagasse as a sole carbon source, these consortia were also sequenced. The sequences were annotated and analyzed in MG-Rast platform. Proteins extracted directly from soil and the secretome of both consortia were used for metaproteomic approach. The sequencing analysis revealed the predominance of bacteria, representing 94.86 % of the soil metagenome, phylum Proteobacteria is the most abundant group in all metagenomas reviews. During the analysis it was observed population changes between the metagenomes, we notice some groups that seem to be more abundant in consortia¿s metagenomes than in soil. Between these enriched classes of microorganisms we have the Bacteroidia, Alphaproteobacteria and Gammaproteobacteria classes. Among the proteins identified in the metaproteomic 61% of the soil¿s proteins represent glycosyl hydrolases and 25% glycosyl transferases, the consortia presented a similar profile. Analyzing the enzymes belonging to the family of glycoside hydrolases we can notice a predominance of hemicellulases then cellulases among the most abundant enzymes identified for the three communities. Among the most abundant cellulases identified were the GH1, GH3 and GH9, among hemicellulases the most abundant were GH2, GH43 and GH51. The metagenomic and metaproteomic analyzes suggest that consortia have an enrichment of the enzymes of interest and reveal the potential of these communities to search for new enzymes involved in the degradation of lignocellulosic biomass