MENESES, D. P. Produção de biossurfactante por Aureobasidium thailandense utilizando resíduos agroindustriais. 72 f. 2016. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2016. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2016-03-29T11:50:00Z No. of bitstreams: 1 2016_dis_dpmeneses.pdf: 1810525 bytes, checksum: 20b371c4de55c1fdd9e19bd81763165d (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2016-03-31T14:10:12Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_dis_dpmeneses.pdf: 1810525 bytes, checksum: 20b371c4de55c1fdd9e19bd81763165d (MD5) / Made available in DSpace on 2016-03-31T14:10:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_dis_dpmeneses.pdf: 1810525 bytes, checksum: 20b371c4de55c1fdd9e19bd81763165d (MD5) Previous issue date: 2016-02-22 / Biosurfactants are natural amphipathic molecules thus they can reduce the surface and interfacial tensions. They are produced by a variety of microorganisms, mostly by bacteria and yeasts. The aim of this study was to evaluate the biosurfactant production from the submerged fermentation process by Aureobasidium thailandense, isolated from Cashew stalk (Anacardium occidentale L.) using organic residues as carbon and nitrogen source. The first experiments were conducted in order to select the sources of nutrients from the following sources: molasses, waste water from the production of olive oil (olive mill wastewater - OMW), glucose, yeast extract and corn steep liquor (CSL). The study conducted using a fractional factorial 23-1 to analyze the effect of nitrogen sources (yeast extract and corn steep liquor) and olive mill wastewater concentrations in the medium. CSL obtained negative effect on the production of the biosurfactant. A central composite rotated design (CCRD - 22) including 4 trials in the axial conditions and three repetitions at the central point, was performed to optimize the yeast extract and olive mill wastewater concentration. The real values obtained from fermentation using the concentrations of 2 g/L of yeast extract, 1.5% (v/v) of OMW, 6 g/L of glucose and 1 g/L of KH2PO4 were 27 ± 2 5 mN/m and 28 ± 2.6 mN/m at 24 and 48 h, respectively. The maximum reduction in surface tension values of the fermentation broth generated were estimated at 27 mN/m (24 hours) and 28.2 mN/m (48 hours).The biosurfactant produced by A. thailandense showed a critical micelar concentration (CMC) of 550 mg/L, reducing the water surface tension from 72 ± 0.8 mN/m to 33 mN/m. The structure of the molecule represents CH3 – (CH2)10 –, where its ester portion has not yet been identified. The emulsifying ability was verified comparing the produced surfactant against the synthetic surfactant SDS (E24 = 57 ± 0.57%) at 10 mg/mL. It was obtained a E24 = 49 ± 0.4%. The surfactant produced by A. thailandense caused a 86% dispersion of crude oil in plate and its action after 24 hours remained stable, SDS surfactant showed no dispersion in the same time interval. / Os biossurfactantes são moléculas anfipáticas que atuam na redução da tensão superficial e interfacial de líquidos. São produzidos por uma diversidade de microrganismos, em sua maioria por bactérias e leveduras. O objetivo desse trabalho foi avaliar a produção de biossurfactante por Aureobasidium thailandense isolado do pedúnculo do caju (Anacardium occidentale L.) utilizando resíduos agroindustriais como fonte de carbono e nitrogênio a partir do processo de fermentação submersa. Os primeiros experimentos foram realizados a fim de selecionar as fontes de nutrientes a partir: melaço, água residual da produção de azeite (olive mill wastewater - OMW), glicose, extrato de levedura e água de maceração de milho (CSL). A partir desse estudo preliminar foi realizado um fatorial fracionado 23-1, incluindo 3 repetições no ponto central, totalizando 7 ensaios para selecionar a fonte de nitrogênio (CSL e extrato de levedura). O CSL obteve efeito negativo na produção do biossurfactante. Dessa forma pode-se realizar um planejamento fatorial completo (DCCR- 22) para otimizar as concentrações de extrato de levedura e de OMW. Os valores obtidos para redução de tensão superficial do caldo fermentado foram 27 ± 2,5 mN/m e 28 ± 2,6 mN/m em 24 e 48 h, respectivamente e os estimados pelo planejamento foram de 27 mN/m (24 horas) e 28,2 mN/m (48 horas). Dessa forma o meio de fermentação foi otimizado nas seguintes concentrações: 2 g/L de extrato de levedura, 1,5% (v/v) de OMW, 6 g/L de glicose e 1 g/LKH2PO4. O biossurfactante produzido por A. thailandense apresentou uma concentração micelar crítica (CMC) de 550 mg/L, reduzindo a tensão superficial da água de 72 ± 0,8 mN/m para 33 mN/m. A estrutura da molécula não foi completamente elucidada, sabe-se que a cadeia carbônica CH3 – (CH2)10 – liga-se a uma porção éster. A ação emulsificante foi comparada ao surfactante sintético SDS (E24 = 57 ± 0,57 %) na concentração de 10 mg/mL, obtendo um E24 de 49 ± 0,4 %. O surfactante produzido por A. thailandense promoveu a dispersão de 86% do petróleo bruto em placa e após 24 horas sua ação manteve-se estável, o surfactante SDS não apresentou a dispersão nesse mesmo intervalo de tempo.

Made available in DSpace on 2017-07-10T19:24:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Juliana_Texto_completo.pdf: 2104939 bytes, checksum: ce60666190df07cee9975989d437d475 (MD5) Previous issue date: 2011-01-20 / Lignocellulosic materials are abundant in agro-industrial residues and by-products of agroindustry and can be used for fuels and other chemicals of commercial interest. An alternative to physical and chemical methods for bioconversion of lignocellulosic material is the use of enzymes produced by micro-organisms. The aquatic bacterium Gram negative Caulobacter crescentus presents biotechnological potential for the use of these residues because it contains in its genome several gene coding for enzymes involved in the metabolism of lignocellulosic materials, including 5 genes to β-Xylosidases. In this study, the gene xynB2 (1.5 kb) coding the C. crescentus β-Xylosidase II was cloned into the vector pJet1.2 (Fermentas) and subcloned in frame in the sites EcoRI/XbaI of expression vector pPROEXHta (Invitrogen). A histidine tail fusion protein was obtained after induction and expression of gene xynB2 in E. coli (DH10B) with IPTG (1 mM). The recombinant β-Xylosidase II (β-Xylrec- II) was purified by chromatography using nickel-Sepharose resin and a pure enzyme was characterized by biochemical kinetics parameters. A single band of 65 kDa was obtained by SDS-PAGE 9% for C. crescentus β-Xyl-rec-II purified, which showed a specific activity of 215 U / mg, pH optimum equal to 6, the optimum temperature of 55 °C and half life of 4 h at 50 °C. After 24 h incubation at pH 6 the enzyme retained 95% of activity. Most of the ions inhibited the activity of β-Xylosidase II, but a 32% increase was observed in the presence of KCl (2mM). The kinetic parameters KM and VMáx were equal to 8.4 mM and 370 moles / min, respectively. The ability of C. crescentus β-Xyl-rec-II hydrolyse xylan and sugarcane bagasse residue was assessed after incubation with these Xylanase purified from Aspergillus alliaceus. The relative percentage of hydrolysis products of xylan and sugar cane bagasse, increased 2.5 and 6.5 times, respectively, after incubation for 18 hours with C. crescentus β- Xyl-rec-II pure, thus highlighting the possibility of using this enzyme in biotechnological processes. In addition, β-Xil-rec-II was also used for the production of a polyclonal antibody in rabbit that showed by "Western blot" assay a highly specific recognition of the purified protein. In order to investigate the role of xynB2 gene to C. crescentus, two mutants were obtained. The first one was constructed by insertion of a spectinomycin resistance cassette into the xynB2 gene by double homologous recombination, generating a null mutant strain named RSJU-2. The second one was obtained by cloning of xynB2 gene under the control of the inducible xylose promoter generating a strain denominated pMOA. β-Xylosidase activity was measured in the RSJU-2, pMOA and parental strain (NA1000) cells of C. crescentus which were grown in the absence and in the presence of different agro-industrial residues and others carbon sources. The xynB2 gene depletion made cells more able to produce high activities of other β-Xylosidases in the presence of different residues, for instance, β- Xylosidase activity produced by RSJU-2 cells was almost 15 times higher than the activity showed by NA1000 in the presence of sugarcane bagasse. These results indicate that the absence o xynB2 gene up-regulates the expression of other β-Xylosidases in C. crescentus. On the other hand, a decreased activity of β-Xylosidase was observed in the strain pMOA, suggesting that the overexpression of β-Xylosidase II down-regulates C. crescentus β - Xylosidases activities. To verify that the variation in activity levels of β -Xylosidase occur as a consequence of variations in the levels of transcription of β-Xylosidases genes in different strains, we constructed a lacZ- fusion transcription by cloning the E. coli lacZ gene under the control of xynB2 gene promoter. Thus, the β-Galactosidase activity was measured as a function of xynB2 promoter activity. Tests of promoter activity by measuring the activity of β- Galactosidase in different strains showed that the xynB2 gene is transcription-dependent. / Materiais lignocelulósicos são abundantes em resíduos agroindustriais e subprodutos da agroindústria e podem ser usados para produção de combustíveis e outros químicos de interesse comercial. Uma alternativa aos métodos físicos e químicos para bioconversão de material lignocelulósico é o uso de enzimas produzidas por micro-organismos. A bactéria aquática Gram negativa Caulobacter crescentus apresenta potencial biotecnológico para o uso destes resíduos por conter em seu genoma vários genes que codificam para enzimas envolvidas com o metabolismo de materiais lignocelulósicos, incluindo 5 genes para β- Xilosidases. No presente trabalho o gene xynB2 (1,5 kb), que codifica para a β-xilosidade II de C. crescentus, foi clonado no vetor pJet1.2 (Fermentas) e subclonado em fase de leitura nos sítios EcoRI/XbaI do vetor de expressão pPROEX-HTa (Invitrogen). Uma proteína de fusão com cauda de histidinas foi obtida após indução da expressão do gene xynB2 em E. coli (DH10B) com IPTG (1mM). A β-xilosidade II recombinante (β-Xil-II-rec) foi purificada por cromatografia usando resina de níquel-sepharose e a enzima pura caracterizada quanto a parâmetros cinéticos e bioquímicos. Uma banda única de 65 KDa foi obtida em gel SDSPAGE 9% para a β-Xil-rec-II purificada de C. crescentus, a qual mostrou uma atividade específica de 215 U/mg, pH ótimo igual a 6, temperatura ótima de 55°C e meia vida de 4 horas a 50°C. Após 24 h de incubação em pH 6 a enzima reteve 95% da atividade inicial. A maioria dos íons inibiu a atividade de β-xilosidade II, mas um aumento de 32% foi observado na presença de KCl (2mM). Os parâmetros cinéticos KM e VMáx foram iguais a 8,4 mM e 370 moles/min, respectivamente. A capacidade da β-Xilosidase II recombinante pura de C. crescentus hidrolisar xilano e o resíduo bagaço de cana foi avaliada após incubação prévia destes com a Xilanase purificada de Aspergillus alliaceus. As porcentagens relativas de produtos de hidrólise do xilano e bagaço de cana-de-açúcar aumentaram 2,5 e 6,5 vezes, respectivamente, após incubação por 18 horas com a β-Xil-II-rec pura de C. crescentus, ressaltando assim, a possibilidade de aplicação desta enzima em processos biotecnológicos. Em adição, a β-Xil-II-rec foi usada para a produção de um anticorpo policlonal em coelho que mostrou por ensaios de Western Blot uma elevada especificidade para reconhecimento da proteína purificada. Paralelamente, com o objetivo de investigar o papel do gene xynB2 para C. crescentus, dois mutantes foram obtidos. O primeiro foi construído pela inserção de um cassete de resistência a espectinomicina dentro do gene xynB2 por dupla recombinação homóloga, gerando uma linhagem mutante nula denominada RSJU-2. Os segundo foi obtido por clonagem do gene xynB2 sob o controle de um promotor indutível por xilose gerando uma linhagem denominada pMOA. A atividade de β-Xilosidase foi mensurada nas células das linhagens RSJU-2, pMOA e parental (NA1000) de C. crescentus, as quais cresceram na ausência e presença de diferentes resíduos agroindustriais. A depleção do gene xynB2 fez as células mais hábeis a produzirem altas atividades de outras β-Xilosidases na presença de diferentes resíduos ou fontes de carbono. Estes resultados indicam que a ausência do gene xynB2 regula positivamente a expressão de outras β-Xilosidases em C. crescentus. Por outro lado, um decréscimo na atividade de β- Xilosidases foi observado na linhagem pMOA, sugerindo que a superexpressão da β- XilosidaseII regula negativamente a atividade de β-Xilosidases. Para verificar se a variação nos níveis de atividade de β-Xilosidase ocorre como um reflexo de variações nos níveis de transcrição de genes de β-Xilosidases nas diferentes cepas, foi construído uma fusão de transcrição a partir da clonagem do promotor do gene xynB2 a frente do gene lacZ de E. coli. Assim, foi quantificada a atividade de β-Galactosidase como uma medida da atividade do promotor do gene xynB2, o que demonstrou que gene xynB2 é dependente de transcrição.

Made available in DSpace on 2017-05-12T14:48:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Juliana_Texto_completo.pdf: 2104939 bytes, checksum: ce60666190df07cee9975989d437d475 (MD5) Previous issue date: 2011-01-20 / Lignocellulosic materials are abundant in agro-industrial residues and by-products of agroindustry and can be used for fuels and other chemicals of commercial interest. An alternative to physical and chemical methods for bioconversion of lignocellulosic material is the use of enzymes produced by micro-organisms. The aquatic bacterium Gram negative Caulobacter crescentus presents biotechnological potential for the use of these residues because it contains in its genome several gene coding for enzymes involved in the metabolism of lignocellulosic materials, including 5 genes to β-Xylosidases. In this study, the gene xynB2 (1.5 kb) coding the C. crescentus β-Xylosidase II was cloned into the vector pJet1.2 (Fermentas) and subcloned in frame in the sites EcoRI/XbaI of expression vector pPROEXHta (Invitrogen). A histidine tail fusion protein was obtained after induction and expression of gene xynB2 in E. coli (DH10B) with IPTG (1 mM). The recombinant β-Xylosidase II (β-Xylrec- II) was purified by chromatography using nickel-Sepharose resin and a pure enzyme was characterized by biochemical kinetics parameters. A single band of 65 kDa was obtained by SDS-PAGE 9% for C. crescentus β-Xyl-rec-II purified, which showed a specific activity of 215 U / mg, pH optimum equal to 6, the optimum temperature of 55 °C and half life of 4 h at 50 °C. After 24 h incubation at pH 6 the enzyme retained 95% of activity. Most of the ions inhibited the activity of β-Xylosidase II, but a 32% increase was observed in the presence of KCl (2mM). The kinetic parameters KM and VMáx were equal to 8.4 mM and 370 moles / min, respectively. The ability of C. crescentus β-Xyl-rec-II hydrolyse xylan and sugarcane bagasse residue was assessed after incubation with these Xylanase purified from Aspergillus alliaceus. The relative percentage of hydrolysis products of xylan and sugar cane bagasse, increased 2.5 and 6.5 times, respectively, after incubation for 18 hours with C. crescentus β- Xyl-rec-II pure, thus highlighting the possibility of using this enzyme in biotechnological processes. In addition, β-Xil-rec-II was also used for the production of a polyclonal antibody in rabbit that showed by "Western blot" assay a highly specific recognition of the purified protein. In order to investigate the role of xynB2 gene to C. crescentus, two mutants were obtained. The first one was constructed by insertion of a spectinomycin resistance cassette into the xynB2 gene by double homologous recombination, generating a null mutant strain named RSJU-2. The second one was obtained by cloning of xynB2 gene under the control of the inducible xylose promoter generating a strain denominated pMOA. β-Xylosidase activity was measured in the RSJU-2, pMOA and parental strain (NA1000) cells of C. crescentus which were grown in the absence and in the presence of different agro-industrial residues and others carbon sources. The xynB2 gene depletion made cells more able to produce high activities of other β-Xylosidases in the presence of different residues, for instance, β- Xylosidase activity produced by RSJU-2 cells was almost 15 times higher than the activity showed by NA1000 in the presence of sugarcane bagasse. These results indicate that the absence o xynB2 gene up-regulates the expression of other β-Xylosidases in C. crescentus. On the other hand, a decreased activity of β-Xylosidase was observed in the strain pMOA, suggesting that the overexpression of β-Xylosidase II down-regulates C. crescentus β - Xylosidases activities. To verify that the variation in activity levels of β -Xylosidase occur as a consequence of variations in the levels of transcription of β-Xylosidases genes in different strains, we constructed a lacZ- fusion transcription by cloning the E. coli lacZ gene under the control of xynB2 gene promoter. Thus, the β-Galactosidase activity was measured as a function of xynB2 promoter activity. Tests of promoter activity by measuring the activity of β- Galactosidase in different strains showed that the xynB2 gene is transcription-dependent. / Materiais lignocelulósicos são abundantes em resíduos agroindustriais e subprodutos da agroindústria e podem ser usados para produção de combustíveis e outros químicos de interesse comercial. Uma alternativa aos métodos físicos e químicos para bioconversão de material lignocelulósico é o uso de enzimas produzidas por micro-organismos. A bactéria aquática Gram negativa Caulobacter crescentus apresenta potencial biotecnológico para o uso destes resíduos por conter em seu genoma vários genes que codificam para enzimas envolvidas com o metabolismo de materiais lignocelulósicos, incluindo 5 genes para β- Xilosidases. No presente trabalho o gene xynB2 (1,5 kb), que codifica para a β-xilosidade II de C. crescentus, foi clonado no vetor pJet1.2 (Fermentas) e subclonado em fase de leitura nos sítios EcoRI/XbaI do vetor de expressão pPROEX-HTa (Invitrogen). Uma proteína de fusão com cauda de histidinas foi obtida após indução da expressão do gene xynB2 em E. coli (DH10B) com IPTG (1mM). A β-xilosidade II recombinante (β-Xil-II-rec) foi purificada por cromatografia usando resina de níquel-sepharose e a enzima pura caracterizada quanto a parâmetros cinéticos e bioquímicos. Uma banda única de 65 KDa foi obtida em gel SDSPAGE 9% para a β-Xil-rec-II purificada de C. crescentus, a qual mostrou uma atividade específica de 215 U/mg, pH ótimo igual a 6, temperatura ótima de 55°C e meia vida de 4 horas a 50°C. Após 24 h de incubação em pH 6 a enzima reteve 95% da atividade inicial. A maioria dos íons inibiu a atividade de β-xilosidade II, mas um aumento de 32% foi observado na presença de KCl (2mM). Os parâmetros cinéticos KM e VMáx foram iguais a 8,4 mM e 370 moles/min, respectivamente. A capacidade da β-Xilosidase II recombinante pura de C. crescentus hidrolisar xilano e o resíduo bagaço de cana foi avaliada após incubação prévia destes com a Xilanase purificada de Aspergillus alliaceus. As porcentagens relativas de produtos de hidrólise do xilano e bagaço de cana-de-açúcar aumentaram 2,5 e 6,5 vezes, respectivamente, após incubação por 18 horas com a β-Xil-II-rec pura de C. crescentus, ressaltando assim, a possibilidade de aplicação desta enzima em processos biotecnológicos. Em adição, a β-Xil-II-rec foi usada para a produção de um anticorpo policlonal em coelho que mostrou por ensaios de Western Blot uma elevada especificidade para reconhecimento da proteína purificada. Paralelamente, com o objetivo de investigar o papel do gene xynB2 para C. crescentus, dois mutantes foram obtidos. O primeiro foi construído pela inserção de um cassete de resistência a espectinomicina dentro do gene xynB2 por dupla recombinação homóloga, gerando uma linhagem mutante nula denominada RSJU-2. Os segundo foi obtido por clonagem do gene xynB2 sob o controle de um promotor indutível por xilose gerando uma linhagem denominada pMOA. A atividade de β-Xilosidase foi mensurada nas células das linhagens RSJU-2, pMOA e parental (NA1000) de C. crescentus, as quais cresceram na ausência e presença de diferentes resíduos agroindustriais. A depleção do gene xynB2 fez as células mais hábeis a produzirem altas atividades de outras β-Xilosidases na presença de diferentes resíduos ou fontes de carbono. Estes resultados indicam que a ausência do gene xynB2 regula positivamente a expressão de outras β-Xilosidases em C. crescentus. Por outro lado, um decréscimo na atividade de β- Xilosidases foi observado na linhagem pMOA, sugerindo que a superexpressão da β- XilosidaseII regula negativamente a atividade de β-Xilosidases. Para verificar se a variação nos níveis de atividade de β-Xilosidase ocorre como um reflexo de variações nos níveis de transcrição de genes de β-Xilosidases nas diferentes cepas, foi construído uma fusão de transcrição a partir da clonagem do promotor do gene xynB2 a frente do gene lacZ de E. coli. Assim, foi quantificada a atividade de β-Galactosidase como uma medida da atividade do promotor do gene xynB2, o que demonstrou que gene xynB2 é dependente de transcrição.