Este trabalho objetivou coletar e isolar fungos filamentosos de diferentes regiões do estado de São Paulo com potenciais para produção de enzimas amilolíticas com características físico-químicas desejáveis para aplicação industrial. Foram coletados 19 fungos nas três coletas realizadas e estes juntamente com outros cinco fungos, isolados anteriormente durante o projeto Biota/FAPESP, foram submetidos a uma seleção para a escolha do melhor produtor de amilases. Aspergillus niveus foi o que melhor produziu amilases nas condições avaliadas e foi tomado para dar continuidade ao trabalho. A etapa seguinte consistiu em avaliar as melhores condições de cultivo para a produção das amilases. Os maiores níveis de atividade enzimática foram detectados em meio Khanna, em cultivos estáticos, pH inicial 6,0, a 40°C, com 72 horas de crescimento. Milho moído, farinha de aveia, palha de arroz, maisena, amido solúvel, casca de mandioca, maltose, farelo de trigo, penetrose, amilopectina e rafinose foram as fontes de carbono que melhor induziram a síntese de amilases. Extratos enzimáticos de A. niveus obtidos sob condições ótimas de cultivo, foram submetidos a eluição em diferentes colunas cromatográficas (DEAE-Fragtogel e Sephacryl S-200) e três amilases foram purificadas (uma glucoamilase e 2 a-glucosidases- I e II), cujas massas moleculares determinadas por SDS-PAGE corresponderam à 77, 59 e 55 kDa. Os pontos isoelétricos e o conteúdo de carboidrato corresponderam respectivamente a de 3,8 e 15% para glucoamilase, 6,6 e 4% para a-glucosidase I e 6,8 e 29% para a- glucosidase II. O pH ótimo para atividade de glucoamilase foi de 5,0-5,5 e pH 6,0 para a atividade de a-glucosidase I e II. A temperatura ótima para as três enzimas foi de 65°C e as mesmas apresentaram boa estabilidade a 60 e 65°C. A glucoamilase apresentou alta afinidade para o amido, já a a-glucosidase I apresentou alta afinidade para amido, glicogênio e maltose. A maior eficiência catalítica foi verificada na presença de VII glicogênio, seguido de amido e maltose. A a-glucosidase II apresentou atividade sobre vários substratos e os valores de Kcat/Km obtidos mostraram maior preferência dessa enzima pelo glicogênio, seguido de amido, amilopectina, maltose e -NPG. A análise de Dicroísmo Circular demonstrou que as três amilases são ricas em a-hélices nas suas estruturas secundárias e o sequenciamento de aminoácidos revelou similaridade da glucoamilase de A. niveus com glucoamilases de A. terreus, A. niger, A. ficcum, A. awamori, A. kawachi e A. shirousami. O sequenciamento das a-glucosidases I e II revelaram homologia destas com a-glucosidase de A. fumigatus. Estudos do efeito de N-glicanas nas propriedades das enzimas foram avaliados mediante tratamento do meio de cultivo com tunicamicina. A glucoamilase e a a-glucosidase I perderam significativamente a especificidade pelo substrato, já a a-glucosidase II perdeu termoestabilidade com a remoção das N-glicanas. Glucoamilase e a-glucosidase II foram imobilizadas em suportes com interação iônica e por ligação covalente. Os suportes trocadores iônicos usados foram Glioxil-PEI, Glioxil-MANAE, DEAESephacel e Sepharose Q. Os suportes utilizados para interação covalente foram agarose ativada com brometo de cianogênio (BrCN) e Glioxil-Agarose, pH 10,5. A estabilidade apresentada com os derivados formados por ligações covalentes foi maior que aquela apresentada para os derivados formados a partir de ligações iônicas. O uso da trealose como aditivo aumentou significativamente a estabilidade de todos os derivados / This study aimed to collect and isolate filamentous fungi from different regions of São Paulo state with potential for amylases production with desirable physical and chemical characteristics for industrial application. It was collected 19 fungi during three different expeditions. These fungi with other five microorganisms previously isolated during the Biota project were submitted to screening tests to select a good amylases producer. Aspergillus niveus was one of the best amylase producers under experimental conditions and was chosen to continue this work. The next step was to determine the best growth conditions for the amylases production. The highest levels of enzymatic synthesis were detected in Khanna medium under static conditions, initial pH 6.0, at 40°C during 72 hours. Corn, oatmeal, rice straw, corn starch, soluble starch, cassava peel, maltose, wheat bran, penetrose, amylopectin and raffinose were the best carbon sources for amylase production. Enzymatic extracts from A. niveus obtained under the optimal culture conditions, were loaded in different chromatography columns (DEAE-Fragtogel and Sephacryl S200) where three amylases were purified (a glucoamylase and two a-glucosidases, named I and II), whose molecular weights determined by SDS-PAGE corresponded to 77, 59 and 55 kDa. The isoelectric points and carbohydrate content were 3.8 and 15% for glucoamylase, 6.6 and 4% for -glucosidase I and 6.8 and 29% for -glucosidase II, respectively. The glucoamylase optimum pH was 5.0-5.5 and 6.0 for -glucosidases I and II. The optimum reaction temperatures were 65° C for all studied enzymes and all of them showed stability at 60 and 65°C. The glucoamylase presented high affinity for starch and -glucosidase I presented high affinity for starch, glycogen and maltose. The highest catalytic efficiency was observed using glycogen, starch and maltose as substrates. The -glucosidase II hydrolyzed several substrates and the kcat/Km values showed greater performance under glycogen, followed by starch, amylopectin, maltose and -NPG hydrolysis. The Circular Dichroism (CD) analyses showed that all the studied amylases were predominantly constituted by -helices in its secondary structure. The amino acid sequencing revealed similarity among the glucoamylase from A. niveus, A. terreus, A. niger, A. ficcum, A. awamori, A. kawachi and A. shirousami. Comparing the sequencing of a-glucosidases I and II from A. niveus, both showed homology with other a-glucosidases from A. fumigatus. Studies about the effect of N-glycans under enzymatic properties were done by addition of tunicamycin in the culture medium. Glucoamylase and a-glucosidase I lost significantly their substrate specificity, and a- glucosidase II lost its thermostability after the N-glycans removal. Glucoamylase and a- glucosidase II were immobilized in ionic interaction supporters and by covalent bonds. The ion exchangers supporters used were glyoxylic-PEI, glyoxylic-MANA, DEAESephacel and Sepharose Q. The supporters used for covalent interaction were agarose activated with cyanogen bromide (BRCN) and glyoxylic-Agarose, pH 10.5. The stability presented with derivatives formed by covalent bonds was higher than those reported for the derivatives formed from ionic bonds. The use of trehalose as an additive really improved the stability of all derivatives.

Este trabalho objetivou coletar e isolar fungos filamentosos de diferentes regiões do estado de São Paulo com potenciais para produção de enzimas amilolíticas com características físico-químicas desejáveis para aplicação industrial. Foram coletados 19 fungos nas três coletas realizadas e estes juntamente com outros cinco fungos, isolados anteriormente durante o projeto Biota/FAPESP, foram submetidos a uma seleção para a escolha do melhor produtor de amilases. Aspergillus niveus foi o que melhor produziu amilases nas condições avaliadas e foi tomado para dar continuidade ao trabalho. A etapa seguinte consistiu em avaliar as melhores condições de cultivo para a produção das amilases. Os maiores níveis de atividade enzimática foram detectados em meio Khanna, em cultivos estáticos, pH inicial 6,0, a 40°C, com 72 horas de crescimento. Milho moído, farinha de aveia, palha de arroz, maisena, amido solúvel, casca de mandioca, maltose, farelo de trigo, penetrose, amilopectina e rafinose foram as fontes de carbono que melhor induziram a síntese de amilases. Extratos enzimáticos de A. niveus obtidos sob condições ótimas de cultivo, foram submetidos a eluição em diferentes colunas cromatográficas (DEAE-Fragtogel e Sephacryl S-200) e três amilases foram purificadas (uma glucoamilase e 2 a-glucosidases- I e II), cujas massas moleculares determinadas por SDS-PAGE corresponderam à 77, 59 e 55 kDa. Os pontos isoelétricos e o conteúdo de carboidrato corresponderam respectivamente a de 3,8 e 15% para glucoamilase, 6,6 e 4% para a-glucosidase I e 6,8 e 29% para a- glucosidase II. O pH ótimo para atividade de glucoamilase foi de 5,0-5,5 e pH 6,0 para a atividade de a-glucosidase I e II. A temperatura ótima para as três enzimas foi de 65°C e as mesmas apresentaram boa estabilidade a 60 e 65°C. A glucoamilase apresentou alta afinidade para o amido, já a a-glucosidase I apresentou alta afinidade para amido, glicogênio e maltose. A maior eficiência catalítica foi verificada na presença de VII glicogênio, seguido de amido e maltose. A a-glucosidase II apresentou atividade sobre vários substratos e os valores de Kcat/Km obtidos mostraram maior preferência dessa enzima pelo glicogênio, seguido de amido, amilopectina, maltose e -NPG. A análise de Dicroísmo Circular demonstrou que as três amilases são ricas em a-hélices nas suas estruturas secundárias e o sequenciamento de aminoácidos revelou similaridade da glucoamilase de A. niveus com glucoamilases de A. terreus, A. niger, A. ficcum, A. awamori, A. kawachi e A. shirousami. O sequenciamento das a-glucosidases I e II revelaram homologia destas com a-glucosidase de A. fumigatus. Estudos do efeito de N-glicanas nas propriedades das enzimas foram avaliados mediante tratamento do meio de cultivo com tunicamicina. A glucoamilase e a a-glucosidase I perderam significativamente a especificidade pelo substrato, já a a-glucosidase II perdeu termoestabilidade com a remoção das N-glicanas. Glucoamilase e a-glucosidase II foram imobilizadas em suportes com interação iônica e por ligação covalente. Os suportes trocadores iônicos usados foram Glioxil-PEI, Glioxil-MANAE, DEAESephacel e Sepharose Q. Os suportes utilizados para interação covalente foram agarose ativada com brometo de cianogênio (BrCN) e Glioxil-Agarose, pH 10,5. A estabilidade apresentada com os derivados formados por ligações covalentes foi maior que aquela apresentada para os derivados formados a partir de ligações iônicas. O uso da trealose como aditivo aumentou significativamente a estabilidade de todos os derivados / This study aimed to collect and isolate filamentous fungi from different regions of São Paulo state with potential for amylases production with desirable physical and chemical characteristics for industrial application. It was collected 19 fungi during three different expeditions. These fungi with other five microorganisms previously isolated during the Biota project were submitted to screening tests to select a good amylases producer. Aspergillus niveus was one of the best amylase producers under experimental conditions and was chosen to continue this work. The next step was to determine the best growth conditions for the amylases production. The highest levels of enzymatic synthesis were detected in Khanna medium under static conditions, initial pH 6.0, at 40°C during 72 hours. Corn, oatmeal, rice straw, corn starch, soluble starch, cassava peel, maltose, wheat bran, penetrose, amylopectin and raffinose were the best carbon sources for amylase production. Enzymatic extracts from A. niveus obtained under the optimal culture conditions, were loaded in different chromatography columns (DEAE-Fragtogel and Sephacryl S200) where three amylases were purified (a glucoamylase and two a-glucosidases, named I and II), whose molecular weights determined by SDS-PAGE corresponded to 77, 59 and 55 kDa. The isoelectric points and carbohydrate content were 3.8 and 15% for glucoamylase, 6.6 and 4% for -glucosidase I and 6.8 and 29% for -glucosidase II, respectively. The glucoamylase optimum pH was 5.0-5.5 and 6.0 for -glucosidases I and II. The optimum reaction temperatures were 65° C for all studied enzymes and all of them showed stability at 60 and 65°C. The glucoamylase presented high affinity for starch and -glucosidase I presented high affinity for starch, glycogen and maltose. The highest catalytic efficiency was observed using glycogen, starch and maltose as substrates. The -glucosidase II hydrolyzed several substrates and the kcat/Km values showed greater performance under glycogen, followed by starch, amylopectin, maltose and -NPG hydrolysis. The Circular Dichroism (CD) analyses showed that all the studied amylases were predominantly constituted by -helices in its secondary structure. The amino acid sequencing revealed similarity among the glucoamylase from A. niveus, A. terreus, A. niger, A. ficcum, A. awamori, A. kawachi and A. shirousami. Comparing the sequencing of a-glucosidases I and II from A. niveus, both showed homology with other a-glucosidases from A. fumigatus. Studies about the effect of N-glycans under enzymatic properties were done by addition of tunicamycin in the culture medium. Glucoamylase and a-glucosidase I lost significantly their substrate specificity, and a- glucosidase II lost its thermostability after the N-glycans removal. Glucoamylase and a- glucosidase II were immobilized in ionic interaction supporters and by covalent bonds. The ion exchangers supporters used were glyoxylic-PEI, glyoxylic-MANA, DEAESephacel and Sepharose Q. The supporters used for covalent interaction were agarose activated with cyanogen bromide (BRCN) and glyoxylic-Agarose, pH 10.5. The stability presented with derivatives formed by covalent bonds was higher than those reported for the derivatives formed from ionic bonds. The use of trehalose as an additive really improved the stability of all derivatives.

Os fungos filamentosos acionam mecanismos eficientes para sobrevivência nas diferentes condições ambientais e modulam, por exemplo, a produção de proteínas. A abordagem proteômica tem sido utilizada com sucesso para investigar os mecanismos fisiológicos envolvidos nas adaptações metabólicas desses microrganismos, frente às mudanças de parâmetros físicos e químicos do meio extracelular. No presente trabalho foi avaliado o efeito das variações de pH, fontes de carbono e nitrogênio (aminoácidos e fontes complexas) sobre a produção de peptidases e sobre o proteoma intra- e extracelular do fungo Aspergillus niveus em bioprocessos submersos. As atividades proteolíticas foram avaliadas durante 96 h de cultivo e as melhores induções, entre os estudos comparativos, foram observadas em pH 6, xilose, cisteína e farinha de pena. O efeito dessas variações sobre o proteoma de A. niveus foi avaliado em 96 h de cultivo submerso e, para isso, foram realizados estudos proteômicos nos quais os conteúdos proteicos foram avaliados por eletroforese bidimensional (2-DE); e os spots proteicos selecionados foram identificados por espectrometria de massas (MALDI-TOF/TOF-MS/MS). As proteínas apresentadas no estudo demonstram que as variações de pH, fontes de carbono e nitrogênio influenciaram as proteínas intra- e extracelulares de A. niveus. Os perfis de proteínas mostram que os parâmetros avaliados foram capazes de influenciar a síntese ou degradação de polímeros biológicos e a resposta aos efeitos químicos e/ou disponibilidade de nutrientes do meio extracelular modularam proteínas envolvidas em diversas rotas metabólicas. Além disso, a suplementação com fontes de nitrogênio orgânicas promoveram a indução de enzimas com potencial biotecnológico para aplicação industrial, o que reforça a importância dos estudos proteômicos para a determinação do comportamento de fungos filamentosos frente às condições ambientais / The filamentous fungi activate efficient mechanisms to survive in different environment conditions and protein production modulation may be a tool of these survival adaptation. Proteomic approach has been used as methodology to investigate physiological processes related to these microorganism adaptation after chemical and physical changes in extracelullar medium. In this study, the influence of pH variation, carbon and nitrogen sources (amino acid and complex sources) was analyzed on protease production and in intra- and extracellular proteomics of filamentous fungus Aspergillus niveus during submerged bioprocess. The proteolytic activities were evaluated for 96 hours of incubation and as the best indutors among those studied, there were proteases in pH 6, xylose, cystein and feather meal conditions. The variation effects over A. niveus proteome 96 hours submerged bioprocess was analyzed, the protein contents was separated, evaluated and identified by bidimensional electrophoresys followed by mass spectometry (MALDI-TOF/TOFMS/ MS). The identified proteins showed that bioprocess condition variations could influence on intra- and extracelullar proteins of A. niveus. The protein profiles presented a modulation on synthesis and degradation of biological polymers, and on proteins from metabolic pathway in response to chemical effects and/or extracellular nutrient available. Moreover, the supplementaiton with nitrogen sources promoted the production of enzymes with biotechnological potential on industrial application, highlighting the importance of proteomics to determine the filamentous fungus behavior under environment changes.