Os microrganismos constituem dois terços da diversidade biológica na Terra, no entanto, muitos deles não podem ser cultivados por técnicas tradicionais. Portanto, o acesso a esta diversidade tem sido feita através da utilização de técnicas independentes de cultivo. Diante deste panorama, a metagenômica apresenta-se como uma alternativa, pois dispensa a necessidade de cultivo. Tal técnica possibilita inclusive a identificação e utilização do potencial metabólico destes organismos para o desenvolvimento de novos processos e produtos. Os polihidroxialcanoatos (PHAs) são poliésteres bacterianos, acumulados intracelularmente em forma de grânulos, cujas propriedades são similares a de alguns plásticos de origem petroquímica. O objetivo deste trabalho foi identificar e avaliar a diversidade de genes relacionados à produção de PHAs em bibliotecas metagenômicas de solo. A prospecção realizada resultou na identificação de clones contendo o gene phaC. De uma forma geral, pôde-se concluir que ainda há uma grande diversidade deste gene a ser descoberta no ambiente estudado. / Microorganisms constitute two third of the Earth\'s biological diversity, however, many of them cannot be cultured by standard techniques. Therefore, access to this diversity has been achieved through the use of culture-independent techniques. Facing this scenario, the metagenomic presents itself as an alternative, since it eliminates the need for cultivation. This technique also allows the identification and use of the metabolic pathways of these organisms to develop new processes and products. The polyhydroxyalkanoates (PHAs) are bacterial polyesters accumulated as granules, whose properties are similar to some plastics of petrochemical origin. The aim of this work was to identify and access the diversity of genes related to PHAs production in soil metagenomic libraries. The screening resulted in the identification of clones containing the phaC gene. In a general way, it was concluded that there is still a considerable diversity of this gene to be discovered in the study environment.

Os microrganismos constituem dois terços da diversidade biológica na Terra, no entanto, muitos deles não podem ser cultivados por técnicas tradicionais. Portanto, o acesso a esta diversidade tem sido feita através da utilização de técnicas independentes de cultivo. Diante deste panorama, a metagenômica apresenta-se como uma alternativa, pois dispensa a necessidade de cultivo. Tal técnica possibilita inclusive a identificação e utilização do potencial metabólico destes organismos para o desenvolvimento de novos processos e produtos. Os polihidroxialcanoatos (PHAs) são poliésteres bacterianos, acumulados intracelularmente em forma de grânulos, cujas propriedades são similares a de alguns plásticos de origem petroquímica. O objetivo deste trabalho foi identificar e avaliar a diversidade de genes relacionados à produção de PHAs em bibliotecas metagenômicas de solo. A prospecção realizada resultou na identificação de clones contendo o gene phaC. De uma forma geral, pôde-se concluir que ainda há uma grande diversidade deste gene a ser descoberta no ambiente estudado. / Microorganisms constitute two third of the Earth\'s biological diversity, however, many of them cannot be cultured by standard techniques. Therefore, access to this diversity has been achieved through the use of culture-independent techniques. Facing this scenario, the metagenomic presents itself as an alternative, since it eliminates the need for cultivation. This technique also allows the identification and use of the metabolic pathways of these organisms to develop new processes and products. The polyhydroxyalkanoates (PHAs) are bacterial polyesters accumulated as granules, whose properties are similar to some plastics of petrochemical origin. The aim of this work was to identify and access the diversity of genes related to PHAs production in soil metagenomic libraries. The screening resulted in the identification of clones containing the phaC gene. In a general way, it was concluded that there is still a considerable diversity of this gene to be discovered in the study environment.

A metagenômica trouxe novas perspectivas ao estudo de comunidades microbianas no ambiente, permitindo explorar tanto a diversidade taxonômica de microrganismos ainda não-cultivados, como o acesso direto a genes e vias metabólicas. Neste trabalho, foram construídas bibliotecas metagenômicas a partir de amostras de sedimentos de mangue da Baía de Guanabara (RJ), impactadas com hidrocarbonetos de petróleo e metais pesados. Proteobacteria (33,3%), bactérias afiliadas a redutoras-de-sulfato (29,7%) e Firmicutes (20%) representaram os grupos principais nas amostras ambientais, baseado em análises filogenéticas de rDNA 16S, ao passo que isolamentos seletivos utilizando diesel e naftaleno permitiram a recuperação preferencial de delta-Proteobacteria e actinomicetos. Bibliotecas metagenômicas dos sedimentos enriquecidos com óleo diesel, com insertos entre 25 e 35 Kb clonados em fosmídeos, foram triadas para detecção de genes catabólicos de monoxigenases (alkB1) e expressão de epóxido-hidrolases, esterases, lipases e monoxigenases em ensaios de alto desempenho (HTS, high throughput screening). Clones reativos a alkB1 foram detectados, porém não foram funcionais nas condições de HTS testadas. Nas bibliotecas de fosmídeos triadas, vários clones apresentaram atividade enzimática, sendo que dois apresentaram atividade de lipase-esterase com alta seletividade, elevada taxa de conversão de substratos e excesso enantiomérico (ee >99%). Os resultados de HTS comprovaram a eficiência do uso da clonagem direta de DNA ambiental na expressão de vias metabólicas de interesse com potencial de aplicação biotecnológica. / Metagenomics brought a new perspective to the study of microbial communities in the environment, enabling access to the taxonomic diversity of uncultured microorganisms, as well as direct access to genes and metabolic pathways. In the current study, metagenomic libraries were constructed from mangrove sediment samples of the Guanabara Bay (RJ, Brazil), impacted with oil hydrocarbons and heavy metals. Proteobacteria (33.3%), sulfate-reducing affiliated bacteria (29.7%) and Firmicutes (20%) represented the main groups in the environmental samples based upon 16S rDNA phylogenetic analysis, whereas selective isolation using diesel and naphtalene yielded delta-Proteobacteria and actinomycetes. Metagenomic libraries of diesel-enriched sediment samples, with 25 to 35 Kb fosmid inserts, were screened for detecting monooxigenase genes (alkB1) and expression of epoxide hydrolases, esterases, lipases and monooxigenases in high throughput screening (HTS) assays. Clones reactive to the alkB1 probe were detected, but were not functional under the HTS conditions used. Several functional clones were detected in the clone library, and two showed lipase-esterase activity with high rates of substrate conversion and enantiomeric ratio (ee >99%). The results obtained on HTS showed the efficiency of the direct cloning of environmental DNA for the expression of metabolic pathways with potential biotechnological application.

A metagenômica trouxe novas perspectivas ao estudo de comunidades microbianas no ambiente, permitindo explorar tanto a diversidade taxonômica de microrganismos ainda não-cultivados, como o acesso direto a genes e vias metabólicas. Neste trabalho, foram construídas bibliotecas metagenômicas a partir de amostras de sedimentos de mangue da Baía de Guanabara (RJ), impactadas com hidrocarbonetos de petróleo e metais pesados. Proteobacteria (33,3%), bactérias afiliadas a redutoras-de-sulfato (29,7%) e Firmicutes (20%) representaram os grupos principais nas amostras ambientais, baseado em análises filogenéticas de rDNA 16S, ao passo que isolamentos seletivos utilizando diesel e naftaleno permitiram a recuperação preferencial de delta-Proteobacteria e actinomicetos. Bibliotecas metagenômicas dos sedimentos enriquecidos com óleo diesel, com insertos entre 25 e 35 Kb clonados em fosmídeos, foram triadas para detecção de genes catabólicos de monoxigenases (alkB1) e expressão de epóxido-hidrolases, esterases, lipases e monoxigenases em ensaios de alto desempenho (HTS, high throughput screening). Clones reativos a alkB1 foram detectados, porém não foram funcionais nas condições de HTS testadas. Nas bibliotecas de fosmídeos triadas, vários clones apresentaram atividade enzimática, sendo que dois apresentaram atividade de lipase-esterase com alta seletividade, elevada taxa de conversão de substratos e excesso enantiomérico (ee >99%). Os resultados de HTS comprovaram a eficiência do uso da clonagem direta de DNA ambiental na expressão de vias metabólicas de interesse com potencial de aplicação biotecnológica. / Metagenomics brought a new perspective to the study of microbial communities in the environment, enabling access to the taxonomic diversity of uncultured microorganisms, as well as direct access to genes and metabolic pathways. In the current study, metagenomic libraries were constructed from mangrove sediment samples of the Guanabara Bay (RJ, Brazil), impacted with oil hydrocarbons and heavy metals. Proteobacteria (33.3%), sulfate-reducing affiliated bacteria (29.7%) and Firmicutes (20%) represented the main groups in the environmental samples based upon 16S rDNA phylogenetic analysis, whereas selective isolation using diesel and naphtalene yielded delta-Proteobacteria and actinomycetes. Metagenomic libraries of diesel-enriched sediment samples, with 25 to 35 Kb fosmid inserts, were screened for detecting monooxigenase genes (alkB1) and expression of epoxide hydrolases, esterases, lipases and monooxigenases in high throughput screening (HTS) assays. Clones reactive to the alkB1 probe were detected, but were not functional under the HTS conditions used. Several functional clones were detected in the clone library, and two showed lipase-esterase activity with high rates of substrate conversion and enantiomeric ratio (ee >99%). The results obtained on HTS showed the efficiency of the direct cloning of environmental DNA for the expression of metabolic pathways with potential biotechnological application.