É crescente a busca por fontes de energia renováveis em substituição a o uso dos combustíveis fósseis, devido a grande preocupação mundial com o aquecimento global e as mudanças climáticas. O Brasil é considerado o detentor do processo de produção de etanol mais economicamente viável. Estimativas apontam para o fato de que a produção de etanol de primeira geração não será suficiente para atender a futura demanda global pelo biocombustível. Diante disto, a produção de etanol a partir da biomassa lignocelulósica se mostra como uma potencial solução. No entanto, durante o pré-tratamento e a hidrólise da biomassa, há formação de vários compostos tóxicos tais como o furfural, HMF, ácido fracos, e compostos fenólicos, os quais exercem efeitos inibitórios sobre as leveduras, tendo como consequência queda no rendimento fermentativo. Além das vantagens tecnológicas que o processo industrial brasileiro apresenta quanto à incorporação da produção de etanol 2G nas plantas já existentes, soma-se a abundância de matéria prima proveniente da própria indústria sucroalcooleira. No entanto, é de extrema necessidade o desenvolvimento de leveduras capazes de resistir as diversas condições inibitórias provenientes do novo substrato, as quais são potencializadas pelo reciclo celular. Neste sentido, o presente trabalho objetivou o desenvolvimento de novas linhagens de leveduras através das técnicas de hibridação e evolução adaptativa/seleção. Para isto, foi realizado o cruzamento massal envolvendo 5 linhagens de Saccharomyces cerevisiae, previamente selecionadas por demonstrar alta tolerância em fermentações em mosto misto a base de hidrolisado lignocelulósico e melaço de cana-de-açúcar. Inicialmente estudos foram realizados com a intenção de se obter altas taxas de esporulação, a fim de se propiciar uma grande quantidade de cruzamentos aleatórios para consequente geração de uma ampla biodiversidade, aumentando assim a possibilidade de se obter indivíduos com fenótipos melhorados. A cultura resultante do cruzamento massal foi seguida de evolução adaptativa/seleção, buscando, após cerca de 51 gerações, um enriquecimento da cultura com as linhagens mais tolerantes. Por meio de avaliação de crescimento em microplacas (DO 600nm), foram selecionadas 10 isolados evoluídos, os quais foram submetidos a ensaio de fermentação em bancada, simulando tanto quanto possível as condições industriais. Ao final, foi possível destacar uma linhagem por apresentar teor de reserva de trealose significativamente maior que as demais linhagens avaliadas, demonstrando assim a geração de um fenótipo melhorado. / Searching for renewable energy sources to substitute the fossil fuels use is growing, due to a great concern worldwide for global warming and climate change. Brazil is considered the holder of the most economically viable process of ethanol production. Estimates indicate that ethanol production of first generation will not be enough to supply future global demand for biofuel. Therefore, an ethanol production from the lignocellulosic biomass show up as a potential solution; however, during biomass pretreatment and hydrolysis, several toxic compounds such as furfural, HMF, weak acid, and phenolic compounds are formed, which exert inhibitory effects on yeasts, resulting in a fermentative yield decrease. Besides the technological advantages, presents in Brazilian industrial processes to incorporation of 2G ethanol production in existing factories, add up the abundance of feedstock comes from the own sugar and alcohol industry. However, the development of yeasts strains, resisting to inhibitory conditions from the new substrate which are potentiated by the cellular recycle, is extremely necessary. In this sense, the present work aimed the development of new yeasts strains by hybridization and adaptive evolution techniques. Mass mating was carried out involving 5 strains of Saccharomyces cerevisiae, previously selected by demonstrating high tolerance to fermentation from mixed-must composed by lignocellulosic hydrolyzate and sugarcane molasses. Previous studies were carried out to get high rates of sporulation that promote random crosses and broad biodiversity, in order to obtain individuals with improved phenotypes. The culture resulting from the mass mating was followed by an adaptation/selection, during 51 generations, generating enrichment of more tolerant strains. By means of microplate growth evaluation (DO 600nm), 10 evoluted isolates were selected, which were submitted to lab scale fermentation, simulating as much as possible as industrial conditions. At the end, it was possible to highlight a lineage demonstrating significantly higher trehalose reserve content than the other lineages evaluated, thus demonstrating a generation of an improved phenotype.

É crescente a busca por fontes de energia renováveis em substituição a o uso dos combustíveis fósseis, devido a grande preocupação mundial com o aquecimento global e as mudanças climáticas. O Brasil é considerado o detentor do processo de produção de etanol mais economicamente viável. Estimativas apontam para o fato de que a produção de etanol de primeira geração não será suficiente para atender a futura demanda global pelo biocombustível. Diante disto, a produção de etanol a partir da biomassa lignocelulósica se mostra como uma potencial solução. No entanto, durante o pré-tratamento e a hidrólise da biomassa, há formação de vários compostos tóxicos tais como o furfural, HMF, ácido fracos, e compostos fenólicos, os quais exercem efeitos inibitórios sobre as leveduras, tendo como consequência queda no rendimento fermentativo. Além das vantagens tecnológicas que o processo industrial brasileiro apresenta quanto à incorporação da produção de etanol 2G nas plantas já existentes, soma-se a abundância de matéria prima proveniente da própria indústria sucroalcooleira. No entanto, é de extrema necessidade o desenvolvimento de leveduras capazes de resistir as diversas condições inibitórias provenientes do novo substrato, as quais são potencializadas pelo reciclo celular. Neste sentido, o presente trabalho objetivou o desenvolvimento de novas linhagens de leveduras através das técnicas de hibridação e evolução adaptativa/seleção. Para isto, foi realizado o cruzamento massal envolvendo 5 linhagens de Saccharomyces cerevisiae, previamente selecionadas por demonstrar alta tolerância em fermentações em mosto misto a base de hidrolisado lignocelulósico e melaço de cana-de-açúcar. Inicialmente estudos foram realizados com a intenção de se obter altas taxas de esporulação, a fim de se propiciar uma grande quantidade de cruzamentos aleatórios para consequente geração de uma ampla biodiversidade, aumentando assim a possibilidade de se obter indivíduos com fenótipos melhorados. A cultura resultante do cruzamento massal foi seguida de evolução adaptativa/seleção, buscando, após cerca de 51 gerações, um enriquecimento da cultura com as linhagens mais tolerantes. Por meio de avaliação de crescimento em microplacas (DO 600nm), foram selecionadas 10 isolados evoluídos, os quais foram submetidos a ensaio de fermentação em bancada, simulando tanto quanto possível as condições industriais. Ao final, foi possível destacar uma linhagem por apresentar teor de reserva de trealose significativamente maior que as demais linhagens avaliadas, demonstrando assim a geração de um fenótipo melhorado. / Searching for renewable energy sources to substitute the fossil fuels use is growing, due to a great concern worldwide for global warming and climate change. Brazil is considered the holder of the most economically viable process of ethanol production. Estimates indicate that ethanol production of first generation will not be enough to supply future global demand for biofuel. Therefore, an ethanol production from the lignocellulosic biomass show up as a potential solution; however, during biomass pretreatment and hydrolysis, several toxic compounds such as furfural, HMF, weak acid, and phenolic compounds are formed, which exert inhibitory effects on yeasts, resulting in a fermentative yield decrease. Besides the technological advantages, presents in Brazilian industrial processes to incorporation of 2G ethanol production in existing factories, add up the abundance of feedstock comes from the own sugar and alcohol industry. However, the development of yeasts strains, resisting to inhibitory conditions from the new substrate which are potentiated by the cellular recycle, is extremely necessary. In this sense, the present work aimed the development of new yeasts strains by hybridization and adaptive evolution techniques. Mass mating was carried out involving 5 strains of Saccharomyces cerevisiae, previously selected by demonstrating high tolerance to fermentation from mixed-must composed by lignocellulosic hydrolyzate and sugarcane molasses. Previous studies were carried out to get high rates of sporulation that promote random crosses and broad biodiversity, in order to obtain individuals with improved phenotypes. The culture resulting from the mass mating was followed by an adaptation/selection, during 51 generations, generating enrichment of more tolerant strains. By means of microplate growth evaluation (DO 600nm), 10 evoluted isolates were selected, which were submitted to lab scale fermentation, simulating as much as possible as industrial conditions. At the end, it was possible to highlight a lineage demonstrating significantly higher trehalose reserve content than the other lineages evaluated, thus demonstrating a generation of an improved phenotype.

Submitted by Aelson Maciera (aelsoncm@terra.com.br) on 2017-04-05T18:01:32Z No. of bitstreams: 1 DissLPMoc.pdf: 5018835 bytes, checksum: 6e118e7b00ba50c95eaca8d0df293f3a (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (ronisp@ufscar.br) on 2017-04-19T13:35:49Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissLPMoc.pdf: 5018835 bytes, checksum: 6e118e7b00ba50c95eaca8d0df293f3a (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (ronisp@ufscar.br) on 2017-04-19T13:36:00Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissLPMoc.pdf: 5018835 bytes, checksum: 6e118e7b00ba50c95eaca8d0df293f3a (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-19T13:42:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissLPMoc.pdf: 5018835 bytes, checksum: 6e118e7b00ba50c95eaca8d0df293f3a (MD5) Previous issue date: 2016-03-31 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Biodiesel is a renewable fuel and its production generate raw glycerol (RG) as main byproduct. The use of RG as carbon source in microorganism cultivations poses as an alternative to add value and reduce the environmental impact of this residue. However, RG impurities (salts, esters, alcohol and soap) can inhibit cell growth. Techniques that aims adapting microorganisms to environments containing contaminants by adaptive evolution have been employed to overcome inhibition problems. Adaptation strategies allows imposing a certain selective pressure upon the population, favoring the appearance of mutants and selection of most beneficial mutations, which will make the cell more suited to develop itself in a hostile environment. This work employed Adaptive Evolution methodology to obtain an E. coli K12 strain adapted to RG concentrated by rotary evaporation (RGRota). Cultivations were carried out in plates (E. coli – USP strain) incubated at 37 ºC, as well as shaken flasks (E. coli – UMinho strain), kept at 37 ºC and 300 rpm, involving transfers to defined media gradually enriched with RGRota. Obtained evolved strain as well as the wild-type strain E. coli – UMinho were characterized in cultivations using 2 L, bench-scale bioreactor, equipped with monitoring and control system. During shaken flask experiments, growth was followed by optical density (OD) readings. In bioreactor cultures, samples were withdrawal to analyze cell concentration of the suspension (OD and dry cell weight), concentrations of glycerol, ethanol and organic acids (liquid chromatography), concentration of viable cells (colony forming units counting) and morphology. Cultures characterization were carried out with E. coli – USP in shaken flasks, the values of maximum specific growth rate (μmax) remained between 0.40 e 0.45 h-1 and they showed little influence of strain or media composition. These results suggest that the selected strain did not have differentiated characteristics from the wild-type strain. For E. coli – UMinho, two adaptation strategies were evaluated: successive transfer during exponential growth phase (OD = ~2.5) and during stationary growth phase (OD = ~10). In both cases cells evolved, showing increased μmax values, with more homogeneous populations being observed for adaptation conducted under the first strategy. After 26 days of adaptation, corresponding to 534 generations, an evolved strain, exhibiting μmax of 0.60 h-1 and capable of growing in medium containing 29 g/L of glycerol from RGRota was selected by the methodology of successive transfers in exponential phase. This growth rate was 27.6 % superior to that achieved by the wild-type strain (0.47 h-1). Evolved and wild-type strains were cultivated in bioreactor, containing defined medium prepared with GBRota to have 40 g/L of glycerol. The evolved one maintained μmáx of 0.61 h-1. Acetate formation was observed, with yield of 0.19 g acetate/g glycerol, which caused growth inhibition and limited biomass yield to 0.26 gbiomass/gglycerol. When the wild-type strain was cultivated in bioreactor, exponential growth started after 24 h of lag phase and it presented μmax of 0.28 h-1, biomass yield of 0,39 gbiomass/gglycerol and acetate yield of 0.19 gacetate/gglycerol. The evolved strain obtained, capable of growing in the biodiesel production residue, showed a μmax value similar to the best results reported in the literature for E. coli adaptation in pure glycerol (0.7 h-1), what demonstrates the successful application of the adaptive evolution methodology. Acetate accumulation can be reduced by Genetic Engineering techniques to manipulate metabolic pathways and this will lead to development of an industrial strain which can be employed as a platform of high value products using unrefined glycerol as substrate. / O biodiesel é um combustível renovável cuja produção gera o glicerol bruto (GB) como principal subproduto. O aproveitamento de GB como fonte de carbono em cultivos de microrganismos se apresenta como uma alternativa para agregar valor e reduzir o impacto ambiental deste resíduo. Contudo, as impurezas do GB (sais, ésteres, álcool e sabão) podem inibir o crescimento das células. Técnicas que visam adaptar os microrganismos via evolução adaptativa a ambientes contendo contaminantes vêm sendo empregadas para contornar problemas de inibição. As estratégias de adaptação permitem impor uma certa pressão seletiva sobre a população, favorecendo o aparecimento de mutantes e a seleção de mutações benéficas, que tornam a célula mais apta a se desenvolver em um ambiente hostil. O trabalho empregou a metodologia de Evolução Adaptativa para obter uma linhagem de E. coli K12 adaptada ao GB concentrado por rotaevaporação (GBRota). Os cultivos foram realizados tanto em placas (linhagem E. coli – USP) incubadas a 37ºC, como em frascos agitados (linhagem E. coli – UMinho), mantidos a 37ºC e 300 rpm, envolvendo transferências para meios definidos gradualmente enriquecidos com GBRota. A linhagem evoluída obtida assim como a linhagem selvagem E. coli – UMinho foram caracterizadas em cultivos em biorreator de bancada de 2 L, dotado de sistema de monitoramento e controle. Durante os experimentos em frascos agitados, o crescimento foi acompanhado por leitura de densidade ótica (DO). Nos cultivos em biorreator, amostras foram coletadas para análises de concentração celular da suspensão (DO e massa seca), da concentração de glicerol, etanol e ácidos orgânicos (por cromatografia líquida), da concentração de células viáveis (por contagem de unidades formadoras de colônia) e de morfologia. Para os cultivos de caracterização da E. coli – USP realizados em frascos agitados, os valores da velocidade máxima específica de crescimento (max) permaneceram entre 0,40 e 0,45 h-1, sendo pouco influenciados pela linhagem ou pela composição dos meios, sugerindo que a metodologia adotada para adaptação em placa não foi eficiente, já que a linhagem selecionada não possuía características diferenciadas em relação à linhagem selvagem. Para a E. coli – UMinho foram avaliadas duas estratégias de adaptação: transferências sucessivas na fase exponencial do cultivo (DO = ~2,5) e na fase estacionária (DO = ~10). Em ambos os casos, as células evoluíram, apresentando aumento nos valores de max., sendo que populações mais homogêneas foram observadas na adaptação realizada pela primeira estratégia. Após 26 dias de adaptação, correspondendo a 534 gerações, foi selecionada pela metodologia de transferências sucessivas na fase exponencial, uma linhagem evoluída apresentando velocidade máxima específica de 0,60 h-1, resultado superior em 27,6% ao da linhagem selvagem (0,47h-1), capaz de crescer em meio contendo ~30 g/L de glicerol proveniente do GBRota. As linhagens selvagem e evoluída foram cultivadas em biorreator contendo meio preparado com GBRota na concentração de 40 g/L de glicerol. A linhagem evoluída manteve o μmáx de 0,61 h-1. Foi observada formação de acetato, com rendimento de 0,19 gacetato/gglicerol, o que causou inibição do crescimento e limitou o rendimento em biomassa a 0,26 gbiomassa/gglicerol. Enquanto que, para a linhagem selvagem o cultivo em biorreator apresentou uma fase lag de 24 h, um max de 0,28 h-1, rendimento em biomassa de 0,39 gacetato/gglicerol e rendimento em acetato 0,19 gacetato/gglicerol. A linhagem evoluída obtida no presente trabalho, capaz de crescer no resíduo da produção de biodiesel, apresenta max semelhante aos melhores resultados relatados na literatura para adaptação de E. coli em glicerol puro (0,7 h-1), demonstrando o sucesso da aplicação da metodologia de evolução adaptativa. O acúmulo de acetato pode ser amenizado utilizando técnicas de Engenharia Genética para manipulação das vias metabólicas e permitindo o desenvolvimento de uma linhagem industrial que poderá ser empregada como plataforma para obtenção de produtos de alto valor agregado usando o glicerol não refinado como substrato.

O etanol contribui significativamente para que a matriz energética do país se apresente extremamente favorável quanto à participação da energia renovável. A demanda por este biocombustível é crescente e tecnologias que permitam a sua produção de forma sustentável é de suma importância, como a fermentação com alto teor de etanol, já empregada em alguns países. Linhagens de leveduras com tolerância a múltiplos estresses muito contribuíram para a implantação de tal tecnologia no Brasil. Neste contexto se insere o presente trabalho, o qual busca linhagens de leveduras capazes de suportar os estresses impostos por uma fermentação com alto teor alcoólico. Para tal, 3 entre as melhores linhagens industriais de Saccharomyces cerevisiae atualmente disponíveis (CAT-1, PE-2 e SA- 1), foram utilizadas num programa para a seleção de híbridos para tolerância múltipla aos estresses etanólico, osmótico, ácido, além de outros, inerentes à fermentação com alto teor de etanol. Estas linhagens foram esporuladas e dissecadas para obtenção de células haplóides, as quais foram submetidas a cruzamentos entre- e intra-linhagens. Foram conduzidos cruzamentos massais (aleatórios) cujos produtos foram submetidos à evolução adaptativa em meios com os fatores estressantes em intensidades crescentes no transcorrer de 80 gerações. Ao final da evolução buscou-se variantes prevalentes na população de híbridos, os quais foram submetidos a novos procedimentos seletivos com imposições de várias condições estressantes. Igualmente foram conduzidos cruzamentos direcionados entre haplóides mediante micromanipulação, sendo tais híbridos submetidos ao mesmo procedimento seletivo nos meios estressantes. Assim, a partir de 230 haplóides das 3 linhagens, 174 isolados (120 oriundos dos cruzamentos massais e 54 dos cruzamentos direcionados) foram pré-selecionados pela maior tolerância aos meios seletivos, tendo os seus cariótipos estabelecidos mediante a cariotipagem eletroforética. Os isolados com maior tolerância (27) foram novamente avaliados em fermentações com reciclo de células e sob condições de elevado teor alcoólico (até 14,5% v/v) em mosto de melaço e água. Em todas as etapas da seleção os isolados foram comparados com as linhagens parentais (CAT-1, PE-2 e SA-1), sendo que ao final do processo seletivo destacou-se a linhagem 35B (híbrido entre CAT-1 e PE-2) com atributos fermentativos superiores aos exibidos pelos parentais. Tais atributos fermentativos contemplaram parâmetros bioquímicos, fisiológicos e tecnológicos (rendimento em etanol, viabilidade celular, crescimento em biomassa, formação de glicerol e teores celulares de carboidratos de reserva glicogênio e trealose). Os resultados permitem sugerir que devido às características fermentativas desejáveis do híbrido 35B, o mesmo possa ser empregado no processo industrial para ser avaliado como uma promissora linhagem a conduzir a fermentação com alto teor alcoólico. / Ethanol contributes significantly to the energy country matrix, which presents itself as extremely favorable to the share of renewable energy. The demand for this biofuel is increasing and technologies for its production in a sustainable way is of paramount importance such as fermentation with very high gravity, already used in some countries. Yeast strains tolerant to multiple stresses greatly contributed to the deployment of such technology in Brazil. In this context the present work is inserted, which seeks yeast strains capable of withstanding the stresses imposed by high ethanol content fermentation. In order that, three of the best industrial strains of Saccharomyces cerevisiae currently available (CAT-1, PE-2 and SA-1), were used in a program to select hybrids with tolerance towards multiples stresses: ethanolic, osmotic and acid, besides other factors involved in a high ethanol content fermentation. These strains were sporulated and dissected to obtain haploid cells, which were submitted to inter- and intra-strains crossings. Hybrids from polycrossings (random crossings) were subjected to an adaptative evolution in media with increasing stressing action over the course of 80 generations. At the end of evolution, prevalent variants were sought in the hybrids population, and submitted to new selective procedures with several stressing conditions. In the same way, directed crossings (between identified haplois) were performed by micromanipulation, and the resulting hybrids were subjected to the same selective procedure. Therefore, from 230 haploid from the 3 parent strains, 174 were isolated (120 from polycrossings and 54 from directed crossings) and pre-selected for higher tolerance in selective media; moreover their karyotypes were established by electrophoretic karyotyping. Strains showing greater tolerance (27) were again evaluated during cell recycling fermentations with high ethanol content (up to 14.5% v/v) using must formulated with water and molasses. At all stages, the isolates were compared with the parental strains (CAT-1, PE-2 and SA-1), and at the end of the selection process, the strain 35B (hybrid between CAT-1 and PE-2) standed out with fermentative attributes higher than the parentals. The fermentative performance was assessed by biochemical, physiological and technological parameters (ethanol efficiency, cell viability, biomass gain, glycerol formation and cellular levels of reserve carbohydrates - glycogen and trehalose). The results suggest that due to desirable fermentation traits, the hybrid 35B, could be used as starter in industrial fermentation process with high ethanol content.

O etanol contribui significativamente para que a matriz energética do país se apresente extremamente favorável quanto à participação da energia renovável. A demanda por este biocombustível é crescente e tecnologias que permitam a sua produção de forma sustentável é de suma importância, como a fermentação com alto teor de etanol, já empregada em alguns países. Linhagens de leveduras com tolerância a múltiplos estresses muito contribuíram para a implantação de tal tecnologia no Brasil. Neste contexto se insere o presente trabalho, o qual busca linhagens de leveduras capazes de suportar os estresses impostos por uma fermentação com alto teor alcoólico. Para tal, 3 entre as melhores linhagens industriais de Saccharomyces cerevisiae atualmente disponíveis (CAT-1, PE-2 e SA- 1), foram utilizadas num programa para a seleção de híbridos para tolerância múltipla aos estresses etanólico, osmótico, ácido, além de outros, inerentes à fermentação com alto teor de etanol. Estas linhagens foram esporuladas e dissecadas para obtenção de células haplóides, as quais foram submetidas a cruzamentos entre- e intra-linhagens. Foram conduzidos cruzamentos massais (aleatórios) cujos produtos foram submetidos à evolução adaptativa em meios com os fatores estressantes em intensidades crescentes no transcorrer de 80 gerações. Ao final da evolução buscou-se variantes prevalentes na população de híbridos, os quais foram submetidos a novos procedimentos seletivos com imposições de várias condições estressantes. Igualmente foram conduzidos cruzamentos direcionados entre haplóides mediante micromanipulação, sendo tais híbridos submetidos ao mesmo procedimento seletivo nos meios estressantes. Assim, a partir de 230 haplóides das 3 linhagens, 174 isolados (120 oriundos dos cruzamentos massais e 54 dos cruzamentos direcionados) foram pré-selecionados pela maior tolerância aos meios seletivos, tendo os seus cariótipos estabelecidos mediante a cariotipagem eletroforética. Os isolados com maior tolerância (27) foram novamente avaliados em fermentações com reciclo de células e sob condições de elevado teor alcoólico (até 14,5% v/v) em mosto de melaço e água. Em todas as etapas da seleção os isolados foram comparados com as linhagens parentais (CAT-1, PE-2 e SA-1), sendo que ao final do processo seletivo destacou-se a linhagem 35B (híbrido entre CAT-1 e PE-2) com atributos fermentativos superiores aos exibidos pelos parentais. Tais atributos fermentativos contemplaram parâmetros bioquímicos, fisiológicos e tecnológicos (rendimento em etanol, viabilidade celular, crescimento em biomassa, formação de glicerol e teores celulares de carboidratos de reserva glicogênio e trealose). Os resultados permitem sugerir que devido às características fermentativas desejáveis do híbrido 35B, o mesmo possa ser empregado no processo industrial para ser avaliado como uma promissora linhagem a conduzir a fermentação com alto teor alcoólico. / Ethanol contributes significantly to the energy country matrix, which presents itself as extremely favorable to the share of renewable energy. The demand for this biofuel is increasing and technologies for its production in a sustainable way is of paramount importance such as fermentation with very high gravity, already used in some countries. Yeast strains tolerant to multiple stresses greatly contributed to the deployment of such technology in Brazil. In this context the present work is inserted, which seeks yeast strains capable of withstanding the stresses imposed by high ethanol content fermentation. In order that, three of the best industrial strains of Saccharomyces cerevisiae currently available (CAT-1, PE-2 and SA-1), were used in a program to select hybrids with tolerance towards multiples stresses: ethanolic, osmotic and acid, besides other factors involved in a high ethanol content fermentation. These strains were sporulated and dissected to obtain haploid cells, which were submitted to inter- and intra-strains crossings. Hybrids from polycrossings (random crossings) were subjected to an adaptative evolution in media with increasing stressing action over the course of 80 generations. At the end of evolution, prevalent variants were sought in the hybrids population, and submitted to new selective procedures with several stressing conditions. In the same way, directed crossings (between identified haplois) were performed by micromanipulation, and the resulting hybrids were subjected to the same selective procedure. Therefore, from 230 haploid from the 3 parent strains, 174 were isolated (120 from polycrossings and 54 from directed crossings) and pre-selected for higher tolerance in selective media; moreover their karyotypes were established by electrophoretic karyotyping. Strains showing greater tolerance (27) were again evaluated during cell recycling fermentations with high ethanol content (up to 14.5% v/v) using must formulated with water and molasses. At all stages, the isolates were compared with the parental strains (CAT-1, PE-2 and SA-1), and at the end of the selection process, the strain 35B (hybrid between CAT-1 and PE-2) standed out with fermentative attributes higher than the parentals. The fermentative performance was assessed by biochemical, physiological and technological parameters (ethanol efficiency, cell viability, biomass gain, glycerol formation and cellular levels of reserve carbohydrates - glycogen and trehalose). The results suggest that due to desirable fermentation traits, the hybrid 35B, could be used as starter in industrial fermentation process with high ethanol content.

Submitted by Alison Vanceto (alison-vanceto@hotmail.com) on 2017-01-24T10:55:13Z No. of bitstreams: 1 DissLPMoc.pdf: 5018835 bytes, checksum: 6e118e7b00ba50c95eaca8d0df293f3a (MD5) / Approved for entry into archive by Camila Passos (camilapassos@ufscar.br) on 2017-02-08T10:50:35Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissLPMoc.pdf: 5018835 bytes, checksum: 6e118e7b00ba50c95eaca8d0df293f3a (MD5) / Approved for entry into archive by Camila Passos (camilapassos@ufscar.br) on 2017-02-08T10:51:51Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissLPMoc.pdf: 5018835 bytes, checksum: 6e118e7b00ba50c95eaca8d0df293f3a (MD5) / Made available in DSpace on 2017-02-08T10:51:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissLPMoc.pdf: 5018835 bytes, checksum: 6e118e7b00ba50c95eaca8d0df293f3a (MD5) Previous issue date: 2016-03-31 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Biodiesel is a renewable fuel and its production generate raw glycerol (RG) as main byproduct. The use of RG as carbon source in microorganism cultivations poses as an alternative to add value and reduce the environmental impact of this residue. However, RG impurities (salts, esters, alcohol and soap) can inhibit cell growth. Techniques that aims adapting microorganisms to environments containing contaminants by adaptive evolution have been employed to overcome inhibition problems. Adaptation strategies allows imposing a certain selective pressure upon the population, favoring the appearance of mutants and selection of most beneficial mutations, which will make the cell more suited to develop itself in a hostile environment. This work employed Adaptive Evolution methodology to obtain an E. coli K12 strain adapted to RG concentrated by rotary evaporation (RGRota). Cultivations were carried out in plates (E. coli – USP strain) incubated at 37 ºC, as well as shaken flasks (E. coli – UMinho strain), kept at 37 ºC and 300 rpm, involving transfers to defined media gradually enriched with RGRota. Obtained evolved strain as well as the wild-type strain E. coli – UMinho were characterized in cultivations using 2 L, bench-scale bioreactor, equipped with monitoring and control system. During shaken flask experiments, growth was followed by optical density (OD) readings. In bioreactor cultures, samples were withdrawal to analyze cell concentration of the suspension (OD and dry cell weight), concentrations of glycerol, ethanol and organic acids (liquid chromatography), concentration of viable cells (colony forming units counting) and morphology. Cultures characterization were carried out with E. coli – USP in shaken flasks, the values of maximum specific growth rate (μmax) remained between 0.40 e 0.45 h-1 and they showed little influence of strain or media composition. These results suggest that the selected strain did not have differentiated characteristics from the wild-type strain. For E. coli – UMinho, two adaptation strategies were evaluated: successive transfer during exponential growth phase (OD = ~2.5) and during stationary growth phase (OD = ~10). In both cases cells evolved, showing increased μmax values, with more homogeneous populations being observed for adaptation conducted under the first strategy. After 26 days of adaptation, corresponding to 534 generations, an evolved strain, exhibiting μmax of 0.60 h-1 and capable of growing in medium containing 29 g/L of glycerol from RGRota was selected by the methodology of successive transfers in exponential phase. This growth rate was 27.6 % superior to that achieved by the wild-type strain (0.47 h-1). Evolved and wild-type strains were cultivated in bioreactor, containing defined medium prepared with GBRota to have 40 g/L of glycerol. The evolved one maintained μmáx of 0.61 h-1. Acetate formation was observed, with yield of 0.19 g acetate/g glycerol, which caused growth inhibition and limited biomass yield to 0.26 gbiomass/gglycerol. When the wild-type strain was cultivated in bioreactor, exponential growth started after 24 h of lag phase and it presented μmax of 0.28 h-1, biomass yield of 0,39 gbiomass/gglycerol and acetate yield of 0.19 gacetate/gglycerol. The evolved strain obtained, capable of growing in the biodiesel production residue, showed a μmax value similar to the best results reported in the literature for E. coli adaptation in pure glycerol (0.7 h-1), what demonstrates the successful application of the adaptive evolution methodology. Acetate accumulation can be reduced by Genetic Engineering techniques to manipulate metabolic pathways and this will lead to development of an industrial strain which can be employed as a platform of high value products using unrefined glycerol as substrate. / O biodiesel é um combustível renovável cuja produção gera o glicerol bruto (GB) como principal subproduto. O aproveitamento de GB como fonte de carbono em cultivos de microrganismos se apresenta como uma alternativa para agregar valor e reduzir o impacto ambiental deste resíduo. Contudo, as impurezas do GB (sais, ésteres, álcool e sabão) podem inibir o crescimento das células. Técnicas que visam adaptar os microrganismos via evolução adaptativa a ambientes contendo contaminantes vêm sendo empregadas para contornar problemas de inibição. As estratégias de adaptação permitem impor uma certa pressão seletiva sobre a população, favorecendo o aparecimento de mutantes e a seleção de mutações benéficas, que tornam a célula mais apta a se desenvolver em um ambiente hostil. O trabalho empregou a metodologia de Evolução Adaptativa para obter uma linhagem de E. coli K12 adaptada ao GB concentrado por rotaevaporação (GBRota). Os cultivos foram realizados tanto em placas (linhagem E. coli – USP) incubadas a 37ºC, como em frascos agitados (linhagem E. coli – UMinho), mantidos a 37ºC e 300 rpm, envolvendo transferências para meios definidos gradualmente enriquecidos com GBRota. A linhagem evoluída obtida assim como a linhagem selvagem E. coli – UMinho foram caracterizadas em cultivos em biorreator de bancada de 2 L, dotado de sistema de monitoramento e controle. Durante os experimentos em frascos agitados, o crescimento foi acompanhado por leitura de densidade ótica (DO). Nos cultivos em biorreator, amostras foram coletadas para análises de concentração celular da suspensão (DO e massa seca), da concentração de glicerol, etanol e ácidos orgânicos (por cromatografia líquida), da concentração de células viáveis (por contagem de unidades formadoras de colônia) e de morfologia. Para os cultivos de caracterização da E. coli – USP realizados em frascos agitados, os valores da velocidade máxima específica de crescimento (max) permaneceram entre 0,40 e 0,45 h-1, sendo pouco influenciados pela linhagem ou pela composição dos meios, sugerindo que a metodologia adotada para adaptação em placa não foi eficiente, já que a linhagem selecionada não possuía características diferenciadas em relação à linhagem selvagem. Para a E. coli – UMinho foram avaliadas duas estratégias de adaptação: transferências sucessivas na fase exponencial do cultivo (DO = ~2,5) e na fase estacionária (DO = ~10). Em ambos os casos, as células evoluíram, apresentando aumento nos valores de max., sendo que populações mais homogêneas foram observadas na adaptação realizada pela primeira estratégia. Após 26 dias de adaptação, correspondendo a 534 gerações, foi selecionada pela metodologia de transferências sucessivas na fase exponencial, uma linhagem evoluída apresentando velocidade máxima específica de 0,60 h-1, resultado superior em 27,6% ao da linhagem selvagem (0,47h-1), capaz de crescer em meio contendo ~30 g/L de glicerol proveniente do GBRota. As linhagens selvagem e evoluída foram cultivadas em biorreator contendo meio preparado com GBRota na concentração de 40 g/L de glicerol. A linhagem evoluída manteve o μmáx de 0,61 h-1. Foi observada formação de acetato, com rendimento de 0,19 gacetato/gglicerol, o que causou inibição do crescimento e limitou o rendimento em biomassa a 0,26 gbiomassa/gglicerol. Enquanto que, para a linhagem selvagem o cultivo em biorreator apresentou uma fase lag de 24 h, um max de 0,28 h-1, rendimento em biomassa de 0,39 gacetato/gglicerol e rendimento em acetato 0,19 gacetato/gglicerol. A linhagem evoluída obtida no presente trabalho, capaz de crescer no resíduo da produção de biodiesel, apresenta max semelhante aos melhores resultados relatados na literatura para adaptação de E. coli em glicerol puro (0,7 h-1), demonstrando o sucesso da aplicação da metodologia de evolução adaptativa. O acúmulo de acetato pode ser amenizado utilizando técnicas de Engenharia Genética para manipulação das vias metabólicas e permitindo o desenvolvimento de uma linhagem industrial que poderá ser empregada como plataforma para obtenção de produtos de alto valor agregado usando o glicerol não refinado como substrato.

Submitted by (ana.araujo@ufrpe.br) on 2016-07-05T12:45:54Z No. of bitstreams: 1 Edilson de Araujo Goncalves.pdf: 586732 bytes, checksum: a681dd9d8537af4fa4a8e2cd099b6bb3 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-05T12:45:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Edilson de Araujo Goncalves.pdf: 586732 bytes, checksum: a681dd9d8537af4fa4a8e2cd099b6bb3 (MD5) Previous issue date: 2007-06-13 / Adaptation of populations takes place with the occurrence and subsequent fixation of mutations that confer some selective advantage to the individuals that acquire it. For that reason, the study of the process of advantageous mutations fixation has a long history in the population genetics literature. Particularly, the previous investigations aimed to find out the main evolutionary forces affecting the strength of natural selection in the populations. In the current work, we investigate the dynamics of fixation of bene cial mutations in a subdivided population. The subpopulations (demes) can exchange migrants among their neighbors. The migration network is assumed to have either a random graph or a scale-free topology. We have seen that the migration rate drastically affect the dynamics of mutation fixation, despite of the fact that the probability of fixation is invariant on the migration rate, accordingly to Maruyama's conjecture.In addition, we have observed that a topological dependence of the adaptive evolution of the population exists when clonal interference becomes effective. / A adaptação de populações decorre do surgimento e posterior fixação de mutações benéficas que conferem alguma vantagem seletiva aos indivíduos que as adquirem. Por esta razão, o estudo do processo de fixação de mutações benéficas tem uma longa história na literatura de genética de populações. Particularmente, tais investigações objetivaram encontrar as principais forças evolucionárias que afetam a atuação da seleção natural nas populações. No presente trabalho, nós investigamos a dinâmica de fixação de mutações benéficas em uma população subdividida. As subpopulações, denominadas de demes, podem permutar migrantes entre seus vizinhos. Consideramos duas topologias para a rede de migração, uma tipo grafo aleatório e uma outra para rede livre de escala. Nós verificamos que a taxa de migração afeta drasticamente a dinâmica de fixação de mutações, apesar do fato da probabilidade de fixação ser independente da taxa de migração de acordo com a conjectura de Maruyama. Além disso, observamos uma influência da topologia da rede migratória na evolução adaptativa quando a interferência clonalse torna relevante.

Global climate change and volatility of petroleum price have driven the necessity to reduce fossil fuel utilization and replace it by renewable energy. Bioethanol production in the United States and Brazil from cornstarch and sugarcane, respectively, is already established. However, the bioethanol industry appears unsustainable in view of the potential stress that its production places on food commodities. In contrast, second-generation biofuels produced from cheap and abundant lignocellulosic biomass, has been viewed as one plausible solution to this \"food versus fuel\" problem. Sugarcane bagasse is an abundant source of lignocellulosic biomass in Brazil and is generally recognized as a very promising feedstock for lignocellulosic ethanol production. Nevertheless, inhibitors such as furfural, 5-hydroxymethyl furfural (HMF) and carboxylic acids are formed during an acid thermochemical pretreatment of lignocellulosic biomass, which has a negative effect on the fermentative microorganisms - Saccharomyces cerevisiae. Second-generation (2G) ethanol in Brazil has the possibility to use a novel substrate, prepared as a blend of sugarcane bagasse hydrolysate and cane molasses. Molasses supplements the nutritional deficiencies of bagasse hydrolysate, contributing with minerals, amino acids and vitamins. However, molasses also contains additional inhibitors, such as HMF, sulfite, and toxic concentration of some minerals (K, Ca), which affect S. cerevisiae fermentation performance. The goal of this work was to generate tolerant derivatives of S. cerevisiae industrial strains that are able to cope with inhibitors present in bagasse hydrolysate and molasses, by means of sexual hybridization and adaptive evolution, which can be used for 2G-ethanol production. The industrial strains PE-2, CAT-1 and SA-1 were sporulated, and haploids were irradiated by ultraviolet (UV) light in order to increase genetic and phenotypic diversity. After direct mating and screening in molasses and hydrolysate media, 234 hybrid strains were selected for further study. In parallel, mass matings (intra and interlines) of PE-2, CAT-1 and SA-1 from non-irradiated haploids were performed and the generated strains were subjected to adaptive evolution for about 100 generations. The 120 strains derived from mass mating and adaptive evolution were then screened for growth in molasses-hydrolysate media. Six isolates showed good fermentation properties compared to the reference strains, showing that hybridization and adaptive evolution of Brazilian industrial yeast strains was a good strategy to develop new tolerant strains for 2G-ethanol production. To better utilize all the sugars present in bagasse hydrolysate, a cassette containing the three genes responsible for xylose fermentation (xylose reductase, xylitol dehydrogenase and xylulose kinase) was integrated into the genome of a haploid derivative (272-1a) of one of the six selected hybrids (272), which had the highest tolerance to Miscanthus x giganteus hydrolysate. Fermentation studies demonstrated that this engineered strain was able to metabolize xylose into ethanol. Finally, the haploid 272-1a was analyzed by quantitative trait loci (QTL) mapping to identify the genetic basis of hydrolysate tolerance. Although the causative gene(s) were not identified in this work, a number of QTL peaks were identified that will serve as the starting point for future fine-mapping studies. / Mudança climática global e a volatilidade do preço do petróleo tem impulsionado a necessidade de redução e substituição de combustíveis fósseis por energias renováveis. A produção de bioetanol nos Estados Unidos e no Brasil a partir de milho e cana-de-açúcar, respectivamente, está estabelecida. Todavia, a produção de bioetanol mostra-se insustentável, pelo fato da utilização de produtos alimentares para tal produção. Em contrapartida, biocombustíveis produzidos a partir de resíduos lignocelulósicos têm sido vistos como uma solução plausível para o problema \"alimento versus combustível\". No Brasil, o bagaço de cana é uma fonte disponível de biomassa lignocelulósica. No entanto, inibidores como furfural, 5-hidroximetil-furfural (HMF) e ácidos carboxílicos formados durante o prétratamento ácido da biomassa lignocelulósica, têm efeito negativo sobre os microorganismos fermentadores - Saccharomyces cerevisiae. No Brasil, o etanol de segunda-geração (2G) tem possibilidade de utilizar um novo substrato, preparado a partir da mistura de melaço e hidrolisado de bagaço. O melaço será um adjuvante para suprir a deficiência nutricional do hidrolisado, contribuindo com minerais, aminoácidos e vitaminas. Por outro lado, o melaço apresenta alguns inibidores, como HMF, sulfito, e concentração tóxica de alguns minerais, como potássio (K) e cálcio (Ca), que afetam o crescimento e desempenho fermentativo de S. cerevisiae. O objetivo deste trabalho foi gerar descendentes tolerantes de linhagens industriais de S. cerevisiae, capazes de lidar com inibidores presentes no melaço e no hidrolisado de bagaço, por meio de hibridação e evolução adaptativa, para produção do etanol 2G. As linhagens industriais PE-2, CAT-1 e SA-1 foram esporuladas, seus haplóides foram irradiados por luz ultravioleta (UV), objetivando o aumento da diversidade genética e fenotípica das linhagens. Após cruzamento direcionado, 234 híbridos foram selecionados pelo crescimento (DO570nm) em meios de melaço e hidrolisado. Em paralelo, cruzamentos massais (intra e interlinhagens) de haplóides não-irradiados de PE-2, CAT-1 e SA-1 foram realizados e submetidos a evolução adaptativa por cerca de 100 gerações. As 120 estirpes de cruzamentos massais seguidos de evolução adaptativa foram selecionadas pelo crescimento em meios de melaço e hidrolisado. Seis isolados apresentaram boas características fermentativas em comparação às cepas referências, mostrando que hibridação e evolução adaptativa de linhagens de leveduras industriais brasileiras são boas estratégias para desenvolver novas linhagens para produção do etanol-2G. Para uma melhor utilização dos açúcares do hidrolisado, a cassete contendo os três genes responsáveis pela fermentação de xilose (xilose redutase, xilitol desidrogenase e xiluloquinase) foi integrada no genoma do haplóide segregante (272-1a) de uma das seis estirpes selecionadas (272), que apresentou a maior tolerância em hidrolisado de Miscanthus x giganteus. Estudos de fermentação mostraram que a estirpe foi capaz de metabolizar a xilose em etanol. Por fim, o haploide 272-1a foi analisado por quantitative trait loci (QTL) afim de identificar a base genética da tolerância ao hidrolisado. Apesar, do(s) gene(s) causativos não terem sido identificados nesse trabalho, os picos do mapa de QTL identificados servirão como ponto de partida para futuro mapeamento.

A busca por soluções sustentáveis, levando a um processo energético mais eficiente induziu a novas tecnologias e esforços estão sendo realizados para viabilizar o etanol de segunda geração, com o aproveitamento da biomassa celulolítica como substrato para a fermentação alcoólica. Contudo, durante a hidrólise do bagaço, muitos compostos tóxicos à levedura são formados como o furfural, hidroximetilfurfural, ácido acético, e compostos fenólicos com efeitos depressivos sobre a fermentação. A adição de melaço no hidrolisado de bagaço poderia permitir uma fermentação com maior teor alcoólico, contribuindo para um balanço energético favorável da destilação, além de propiciar nutrientes minerais e orgânicos para a levedura. Tais nutrientes poderiam permitir um processo fermentativo com reciclo de células de leveduras aproveitando assim uma estrutura e conhecimentos já existentes na destilaria de etanol de primeira geração. O reciclo de células permitiria fermentações rápidas, porém impõe repetidas condições estressantes, o que torna um grande desafio a obtenção de linhagens com o perfil de tolerância desejado. Assim este trabalho se propôs a selecionar linhagens de Saccharomyces cerevisiae com múltiplas tolerâncias em relação aos inibidores tanto presentes no hidrolisado como no melaço. Para tal, foram impostas condições estressantes sobre culturas da linhagem SA-1 e de leveduras isoladas de destilarias brasileiras durante cerca de 62 gerações, forçando uma evolução adaptativa ou mesmo um enriquecimento/seleção de indivíduos mais tolerantes. Paralelamente a biodiversidade de linhagens isoladas de destilarias foi avaliada quanto aos atributos de tolerância aos compostos tóxicos presentes no hidrolisado do bagaço. As linhagens com maiores desempenhos foram avaliadas em fermentações com reuso de células empregando-se substrato constituído de hidrolisado e melaço, sendo que 4 linhagens se mostraram superiores às linhagens referenciais. Destas, dois isolados (242 e 408) foram esporulados e os conjuntos dos haploides foram empregados em cruzamentos massais. Simultaneamente, 273 haploides isolados das linhagens 242 e 408 foram avaliados quanto ao crescimento (DO600nm) em substrato constituído por hidrolisado e melaço, sendo que 32 foram selecionados. Após a tipificação segundo o \"mating type\" os mesmos foram utilizados em cruzamentos direcionados mediante micromanipulação, resultando em 35 cruzamentos. Cinco híbridos de cada cruzamento direcionado foram resgatados (155 isolados), que juntamente com 80 isolados oriundos do cruzamento massal, foram novamente avaliados quanto ao crescimento (DO600nm) e a seguir em fermentações com reciclo de células. Cinco linhagens se destacaram como superiores aos parentais, demonstrando que mediante o protocolo empregado foi possível incrementar o perfil de tolerância de Saccharomyces cerevisiae para suportar os estresses impostos por um substrato para produção do etanol de segunda geração. / The search for sustainable solutions to improve process efficiency has promoted the development of new technologies, and the use of cellulolytic biomass as the substrate for fermentation has emerged as a promising second-generation ethanol production strategy. However, the hydrolysis of this material results in the formation of toxic compounds to yeast such as furfural, hydroxymethylfurfural, acetic acid and phenolic compounds, with deleterious effects on fermentation. Addition of molasses in the bagasse hydrolysate could allow fermentation with higher alcohol content contributing to a favorable energy balance in the distillation, as well as providing minerals and organic nutrients for the yeast. These nutrients could allow a fermentative process with yeast cell recycle, utilizing the structure and knowledge already existing in first generation process. The cell recycle enables a rapid fermentation, but imposes repeated stress conditions, making it challenging to obtain strains with the desired tolerance profile. The purpose of this study was to select Saccharomyces cerevisiae strains with multiple tolerances to inhibitors present in the hydrolysate and molasses. Stressful conditions were imposed on cultures of SA-1 strain and indigenous strains from Brazilian distilleries for around 62 generations, forcing an adaptive evolution or even an enrichment / selection of more tolerant individuals. In parallel, the biodiversity of the strains from Brazilian distilleries were evaluated with respect to their tolerance to the toxic compounds present in bagasse hydrolysate. The strains that showed higher performance were assessed in fermentations with cell reuse employing substrate composed by hydrolyzate and molasses. Four of the analyzed strains exhibited better performance than the reference strain. Of these, two isolates (242 and 408) were sporulated and the haploids were subjected to mass mating. Simultaneously, 273 haploids rescued from the strains 242 and 408 were evaluated for growth (OD 600 nm) in the substrate consisting of hydrolysate and molasses, and among them 32 were selected. After the characterization according to the \"mating type\", the haploids were utilized in direct mating induced by micromanipulation, totaling 35 crossings. Five hybrids from each direct mating were rescued (totaling 155 isolates), which together with 80 isolated from the mass mating, were evaluated for growth (OD 600 nm) and then in fermentation with cell recycle. 5 strains have excelled as superiors to the reference strain showing that by the protocol employed was possible to increase profile of tolerance of Saccharomyces cerevisiae to resist pressures imposed by a substrate for second-generation ethanol production.

O desenvolvimento de alternativas aos combustíveis fósseis como fonte de energia é uma prioridade global. A biomassa celulósica representa uma alternativa para satisfazer a procura de bicombustíveis renováveis. O bagaço de cana-de-açúcar é um abundante subproduto proveniente da produção atual de etanol no Brasil. Tal subproduto pode ser hidrolisado a fim de se obter açúcares fermentáveis para a produção do etanol de segunda-geração. Porém, no processo de pré-tratamento são gerados diversos inibidores como ácido acético, furfural e hidroximetilfurfural que causam efeitos adversos para a levedura no processo de fermentação alcoólica. A adição de melaço ao hidrolisado é uma forma de diminuir os efeitos dos inibidores no metabolismo das leveduras e também permite uma fermentação com maior teor alcoólico contribuindo para um balanço energético favorável da destilação, contribui também com o fornecimento de nutrientes minerais e orgânicos necessários a levedura para um processo empregando reciclo de células. Assim, objetivou-se selecionar linhagens de Saccharomyces cerevisiae com melhores características de multitolerância ao hidrolisado a partir de cruzamento direcionado e cruzamento massal seguido de evolução adaptativa. Para tal, linhagens S. cerevisiae industriais CAT-1, BG-1, PE-2 e SA-1 foram esporuladas e mediante micromanipulação foram obtidos 604 haploides, que foram avaliados quanto ao crescimento (DO570nm) em substrato constituído por hidrolisado e melaço. Os haploides selecionados (25) tiveram o \"mating type\" determinado permitindo a realização de 51 cruzamentos direcionados, gerando 398 zigotos, que foram igualmente avaliados para o crescimento no meio seletivo. Paralelamente, foram realizados cruzamentos massais, resultando em 7 diferentes populações, as quais foram submetidas à evolução adaptativa por 25 gerações, sendo que os isolados selecionados de cada cruzamento foram avaliados em fermentação com reciclo de células. Quatro linhagens se destacaram como superiores aos parentais, evidenciando que a estratégia utilizada permitiu a obtenção de linhagens de S. cerevisiae com maior tolerância aos estresses impostos por um substrato para produção do etanol de segunda geração. / The development of alternatives to fossil fuels as a source of energy is a global priority. Cellulosic biomass is an alternative to meet the demand for renewable biofuels. The sugarcane bagasse, an abundant byproduct generated from ethanol production in Brazil, can be hydrolysed to obtain fermentable sugars to produce second-generation ethanol. However, inhibitors produced in the pre-treatment process such as acetic acid, furfural and hydroxymethylfurfural, cause adverse effects to the yeast in the fermentation process. Addition of molasses in the bagasse hydrolyzate is one way to reduce the effects of inhibitors in the metabolism of yeast and also could allow fermentation with higher alcohol content contributing to a favorable energy balance in the distillation, as well as providing minerals and organic nutrients for the yeast. The main goal of this study was to select strains of Saccharomyces cerevisiae with better features of multi-tolerance to the bagasse hydrolyzate by directed crossing and mass mating followed by adaptive evolution. For that S. cerevisiae lineages CAT-1, BG-1, PE-2 e SA-1 were sporulated and 604 haploid cultures were obtained by micromanipulation and evaluated for growth (OD 570nm) in the substrate consisting of hydrolyzate and molasses. Selected haploids (25) were identified regarding their \"mating type\" (a and α) and used in. 51 directed crossings generating 398 zygotes, which were rescued by micromanipulation and also evaluated for growth in the same selective medium. Mass mating were performed with 7 different haploid populations from the parental strains, followed by an adaptive evolution for 25 generations. The selected zygotes were then subjected to fermentation trails with cell recycling, resulting in 4 strains with superior traits when compared with the parentals, allowing to conclude that the used strategy was successful in obtaining hybrids of Saccharomyces cerevisiae with increased profile of tolerance towards a substrate for second-generation ethanol production.