Bactéria e fungos são as principais fontes de enzimas envolvidas na transformação de compostos chave para o fluxo de carbono em solos de manguezal, caracterizado por alta prevalência de anaerobiose, salinidade e elevado teor de matéria orgânica. A decomposição de plantas ou resíduos de animais nestas condições é muito lenta, devido à pressão seletiva sobre a evolução de enzimas envolvidas nos processos de mineralização de nutrientes. A metagenômica, permiti o acesso a grande maioria da diversidade microbiana no ambiente, por meio da geração de bibliotecas de clones, o que resulta em um cenário promissor para bioprospecção de novas atividades enzimáticas. Neste estudo, foi relatada a descrição e caracterização de uma nova ?-N-acetil-hexosaminidase (EC 3.2.1.52) da família GH3, envolvida na degradação da matéria orgânica em solo de manguezal contaminado por derramamento de óleo localizado no município de Bertioga-SP, por meio de uma triagem de 12.960 clones metagenômicos. O clone positivo para a atividade celulolítica foi sequenciado e um total de 1.175.586 reads foram gerados com tamanho médio de 198 pb. As sequencias foram trimadas com base na qualidade de índice PHRED >= 30.0, e remoção de sequencias do hospedeiro (E. coli) e do vetor (fosmídeo), originando um contig final com 39.586 Kb. Entre as ORF\'s anotadas a partir do contig gerado, uma sequencia de 1.065 nucleotídeos foi identificada como codificante para a enzima ?-N-acetil-hexosaminidase, evidenciando baixa similaridade (32 %) com as demais encontradas no bancos de dados comparativos. A enzima foi expressa e purificada, onde uma banda isolada foi visualizada por SDS-PAGE com massa molecular prevista de 43 kDa. Por fim, as atividades ótimas da enzima (30 °C; pH 5.0; 0.5 M de NaCl; diminuição de atividade após 3hs de incubação) foram caracterizadas por meio do indicador p-nitrophenol (pNP) ligados aos substratos GlNac, GalNac e Glc. A detecção da enzima por meio da metagenômica, evidenciou que os manguezais são reservatórios de novas enzimas com características diferenciadas e altos potenciais de aplicabilidades biotecnológicas / Bacteria and fungi are major sources of enzymes involved in the transformation of key compounds for the carbon fluxes on mangrove soils, characterized by the high prevalence of anaerobiosis salinity and high content of organic matter. The decomposition of plant or animals residues under these conditions is very slow, acting as a selective pressure on the evolution of enzymes involved in the mineralization process of nutrients. Metagenomics has provided access to the vast majority of the microbial diversity in the environment through the generation of fosmid libraries, resulting in a promising scenario for bioprospection enzymatic activities. In this study, we report the description and characterization of a novel ?-N-acetylhexosaminidase (EC 3.2.1.52) of GH3 family, involved in the degradation of organic matter in mangrove soils contaminated by oil spill located in the city of Bertioga-SP through of a screening of 12.960 metagenomic clones. The positive clone for cellulolytic activitie was sequenced and a total of 1.175.586 reads were generated with measuring size 198 bp. The sequences were trimmed based on the index of quality PHRED >= 30.0 and removing the sequences to host (E. coli) and vector (fosmid) resulting in a contig of 39.586 Kb. Between the anoted ORF\'s from generated contig a sequence of 1.065 nucleotides was identified coding for a ?-N-acetylhexosaminidase showing low similatrity (32 %) with the other found in comparatives databases. The enzyme was expressed and purified where an isolated band can be visualized by SDS-PAGE with molecular mass of 43 kDa. Finally, as optimum activity of the enzyme (30 °C; pH 5.0; 0.5M NaCl; decreased activity after 3 h incubation) were characterized by the indicator p-nitrophenol (pNP) linked to the substrates GlNac, GalNac and Glc. The detection of the enzyme through metagenomics indicated that mangroves are reservoirs of novel enzymes with different characteristics and high potential for biotechnological applicability

Bactéria e fungos são as principais fontes de enzimas envolvidas na transformação de compostos chave para o fluxo de carbono em solos de manguezal, caracterizado por alta prevalência de anaerobiose, salinidade e elevado teor de matéria orgânica. A decomposição de plantas ou resíduos de animais nestas condições é muito lenta, devido à pressão seletiva sobre a evolução de enzimas envolvidas nos processos de mineralização de nutrientes. A metagenômica, permiti o acesso a grande maioria da diversidade microbiana no ambiente, por meio da geração de bibliotecas de clones, o que resulta em um cenário promissor para bioprospecção de novas atividades enzimáticas. Neste estudo, foi relatada a descrição e caracterização de uma nova ?-N-acetil-hexosaminidase (EC 3.2.1.52) da família GH3, envolvida na degradação da matéria orgânica em solo de manguezal contaminado por derramamento de óleo localizado no município de Bertioga-SP, por meio de uma triagem de 12.960 clones metagenômicos. O clone positivo para a atividade celulolítica foi sequenciado e um total de 1.175.586 reads foram gerados com tamanho médio de 198 pb. As sequencias foram trimadas com base na qualidade de índice PHRED >= 30.0, e remoção de sequencias do hospedeiro (E. coli) e do vetor (fosmídeo), originando um contig final com 39.586 Kb. Entre as ORF\'s anotadas a partir do contig gerado, uma sequencia de 1.065 nucleotídeos foi identificada como codificante para a enzima ?-N-acetil-hexosaminidase, evidenciando baixa similaridade (32 %) com as demais encontradas no bancos de dados comparativos. A enzima foi expressa e purificada, onde uma banda isolada foi visualizada por SDS-PAGE com massa molecular prevista de 43 kDa. Por fim, as atividades ótimas da enzima (30 °C; pH 5.0; 0.5 M de NaCl; diminuição de atividade após 3hs de incubação) foram caracterizadas por meio do indicador p-nitrophenol (pNP) ligados aos substratos GlNac, GalNac e Glc. A detecção da enzima por meio da metagenômica, evidenciou que os manguezais são reservatórios de novas enzimas com características diferenciadas e altos potenciais de aplicabilidades biotecnológicas / Bacteria and fungi are major sources of enzymes involved in the transformation of key compounds for the carbon fluxes on mangrove soils, characterized by the high prevalence of anaerobiosis salinity and high content of organic matter. The decomposition of plant or animals residues under these conditions is very slow, acting as a selective pressure on the evolution of enzymes involved in the mineralization process of nutrients. Metagenomics has provided access to the vast majority of the microbial diversity in the environment through the generation of fosmid libraries, resulting in a promising scenario for bioprospection enzymatic activities. In this study, we report the description and characterization of a novel ?-N-acetylhexosaminidase (EC 3.2.1.52) of GH3 family, involved in the degradation of organic matter in mangrove soils contaminated by oil spill located in the city of Bertioga-SP through of a screening of 12.960 metagenomic clones. The positive clone for cellulolytic activitie was sequenced and a total of 1.175.586 reads were generated with measuring size 198 bp. The sequences were trimmed based on the index of quality PHRED >= 30.0 and removing the sequences to host (E. coli) and vector (fosmid) resulting in a contig of 39.586 Kb. Between the anoted ORF\'s from generated contig a sequence of 1.065 nucleotides was identified coding for a ?-N-acetylhexosaminidase showing low similatrity (32 %) with the other found in comparatives databases. The enzyme was expressed and purified where an isolated band can be visualized by SDS-PAGE with molecular mass of 43 kDa. Finally, as optimum activity of the enzyme (30 °C; pH 5.0; 0.5M NaCl; decreased activity after 3 h incubation) were characterized by the indicator p-nitrophenol (pNP) linked to the substrates GlNac, GalNac and Glc. The detection of the enzyme through metagenomics indicated that mangroves are reservoirs of novel enzymes with different characteristics and high potential for biotechnological applicability

Made available in DSpace on 2015-04-22T22:12:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 carolinie.pdf: 1105289 bytes, checksum: fb4a9af7cf4012e7784dfbcf92246455 (MD5) Previous issue date: 2010-03-09 / FAPEAM - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Amazonas / In the Amazon agricultural soils are found in soil called Anthropogenic Dark Earths (ADE), a soil rich in organic matter and minerals. The biodiversity is a source of very high value of non-cultivable microorganisms that can be isolated through construction of metagenomic libraries, using vectors of large fragments, with the goal of finding new biocatalytic enzymes. Enzymes widely used in the industrial market are amylase and protease, are applied in industry: chemical, pharmaceutical, textile, detergent and food industries. Amylases degrade starch into smaller units of saccharides, as proteases catalyze the hydrolysis of peptide bonds. The aim of this study was to isolate and partially characterize enzymes amylase and protease of clones isolated from a selection of functional metagenomic library of TPI in the Amazon region. In this study were isolated 1.344 clones, only 4 producing halo of starch hydrolysis and 3 proteolytic clones belonging to metagenomic library constructed with total DNA extracted from microorganisms present in soil samples of the TPI, were partially characterized the enzymes produced by 4 clones amilolytic and 1 proteolytic clone. After isolation, the clones were inoculated in culture medium Luria Bertani (LB) at 37ºC under agitation of 150 rpm and subjected to assays at pHs of 3 to 10 and temperatures ranging from 25 to 100ºC for up to 90 of incubation. Amylases had its highest production in 24 h (4.3 U/mL) and its activity was optimal at neutral pH to slightly alkaline, the clone P1C4 showed the highest production at 70°C (6.93 U/mL), since the clones P5C4 and P6C12 reported higher thermostability at 80°C, these results indicate that the gene for alpha-amylase to be cloned encoding a thermostable enzyme, such as the enzyme produced by Bacillus liqueniformis. Since the clone P3A3 produced 26.3 U/mL protease in 10 hours of production, its activity was optimal at neutral pH, and its optimum temperature at 30ºC (56.0 U/mL) and its thermostability was demonstrated in 50°C (22,0 U/mL). These features contribute to the implementation of these enzymes in industrial sectors as in food production, chemical industry and production of detergents. The enzymes isolated in this study demonstrated new features and performance when compared to enzymes described today, which proves the efficiency of the construction of metagenomic libraries for isolation of new bioproducts. / Na floresta Amazônica são encontrados solos agricultáveis denominado de solo de Terra Preta de Índio (TPI), um solo rico em matéria orgânica e em minerais. A biodiversidade da Amazônia constitui uma fonte de valor altíssimo de micro-organismos não-cultiváveis que podem ser isolados através das construções das bibliotecas metagenômicas, utilizando vetores de grandes fragmentos, com o objetivo de encontrar novas enzimas biocatalíticas. As enzimas de maior aplicação no mercado industrial são as amilases e proteases, aplicadas nas indústrias: química, farmacêutica, têxtil, de detergentes e alimentícia. As amilases são capazes de degradar o amido em unidades de sacarídeos menores, já as proteases catalisam a hidrólise de ligações peptídicas. O objetivo deste trabalho foi isolar e caracterizar parcialmente enzimas amilolíticas e proteolíticas de clones isolados a partir de uma seleção funcional da biblioteca metagenômica de TPI da região Amazônica construída com DNA total extraído dos micro-organismos presentes nas amostras de solos de TPI, inseridos no vetor fosmidial (pCC1Fos ) e clonado na célula hospedeira Escherichia coli (EPI300). De 1.344 clones pertencente a biblioteca metagenômica, apenas 4 clones foram produtores de halo de hidrólise de amido e 3 clones foram proteolíticos, além disso, todas as enzimas produzidas pelos 4 clones amilolíticos e 1 clone proteolítico foram caracterizadas parcialmente. Após o isolamento, os clones foram inoculados em meio de cultura Luria Bertani (LB) a 37oC, sob agitação de 150 rpm e submetidos aos ensaios enzimáticos nos pHs de 3 a 10 e temperatura variando de 25 a 100ºC por até 90 minutos de incubação. As amilases tiveram sua maior produção em 24 horas (4,3 U/mL) e sua atividade ótima foi em pH neutro a levemente alcalino, o clone P1C4 demonstrou a maior produção a 70ºC (6,93 U/mL), já os clones P5C4 e P6C12 demonstraram a maior termoestabilidade a 80°C, tais resultados indicam que o gene de alfa-amilase clonado deve ser codificador de uma enzima termoestável, como por exemplo, a enzima produzida por Bacillus liqueniformis. Já o clone P3A3 produziu 26,3 U/mL de proteases em 10 horas de produção, sua atividade ótima foi em pH neutro, sendo sua temperatura ótima em 30ºC (56,0 U/mL) e sua termoestabilidade foi demonstrada em 50ºC (22,0 U/mL). Estas características contribuem para a aplicação destas enzimas em setores industriais como na produção de alimentos, indústria química e produção de detergentes. As enzimas isoladas neste trabalho demonstraram características e atuações novas quando comparadas a enzimas descritas atualmente, a qual comprova a eficiência da construção de bibliotecas metagenômicas para o isolamento de novos bioprodutos.

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.