Submitted by Mario BC (mario@bc.ufrpe.br) on 2018-04-20T13:57:02Z No. of bitstreams: 1 Patyanne Carvalho Correia.pdf: 1733331 bytes, checksum: 0fd1c13c3c6c63ed674e16d388765579 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-20T13:57:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Patyanne Carvalho Correia.pdf: 1733331 bytes, checksum: 0fd1c13c3c6c63ed674e16d388765579 (MD5) Previous issue date: 2017-02-24 / Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / This study aimed to evaluate the production, purification characterization of proteases produced by filamentous fungi isolated from Caatinga. 32 strains of filamentous fungi were previously selected from the best protease producer and the best culture conditions for the microorganisms were determined in shake flasks using a factorial design 23, the influence of the independent variables were evaluated: glucose and soy concentrations, and pH on proteinase activity. Based on the obtained results from the fermentation in shake flasks, a a factorial design 22 was performed in a bioreactor type stirred tank of 1.5L to verify the influence of the independent variables: agitation and aeration in the protease production. The resulting metabolic liquid from the fermentation was used in the following purification steps using aqueous two phases system (ATPS) and chromatographic methods. Another protease with fibrinolytic activity was studied and proprieties analyzed effect on coagulation, stability with solvents and the structure on different pH and fibrinogenolytic activity.The maximum protease production (69.77 U/ml) for shake flasks was obtained under the following conditions: 6.0 of pH, glucose 0.5% and soy 3%. On stirred-tank bioreactor maximum protease activity it was obtained 61.19 U/mL after 72 h of cultivation, under conditions of agitation and aeration at 450 rpm and 0.5 vvm. The protease characterization revealed that the optimum temperature of the enzyme was 50 °C and the activity was 75% when incubated for 3 hours at 20, 30 and 40 °C. The enzyme activity was slightly inhibited by metal ions (ZnSO4 and CuSO4) and phenylmethylsulfonyl fluoride (PMSF), indicate be a serine protease. The enzyme was parcial purified by 24% (w/w) PEG 400 and 20% (w/w) citrate system, at pH 6 the proteases preferably partitioned to the top phase, resulting in 146% recovery and a 1.6-fold increase in specific activity. The ATPS combined with varied chromatography methods reached 8 fold purified and a 12.5% recovery. The fibrinolytic protease on coagulation time was analyzed, a prolonged effect over time was observed in the activated partial thromboplastin time (APTT), indicating an inhibition of intrinsic pathway coagulation and the prothrombin time (PT) was less sensitive to time variation, even at high enzymatic concentration. The fibrinolytic protease was more stable in the presence of ethyl acetate solvents and less stable in the presence of ethanol. When fibrinogenolytic activity was evaluated, a preferential action of the fibrinolytic protease on the Aα and Bβ chains occurred. The fibrinolytic protease presented a structural disorder at pH scales with higher acidity and alkalinity. The two fungal enzymes studied present potential for application in the biotechnology industry. / O presente estudo objetivou avaliar a produção, purificação e caracterização de proteases produzidas por fungos filamentosos isolados da Caatinga. Foram previamente utilizados 32, sendo selecionada a linhagem com maior produção de proteases em condições de cultivo em frascos agitados utilizando planejamento fatorial 23, foi avaliado influência das variáveis independentes: concentração de glicose, concentração de soja e pH. Com base nos resultados obtidos na fermentação em frascos agitados foi realizado em biorreator tipo tanque agitado de 1,5L, avaliando a influência das variáveis independentes: velocidade de agitação e aeração na produção da protease. O líquido metabólico resultante das fermentações foi utilizado nas etapas de purificação utilizando o sistema de duas fases aquosas (SDFA), métodos cromatográficos por troca iônica e gel filtração. Uma segunda protease com atividade fibrinolítica. foi utilizada e foram analisadas as propriedades em termos de coagulação, estabilidade da enzima na presença de solventes orgânicos e estrutural em diferentes pH, e atividade fibrinogenolíta. Em frascos agitados a produção máxima de protease (69,77 U/mL) foi obtida pH 6,0, 0,5% de glicose e 3% de soja, enquanto em biorreator nas condições de agitação e aeração iguais à 450 rpm e 0,5 vvm, a atividade máxima de protease foi de 61,19 U/mL após 72h de cultivo. A protease revelou uma temperatura ótima de 50°C e valores de atividade cerca de 75% quando incubada por 3h a 20, 30 e 40°C, respectivamente. A atividade enzimática foi fracamente inibida pelos íons metálicos ZnSO4 e CuSO4 e por fluoreto de fenilmetilsulfonil (PMSF), sugerindo ser uma serino protease. A protease foi parcialmente purificada a partir do sistema 24% (m/m) polietilenoglicol (PEG) 400 e 20% (m/m) citrato em pH 6, o que assegurou um fator de purificação de 1.6 e 146% de recuperação, na fase rica em (PEG). Associado o sistema a cromatografia por troca iônica e gel filtração foi possível alcançar uma purificação de 8 e rendimento de 12,5%. Quando analisado o efeito da protease fibrinolítica sobre o tempo de coagulação, observou-se no tempo de tromboplastina parcial ativada (TTPa) um efeito prolongado com o passar do tempo, sugerindo uma inibição da via intrínseca.Com relação ao tempo de protrombina (TP), esse foi menos sensível a variação do tempo, mesmo em concentração enzimática elevada. A protease fibrinolítica apresentou-se mais estável na presença do solvente acetato de etila e menos estável na presença de etanol. Quando foi avaliada a atividade fibrinogenolítica ocorreu uma ação preferencial da protease fibrinolítica sobre as cadeias Aα e Bβ. A protease fibrinolítica apresentou uma desordem estrutural a valors extremos de pH. As duas enzimas fúngicas estudadas apresentam potencial para aplicação na indústria biotecnológica.

O presente trabalho foi delineado considerando-se a importância de fungos filamentosos e leveduras, os quais estão associados a diversas patologias no homem e animais. Deve-se considerar ainda que o leite e seus derivados lácteos contaminados com estes microrganismos podem constituir potenciais vias de transmissão de zoonoses a eles relacionados. Foram analisadas amostras de leite cru dos tipos A, B e C colhidas nas próprias propriedades leiteiras, bem como amostras de leite comercializado diretamente ao consumidor, visando-se a comparação da qualidade destes produtos quanto à presença e quantidade de fungos. Procedeu-se ainda à avaliação da susceptibilidade dos fungos isolados das amostras de leite às relações temperatura/tempo empregados nos processos de pasteurização e avaliação da sensibilidade destes isolados à fervura do leite. Foram analisadas 70 amostras de leite, sendo 50 de tanques de refrigeração de propriedades leiteiras, 10 de latões de propriedades de exploração leiteira e 10 de latões de transportadores e distribuidores que armazenam e comercializam leite clandestino, sendo que não houve diferença estatisticamente significante entre as medianas das quantidades de unidades formadoras de colônias de fungos/mL de Leite das diferentes procedências, indicando que o nível de contaminação por fungos nas amostras destas três origens foi similar. Foram isolados, em diferentes percentagens, fungos filamentosos e leveduras de todas as amostras de leite das diferentes procedências: Candida spp. (C. krusei, C. guilliermondii, C. tropicalis, C. kefyr, dentre outras), Geotrichum spp., Rhodotorula spp., Trichosporon spp., Aureobasidium sp., Penicillium spp., Acremonium spp., Chrysosporium sp., Mucor spp., Aspergillus spp. Todos os gêneros e espécies isoladas foram submetidos aos testes de pasteurização rápida e lenta, bem como a fervura. O processo de pasteurização rápida foi o procedimento no qual houve maior resistência (72,18%) por parte dos isolados de leveduras e fungos filamentosos submetidos ao teste na metodologia aplicada, seguido pelo processo de fervura (15,89%) e o de pasteurização lenta (0,99%). / The present study was outlined considering the importance of filamentous fungi and yeasts, associated to various pathologies in man and animals. It must be considered that milk and dairy products when contaminated with these microorganisms can represent a potential means of zoonosis transmission related to them. Samples of raw milk types A, B and C, collected in dairy farms, as well as milk sold directly to the consumer, were analysed, aiming the comparison of the quality of these products as to the presence and quantity of fungi. The susceptibility of the isolates to the temperature/time rates employed in pasteurization and boiling was also evaluated. Seventy samples of raw milk were analysed, 50 from bulk tanks, 10 from small tanks of milk from dairy farms, and 10 from transportation tanks and distributors that store and sell clandestine milk. No statistically significant difference was observed between medians of the quantity of colonies forming units of fungi/mL of milk from the different sources, indicating that the level of contamination by fungi was similar when the three sources were compared. Filamentous fungi and yeasts were isolated in different percentages from all the samples from the different sources: Candida spp. (C. krusei, C. guilliermondii, C. tropicalis, C. kefyr, etc.), Geotrichum spp., Rhodotorula spp., Trichosporon spp., Aureobasidium sp., Penicillium spp., Acremonium spp., Chrysosporium sp., Mucor spp., Aspergillus spp. All isolates were submitted to pasteurization and boiling. Quick pasteurization was the procedure in which the highest resistance (72.18%) of the isolates was verified, followed by boiling (15.89%) and slow pasteurization (0.99%).

O Brasil apresenta cerca de 10 a 17,6% da biodiversidade mundial e apenas uma fração dela é conhecida. Os fungos filamentosos são bons produtores de enzimas e despertam um grande interesse biotecnológico. O amido é o principal carboidrato de reserva das plantas. Dentre as enzimas amilolíticas estão as glucoamilases, que catalisam a hidrólise das ligações -1,4 e -1,6 das extremidades da cadeia do amido liberando glucose. Neste trabalho foram isolados 25 fungos filamentosos de amostras de materiais em decomposição da Mata Atlântica. Dos micro-organismos com alta atividade amilolítica foram selecionados e identificados Aspergillus brasiliensis e Rhizopus oryzae. Foi realizada a otimização do cultivo e caracterização das amilases do extrato bruto de ambos os fungos. Após a obtenção destes dados foi selecionado A. brasiliensis, pois, sua amilase é mais termoestável e ainda não reportada na literatura. Após purificação a enzima foi identificada como glucoamilase, a qual é monomérica com 69 kDa e contém aproximadamente 21% de carboidratos. Apresenta um domínio de ligação ao amido na porção terminal e estrutura secundária rica em -hélice. Sua atividade ótima ocorre em pH 4,5 a 60°C, seu pI é de 3,21, pode ser ativada com a adição de Mn2+, e é inibida por glucose em concentrações maiores que 0,1 M. A glucoamilase apresenta excelente estabilidade ao pH e boa estabilidade a temperatura (a 50°C mantém 67% de atividade após 7 horas; a 55°C a meia vida é de 147 minutos). Com amido de batata a enzima apresentou as seguintes constantes cinéticas (km 2,21 mg/mL; Vmáx 155 U/mg; kcat 179 s-1; kcat/km 81,06). A glucoamilase foi imobilizada em DEAE-PEG com ativação de 12 vezes e possibilidade de reuso de 10 vezes com perda de apenas 31% de atividade. O derivado demostrou maior facilidade para hidrolisar a amilopectina do que à amilose. Também foi realizada uma análise de neighbor joining, que agrupou a glucoamilase de A. brasiliensis próxima às glucoamilases de espécies de Aspergillus, que são consideradas as mais derivadas. / Brazil holds about 10-17.6% of the world\'s biodiversity and just a percentage of it is known. Filamentous fungi are enzyme producers that have great biotechnological application. Starch is the main reserve carbohydrate in plants. Among the amylolytic enzymes there are the glucoamylases, that catalyze the hydrolysis of -1,4 and -1,6 linkages of the end of starch chains, and releases glucose. In this research 25 filamentous fungi from Atlantic forest decaying material samples were isolated. Among microorganisms with high amylolytic activity Aspergillus brasiliensis and Rhizoupus oryzae were selected and identified. The cultivation parameters were optimized and the enzymes of crude extract were characterized. Considering the previous data Aspergillus brasiliensis was selected because its amylases are more thermostable and it has not been described in the literature yet. After purification the enzyme was identified as a glucoamylase, which is monomeric with 69 kDa and about 21% of carbohydrates in its composition. The enzyme has a starch binding domain in the terminal position and its secondary structure is rich in -helix. The optimum pH for glucoamylase activity is 4.5, the temperature is 60ºC and its pI is 3.21. The enzyme can be activated by the addition of Mn+2, and inhibited in concentrations above 0,1M glucose. The glucoamylase has an excellent pH stability and a good temperature stability (at 50ºC 67% of the activity was retained after 7 hours; at 55°C its half-life was 147 minutes). The best kinetic values were obtained with potato starch (km 2.21 mg/mL; Vmax 155 U/mg; kcat 179 s-1; kcat/km 81,06). The glucoamylase was immobilized on DEAE-PEG, with an activation of 12 times and enzyme reuse 10 times with just 31% loss of its activity. The immobilized enzyme has a greater activity on amylopectin than amylose. A neighbor joining analysis with glucoamylases from filamentous fungi species was made and Aspergillus brasiliensis glucoamylase was grouped close to the glucoamylases of Aspergillus species, which are considered the most derivative.

O presente trabalho foi delineado considerando-se a importância de fungos filamentosos e leveduras, os quais estão associados a diversas patologias no homem e animais. Deve-se considerar ainda que o leite e seus derivados lácteos contaminados com estes microrganismos podem constituir potenciais vias de transmissão de zoonoses a eles relacionados. Foram analisadas amostras de leite cru dos tipos A, B e C colhidas nas próprias propriedades leiteiras, bem como amostras de leite comercializado diretamente ao consumidor, visando-se a comparação da qualidade destes produtos quanto à presença e quantidade de fungos. Procedeu-se ainda à avaliação da susceptibilidade dos fungos isolados das amostras de leite às relações temperatura/tempo empregados nos processos de pasteurização e avaliação da sensibilidade destes isolados à fervura do leite. Foram analisadas 70 amostras de leite, sendo 50 de tanques de refrigeração de propriedades leiteiras, 10 de latões de propriedades de exploração leiteira e 10 de latões de transportadores e distribuidores que armazenam e comercializam leite clandestino, sendo que não houve diferença estatisticamente significante entre as medianas das quantidades de unidades formadoras de colônias de fungos/mL de Leite das diferentes procedências, indicando que o nível de contaminação por fungos nas amostras destas três origens foi similar. Foram isolados, em diferentes percentagens, fungos filamentosos e leveduras de todas as amostras de leite das diferentes procedências: Candida spp. (C. krusei, C. guilliermondii, C. tropicalis, C. kefyr, dentre outras), Geotrichum spp., Rhodotorula spp., Trichosporon spp., Aureobasidium sp., Penicillium spp., Acremonium spp., Chrysosporium sp., Mucor spp., Aspergillus spp. Todos os gêneros e espécies isoladas foram submetidos aos testes de pasteurização rápida e lenta, bem como a fervura. O processo de pasteurização rápida foi o procedimento no qual houve maior resistência (72,18%) por parte dos isolados de leveduras e fungos filamentosos submetidos ao teste na metodologia aplicada, seguido pelo processo de fervura (15,89%) e o de pasteurização lenta (0,99%). / The present study was outlined considering the importance of filamentous fungi and yeasts, associated to various pathologies in man and animals. It must be considered that milk and dairy products when contaminated with these microorganisms can represent a potential means of zoonosis transmission related to them. Samples of raw milk types A, B and C, collected in dairy farms, as well as milk sold directly to the consumer, were analysed, aiming the comparison of the quality of these products as to the presence and quantity of fungi. The susceptibility of the isolates to the temperature/time rates employed in pasteurization and boiling was also evaluated. Seventy samples of raw milk were analysed, 50 from bulk tanks, 10 from small tanks of milk from dairy farms, and 10 from transportation tanks and distributors that store and sell clandestine milk. No statistically significant difference was observed between medians of the quantity of colonies forming units of fungi/mL of milk from the different sources, indicating that the level of contamination by fungi was similar when the three sources were compared. Filamentous fungi and yeasts were isolated in different percentages from all the samples from the different sources: Candida spp. (C. krusei, C. guilliermondii, C. tropicalis, C. kefyr, etc.), Geotrichum spp., Rhodotorula spp., Trichosporon spp., Aureobasidium sp., Penicillium spp., Acremonium spp., Chrysosporium sp., Mucor spp., Aspergillus spp. All isolates were submitted to pasteurization and boiling. Quick pasteurization was the procedure in which the highest resistance (72.18%) of the isolates was verified, followed by boiling (15.89%) and slow pasteurization (0.99%).

O Brasil apresenta cerca de 10 a 17,6% da biodiversidade mundial e apenas uma fração dela é conhecida. Os fungos filamentosos são bons produtores de enzimas e despertam um grande interesse biotecnológico. O amido é o principal carboidrato de reserva das plantas. Dentre as enzimas amilolíticas estão as glucoamilases, que catalisam a hidrólise das ligações -1,4 e -1,6 das extremidades da cadeia do amido liberando glucose. Neste trabalho foram isolados 25 fungos filamentosos de amostras de materiais em decomposição da Mata Atlântica. Dos micro-organismos com alta atividade amilolítica foram selecionados e identificados Aspergillus brasiliensis e Rhizopus oryzae. Foi realizada a otimização do cultivo e caracterização das amilases do extrato bruto de ambos os fungos. Após a obtenção destes dados foi selecionado A. brasiliensis, pois, sua amilase é mais termoestável e ainda não reportada na literatura. Após purificação a enzima foi identificada como glucoamilase, a qual é monomérica com 69 kDa e contém aproximadamente 21% de carboidratos. Apresenta um domínio de ligação ao amido na porção terminal e estrutura secundária rica em -hélice. Sua atividade ótima ocorre em pH 4,5 a 60°C, seu pI é de 3,21, pode ser ativada com a adição de Mn2+, e é inibida por glucose em concentrações maiores que 0,1 M. A glucoamilase apresenta excelente estabilidade ao pH e boa estabilidade a temperatura (a 50°C mantém 67% de atividade após 7 horas; a 55°C a meia vida é de 147 minutos). Com amido de batata a enzima apresentou as seguintes constantes cinéticas (km 2,21 mg/mL; Vmáx 155 U/mg; kcat 179 s-1; kcat/km 81,06). A glucoamilase foi imobilizada em DEAE-PEG com ativação de 12 vezes e possibilidade de reuso de 10 vezes com perda de apenas 31% de atividade. O derivado demostrou maior facilidade para hidrolisar a amilopectina do que à amilose. Também foi realizada uma análise de neighbor joining, que agrupou a glucoamilase de A. brasiliensis próxima às glucoamilases de espécies de Aspergillus, que são consideradas as mais derivadas. / Brazil holds about 10-17.6% of the world\'s biodiversity and just a percentage of it is known. Filamentous fungi are enzyme producers that have great biotechnological application. Starch is the main reserve carbohydrate in plants. Among the amylolytic enzymes there are the glucoamylases, that catalyze the hydrolysis of -1,4 and -1,6 linkages of the end of starch chains, and releases glucose. In this research 25 filamentous fungi from Atlantic forest decaying material samples were isolated. Among microorganisms with high amylolytic activity Aspergillus brasiliensis and Rhizoupus oryzae were selected and identified. The cultivation parameters were optimized and the enzymes of crude extract were characterized. Considering the previous data Aspergillus brasiliensis was selected because its amylases are more thermostable and it has not been described in the literature yet. After purification the enzyme was identified as a glucoamylase, which is monomeric with 69 kDa and about 21% of carbohydrates in its composition. The enzyme has a starch binding domain in the terminal position and its secondary structure is rich in -helix. The optimum pH for glucoamylase activity is 4.5, the temperature is 60ºC and its pI is 3.21. The enzyme can be activated by the addition of Mn+2, and inhibited in concentrations above 0,1M glucose. The glucoamylase has an excellent pH stability and a good temperature stability (at 50ºC 67% of the activity was retained after 7 hours; at 55°C its half-life was 147 minutes). The best kinetic values were obtained with potato starch (km 2.21 mg/mL; Vmax 155 U/mg; kcat 179 s-1; kcat/km 81,06). The glucoamylase was immobilized on DEAE-PEG, with an activation of 12 times and enzyme reuse 10 times with just 31% loss of its activity. The immobilized enzyme has a greater activity on amylopectin than amylose. A neighbor joining analysis with glucoamylases from filamentous fungi species was made and Aspergillus brasiliensis glucoamylase was grouped close to the glucoamylases of Aspergillus species, which are considered the most derivative.

As hidrolases, principalmente as peptidases e lipases, são responsáveis pelo alto faturamento no mercado mundial e pelos diversos empregos industriais e biotecnológicos. A obtenção destas proteínas ocorre pela aplicação dos microrganismos a bioprocessos, tanto de forma selvagem quanto por expressão heteróloga. Neste contexto, existe uma busca incessante por enzimas mais estáveis e com maior atividade catalítica, e algumas técnicas têm sido utilizadas para o melhoramento destes parâmetros. A obtenção da peptidase e lipase pelo fungo Fusarium oxysporum foi realizada por bioprocesso submerso, gerando picos de 165 U/mL em 72 horas e 633 U/mL em 48 horas, respectivamente. A peptidase foi purificada utilizando a resina Sephadex G-50 de exclusão de massa e caracterizada utilizando um substrato peptídico com supressão intramolecular de fluorescência. A classe da proteína foi determinada como serino peptidase e demonstrou características neutra e estável quanto ao pH em uma faixa ampla. A temperatura ótima foi de e 50 °C e a partir dos ensaios de estabilidade térmica foi evidenciado a manutenção da atividade proteolítica de 60-90% até 60 °C no período de uma hora. Quanto à eficiência catalítica, os subsítios S1, S2 e S\'1 tem certa especificidade, pois não demonstram eficiência catalítica quando há a presença dos seguintes aminoácidos nas respectivas posições dos substratos P1 (ácido aspártico, prolina e isoleucina), P2 (ácido aspártico, histidina, lisina, asparagina e triptofano) e P\'1 (ácido aspártico, ácido glutâmico e prolina), ao contrário dos subsítios S3, S\'2 e S\'3, onde todos aminoácidos apresentaram eficiência catalítica. A lipase foi purificada utilizado resina iônica e apresentou características básica e estabilidade em pH neutro, sua temperatura ótima foi de 35 °C e manutenção da atividade catalítica em pelo mens 50% após 1 hora de exposição a 25 a 40 °C. A produção da quimera deu-se pela busca de uma peptidase e uma lipase provenientes do fungo F. oxysporum no banco de dados, elas foram então fusionadas utilizando um linker composto por cinco aminoácidos (GGAGG) nas regiões C-terminal da peptidase e N-terminal da lipase. Ambas atividades foram detectadas na quimera, tornando-a funcional. A aplicação biotecnológica de ambas enzimas selvagens e recombinante é um passo importante para inovação, e de acordo com as características apresentadas cada enzima pode ser aplicada a diversos processos industriais, desde detergentes a biorremediação / proteins is wild-type microorganisms by bioprocesses or by heterologous expression. In this context, there is an incessant search for more stable enzymes with higher catalytic activity, and some techniques have been used to improve these parameters. Obtainment of peptidase and lipase by the fungus Fusarium oxysporum was performed by submerged bioprocess, generating peaks of 165 U / mL in 72 hours and 633 U / mL in 48 hours, respectively. Peptidase was purified using the Sephadex G-50 size exclusion resin and characterized using a peptide substrate with intramolecular fluorescence suppression. The enzyme class was determined as serine peptidase and demonstrated neutral and stable characteristics in a wide range of pH. The optimum temperature was 50 ° C and the thermal stability assays showed the maintenance of the proteolytic activity from 60 to 90% up to 60 ° C within one hour of exposure. As for catalytic efficiency, the S1, S2 and S\'1 subsites have a certain specificity, since they do not demonstrate catalytic efficiency when the following amino acids are present in the respective positions of the substrates P1 (aspartic acid, proline and isoleucine), P2 (aspartic acid, Histidine, lysine, asparagine and tryptophan) and P\'1 (aspartic acid, glutamic acid and proline), unlike subsites S3, S\'2 and S\'3, where all amino acids showed catalytic efficiency. The lipase was purified using ionic resin and presented basic characteristics and stability at neutral pH, its optimum temperature was 35 ° C and maintenance of the catalytic activity by 50% after 1 hour of exposure at 25 to 40 ° C. Production of the chimera was done by the search of a peptidase and a lipase from the fungus F. oxysporum in the database, they were then fused using a linker composed of five amino acids (GGAGG) in the C-terminal regions of the peptidase and N- Terminal portion of the lipase. Both activities were detected in the chimera, making it functional. The biotechnological application of both wild and recombinant enzymes is an important step for innovation, and according to the characteristics presented each enzyme can be applied to several industrial processes.

O fungo filamentoso Trichoderma reesei é caracteristicamente reconhecido pela produção de celulases e hemicelulases, que lhe permitem utilizar uma ampla variedade de polissacarídeos como fonte de carbono. Neste trabalho, descrevemos a caracterização de dois genes de T. reesei, Trhxt1 e Trhxt2, que codificam proteínas com alta similaridade a transportadores de glicose de vários microorganismos. Os dois genes foram identificados em um banco de dados de ESTs de T. reesei. A análise computacional de Trhxt1 e Trhxt2 indica que ambos fazem parte da major facilitator superfamily (MFS), apresentando, tipicamente, 12 segmentos transmembrânicos. A expressão de Trhxt1 ocorre apenas em baixos níveis de glicose(≈ 100 µmol 1-1), enquanto a de Trhxt2 parece ocorrer de forma constitutiva, independentemente da fonte de carbono. Em baixas concentrações de oxigênio, a expressão de Trhxt1 é induzida e a de Trhxt2, reprimida. O sistema de transporte em T. reesei apresenta um componente de afinidade muito alta por glicose (Km ≈ 20 µmol 1-1) semelhante ao de outros fungos filamentosos. Dados sobre o transporte de glicose em uma cepa mutante ΔTrhxt1 indicam que o gene Trhxt1 está envolvido com o transporte em baixos níveis de glicose (≤ 100 µmol 1-1) que correspondem, provavelmente, aos valores encontrados no solo, o habitat natural de T. reesei.. Interessantemente, a indução do sistema de celulases de T. reesei por celulose está retardada no mutante ΔTrhxt1, o que sugere a importância do transporte de glicose na expressão dos genes das celulases. Finalmente, além de descrever os primeiros genes de transportadores de glicose em T. reesei, esperamos que este trabalho possa contribuir para o preenchimento de uma lacuna em relação ao transporte de açúcares em fungos filamentosos em geral. / The filamentous fungus Trichoderma reesei is a natural soil inhabitant capable of metabolizing a vast number of polysaccharide substrates. In this work, we describe two genes of T. reesei, named Trhxt1 and Trhxt2, which code for proteins with significant similarities to glucose transporters from other fungi. These genes were identified in an EST database of T. reesei. Sequence analysis of TrHXT1 and TrHXT2 revealed 12 putative transmembrane domains and several other characteristic motifs found in members of the major facilitator superfamily (MFS). Trhxt1 is transcriptionally induced only by low levels of glucose(≈ 100 µmol 1-1), while Trhxt2 expressionis independent of both glucose concentration and carbon source. We also show that Trhxt1 expression is enhanced when cells are exposured to low oxygen levels; in contrast, Trhxt2 expression seems to be repressed at these conditions. Glucose transport in T. reesei is apparently mediated by a multicomponent uptake system, in which the high-affiníty component has a Km of approximately 20 µmol 1-1. This low Km value is similar to the values reported for glucose uptake by other filamentous fungi. Kinetics of glucose transport in a T. reesei ΔTrhxt1 strain suggests that Trhxt1 is involved in glucose uptake in conditions of low glucose (≤ 100 µmol 1-1), which are most probably found in the soil, a low-nutrient environment. Interestingly, índuction ofthe T. reesei cellulase system by cellulose ís significantly delayed in the ΔTrhxt1 mutant, suggesting that glucose transport may be important to the mechanisms of expression of the cellulase genes. Finally, we hope that this work may be helpful to provide a better understanding of sugar uptake in filamentous fungi, for which there is little information available.

Submitted by CÁROL CABRAL TERRONE null (36025505837) on 2018-01-09T15:20:42Z No. of bitstreams: 1 Tese - Cárol Terrone.pdf: 3140738 bytes, checksum: 563a37f8e4725bc76f326c128aae84bf (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Aparecida Puerta null (dripuerta@rc.unesp.br) on 2018-01-10T16:59:21Z (GMT) No. of bitstreams: 1 terrone_cc_dr_rcla.pdf: 3025804 bytes, checksum: 817c25d1a9eef55ee5d3fb7555bd7982 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-01-10T16:59:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 terrone_cc_dr_rcla.pdf: 3025804 bytes, checksum: 817c25d1a9eef55ee5d3fb7555bd7982 (MD5) Previous issue date: 2017-11-14 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Biomassa lignocelulósica é a principal fonte de carbono renovável no planeta. Seus constituintes majoritários são celulose, hemiceluloses e lignina. Hemiceluloses são polissacarídeos ramificados sendo o principal tipo as xilanas, estruturas com cadeia principal de xilose. Dentre as diversas enzimas hidrolíticas, que atuam sobre a estrutura de xilanas, estão as α-L-arabinofuranosidases, que catalisam a hidrólise de ligações entre α-L-arabinofuranosídeos e a cadeia principal do polissacarídeo. Neste trabalho, uma linhagem de Aspergillus hortai CRM1919, isolada de solo próximo a lagoas salinas e alcalinas da região da Nhecolândia no Pantanal Matogrossense, foi utilizada para produzir α-L-arabinofuranosidases. Resíduos agroindustriais foram utilizados como substrato para o cultivo do fungo. O objetivo principal foi otimizar a produção de α-L-arabinofuranosidases e aumentar a produção a fim de se obter um filtrado enzimático rico nessa atividade, para posteriormente purificá-la e aplicá-la na degradação de biomassa. A linhagem foi cultivada em meio líquido de Vogel suplementado com diferentes substratos, dentre eles alguns subprodutos da agroindústria. As maiores produções de α-arabinofuranosidases ocorreram nos cultivos com polpa cítrica e casca de laranja a 1% (m/v) em cultivos estáticos por 4 dias, com pH inicial de 2,5 e temperatura de 30 ºC. Após todas as etapas de otimização, o extrato bruto apresentou atividade quinze vezes maior do que nos cultivos iniciais. A enzima foi purificada por uma estratégia de três etapas, sendo uma precipitação com sulfato de amônio, na concentração de 25 a 65%, uma cromatografia de troca iônica e outra de exclusão molecular, apresentando ao final uma recuperação de 10,1% com um fator de purificação de 58,7. As características da α-L-arabinofuranosidase purificada foram determinadas, sendo pH ótimo de 4,0 e temperatura ótima de 60 ºC, meia vida a 30 e 40 ºC de 265 e 230 minutos, respectivamente. A maior estabilidade da enzima ao pH ocorreu em pH 5,0, A atividade enzimática foi reduzida na presença de Zn+2, PMSF, SDS e etanol a 20%, mas foi ativada na presença de Mg+2, Na+, EDTA, Tween 20, Tween 80 e Triton X-100. A α-arabinofuranosidase apresentou tolerância a presença de 0,5 e 1,0 M de NaCl no meio reacional, e alta estabilidade nas concentrações de 0,5, 1,0, 2,0 e 4,0 M de NaCl. Os parâmetros cinéticos para o substrato ρ-nitrofenil-α-L-arabinofuranosídeo foram Km de 8,73 mM, Vmáx de 7,91 μmol/min.mg e Kcat de 0,59/min. A enzima purificada apresentou afinidade apenas sobre o substrato ρ-nitrofenil-α-L-arabinofuranosídeo. Na caracterização das biomassas in natura, o bagaço de cana-de-açúcar apresentou em sua composição 30% de celulose, 16% de hemiceluloses e 20% de ligninas totais, enquanto bagaço de malte apresentou 20% de celulose, 20% de hemiceluloses e 20% de ligninas totais. Na caracterização da hemicelulose extraída, a de bagaço de cana-de-açúcar apresentou composição em açúcares redutores de 7,8% de glicose, 23,7% de xilose e 2,6% de arabinose; a hemicelulose de bagaço de malte apresentou em sua composição 20,6% de glicose, 28,3% de xilose e 9,4% de arabinose. A hidrólise das hemiceluloses e de xilanas comerciais foi realizada na presença da α-arabinofuranosidase purificada e do filtrado bruto de cultivo contendo a α-arabinofuranosidase, associados com uma xilanase purificada, também produzida por Aspergillus hortai. Em ambos os casos foi possível verificar a cooperação entre enzimas do complexo xilanolítico e a atuação sequencial de cada uma na hidrólise das estruturas de xilano. / Lignocellulosic biomass is the main source of renewable carbon on the planet. Its major constituents are cellulose, hemicelluloses and lignin. Hemicelluloses are branched polysaccharides being the main type the xylan, xylose main chain structures. Among the various hydrolytic enzymes that act on the xylan structure there are the α-L-arabinofuranosidases, which catalyze the hydrolysis of linkages between α-L-arabinofuranosides and the polysaccharide main chain. In this work, a strain of Aspergillus hortai CRM1919, isolated from soil near saline and alkaline lagoons of the Nhecolândia region in Pantanal Matogrossense, was used to produce α-L-arabinofuranosidases. Agroindustrial wastes were used as substrate for the fungus cultivation. The main objective was to optimize the production of α-L-arabinofuranosidases and increase the yield in order to obtain a rich enzymatic filtrate in this activity, to later purify it and apply it in the hydrolysis of biomass. The strain was cultivated in Vogel liquid medium supplemented with different substrates, among them some by-products of agroindustry. The highest production of α-arabinofuranosidases occurred in cultures with citrus pulp and orange peel at 1% (w/v) in static cultures for 4 days, with an initial pH of 2.5 and temperature of 30 ºC. After all the optimization steps, the crude extract presented activity fifteen times higher than the initial cultures. The enzyme was purified by a three-step strategy, with ammonium sulfate precipitation at 25-65% concentration, ion exchange chromatography and molecular exclusion chromatography, with recovery of 10.1% and purification fold of 58.7. The characteristics of the purified α-L-arabinofuranosidase were determined, being optimum pH of 4.0 and optimum temperature of 60 °C, half-life at 30 and 40 °C of 265 and 230 minutes, respectively. The higher stability of the enzyme to pH occurred at pH 5.0. Enzymatic activity was reduced in the presence of Zn+ 2, PMSF, SDS and 20% ethanol and was activated in the presence of Mg+ 2, Na+, EDTA, Tween 20, Tween 80 and Triton X-100. The α-arabinofuranosidase presented tolerance to the presence of 0.5 and 1.0 M NaCl in the reaction medium, and high stability at the concentrations of 0.5, 1.0, 2.0 and 4.0 M NaCl. The kinetic parameters for the ρ-nitro phenyl-α-L-arabinofuranoside substrate were Km of 8.73 mM, Vmax of 7.91 μmol / min.mg and Kcat of 0.59 / min. The purified enzyme had affinity only on the ρ-nitro phenyl-α-L-arabinofuranoside substrate. In the characterization of in natura biomasses, sugarcane bagasse presented 30% cellulose, 16% hemicelluloses and 20% total lignins, while brewer’s spent grain presented 20% cellulose, 20% hemicelluloses and 20% total lignins. In the characterization of extracted hemicellulose, the sugarcane bagasse presented composition in reducing sugars of 7.8% of glucose, 23.7% of xylose and 2.6% of arabinose; the hemicellulose of brewer’s spent grain presented 20.6% glucose, 28.3% xylose and 9.4% arabinose. Hydrolysis of the hemicelluloses and commercial xylans was performed in the presence of the purified α-arabinofuranosidase and the crude culture filtrate containing α-arabinofuranosidase, associated with a purified xylanase, also produced by Aspergillus hortai. In both cases it was possible to verify the cooperation between xylanolytic complex enzymes and the sequential action of each one in the hydrolysis of the xylan structure.

O fungo filamentoso Trichoderma reesei é caracteristicamente reconhecido pela produção de celulases e hemicelulases, que lhe permitem utilizar uma ampla variedade de polissacarídeos como fonte de carbono. Neste trabalho, descrevemos a caracterização de dois genes de T. reesei, Trhxt1 e Trhxt2, que codificam proteínas com alta similaridade a transportadores de glicose de vários microorganismos. Os dois genes foram identificados em um banco de dados de ESTs de T. reesei. A análise computacional de Trhxt1 e Trhxt2 indica que ambos fazem parte da major facilitator superfamily (MFS), apresentando, tipicamente, 12 segmentos transmembrânicos. A expressão de Trhxt1 ocorre apenas em baixos níveis de glicose(≈ 100 µmol 1-1), enquanto a de Trhxt2 parece ocorrer de forma constitutiva, independentemente da fonte de carbono. Em baixas concentrações de oxigênio, a expressão de Trhxt1 é induzida e a de Trhxt2, reprimida. O sistema de transporte em T. reesei apresenta um componente de afinidade muito alta por glicose (Km ≈ 20 µmol 1-1) semelhante ao de outros fungos filamentosos. Dados sobre o transporte de glicose em uma cepa mutante ΔTrhxt1 indicam que o gene Trhxt1 está envolvido com o transporte em baixos níveis de glicose (≤ 100 µmol 1-1) que correspondem, provavelmente, aos valores encontrados no solo, o habitat natural de T. reesei.. Interessantemente, a indução do sistema de celulases de T. reesei por celulose está retardada no mutante ΔTrhxt1, o que sugere a importância do transporte de glicose na expressão dos genes das celulases. Finalmente, além de descrever os primeiros genes de transportadores de glicose em T. reesei, esperamos que este trabalho possa contribuir para o preenchimento de uma lacuna em relação ao transporte de açúcares em fungos filamentosos em geral. / The filamentous fungus Trichoderma reesei is a natural soil inhabitant capable of metabolizing a vast number of polysaccharide substrates. In this work, we describe two genes of T. reesei, named Trhxt1 and Trhxt2, which code for proteins with significant similarities to glucose transporters from other fungi. These genes were identified in an EST database of T. reesei. Sequence analysis of TrHXT1 and TrHXT2 revealed 12 putative transmembrane domains and several other characteristic motifs found in members of the major facilitator superfamily (MFS). Trhxt1 is transcriptionally induced only by low levels of glucose(≈ 100 µmol 1-1), while Trhxt2 expressionis independent of both glucose concentration and carbon source. We also show that Trhxt1 expression is enhanced when cells are exposured to low oxygen levels; in contrast, Trhxt2 expression seems to be repressed at these conditions. Glucose transport in T. reesei is apparently mediated by a multicomponent uptake system, in which the high-affiníty component has a Km of approximately 20 µmol 1-1. This low Km value is similar to the values reported for glucose uptake by other filamentous fungi. Kinetics of glucose transport in a T. reesei ΔTrhxt1 strain suggests that Trhxt1 is involved in glucose uptake in conditions of low glucose (≤ 100 µmol 1-1), which are most probably found in the soil, a low-nutrient environment. Interestingly, índuction ofthe T. reesei cellulase system by cellulose ís significantly delayed in the ΔTrhxt1 mutant, suggesting that glucose transport may be important to the mechanisms of expression of the cellulase genes. Finally, we hope that this work may be helpful to provide a better understanding of sugar uptake in filamentous fungi, for which there is little information available.

O gene TrSNF1, homólogo aos membros da subfamília das proteínas serina-treonina quinases ativadas por AMP (AMPK) e relacionadas a SNF1, foi isolado do fungo filamentoso trichoderma reesei. A seqüência de aminoácidos putativa possui um domínio de quinase com 42% de identidade e 59% de similaridade com outras proteínas quinases da mesma subfamília. Em S. cerevisiae a SNFl é essencial para a expressão de genes reprimidos por glicose, em resposta a privação de glicose do meio de cultura. A expressão de TrSNFl em levedura mutante para SNF1, restaura a função de SNF1. A expressão de um antisense de TrSNFl em T. reesei causa um atraso na expressão do gene regulado por glicose, CBHI. Além disso, em experimento utilizando matrizes de DNA foi possível observar uma alteração da tendência global da expressão gênica entre a cepa selvagem e a cepa antisense. A observação da homologia estrutural com proteínas quinase da mesma subfamília, a similaridade funcional com SNFl de S. cerevisiae, e a alteração no padrão da expressão gênica in vivo, sugerem que TrSNFl pode estar envolvido na regulação do metabolismo de carboidratos em T. reesei. / A gene homologue to the members of the AMP-activated/SNFl protein kinase subfamily, TrSNF1, was isolated from the filamentous fungus Trichoderma reesei. The predicted protein of 692 amino acids has a kinase domain, that share 42 % identity and 59 % similarity to that of serine/threonine protein kinase of this family. In Saccharomyces cerevisiae, the SNFl protein kinase is required for expression of glucose repressed genes in response to withdrawal of glucose from the medium. Expression of the Trichoderma reesei SNF1-related sequence in yeast SNFl mutant restores SNFl function. The TrSNFl antisense expression in T. reesei causes a control alteration in the glucose-regulated gene CBHI. The observed structural identity with the AMP-activated/SNFl protein kinase subfamily, and the functional similarity to the yeast SNFl suggest that the TrSNFl may be involved in the regulation of sugar metabolism in Trichoderma reesei.