Submitted by Mario BC (mario@bc.ufrpe.br) on 2016-11-29T13:54:02Z No. of bitstreams: 1 Luciane de Nazare Almeida dos Reis.pdf: 1286764 bytes, checksum: e8ebbda7828d562331b43505ce6da593 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-11-29T13:54:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Luciane de Nazare Almeida dos Reis.pdf: 1286764 bytes, checksum: e8ebbda7828d562331b43505ce6da593 (MD5) Previous issue date: 2016-02-29 / The peanut (Arachis hypogaea L.) is an important source of protein and oil, and considered one of the most cultivated plants in Brazil and worldwide, that provide products consumed in different ways. It is the fourth world largest oleaginous in seed production, cultivated in over 30 countries, where China leads with 40.8%, followed by India with 14% and Nigeria with 7.5%. Brazil occupies the 17th position, concentrated in the Southeast and South regions, and the State of São Paulo accounts for 91.4% of national production. Among the factors that limit the development of this crop, there are several viruses, which cause reduction on productivity and the value of the product for marketing. Up to now, 31 viral species, classified in the following genera and respective families have been recorded naturally infecting peanut: Begomovirus (Geminiviridae), Bromovirus (Bromoviridae), Carlavirus (Betaflexiviridae), Cucumovirus (Bromoviridae), Irlavirus (Bromoviridae), Luteovirus (Luteoviridae), Pecluvirus (Virgaviridae), Potexvirus (Alphafleviridae), Potyvirus (Potyviridae), Rhabdovirus (Rhabdoviridae), Soymovirus (Caulimoviridae), Tospovirus (Bunyaviridae), Tymovirus (Tymoviridae) e Umbravirus (Tombusviridae). Of these genera, Potyvirus has more species. The advent of metagenomics, combined with high-performance technologies (Next Generation Sequencing - NGS) provides the exploration of micro-universe in various areas of science, including the Plant Virology. These techniques, together with bioinformatics, act as excellent tools for detection and characterization of novel viruses, as well as, all the viral genomes of different species or strains present in certain samples. The objective of this work was to study the virome of peanut plants exhibiting typical virus symptoms, obtained from producing areas of 10 counties of the State of São Paulo by NGS. The viral isolates were maintained by successive passages to peanut plants by grafting, under greenhouse conditions at the University of Brasilia (UnB). To perform the NGN, samples were semipurified aiming enrichment of virus particles, followed by total RNA extraction and sequencing carried out by Illumina platform. The metagenomic analysis permitted the detection the complete genome of Peanut mottle virus virus - PeMoV (Potyvirus) and Groundnut ringspot virus - GRSV (Tospovirus). Biological (indicator plants), serological (Dot-ELISA) and molecular (RT-PCR) tests were performed in order to characterize some GRSV isolates from peanut, which sequences were identified by metagenomic. Molecular analysis of the gene encoding the N protein, used for species taxonomy within Tospovirus genus, was also carried out with the selected isolates A1, N1 and O1. These three isolates induced symptomatic response in at least one of the indicator species (Datura stramonium L.) used in this work and widely cited in the literature. Positive results for these isolates were also confirmed by serology, indicating the presence of GRSV in peanut producing counties in the State of São Paulo. Phylogenetic analyzes of the segments L, M and S of tospoviruses revealed that the peanut GRSV isolates studied in this work grouped with sequences of GRSV isolate from watermelon (Citrullus lanatus (Thunb.) Matsum. & Nakai) and a recombinant isolate of GRSV and Tomato chlorotic spot virus - TCSV obtained from tomato (Solanum lycopersicum L.). However, the phylogenetic analysis using the N protein sequence, demonstrated that the present peanut isolate grouped with sequences of GRSV isolates previously studied in Brazil. After phylogenetic analysis for proteins of all GRSV segments, it is believed that the species GRSV and TCSV share the same M segment. The comparison of PeMoV coat protein sequences revealed that the Brazilian peanut isolate reported in this work is more phylogenetically related with the isolate from South Korea, obtained from soybean (Glycine max L.) with 98% identity. This is the first report in Brazil and in the world of the complete genome sequences of PeMoV and GRSV in peanuts, by using NGS. / O amendoim (Arachis hypogaea L.) é uma importante fonte de proteína e óleo, sendo considerada uma das plantas mais cultivadas no Brasil e no mundo, com grande diversidade de formas de consumo de seus produtos. É a quarta oleaginosa com maior produção mundial, cultivada em mais de 30 países, em que a China lidera com 40,8%, seguida pela Índia com 14% e Nigéria com 7,5%. O Brasil ocupa a 17ª posição, concentrada nas regiões Sudeste e Sul, sendo o Estado de São Paulo responsável por 91,4% da produção nacional. Dentre os fatores que limitam o desenvolvimento dessa cultura, encontram-se diversos vírus, os quais ocasionam a redução da produtividade e valor do produto para comercialização. Até o momento, já foram registradas, infectando naturalmente o amendoim, 31 espécies virais, classificadas nos seguintes gêneros e respectivas famílias: Begomovirus (Geminiviridae), Bromovirus (Bromoviridae), Carlavirus (Betaflexiviridae), Cucumovirus (Bromoviridae), Irlavirus (Bromoviridae), Luteovirus (Luteoviridae), Pecluvirus (Virgaviridae), Potexvirus (Alphafleviridae), Potyvirus (Potyviridae), Rhabdovirus (Rhabdoviridae), Soymovirus (Caulimoviridae), Tospovirus (Bunyaviridae), Tymovirus (Tymoviridae) e Umbravirus (Tombusviridae). Destes, o gênero Potyvirus é o que agrega maior número de espécies. O advento da metagenômica, aliada às tecnologias de alto desempenho (Next Generation Sequencing - NGS) vêm propiciando a exploração do universo de microrganismos em várias áreas das ciências, inclusive na Virologia Vegetal. Estas técnicas, juntamente com a bioinformática, atuam como excelentes ferramentas para detecção e caracterização de novos vírus e de todos os genomas virais presentes em determinadas amostras, sejam de diferentes espécies ou estirpes. O objetivo desse trabalho foi realizar estudo de viroma de plantas de amendoim exibindo sintomas típicos de viroses, obtidas de áreas produtoras de 10 municípios do Estado de São Paulo por NGS. Os isolados virais foram mantidos por sucessivas passagens para plantas de amendoim por meio de enxertia, em casa de vegetação da Universidade de Brasília (UnB). Para a realização do NGS, as amostras foram semipurificadas objetivando um enriquecimento de partículas virais seguido de extração de RNA total e o sequenciamento, realizado pela Plataforma Illumina Miseq. A análise metagenômica permitiu a detecção do genoma completo do Peanut mottle virus - PeMoV (Potyvirus) e do Groundnut ringspot virus - GRSV (Tospovirus). Análises biológicas (plantas indicadoras), sorológicas (Dot-ELISA) e moleculares (RT-PCR) foram realizadas com intuito de caracterizar alguns isolados de GRSV de amendoim cuja sequência foi identificada por metagenômica. Análises moleculares do gene que codifica a proteína N, amplamente utilizado em trabalhos de taxonomia no gênero Tospovirus, foram também realizadas com os isolados selecionados A1, N1 e O1. Estes três isolados induziram reação sintomatológica em pelo menos uma das espécies indicadoras (Datura stramonium L.) utilizadas nesse trabalho e amplamente citada na literatura. Resultados positivos para estes isolados foram também confirmados por sorologia, evidenciando a presença de GRSV em municípios produtores de amendoim no Estado de São Paulo. Análises filogenéticas para os segmentos L, M e S de tospovírus revelaram que o isolado de GRSV de amendoim estudado neste trabalho agrupou-se com sequências de um isolado de GRSV de melancia (Citrullus lanatus (Thunb.) Matsum. & Nakai) e um isolado recombinante de GRSV e Tomato chlorotic spot virus - TCSV, obtido de tomate (Solanum lycopersicum L.). Entretanto, com a análise filogenética feita com a sequência da proteína N, ficou demonstrado que o presente isolado de amendoim se agrupou com sequências de isolados de GRSV previamente estudado no Brasil. Após análises filogenéticas para as proteínas de todos os segmentos de GRSV, acredita-se que as espécies de GRSV e TCSV compartilham o mesmo segmento M. Comparação das sequências da capa proteica de PeMoV, revelaram que o isolado brasileiro de amendoim relatado neste trabalho está mais relacionado filogeneticamente com um isolado obtido de soja (Glycine max L.), encontrado na Coréia do Sul, apresentando 98% de identidade. Este é o primeiro relato no Brasil e no Mundo das sequências do genoma completo de PeMoV e GRSV em amendoim, por meio do uso de NGS.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2016-04-11T11:36:37Z No. of bitstreams: 1 jullianedutramedeiros.pdf: 9214420 bytes, checksum: 3da113a1faf3d0172853f17ba8ad6652 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2016-04-24T03:39:17Z (GMT) No. of bitstreams: 1 jullianedutramedeiros.pdf: 9214420 bytes, checksum: 3da113a1faf3d0172853f17ba8ad6652 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-04-24T03:39:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 jullianedutramedeiros.pdf: 9214420 bytes, checksum: 3da113a1faf3d0172853f17ba8ad6652 (MD5) Previous issue date: 2013-01-25 / FAPEMIG - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais / Os rios e córregos são importantes reservas de água doce disponível para consumo. A crescente urbanização vem se tornando uma ameaça para estes ecossistemas principalmente devido à descarga de esgoto, que altera os nutrientes dissolvidos na água, e pode afetar a composição da comunidade microbiana. O objetivo desse trabalho foi conhecer a diversidade genética e funcional da comunidade microbiana de um ambiente lótico urbano. Para isso, amostras de águas de duas regiões, urbanizada e sem interferência da urbanização, do córrego São Pedro foram coletadas. As concentrações dos nutrientes dissolvidos foram medidas. Para identificar e quantificar micro-organismos envolvidos no ciclo do nitrogênio e potenciais patogênicos para os seres humanos e outros animais as técnicas de PCR e FISH foram realizadas. A fim de traçar o perfil taxonômico e funcional da comunidade microbiana deste ambiente, análises metagenômicas foram realizadas. Altas concentrações de nutrientes dissolvidos foram detectadas na área urbanizada. Os resultados de PCR e FISH apontaram para maior incidência de micro-organismos envolvidos no ciclo do nitrogênio bem como potenciais patogênicos na região urbanizada do córrego. O perfil taxonômico indicou que o ambiente não urbanizado possui uma distribuição relativamente homogênea dos grupos bacterianos com a predominância de Proteobacteria, já no ambiente urbanizado muitas sequências se concentraram em filos específicos: Proteobacteria (Betaproteobacteria e Gammaproteobacteria), Bacteroidetes e Firmicutes. Também houve o predomínio de gêneros e espécies relacionados com patogenicidade no ambiente urbanizado. O perfil funcional sugeriu que os micro-organismos destes ambientes estão atuando no metabolismo de metano, nitrogênio e enxofre, principalmente na região urbanizada. Também foi possível observar que genes relacionados à virulência (resistência a antimicrobianos e metais) e resposta ao estresse estão disseminados no ambiente urbanizado. Estes resultados indicam uma mudança na estrutura da comunidade microbiana imposta pelas ações antrópicas. / Rivers and streams are important reservoirs of fresh water available for consumption. The increasing urbanization represents a threat to these ecosystems. Specifically, the discharge of sewage alters the content of nutrients and may affect the composition of the microbial community. This study aimed to know the genetic and functional diversity of the microbial community from an urban lotic environment. Samples of water were collected from two areas of São Pedro stream, one urbanized and the other not influenced by urbanization. The dissolved nutrient content was analyzed. To identify and quantify microbes involved in the nitrogen cycle and potentially pathogenic bacteria PCR and FISH analysis were performed. In order to know the taxonomic and functional profile of the microbial community of this lotic environment, metagenomic analysis was carried out. High concentration of dissolved nutrients was observed on the urbanized area. The PCR and FISH results showed higher incidence of microbes involved on nitrogen cycle and potentially pathogenic bacteria on the urbanized area of the stream. The taxonomic profile indicates that the non-urbanized environment had relatively homogeneous distribution of bacterial groups with the predominance of Proteobacteria. The urbanized metagenome had a higher number of sequences concentrated on specifics phyla: Proteobacteria (Betaproteobacteria e Gammaproteobacteria), Bacteroidetes and Firmicutes. Genera and species related to pathogenicity were also prevalent on the urbanized area. The functional profile indicated that the microbes are acting on the metabolism of methane, nitrogen and sulfur especially on the urbanized area. It was also observed that genes related to virulence (antibiotic resistance and metal resistance) and stress response are spread on the urbanized environment. These results indicate a structural change of the microbial community imposed by anthrophic actions.

Orientador: Anita Jocelyne Marsaioli / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-19T01:24:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Mantovani_SimoneMoraes_D.pdf: 4553084 bytes, checksum: 941c2cd131469cbd398d6bc132f763bd (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: A utilização de biocatalisadores em processos industriais permite a obtenção de produtos de alto valor agregado em sintonia com as demandas de caráter tecnológico e de preservação ambiental. De maneira geral, o desenvolvimento de um biocatalisador envolve inicialmente a triagem da atividade de interesse, seguida da análise das propriedades como seletividade (regio e estereosseletividade) ou estabilidade, que podem ser posteriormente otimizadas por evolução dirigida ou desenho racional até a obtenção de um biocatalisador ótimo. Dessa maneira, os objetivos desse trabalho de tese foram aplicar diferentes metodologias para obtenção de biocatalisadores eficientes, que serão descritos em três capítulos. No capítulo I foi descrita a exploração de novos biocatalisadores por triagem da atividade enzimática em formato miniaturizado de biblioteca metagenômica composta por 864 clones utilizando sondas fluorogênicas, e que levou à detecção de quatro clones ativos para a hidrólise de ésteres. Posteriormente esses clones foram avaliados frente a substratos não modificados permitindo identificar um clone expressando uma enzima de alta quimio e enantiosseletividade para resolução cinética de éster propiônico (E > 100).. No capítulo II foi descrito o mecanismo da desracemização de álcoois secundários por células íntegras de Candida albicans CCT 0776 que consiste em um processo cíclico de oxidação e redução. A primeira etapa é catalisada por uma enzima altamente (S)-seletiva dependente de NADP e O2, seguida de redução pouco seletiva dependente de NADH. Esse sistema foi aplicado para diferentes álcoois e dióis, e possibilitou a detecção dos enantiômeros anti-Prelog com conversões de moderadas a altas (60 a 99 %) e altos excessos enantioméricos (80 a 90%) entre períodos de 20 a 120 h. Por fim, no Capítulo III foi descrito o trabalho de engenharia do citocromo P450Bm3 por exploração combinatória de alanina e posterior evolução dirigida para desmetilação regiosseletiva de substratos volumosos. Essa etapa foi desenvolvida durante o estágio de doutorando em Catech (EUA) sob a supervisão da Profa. Frances Arnold e permitiu a obtenção de variantes capazes de catalisar N-desmetilação de alcalóides e hidroxilação de esteróides com rendimentos moderados (20-80%). Todos esses resultados mostram a variedade de técnicas que podem ser empregadas para o desenvolvimento e aplicações de biocatalisadores visando transformações regio e estereosseletivas eficientes / Abstract: Biocatalysts have been widely applied in recent decades for industrial processes yielding high value products under environmentally friendly reaction conditions. The development of biocatalysts often begins with screening to identify enzymes with suitable activities followed by characterization of the enzymes chemo-, regio- and stereoselectivity or stability. However, identification of new biocatalysts does not always yield enzymes suitable for a given synthetic problem. To overcome this limitation, biocatalysts can be optimized by protein engineering using rational design or directed evolution. In this context, this thesis describes different methodologies that can be explored to obtain efficient biocatalysts for selective transformations. In Chapter I, functional screening of an 864 member metagenomic library derived from soil using a miniaturized assay based on fluorogenic substrates is described. These assays identified four clones capable of ester hydrolysis. Upon further evaluation using high value substrates, one clone, B6, was shown to display high chemo- and enantioselectivity (E>100) for propionic ester hydrolysis. Chapter II describes the study and application of secondary alcohols deracemization using Candida albicans CCT 0776 whole cells. Monitoring the reaction using phenylethanol as a substrate revealed this system furnishes the (R)-enantiomer in high yield and enantiomeric excess mediated by a cyclic process of oxidation and reduction. In summary the first step is catalyzed by a high S- selective enzyme dependent on NADP and O2 followed by a non-selective reduction catalyzed by an NADH-dependent enzyme. This whole cell biocatalyst was applied to different sec-alcohols and diols allowing the detection of the anti-Prelog products in moderate to high conversions (60 and 99%) and high enantiomeric excess (80 and 90%) within 20 to 120 hour incubation times. Finally, in Charpter III the engineering of cytochrome P450Bm3 by alanine combinatorial scanning mutagenesis followed by directed evolution was used to identify enzymes with regioselective demethylation of bulky substrates. These libraries furnished variants capable of catalyzing regioselective N-demethylation of alkaloids and diastereoselective hydroxylation of steroids in moderate yields. Taken together these studies show the variety of techniques that can be applied for development and application of biocatalysts enabling selective and efficient transformations / Doutorado / Quimica Organica / Doutor em Ciências

Orientadores: Valéria Maia Merzel, Anete Pereira de Souza / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-19T11:36:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 SierraGarcia_IsabelNatalia_M.pdf: 3475320 bytes, checksum: 79a474111daa5266a55171dde25ca3b5 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: A ocorrência de óleos biodegradados nos reservatórios de petróleo, juntamente com o isolamento das primeiras bactérias a partir destes ambientes, forneceu evidências de micro-organismos ativos no subsolo profundo. Os micro-organismos, habitantes comuns de reservatórios de petróleo, desenvolveram estratégias eficazes de biodegradação, baseados em sistemas enzimáticos e vias metabólicas especializadas, de maneira a acessar os hidrocarbonetos como fonte de carbono e energia. No entanto, o conhecimento atual da diversidade microbiana e dos processos metabólicos envolvidos na biodegradação em reservatórios de petróleo ainda é limitado, principalmente devido à dificuldade em recuperar a complexa comunidade microbiana presente em tais ambientes extremos. Essa limitação imposta pelo uso de técnicas de cultivo convencionais pode ser superada através do uso de abordagens independentes de cultivo, como a metagenômica, a qual permite o acesso ao potencial metabólico dos micro-organismos não cultivados. Em trabalho prévio, uma biblioteca metagenômica fosmidial derivada de enriquecimentos aeróbios e anaeróbios de petróleo foi construída e avaliada para a capacidade de crescimento microbiano em hexadecano como fonte de única de carbono. No presente estudo, foi analisada a capacidade de biodegradação de hexadecano e fenantreno pelos clones selecionados dessa biblioteca através de cromatografia gasosa acoplada a espectrometria de massas (CG-EM). As análises que se sucederam tiveram como objetivos a identificação e caracterização das sequências metagenômicas responsáveis pela biodegradação de hidrocarbonetos. A estratégia de clonagem aleatória "shotgun" seguida de sequenciamento dos clones foi utilizada para determinar a sequência inteira dos insertos fosmidias que mostraram relevantes capacidades de biodegradação. Cerca de 30 kb de sequência foram montados para o fosmideo 1A (91% de degradação do hexadecano e 5% do fenantreno) e 37 kb para o fosmideo 2B (98% de degradação do hexadecano e 44% do fenantreno), e em cada um foram reconhecidos 23 ORFs e 40 ORFs, respectivamente. As proteínas putativas foram identificadas por comparação das sequências de aminoácidos deduzidas. Várias proteínas envolvidas na degradação aeróbia e anaeróbia de diferentes compostos de hidrocarbonetos foram encontradas. As sequências que codificam estas enzimas não mostraram-se agrupadas em clusters completos de degradação, semelhantes aos encontrados nas bactérias degradadoras de hidrocarbonetos conhecidas. Os fragmentos metagenômicos continham apenas subconjuntos de genes pertencentes a várias vias, mostrando novos arranjos gênicos. Esses resultados reforçam o potencial da abordagem metagenômica para a prospecção e elucidação de novos genes e vias metabólicas, contribuindo para uma visão mais abrangente dos processos de biodegradação que ocorrem nos reservatórios de petróleo / Abstract: The occurrence of biodegraded oil in petroleum reservoirs, along with the isolation of the first bacteria from such environments, provided evidence for active microorganisms in the deep subsurface. Microorganisms are common inhabitants of petroleum reservoirs and they may have effective biodegrading strategies, based on specialized enzyme systems and metabolic pathways, as a form to access hydrocarbons as carbon and energy sources. However, the current knowledge of the microbial diversity and metabolic pathways involved in hydrocarbon biodegradation in petroleum reservoirs is still limited, mostly due to the difficulty in recovering the complex community present in such extreme environments. This limitation imposed by conventional culturing techniques can be circumvented by the metagenomic approach, which is a culture-independent molecular method that allows the access to the metabolic potential of previously uncultured microorganisms. In a previous work, a metagenomic fosmid library derived from aerobic and anaerobic petroleum enrichments were constructed and screened for the detection of microbial growth on hexadecane as sole carbon source. In this study, the biodegradation abilities on hexadecane and phenanthrene of selected clones were analyzed using Gas Chromatography - Mass Spectroscopy (GC-MS) and subsequent analyses aimed at the identification and characterization of metagenomic sequences responsible for the hydrocarbon biodegradation. The shotgun sequencing approach was used to determine the whole insert sequence of two fosmid clones showing different and relevant biodegradation capacities, FOS1A (91% hexadecane and 5% phenanthrene degradation) and FOS2B (98% hexadecane and 44% phenanthrene degradation). About 30 kb in sequence were assembled for the fosmid 1A and 37 kb for fosmid 2B, and 23 ORFs and 40 ORFs were recognized in each one, respectively. Putative proteins were identified by comparison of deduced aminoacid sequences. Several proteins involved in the degradation of different hydrocarbon compounds by aerobic and anaerobic pathways were found. The sequences coding these enzymes were not grouped together into complete clusters of degradation pathways similar to those already described in known hydrocarbon degrading bacteria. The metagenomic fragments contained only subsets of gene belonging to different pathways, showing novel gene arrangements. The results obtained in this study reinforce the potential of the metagenomic approach for the prospection and elucidation of new genes and pathways, contributing to a broader perspective of the biodegradation processes that take place in petroleum reservoirs / Mestrado / Genetica de Microorganismos / Mestre em Genética e Biologia Molecular

Orientadores: Valéria Maia Merzel, Suzan Pantaroto de Vasconcellos / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-26T20:16:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dellagnezze_BrunaMartins_D.pdf: 5318956 bytes, checksum: ea46ea243dab1c96e35480b724029b55 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: A poluição é um problema mundial amplamente discutido, incluindo os derramamentos de petróleo ocorridos através de acidentes ou por atividades humana, os quais acarretam grande impacto ambiental e econômico. O processo de biorremediação utiliza micro-organismos, associados ou não a outros compostos como biossurfactantes e até mesmo enzimas, com o objetivo de transformar compostos orgânicos em inorgânicos, levando à formação de compostos inertes ou não tóxicos. Deste modo, a biorremediação representa um modo efetivo e sustentável para se tratar áreas contaminadas. Neste trabalho foi possível avaliar o potencial de clones metagenômicos obtidos a partir da construção de uma biblioteca fosmidial e de linhagens de bactérias, todos provenientes de amostras de petróleo de reservatórios brasileiros em escala de microcosmos e mesocosmos, visando futura aplicação em processos de biorremediação. Em um primeiro ensaio os micro-organismos foram avaliados na forma livre, em 50 mL de água do mar artificial e petróleo bruto como única fonte de carbono, a cada sete dias durante 21 dias. Posteriormente, os micro-organismos com melhor potencial de biodegradação foram selecionados e aprisionados em esferas de quitosana e testados novamente em microcosmos, em diferentes escalas, durante 21 e 30 dias. Com base nos resultados observados nos ensaios de degradação em microcosmos, um último ensaio foi realizado empregando-se um consórcio contendo quatro clones metagenômicos e uma linhagem de Bacillus subtilis, o qual foi avaliado em ensaio de mesocosmos em 3000 litros de água do mar não-estéril. Nesta etapa, parâmetros como a contagem total dos micro-organismos (DAPI) e a demanda biológica de oxigênio (DBO) foram avaliados, e a cromatografia gasosa (CG) foi empregada para avaliar a degradação de hidrocarbonetos do petróleo. Os resultados demonstraram a capacidade desses micro-organismos em degradar compostos do petróleo bruto, tanto hidrocarbonetos alifáticos como aromáticos. Em microcosmos, na forma livre, as linhagens de Dietzia maris e Micrococcus sp. apresentaram o melhor desempenho, alcançando ao final de 21 dias 99% de degradação de hidrocarbonetos alifáticos e de 63-99% de degradação de aromáticos (fenantreno e metilfenantreno). Dentre os clones, o clone 2B apresentou o melhor desempenho para degradar tanto hidrocarbonetos alifáticos (47%) como aromáticos (94%). Na forma aprisionada, os micro-organismos também apresentaram capacidade para degradar petróleo bruto em mesocosmos, exibindo valores de degradação de 90 a 100 % para hidrocarbonetos saturados e 70 a 100% para aromáticos, ao final de 30 dias de avaliação. Os resultados indicam um resultado promissor e inédito, onde um consórcio combinado contendo clones metagenômicos e Bacillus subtillis pode ser futuramente utilizado em estratégias de bioaumento, em sistemas de contenção, como ferramenta para biorremediação de ambientes contaminados com hidrocarbonetos / Abstract: Pollution is a global environmental problem widely discussed, including oil spills that occur accidentally or due to human activities, which cause huge environmental and economic impacts. Bioremediation process uses biological agents, associated or not to other compounds like biosurfactants or even their enzymes, to mineralize or complex organic and inorganic pollutant compounds, transforming them into inert or non-toxic compounds. Thus, bioremediation represents an ecofriendly and effective way to treat impacted areas. In this work, the biodegradation potential of clones obtained from metagenomic libraries and bacterial isolates, all originated from Brazilian petroleum reservoirs, was evaluated in microcosm and mesocosm scale aiming at a future application in bioremediation process. In the first assay, microorganisms were evaluated as free cells, in 50 mL-volume of artificial seawater and using crude oil as sole carbon source. The experiment was monitored each seven days during 21 days. Further, the best performing microorganisms were selected, immobilized in chitosan beads and evaluated in microcosm assays, at different scales, during 21 and 30 days. Finally, in the last experiment, one consortium containing four metagenomic clones and a Bacillus subtilis strain was evaluated in mesocosmos assay in 3000 L-volume of non-sterile seawater. Parameters such as total counting of microorganisms by DAPI and biological oxygen demand (BOD) were evaluated, and petroleum degradation was monitored by chromatographic analysis. Results demonstrated the ability of the microorganisms to degrade aliphatic and aromatic hydrocarbons. In microcosms, using free cells, the strains of Dietzia maris and Micrococcus sp. showed the best performance, reaching 99% of aliphatic hydrocarbon degradation and 63-99% of aromatic compound degradation in 21 days. Among metagenomic clones, clone 2B presented the best performance to degrade aliphatic (47%) and aromatic hydrocarbons (94%). In chitosan beads, the microorganisms were also able to degrade crude petroleum, showing percentages between 90 and 100% for aliphatic hydrocarbons and 70 and 100% to aromatic. The results gathered in this work demonstrate that a microbial consortium containing metagenomic clones and one bacterial strain is able to achieve high extents of hydrocarbon degradation, offering a promising tool to be further used in bioaugmentation approaches for treating contaminated environments / Doutorado / Genetica de Microorganismos / Doutora em Genética e Biologia Molecular

O processamento do café via úmida inclui as etapas de despolpamento, fermentação, lavagem e separação dos grãos, no qual gera-se grande quantidade de resíduos sólidos (casca e polpa) e água residuária. O estudo dos aspectos microbiológicos na produção de hidrogênio a partir de resíduos do processamento do café é pouco explorado, o que torna esse resíduo atrativo e foco de pesquisas. Neste cenário, buscou-se avaliar o potencial uso destes resíduos como substrato e fonte de bactérias e fungos fermentativos para produção de H2. Adicionalmente, estudou-se a homoacetogênese, processo que afeta a produção de H2, uma vez que o H2/CO2 pode ser consumido para a síntese de ácido acético. Para isso, ensaios em reatores em batelada foram conduzidos para seleção da melhor condição de pré-tratamento hidrotérmico (severidade), dos fatores da fermentação (pH, temperatura, agitação, volume do headspace, concentração de bioaumentação do consórcio microbiano, resíduo de polpa e casca, água residuária e extrato de levedura) que afetam a produção de H2 (Planejamento Plackett-Burman) e homoacetogênese (planejamento fracionado 24-1), seguido do delineamento composto central rotacional (DCCR) para otimização da produção de hidrogênio. Verificou-se que a severidade de pré-tratamento hidrotérmico de 3,53 (180 °C, 15 minutos), resultaram no aumento da concentração de açúcares fermentáveis, com baixa concentração de lignina, fenol, furfural e 5-hidroximentil furfural, obtendo valores de potencial máximo de produção de H2 (P) de 1,8 mL H2. Em relação ao efeito dos fatores da fermentação sobre a produção de H2, obteve-se o maior P de 82 mL H2 em pH 7,0, 30 g DQO L-1 de água residuária, 6 g L-1 de polpa e casca, 30 ºC, 50% de headspace, 180 rpm, sem bioaumentação do consórcio microbiano e 2 g L-1 de extrato de levedura. Por outro lado, as condições que conduziram a consumo significativo de H2 por homoacetogênese foram em pH inicial entre 5,5 e 7,5, headspace entre 40 e 60%, concentração de água residuária entre 10 e 30 g DQO L-1 e concentração de casca e polpa entre 3 e 9 g L-1. Em relação às variáveis estatisticamente significativas (pH, concentração de polpa e casca e volume do headspace), as condições operacionais ótimas para obtenção de P de 240 mL H2, estimadas via planejamento DCCR, foram em pH 7,0, concentração de polpa e casca 7 g L-1 e volume de headspace 30%. No consórcio microbiano, houve predominância de bactérias semelhantes a Lactobacillus sp. e Clostridium sp. e de fungos semelhantes a Saccharomyces sp. e Kazachstania sp. Tais microrganismos foram associados a produção de ácido lático, H2, etanol e ácido acético nos reatores, identificando genes relacionados a enzimas para a degradação de lignina, fenol, celulose, hemicelulose e pectina. Observou-se alta abundância relativa de Clostridium sp. tanto nos ensaios de produção de H2 quanto nos ensaios com consumo de hidrogênio, sendo seus genes associados a homoacetogênese, produção de ácido propiônico e butanol. / Wet coffee processing includes pulping, fermentation, washing and grain separation, in which large amounts of solid waste (husk and pulp) and wastewater are generated. The study of microbiological aspects in the hydrogen production from coffee waste was little explored, which makes this residue attractive and the focus of research. In this scenario, we evaluate the potential use of coffee waste as substrate and source of fermentative bacteria and fungi for H2 production. In addition, homoacetogenesis, a process, that negatively affects H2 production, was studied since H2/CO2 can be consumed for acetic acid production. Assays in batch reactors were conducted to select the best hydrothermal pretreatment condition (severity), fermentation factors affecting the H2 production (pH, temperature, agitation, headspace, bioaugmentation of microbial consortium, concentration of pulp and husk, wastewater and yeast extract) (Plackett and Burman design) and homoacetogenesis (fractional factorial design 24-1), followed by the Rotational Central Composite Design (RCCD) to optimize the H2 production. It was verified that the hydrothermal pretreatment severity of 3,53 (180 °C, 15 minutes), resulted in the increase of fermentable sugars, with low concentration of lignin, phenol, furfural and 5-hydroxyximethyl furfural, obtaining values of the maximum H2 production potential (P) of 1,8 mL H2. The fermentation factors conducing to highest P of 82 mL H2 were pH 7,0, wastewater 30 g COD L-1, 6 g L-1 pulp and husk, 30 °C, 50% headspace, 180 rpm, without bioaugmentation of the microbial consortium and 2 g L-1 yeast extract. On the other hand, the conditions leading to significant H2 consumption by homoacetogenesis were initial pH between 5,5 and 7,5, headspace between 40 and 60%, wastewater concentration between 10 and 30 g COD L-1 and concentration of husk and pulp between 3 and 9 g L-1. In relation to the fermentation factors statistically significant in the H2 production (pH, pulp and husk concentration and headspace), the optimal operational conditions to obtain P of 240 mL H2, estimated through RCCD design, were at pH 7,0, 7 g L-1 pulp and husk concentration and 30% headspace volume. In the microbial consortium, there was a predominance of bacteria similar to Lactobacillus sp. and Clostridium sp. and fungi similar to Saccharomyces sp. and Kazachstania sp. These microorganisms were associated with the production of H2, lactic acid, ethanol and acetic acid in the reactors, identifying genes related to enzymes for the degradation of lignin, phenol, cellulose, hemicellulose and pectin. There was a high relative abundance of Clostridium sp. both in the H2 production assays and in the H2 consumption assays, with genes associated to homoacetogenesis, production of propionic acid and butanol.

A banana (Musa spp.) está entre as culturas mais abundantes no mundo, e devido ao seu descarte, desde a colheita até a sua comercialização gera-se grande quantidade de resíduos sólidos. Neste cenário, buscou-se avaliar o potencial uso do resíduo de banana (RB) como substrato e fonte de bactérias fermentativas para produção de H2 e metabólitos solúveis. Obteve-se a partir da fermentação natural do RB biomassa autóctone produtora de H2 sem necessidade do uso de fonte exógena de bactérias e custo adicional de fontes de carbono. Nesse consórcio foram identificadas bactérias semelhantes a Lactobacillus e Clostridium. Ensaios em reatores em batelada foram conduzidos para seleção do meio de cultivo (BAC, Noparati e PCS), das variáveis independentes (pH, temperatura, concentração do substrato, headspace e inóculo), seguido do delineamento composto central rotacional (DCCR) para otimização da produção de hidrogênio. Verificou-se que as condições nutricionais do meio PCS (extrato de levedura, peptona, NaCl e CaCO3) e RB resultaram na produção (P) e rendimento (YH2) máximo de 15,05 mL e 10,03 mL H2.g-1 CT (carboidratos totais), respectivamente. Em relação às variáveis independentes (pH, temperatura, concentração de substrato, volume do headspace e porcentagem de inóculo) obteve-se maiores valores de P e velocidade de produção (Rm) de H2 de 38,08 mL e 3,07 mL.h-1, respectivamente, em pH 7,5, 15 g.L-1, 44ºC, 40% de headspace e 15% inóculo. Em relação às variáveis estatisticamente significativas (pH e temperatura) via realização do DCCR observou-se que o aumento do pH (de 5,09 para 7,5) favoreceu, tanto P, quanto Rm, todavia, maior temperatura (de 27,1 para 46,9ºC) associada ao menor pH (<6,5) foram condições desfavoráveis para esses parâmetros. Por outro lado, obteve-se redução do tempo de início de produção de hidrogênio (&#955;H2) para maior temperatura (44-46,9ºC) associada ao menor pH (5,5) As condições operacionais ótimas estimadas via modelo foram em pH 7,0 e 37ºC, obtendo-se 70,09 mL H2, 12,43 mL H2.h-1 e 93 mL.g-1 CT, para P, Rm e YH2, respectivamente. Bacilllus sp. isolada do RB cresceu em variedade de substratos (glicose, xilose, manose, galactose, frutose, maltose, celobiose, sacarose, amido e RB), e 71 mL H2 foi obtido em 5 g.L-1 de RB, pH 7 a 37ºC. Em todos os ensaios em reatores em batelada, independentemente das condições operacionais, verificou-se que as principais vias metabólicas foram do ácido acético butírico e ácido lático, principalmente com glicose e frutose como fonte de carbono. A acidificação dos reatores resultou na diminuição do pH inicial para valores <4,0 favorecendo a rota solventogênica. Na biomassa fermentativa autóctone e aquela dos reatores em batelada foi possível inferir sobre elevado potencial metabólico, devido a identificação de genes relacionados com enzimas do metabolismo de carboidratos. / Banana (Musa spp.) is among the most abundant crops in the world and, due to its discard, great quantity of solid waste is generated from the harvest until its commercialization. In this scenario, the potential use of banana residue (RB) as substrate and source of fermentative bacteria for the production of H2 and soluble metabolites was evaluated. It was obtained from RB natural fermentation native autochthonous H2-producing biomass without the need to use exogenous source of bacteria and additional costs from carbon sources. In this consortium, bacteria similar to Lactobacillus and Clostridium were identified. Batch reactor experiments were conducted to select culture medium (BAC, Noparati and PCS) and independent variables (pH, temperature, substrate concentration, headspace and inoculum), followed by central composite rotatable design (CCRD) experiments for optimization of hydrogen production. It was verified that the nutritional conditions provided by PCS medium (yeast extract, peptone, NaCl and CaCO3) and RB resulted in the maximum production (P) and yield (YH2) of 15.05 mL and 10.03 mL H2 g-1 CT (total carbohydrates), respectively. Regarding the independent variables (pH, temperature, substrate concentration, headspace volume and percentage of inoculum), higher P and H2 production rate (Rm) were obtained (38.08 mL and 3.07 mL h-1, respectively) at pH 7.5, 15 g L-1 of substrate, 44 °C, 40% headspace and 15% inoculum. In relation to the statistically significant variables (pH and temperature), it was observed through CCRD that the increase in pH (from 5.09 to 7.5) favored both P and Rm, however, a higher temperature (from 27.1 to 46.9ºC) associated with lower pH (<6.5) were unfavorable conditions for these parameters. On the other hand, a reduction in the hydrogen production start time (H2) was obtained with higher temperature (44-46.9ºC) associated to lower pH (5.5). The optimum operational conditions, estimated by modeling, were pH 7.0 and 37 °C, yielding 70.09 mL H2, 12.43 mL H2 h-1 and 93 mL gCT-1 for P, Rm and YH2, respectively. Bacillus sp. isolated from RB grown on a variety of substrates (glucose, xylose, mannose, galactose, fructose, maltose, cellobiose, sucrose, starch and RB), and 71 mL H2 was obtained with 5 g L-1 RB, pH 7 at 37 °C. In all batch reactor experiments, regardless of operating conditions, the main metabolic pathways were acetic acid, butyric acid and lactic acid, mainly with glucose and fructose as carbon sources. Acidification of the reactors resulted in a decrease of the initial pH to values <4.0, favoring the solventogenic pathway. It was possible to infer about the high metabolic potential in the autochthonous fermentative biomass and in the biomass from the batch reactors due to the identification of genes related to enzymes of the carbohydrate metabolism.

O Brasil é o maior produtor mundial de cana-de-açúcar, sendo o Estado de São Paulo responsável por mais de 50% do total desta produção. Esta cultura tem um enorme impacto sobre a agricultura brasileira e devido a isto, uma melhor compreensão da composição da comunidade microbiana relacionada a ciclagem do nitrogênio (N) nestes solos é de grande importância para o aprimoramento no cultivo da cana-de-açúcar. No entanto, pouco se sabe sobre a relação entre grupos microbianos e essa cultura. Este trabalho visou determinar variações nas comunidades microbianas que participam das transformações do N nos solos de três áreas utilizadas para a produção de cana-de-açúcar (A, F e J), as quais apresentam uma gama de diferentes condições de manejo e características do solo. Cada área foi analisada em triplicatas, e o DNA extraído do solo foi utilizado para metodologias de sequenciamento de segunda geração (metagenômica e sequenciamento do gene 16S rDNA), PCR quantitativo (qPCR) e polimorfismo dos fragmentos terminais de restrição (T-RFLP). A maioria das sequências derivaram de bactérias (98%; base de dados M5NR); seis etapas do ciclo do nitrogênio foram anotadas pela plataforma MG-RAST (base de dados SEED): amonificação do nitrato e nitrito (ANN); fixação de nitrogênio; desnitrificação; óxido nítrico sintase; redução dissimilatória do nitrito e assimilação de amônia. Este último passo mencionado foi o mais abundante (28%) (genes gltb e gltD) e está diretamente relacionado a multiplicação microbiana nos solos.. O segundo processo mais abundante foi ANN (genes nir e nar), responsável por consumir este substrato durante o ciclo. Proteobacteria, Chloroflexi, Verrucomicrobia e Cyanobacteria estão presentes em todas as etapas do ciclo, representando microrganismos que podem participar das vias de transformação do N e, ademais, foi possível descrever um core microbiano (nível de ordem) representado por Sphingomonadales. Algumas variáveis ambientais, como a aplicação de torta de filtro e a produtividade mostraram uma correlação significativa com a estrutura da comunidade microbiana. Isto também foi encontrado para algumas características do solo como fósforo, magnésio e matéria orgânica. Além disso, identificou-se uma alta abundância de microrganismos carregando genes que codificam enzimas da via de redução do nitrato e nitrito. Portanto, apesar de sua complexidade, o estudo das funções microbianas de nitrogênio em solos cultivados com cana-de-açúcar é inovador por acessar de forma conjunta todas as comunidades envolvidas neste ciclo, caracterizadas por sequenciamento, o que evita os problemas inerentes ao cultivo microbiano, além de permitir inferir sobre a hierarquia das variáveis ambientais que influem sobre esse grupos microbianos. / Brazil is the largest world\'s producer of sugarcane and State of São Paulo accounts for over 50% of this production. This crop has a huge impact on Brazilian agriculture and due to this great importance, a better understanding of the composition of the microbial community related to cycling of nitrogen (N) in these soils is of utmost importance for the improvement in the cultivation of sugarcane. However, little is known about the relationship between microbial groups and this crop. This study aimed to determine changes in microbial communities that participate in the transformation of N in soils derived from three areas used for sugarcane production (named A, F and J), which have a range of different management conditions and soil characteristics. Each area was analyzed in triplicate, and the extracted DNA was used to develop next generation sequencing (shotgun metagenomics and 16S rDNA), quantitative PCR (qPCR) and terminal restriction fragment length polymorphism (T-RFLP). Most of the sequences derived from Bacteria (98%; M5NR database); six stages of nitrogen cycle were annotated by MG-RAST plataform (SEED database): nitrate and nitrite ammonification (NNA); nitrogen fixation; denitrification; nitric oxide synthase; dissimilatory nitrite reductase and ammonia assimilation. This last mentioned step was the most abundant (28%) (gltB and gltD genes) and is directly linked to microbial growth in soil, since the final product of the reaction is glutamate. The second most abundant process was NNA (nir and nar genes), responsible for consuming this substrate during the cycle. Proteobacteria and Chroloflexi are present at all stages of the cycle, representing microorganisms that can participate in the N transformation and, moreover, it was possible to describe a microbial core (at an order level) represented by Sphingomonadales. Some environmental variables, such as the application of filter cake and productivity showed a significant correlation with the structure of the microbial community. This was also found for certain soil characteristics such as phosphorus, magnesium and organic matter. In addition, it was identified a high abundance of microorganisms carrying genes encoding the enzymes for nitrate and nitrite reduction pathway. Therefore, despite its complexity, the study of microbial functions of nitrogen in soils cultivated with sugarcane is innovative by accessing jointly all communities involved in this cycle, characterized by sequencing, which avoids the problems inherent in microbial cultivation and allows to infer about the hierarchy of environmental variables that influence this microbial groups.

Metagenômica é a técnica que permite analisar os genomas de microorganismos que habitam determinados nichos do ambiente sem a necessidade de isolar e cultivar cada um separadamente. Ao conjunto de microorganismos que habita um determinado nicho se dá o nome de microbi- oma. Análises do perfil da diversidade taxonômica e funcional de comunidades microbianas em microbiomas são comuns em estudos de metagenômica. No entanto, atualmente as plata- formas de uso geral (como MG-RAST e IMG/M) tendem a separar as análises baseadas em reads (sequências não montadas) das baseadas em contigs (sequências montadas), isto dificulta as análises destes dados. Motivado por esta separação, desenvolvemos uma plataforma web, batizada de CARAVELA, que facilita a conexão entre os resultados de análises de diversidade taxonômica e funcional baseadas em reads e contigs respectivamente. Uma das principais fun- ções da plataforma CARAVELA é associar a identificação taxonômica de cada read com o contig que este read faz parte e, anotações funcionais do contig, quando existirem. Essa função deve permitir a rápida identificação de contigs potencialmente quiméricos bem como contigs taxonomicamente bem resolvidos. Também é possvel fazer buscas, tais como: listar todos os contigs que tenham um ou mais reads classificados como Pseudoxanthomonas suwonensis em sua composição e ainda, é possvel navegar nos contigs de maneira similar a navegadores de metagenomas tradicionais. Podem ser utilizados como arquivos de entrada a sada de outros programas, desde que o formato atenda certos padrões. A plataforma CARAVELA foi desenvol- vida com Java, HTML, CSS, Javascript e Mysql, e com o fim de testar a ferramenta, utilizamos o conjunto de dados metagnômicos obtidos a partir da operação de compostagem do Parque Zoológico de São Paulo. / The taxonomic diversity analysis (read-based) and functional analysis (contig / gene-based) from metagenomic studies usually generate information that is complementary. However, the tools that produce gene annotations (eg IMG / M) and taxonomic assignments (eg MyTaxa) do not allow easy integration of these results. Motivated by this split, we are develop a web platform called Caravela to facilitate the integration, search and visualization of information provided by read-based analyzes and contig / gene-based analyzes. The tool is able to display the list of contigs and for each contig, it displays annotated genes, reads participating in its composition and rate associated with each read (when such association exists). Such a capability enable manual / automated curation of assembly as well as taxonomic assignments (detection of possible mis-assignments). The platform able to accept output files from a variety of tools, as long as the file formats follow certain standards. The tests was performed on a dataset of metagenomic reads obtained from the composting operation of the São Paulo Zoological Park. The tool was implemented using Java technology, HTML, CSS and Javascript. Information was stored in a MySQL database.

O Brasil é o maior produtor mundial de cana-de-açúcar, sendo o Estado de São Paulo responsável por mais de 50% do total desta produção. Esta cultura tem um enorme impacto sobre a agricultura brasileira e devido a isto, uma melhor compreensão da composição da comunidade microbiana relacionada a ciclagem do nitrogênio (N) nestes solos é de grande importância para o aprimoramento no cultivo da cana-de-açúcar. No entanto, pouco se sabe sobre a relação entre grupos microbianos e essa cultura. Este trabalho visou determinar variações nas comunidades microbianas que participam das transformações do N nos solos de três áreas utilizadas para a produção de cana-de-açúcar (A, F e J), as quais apresentam uma gama de diferentes condições de manejo e características do solo. Cada área foi analisada em triplicatas, e o DNA extraído do solo foi utilizado para metodologias de sequenciamento de segunda geração (metagenômica e sequenciamento do gene 16S rDNA), PCR quantitativo (qPCR) e polimorfismo dos fragmentos terminais de restrição (T-RFLP). A maioria das sequências derivaram de bactérias (98%; base de dados M5NR); seis etapas do ciclo do nitrogênio foram anotadas pela plataforma MG-RAST (base de dados SEED): amonificação do nitrato e nitrito (ANN); fixação de nitrogênio; desnitrificação; óxido nítrico sintase; redução dissimilatória do nitrito e assimilação de amônia. Este último passo mencionado foi o mais abundante (28%) (genes gltb e gltD) e está diretamente relacionado a multiplicação microbiana nos solos.. O segundo processo mais abundante foi ANN (genes nir e nar), responsável por consumir este substrato durante o ciclo. Proteobacteria, Chloroflexi, Verrucomicrobia e Cyanobacteria estão presentes em todas as etapas do ciclo, representando microrganismos que podem participar das vias de transformação do N e, ademais, foi possível descrever um core microbiano (nível de ordem) representado por Sphingomonadales. Algumas variáveis ambientais, como a aplicação de torta de filtro e a produtividade mostraram uma correlação significativa com a estrutura da comunidade microbiana. Isto também foi encontrado para algumas características do solo como fósforo, magnésio e matéria orgânica. Além disso, identificou-se uma alta abundância de microrganismos carregando genes que codificam enzimas da via de redução do nitrato e nitrito. Portanto, apesar de sua complexidade, o estudo das funções microbianas de nitrogênio em solos cultivados com cana-de-açúcar é inovador por acessar de forma conjunta todas as comunidades envolvidas neste ciclo, caracterizadas por sequenciamento, o que evita os problemas inerentes ao cultivo microbiano, além de permitir inferir sobre a hierarquia das variáveis ambientais que influem sobre esse grupos microbianos. / Brazil is the largest world\'s producer of sugarcane and State of São Paulo accounts for over 50% of this production. This crop has a huge impact on Brazilian agriculture and due to this great importance, a better understanding of the composition of the microbial community related to cycling of nitrogen (N) in these soils is of utmost importance for the improvement in the cultivation of sugarcane. However, little is known about the relationship between microbial groups and this crop. This study aimed to determine changes in microbial communities that participate in the transformation of N in soils derived from three areas used for sugarcane production (named A, F and J), which have a range of different management conditions and soil characteristics. Each area was analyzed in triplicate, and the extracted DNA was used to develop next generation sequencing (shotgun metagenomics and 16S rDNA), quantitative PCR (qPCR) and terminal restriction fragment length polymorphism (T-RFLP). Most of the sequences derived from Bacteria (98%; M5NR database); six stages of nitrogen cycle were annotated by MG-RAST plataform (SEED database): nitrate and nitrite ammonification (NNA); nitrogen fixation; denitrification; nitric oxide synthase; dissimilatory nitrite reductase and ammonia assimilation. This last mentioned step was the most abundant (28%) (gltB and gltD genes) and is directly linked to microbial growth in soil, since the final product of the reaction is glutamate. The second most abundant process was NNA (nir and nar genes), responsible for consuming this substrate during the cycle. Proteobacteria and Chroloflexi are present at all stages of the cycle, representing microorganisms that can participate in the N transformation and, moreover, it was possible to describe a microbial core (at an order level) represented by Sphingomonadales. Some environmental variables, such as the application of filter cake and productivity showed a significant correlation with the structure of the microbial community. This was also found for certain soil characteristics such as phosphorus, magnesium and organic matter. In addition, it was identified a high abundance of microorganisms carrying genes encoding the enzymes for nitrate and nitrite reduction pathway. Therefore, despite its complexity, the study of microbial functions of nitrogen in soils cultivated with sugarcane is innovative by accessing jointly all communities involved in this cycle, characterized by sequencing, which avoids the problems inherent in microbial cultivation and allows to infer about the hierarchy of environmental variables that influence this microbial groups.