Nesse trabalho avaliamos o potencial enzimático de diferentes linhagens de fungos, visando determinar a presença de mono-oxigenases capazes de oxidar cetonas aromáticas e cíclicas. Todas as linhagens empregadas apresentaram atividade de álcool desidrogenase e Baeyer-Villiger mono-oxigenases. Adicionalmente foram sintetizadas oito moléculas bi-funcionalizadas com grupos sulfeto, seleneto e carbonila (cetona). Os produtos das reações biocatalisadas foram isolados e caracterizados. / In this work, we evaluated the enzymatic potential of different Aspergillus strains, through the biotransformations of two substrates: 2- and 4-methylcyclohexanone (1a e 1b). All the strains employed showed alcohol dehydrogenase and Baeyer-Villiger monooxygenase (CPMO and CHMO) activities. These enzymes can perform ketone biorreduction and oxidation. Using the A. terreus SSP 1498 selected from the screening study, we prepared alcohols and lactones in good enantiosselectivity. In this way, other fungal strains were studied aiming to determine the presence of monooxygenase activity by means of the biotransformation of aromatic ketones. Like the Aspergillus, we observed that all strains used in this study showed alcohol dehydrogenase and Baeyer-Villiger monooxygenase (APMO) activities. We selected 1-phenyl-etanone and its para substituted derivates as substrates. Additionally, we synthesized eight examples of bi-functionalized compounds with sulfide, selenide and ketone groups. These compounds were submitted to the action of enzymatic system of different fungi which were selected from the initial screening. The products from the biotransformation were isolated and characterized.

Nesse trabalho avaliamos o potencial enzimático de diferentes linhagens de fungos, visando determinar a presença de mono-oxigenases capazes de oxidar cetonas aromáticas e cíclicas. Todas as linhagens empregadas apresentaram atividade de álcool desidrogenase e Baeyer-Villiger mono-oxigenases. Adicionalmente foram sintetizadas oito moléculas bi-funcionalizadas com grupos sulfeto, seleneto e carbonila (cetona). Os produtos das reações biocatalisadas foram isolados e caracterizados. / In this work, we evaluated the enzymatic potential of different Aspergillus strains, through the biotransformations of two substrates: 2- and 4-methylcyclohexanone (1a e 1b). All the strains employed showed alcohol dehydrogenase and Baeyer-Villiger monooxygenase (CPMO and CHMO) activities. These enzymes can perform ketone biorreduction and oxidation. Using the A. terreus SSP 1498 selected from the screening study, we prepared alcohols and lactones in good enantiosselectivity. In this way, other fungal strains were studied aiming to determine the presence of monooxygenase activity by means of the biotransformation of aromatic ketones. Like the Aspergillus, we observed that all strains used in this study showed alcohol dehydrogenase and Baeyer-Villiger monooxygenase (APMO) activities. We selected 1-phenyl-etanone and its para substituted derivates as substrates. Additionally, we synthesized eight examples of bi-functionalized compounds with sulfide, selenide and ketone groups. These compounds were submitted to the action of enzymatic system of different fungi which were selected from the initial screening. The products from the biotransformation were isolated and characterized.

A descoberta das monoxigenases de polissacarídeos líticas dependentes de cobre (LPMOs), que agem em sinergismo com outras enzimas na desconstrução da celulose, gerou um grande interesse da comunidade científica por seu potencial de aplicação na produção de biocombustíveis a partir de resíduos lignocelulósicos. A busca por essas proteínas auxiliares em microrganismos surgiu como uma estratégia promissora, pois há grande diversidade de isoformas e disponibilidade de sequências genômicas dessas proteínas. Diante disso, o presente trabalho teve como objetivo expressar LPMOs recombinantes de origem bacteriana em levedura Komagataella phafii. Foram obtidos clones de K. phafii transformados com 6 genes selecionados a partir de banco de dados. Análises da cinética de expressão proteica por técnica de western blot indicaram secreção apenas da LPMO de 25 kDa codificada pelo gene de Thermobifida fusca YX. Ensaios de produção da LPMO de T. fusca foram realizados em biorreator de 1L e Erlenmeyers de 250 mL e 1000 mL. Nos ensaios em Erlenmeyers houve a detecção da proteína, confirmada por SDS-PAGE e western blot, acompanhado de um alto crescimento microbiano. No ensaio em biorreator não houve detecção da proteína de interesse e o crescimento microbiano foi baixo. Com a confirmação da expressão da LPMO nos ensaios em Erlenmeyers, estes foram parcialmente purificados e avaliados por gel de proteínas e western blot. Os resultados obtidos mostram que o sistema de expressão de K. phafii foi eficiente, expressando a LPMO de T. fusca. / The discovery of copper-dependent lytic polysaccharide monooxygenase (LPMOs), auxiliary proteins which act in synergy with other enzymes on the cellulose degradation, generated a great interest from the scientific community due to their potential application in biofuels production from lignocellulosic residues. The search for these auxiliary proteins in microorganisms has emerged as a promising strategy because there is a great diversity of isoforms and availability of genomic sequences. Thus, the present work aimed to express bacterial LPMOs in Komagataella phafii. Clones of K. phafii transformed with 6 genes selected from database were obtained. Analysis of protein expression kinetics by western blot technique showed accumulation only of the LPMO of 25 kDa coded by the gene from Thermobifida fusca YX. Production of LPMO from T. fusca was tested in 1 L bioreactor and 250 mL and 1000 mL Erlenmeyer flasks. In Erlenmeyer flasks experiments, there was protein detection, confirmed by SDS-PAGE and western blot, and a high microbial growth. In the bioreactor assay, there was no target protein detection, and microbial growth was low. After confirmation of LPMO expression in Erlenmeyer flasks assays, protein were partially purified and confirmed by protein gel and western blot. Results obtained showed that the expression system of K. phafii was effective, expressing the LPMO from T. fusca.

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

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