Submitted by GISELE FERNANDA ALVES DA SILVA null (giferalves@hotmail.com) on 2018-01-10T17:26:28Z No. of bitstreams: 1 MESTRADO DISSERTACAO Gisele Fernanda Alves da Silva.pdf: 2130722 bytes, checksum: 912b62510cfa3114cbd4a44325ccec9d (MD5) / Approved for entry into archive by Elza Mitiko Sato null (elzasato@ibilce.unesp.br) on 2018-01-11T17:30:59Z (GMT) No. of bitstreams: 1 silva_gfa_me_sjrp.pdf: 2130722 bytes, checksum: 912b62510cfa3114cbd4a44325ccec9d (MD5) / Made available in DSpace on 2018-01-11T17:30:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 silva_gfa_me_sjrp.pdf: 2130722 bytes, checksum: 912b62510cfa3114cbd4a44325ccec9d (MD5) Previous issue date: 2017-12-01 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Fungos filamentosos secretam grande quantidade de proteínas e outros produtos metabólicos para o meio de crescimento. As substâncias secretadas dependem não só das características metabólicas do microrganismo, como também da composição nutricional do meio de cultivo, particularmente dos macroelementos. Sendo assim, o objetivo do presente trabalho foi avaliar a influência dos macronutrientes, carbono e nitrogênio, no crescimento e secreção de amilases, CMCase e xilanase do fungo Myceliophthora thermophila I-1D3b, em cultivo submerso. Atuando como fonte de carbono, foram escolhidos amido solúvel, carboximetilcelulose, papel de filtro e glicose e como fonte de nitrogênio sulfato de amônio, peptona e extrato de levedura. O crescimento fúngico foi determinado pela quantificação de biomassa micelial. Foram realizados ensaios de cinética de crescimento microbiano e de secreção das enzimas mencionadas, alternando-se e associando-se as fontes de carbono e nitrogênio, procurando estabelecer uma correlação entre a disponibilidade de fontes simples e complexas de carbono e de fonte orgânicas e inorgânicas de nitrogênio, na síntese de biomassa e secreção de enzimas amilase, CMCase e xinalase. Realizou-se ensaios variando a fonte de nitrogênio, peptona, sulfato de amônia e extrato de levedura em concentração fixa de glicose. Determinou-se a concentração de nitrogênio presente nos substratos utilizados como fonte de nitrogênio e calculou-se a massa de substrato necessário para oferecer as respectivas concentrações de nitrogênio, 10 e 13%. Também foram realizados experimentos variando as fontes de carbono em amido solúvel, Carboximetilcelulose e papel de filtro, em diferentes concentrações (2,5; 5,0; 7,5 e 10,0 g.L-1). Esse mesmo experimento foi realizado variando as fontes de carbono combinados à glicose. Foram obtidos como resultados maiores valores de biomassa em presença de fonte orgânica de nitrogênio, enquanto maiores atividades enzimáticas foram obtidas em cultivo constituído de fontes orgânicas e inorgânicas na proporção 2:1, respectivamente. Quando avaliada a influência das fontes de nitrogênio, peptona e extrato de levedura, ambas avaliadas em função da concentração de 10% e 13% de nitrogênio, não foram observadas diferenças significativas na composição de biomassa micelial ao fim de 120h de cultivo. Identificou-se influência da concentração de nitrogênio na atividade de CMCase, sendo que as melhores atividades obtidas ocorreram para a concentração de 13% de peptona e extrato de levedura. No entanto, não foi possível identificar a influência da concentração de nitrogênio na atividade de xilanase e amilase. No estudo das fontes de carbono, mostrou-se como melhor fonte de carbono na obtenção de biomassa fúngica o amido solúvel. Maiores atividades enzimáticas foram obtidas em presença de seus indutores: CMCase foram obtidas em cultivo constituído de carboximetilcelulose, e amilase em cultivo com amido solúvel. Quando as fontes de carbono foram combinadas à glicose, observou-se redução nas atividades das enzimas analisadas. Nesse trabalho, observou-se que cada fonte de carbono proporcionaram efeitos diferentes sobre crescimento microbiano e atividades enzimáticas, dada as características distintas de sua composição química e estrutural. / Filamentous fungi secrete large amounts of proteins and other metabolic products into the growth medium. The secret substances depend not only on the metabolic characteristics of the microorganism but also on the nutritional composition of the culture medium, particularly the macroelements. Therefore, the objective of the present work was to evaluate the influence of macronutrients, carbon and nitrogen on the growth and secretion of amylases, CMCase and xylanase of fungus Myceliophthora thermophila I-1D3b, in submerged culture. Acting as a carbon source, soluble starch, carboxymethylcellulose, filter paper and glucose and as source of nitrogen ammonium sulfate, peptone and yeast extract were chosen. Fungal growth was determined by the quantification of mycelial biomass. Microbial growth and secretion kinetics assays were performed alternating and associating as carbon and nitrogen sources, trying to establish a correlation between the availability of simple and complex sources of carbon and of organic and inorganic sources of nitrogen, in the synthesis of biomass and secretion of amylase enzymes, CMCase and xinalase. Tests were performed by varying the source of nitrogen, peptone, ammonium sulfate and yeast extract at fixed glucose concentration. The concentration of nitrogen present in the substrates used as nitrogen source was determined and the substrate mass required to provide as 10 and 13% nitrogen solutions was calculated. Experiments were also carried out, varying as carbon sources in soluble starch, Carboxymethylcellulose and filter paper, in different concentrations (2.5, 5.0, 7.5 and 10.0 gL-1). sources of carbon combined with glucose. As results obtained higher biomass values in the presence of organic nitrogen source, while higher enzymatic activities were obtained in organic and inorganic sources in the 2: 1 ratio, respectively. When evaluated by an influence of nitrogen sources, peptone and yeast extract, both evaluated as a function of 10% and 13% nitrogen concentration, were not significantly observed in the composition of mycelial biomass after 120 h of culture. The influence of nitrogen concentration on CMCase activity was identified, with the best activities obtained for a concentration of 13% of peptone and yeast extract. However, it was not possible to identify an influence of the nitrogen concentration on xylanase and amylase activity. In the study of carbon sources, the soluble starch was shown to be the best source of carbon in the production of fungal biomass. Higher enzymatic activities were obtained in the presence of its inducers, CMCase were obtained in culture consisting of carboxymethylcellulose and amylase in culture with soluble starch. As carbon sources were combined with glucose, it observed a reduction in the activities of the enzymes analyzed. In this work it was observed that each carbon source had different effects for microbial growth and enzymatic activities, given as distinct characteristics of its chemical and structural composition.

A biomassa vegetal é a maior fonte de carbono renovável disponível, e é composta de celulose, hemicelulose e lignina. A lignina, um heteropolímero polifenólico complexo, é uma barreira a utilização mais eficiente da biomassa. Fungos desenvolveram formas de superar o obstáculo imposto pela lignina, através da atividade de enzimas como peroxidases, e da ação de pequenas moléculas reativas. As duas formas dependem da presença de peróxido de hidrogênio, que é produzido pela atividade de enzimas como aril-álcool oxidases (AAOs). AAOs são enzimas pertencentes a superfamília GMC de oxidoredutases e, portanto, possuem FAD como grupo prostético. Realizam a conversão de álcoois aromáticos à aldeídos, com concomitante produção de peróxido de hidrogênio. Devido à capacidade de oxidação de substratos variados, e dependente somente de oxigênio molecular, AAOs têm potencial aplicação na indústria biotecnológica, tanto como produtoras de peróxido de hidrogênio quanto na produção de químicos-plataforma a partir da biomassa. No entanto, AAOs ainda têm poucos exemplares caracterizados, e a maior parte dos estudos publicados é referente a enzimas do gênero de fungos basidiomicetos Pleurotus sp.. A enzima MtAAOx do fungo ascomiceto termofílico M. thermophila foi produzida de forma heteróloga em A. nidulans, e algumas de suas propriedades bioquímicas e estruturais foram determinadas. MtAAOx é uma enzima extracelular monomérica glicosilada, com grupo FAD dissociável, e capaz de oxidar álcoois aromáticos fenólicos e não fenólicos, incluindo um monômero da lignina, coniferil álcool, substrato para o qual a enzima teve mais afinidade. MtAAOx, além de oxidar álcoois aromáticos, também foi capaz de oxidar um substrato heterocíclico, 5-HMF, e de utilizar outro aceptor de elétrons além do oxigênio. Esses resultados, aliados a baixa similaridade entre sequencias de aminoácidos indicam que MtAAOx tem sítio catalítico e canal de acesso do substrato distintos das AAOs até o momento caracterizadas. A enzima MtAAOx deglicosilada teve estabilidade térmica reduzida em comparação com a enzima nativa. A atividade enzimática foi afetada positivamente com a presença de alguns cátions, entre eles Ca2+. Além de afetar a atividade, Ca2+proporcionou ganho de estabilidade térmica, com aumento da temperatura de melting em 5 ºC. Esta enzima é uma nova aril-álcool oxidase caracterizada, a primeira de um fungo ascomiceto, e acredita-se que tenha papel na degradação da lignina da biomassa vegetal. / Plant biomass is the largest source of available renewable carbon, and is composed of cellulose, hemicellulose and lignin. Lignin, a complex polyphenolic heteropolymer, is a barrier to a more efficient use of biomass. Fungi have developed ways to overcome the obstacle imposed by lignin through the activity of enzymes such as peroxidases and the action of small reactive molecules. The two forms depend on the presence of hydrogen peroxide, which is produced by the activity of enzymes such as aryl-alcohol oxidases (AAOs). AAOs are enzymes belonging to the GMC superfamily of oxidoreductases and therefore have FAD as the prosthetic group. They perform the conversion of aromatic alcohols to aldehydes, with simultaneous production of hydrogen peroxide. Because of their capacity of oxidizing various substrates, and dependence only on molecular oxygen, AAOs have potential applications in the biotech industry, both as hydrogen peroxide producers and in the production of platform chemicals derived from biomass. However, characterized AAOs are few, most of the published studies being on enzymes of basidiomycete fungi from genus Pleurotus sp.. The MtAAOx enzyme of the thermophilic ascomycete M. thermophila was produced heterologously in A. nidulans, and some of its biochemical and structural properties were determined. MtAAOx is a glycosylated, monomeric, extracellular enzyme with a dissociable FAD group, capable of oxidizing phenolic and non-phenolic aromatic alcohols, including a lignin monomer, coniferyl alcohol, the substrate for which the enzyme has the highest affinity. MtAAOx, besides oxidizing aromatic alcohols, was also able to oxidize a heterocyclic substrate, 5-HMF, and to use another electron acceptor in addition to oxygen. These results, combined with the low similarity between amino acid sequences, indicate that MtAAOx has a catalytic site and substrate access channel distinct from characterized AAOs\'. The deglycosylated MtAAOx enzyme had reduced thermal stability compared to the native enzyme. The enzymatic activity was positively affected by the presence of some cations, including Ca2+. In addition to affecting the activity, Ca2+ improved thermal stability, with 5 °C increase of the melting temperature. This enzyme is a novel aryl-alcohol oxidase characterized, the first of an ascomycete fungus, and is believed to play a role in the lignin degradation of plant biomass.

A biomassa vegetal é a maior fonte de carbono renovável disponível, e é composta de celulose, hemicelulose e lignina. A lignina, um heteropolímero polifenólico complexo, é uma barreira a utilização mais eficiente da biomassa. Fungos desenvolveram formas de superar o obstáculo imposto pela lignina, através da atividade de enzimas como peroxidases, e da ação de pequenas moléculas reativas. As duas formas dependem da presença de peróxido de hidrogênio, que é produzido pela atividade de enzimas como aril-álcool oxidases (AAOs). AAOs são enzimas pertencentes a superfamília GMC de oxidoredutases e, portanto, possuem FAD como grupo prostético. Realizam a conversão de álcoois aromáticos à aldeídos, com concomitante produção de peróxido de hidrogênio. Devido à capacidade de oxidação de substratos variados, e dependente somente de oxigênio molecular, AAOs têm potencial aplicação na indústria biotecnológica, tanto como produtoras de peróxido de hidrogênio quanto na produção de químicos-plataforma a partir da biomassa. No entanto, AAOs ainda têm poucos exemplares caracterizados, e a maior parte dos estudos publicados é referente a enzimas do gênero de fungos basidiomicetos Pleurotus sp.. A enzima MtAAOx do fungo ascomiceto termofílico M. thermophila foi produzida de forma heteróloga em A. nidulans, e algumas de suas propriedades bioquímicas e estruturais foram determinadas. MtAAOx é uma enzima extracelular monomérica glicosilada, com grupo FAD dissociável, e capaz de oxidar álcoois aromáticos fenólicos e não fenólicos, incluindo um monômero da lignina, coniferil álcool, substrato para o qual a enzima teve mais afinidade. MtAAOx, além de oxidar álcoois aromáticos, também foi capaz de oxidar um substrato heterocíclico, 5-HMF, e de utilizar outro aceptor de elétrons além do oxigênio. Esses resultados, aliados a baixa similaridade entre sequencias de aminoácidos indicam que MtAAOx tem sítio catalítico e canal de acesso do substrato distintos das AAOs até o momento caracterizadas. A enzima MtAAOx deglicosilada teve estabilidade térmica reduzida em comparação com a enzima nativa. A atividade enzimática foi afetada positivamente com a presença de alguns cátions, entre eles Ca2+. Além de afetar a atividade, Ca2+proporcionou ganho de estabilidade térmica, com aumento da temperatura de melting em 5 ºC. Esta enzima é uma nova aril-álcool oxidase caracterizada, a primeira de um fungo ascomiceto, e acredita-se que tenha papel na degradação da lignina da biomassa vegetal. / Plant biomass is the largest source of available renewable carbon, and is composed of cellulose, hemicellulose and lignin. Lignin, a complex polyphenolic heteropolymer, is a barrier to a more efficient use of biomass. Fungi have developed ways to overcome the obstacle imposed by lignin through the activity of enzymes such as peroxidases and the action of small reactive molecules. The two forms depend on the presence of hydrogen peroxide, which is produced by the activity of enzymes such as aryl-alcohol oxidases (AAOs). AAOs are enzymes belonging to the GMC superfamily of oxidoreductases and therefore have FAD as the prosthetic group. They perform the conversion of aromatic alcohols to aldehydes, with simultaneous production of hydrogen peroxide. Because of their capacity of oxidizing various substrates, and dependence only on molecular oxygen, AAOs have potential applications in the biotech industry, both as hydrogen peroxide producers and in the production of platform chemicals derived from biomass. However, characterized AAOs are few, most of the published studies being on enzymes of basidiomycete fungi from genus Pleurotus sp.. The MtAAOx enzyme of the thermophilic ascomycete M. thermophila was produced heterologously in A. nidulans, and some of its biochemical and structural properties were determined. MtAAOx is a glycosylated, monomeric, extracellular enzyme with a dissociable FAD group, capable of oxidizing phenolic and non-phenolic aromatic alcohols, including a lignin monomer, coniferyl alcohol, the substrate for which the enzyme has the highest affinity. MtAAOx, besides oxidizing aromatic alcohols, was also able to oxidize a heterocyclic substrate, 5-HMF, and to use another electron acceptor in addition to oxygen. These results, combined with the low similarity between amino acid sequences, indicate that MtAAOx has a catalytic site and substrate access channel distinct from characterized AAOs\'. The deglycosylated MtAAOx enzyme had reduced thermal stability compared to the native enzyme. The enzymatic activity was positively affected by the presence of some cations, including Ca2+. In addition to affecting the activity, Ca2+ improved thermal stability, with 5 °C increase of the melting temperature. This enzyme is a novel aryl-alcohol oxidase characterized, the first of an ascomycete fungus, and is believed to play a role in the lignin degradation of plant biomass.

O Câncer é uma doença responsável pelos maiores índices de morbidade e mortalidade em todo o mundo. A ocorrência do câncer é relacionada com vários fatores, entre eles, ambientais, nutricionais, genéticos, infecções virais e estilo de vida. Devido a complexidade da doença, há uma busca incessante em novos tratamentos. Atualmente, os medicamentos conhecidos, além de danificar células anormais prejudicam células saudáveis, o que causa efeitos colaterais e toxicidade. Algumas moléculas, por exemplo peptídeos, possuem a capacidade de interagir com proteínas de membrana de células cancerígenas, atuando diretamente nestas células. Estes peptídeos podem ser obtidos a partir da hidrólise de diferentes fontes de proteínas com a utilização de peptidases de origem microbiana. O objetivo do presente estudo foi produzir e purificar peptidases de dois fungos, Eupenicillium javanicum e Myceliophthora thermophila, realizar ensaios de caracterização bioquímica e eficiência catalítica destas enzimas, aplica las na obtenção de peptídeos bioativos a partir de proteínas do leite, ovo e gelatina, e avaliar a atividade antioxidante (in vitro) e atividade antitumoral (in vitro e in vivo) destes peptídeos. Foram produzidas e purificadas duas peptidases, uma metalopeptidase (E. javanicum) e uma serinopeptidase (M. thermophila), o ensaio de cinética enzimática mostrou maior eficiência catalítica na utilização de substratos com alanina na posição P\'2 e tirosina na posição P\'1 da cadeia polipeptídica, respectivamente para cada uma das enzimas. Os peptídeos, produzidos a partir de caseína, apresentaram maior atividade de sequestro de radicais e de quelar ferro. Peptídeos de soro de leite e gelatina inibiram o crescimento de células tumorais de câncer oral e melanoma (in vitro). Peptídeos de soro de leite produzidos por ambas as peptidases reduziram o volume tumoral (células Cal27) em camundongos imunodepriminidos. Ensaios proteômicos destes tumores, com comparação entre grupos tratados e sem tratamento, mostraram que algumas vias envolvidas com a apoptose podem estar envolvidas na redução do volume dos tumores do camundongos tratados com peptídeos obtidos de soro de leite / The cancer is a disease responsible to the higher levels of mortality and morbity around the world. This disease is related to many factors, as environment, nutrition, genetic, virus infection and life style.The complexity of this disease increases the research of new treatments. Currently, the medicines damage both, normal and cancer cells, it promotes side effects and toxicity. Some molecules present specificity and bind to proteins from membranes of cancer cells, some examples are peptides. Peptides can be obtained from proteins by hydrolisys with microrbial proteases. The aim of this study was to produce and purify two proteases from fungi, Eupenicillium javanicum and Myceliophthora thermophila. Biochemical characterization and kinetic assays of these enzymes were evaluated. And then, the proteases were applied on obtention of peptides from milk, egg and gelatin proteins, and the antioxidant (in vitro) and antitumoral activity (in vitro e in vivo) of these peptides were evaluated. The purified enzymes belong to metalo (E. javanicum) and serine (M. thermophila) protease classes, the kinetic assay showed higher catalytic efficiency with tyrosine at P\'1 position and alanine at P\'2 position of polypeptide chain of substrate, to metalo and serine protease, respectively. The peptides from casein presented capacity to scavenge free radicals and to quelate iron. Peptides derived from whey and gelatin inhibited the grown of oral cancer and melanoma cells (in vitro). Peptides obtained from whey decreased the tumor volume of immunosupressed mice. Proteomic assays of these tumors, when compared treatment and control group, showed that peptides can be envolved in some apoptosys pathway and it influences the tumor volume, cosequently, it is decreased on treatment with peptides derived from milk whey

A produção de biocombustíveis e a obtenção de alguns compostos químicos a partir de materiais renováveis, como a biomassa lignocelulósica, ainda não são processos triviais, principalmente devido a recalcitrância destes materiais. Estudos recentes reconheceram as enzimas acessórias, como xilanases e enzimas com Atividade Auxiliar, como potencializadores da atividade de celulases no processo de despolimerização da lignocelulose. A prospecção de enzimas com características termoestáveis é vantajosa para este tipo de aplicação e além disso, estudos sobre o secretoma de diversos fungos cultivados em biomassa como fonte de carbono, tem encontrado enzimas com mecanismo oxidativo, dentre eles, o fungo termofílico Myceliophthora thermophila M77. Porém, estas enzimas tem sido pouco estudadas quanto a sua aplicação na sacarificação da biomassa. Sendo assim, este trabalho visou a expressão heteróloga, a caracterização bioquímica e a ação da enzima oxidativa celobiose desidrogenase do fungo M. thermophila (M77CDH) em conjunto com outras celulases no processo de sacarificação da biomassa. Pela análise filogenética a M77CDH prospectada foi classificada como pertencente a Classe IIB das CDHs. O gene que codifica esta enzima foi clonado no vetor pEXPYR e heterólogamente expresso em A. nidulans. A proteína recombinante M77CDH foi purificada e teve sua identidade confirmada por espectrometria de massas. Nas análises bioquímicas, apresentou atividade ótima a 65 °C e reteve mais de 80% da sua atividade a 50°C por 2 horas e pela análise de dicroísmo circular apresentou um desenovelamento da sua estrutura na temperatura de transição de 62,8 °C. Apresentou mais de 80% de atividade em uma faixa ampla de pH (4,5 - 9), em que o domínio citocromo mostrou maior afinidade em pHs alcalinos, característica incomum entre as CDHs descritas na literatura. A atividade da M77CDH foi ligeiramente aumentada pela adição de MgCl2 e Na2MoO4 e altamente afetada por CuSO4 e FeCl3. A eficiência catalítica (kcat/km=266 mM-1s-1) utilizando celobiose foi bastante similar aos valores indicados por CDHs da Classe IIA. O envelope da M77CDH gerado por SAXS foi satisfatório e conveniente com a literatura. Na sacarificação de bagaço de cana pré-tratado hidrotermicamente, utilizando coquetel de A. niveus suplementado com M77CDH, foi possível observar que a adição de M77CDH modificou o perfil de produtos liberados na desconstrução da biomassa. Por fim, na sacarificação do PASC observou-se a sacarificação e produção de ácido celobiônico. / The production of biofuels and chemicals from renewable materials such as lignocellulosic biomass are non-trivial processes mainly due to the recalcitrance of the material. Recent studies have recognized accessory enzymes such as xylanases and Auxiliary Activity enzymes as potentiators in cellulase activity during the depolymerization of lignocellulose. The prospection of thermostable enzymes can be an advantage the improve the depolymerization of these materials. In addition, several enzymes showing oxidative mode of action were found in the secretoma of the thermophilic fungus Myceliophthora thermophila strain M77. However, these enzymes are poor studied regarding their application in biomass saccharification. Therefore, this project aimed the heterologous expression and biochemical characterization of the oxidative enzyme cellobiose dehydrogenase of the fungus M. thermophila (M77CDH). By phylogenetic analysis the M77CDH was classified as belonging to Class IIB of CDHs. The gene encoding this enzyme was cloned and heterologously expressed in A. nidulans, the M77CDH was purified and had its identity confirmed by mass spectrometry. In the biochemical analyzes the M77CDH showed an optimum activity at 65 °C and retained more than 80% of its activity at 50 °C for 2 hours. The circular dichroism analysis showed a denaturation of its structure at the transition temperature of 62.8 ° C. M77CDH also kept more than 80% of its activity in a wide pH range (4.5 - 9), in which the cytochrome domain showed higher affinity at alkaline pH, an unusual behavior compared with other CDHs described in the literature. The activity of M77CDH was increased slightly in the presence of MgCl2 and Na2MoO4 and was highly affected by CuSO4 and FeCl3. The catalytic efficiency (kcat/km = 266 mM-1s-1) in cellobiose was quite similar to the values indicated by CDHs from Class IIA. The envelope of M77CDH generated by SAXS was satisfactory and convenient with the literature. In saccharification of sugarcane bagasse hydrothermally pretreated using A. niveus cocktail supplemented with M77CDH was possible to observe the addition of M77CDH modified the profile of released products in the deconstruction of the biomass. Finally, in the action on PASC was observed the saccharification and production of cellobionic acid.

São objetivos deste trabalho: (1) avaliar a produção de celulases pelo fungo termofílico Myceliophthora sp. M77, isolado no âmbito do programa BIOTA-FAPESP, cultivando-o em meios compostos por bagaço de cana-de-açúcar (B) e farelo de trigo (T) ou farelo de soja (S), portanto, cultivos em estado sólido; (2) avaliar a eficácia das enzimas na hidrólise de bagaço de cana-de-açúcar e celulose cristalina. Nos cultivos em frascos Erlenmeyer, o maior valor de concentração de celulases foi obtido em meio SB (10:90) (porcentagem em massa) com 80% de umidade inicial, 10,3 FPU.gms-1 após cinco dias de cultivo, valor este 120% superior ao valor de 4,8 U.gms-1, que foi a maior concentração de celulases registrada no cultivo em meio TB (20:80) com 60% de umidade inicial. O uso de aeração forçada no cultivo de Myceliophthora sp. M77 em meio SB (10:90) com 80% de umidade inicial, em reator de leito fixo, resultou aumento de 30% na concentração de celulase e na máxima produtividade em relação aos cultivos em frasco Erlenmeyer. Ensaios de hidrólise nas temperaturas de 50°C, 60°C e 70°C foram realizados para determinação da melhor temperatura de ação das celulases produzidas pelo fungo Myceliophthora sp. M77. Utilizou-se extrato obtido a partir do cultivo de Myceliophthora sp. M77 em meio SB (10:90) com umidade inicial de 60% a 45°C por 3 dias. Após 48h de hidrólise de bagaço de cana-de-açúcar pré-tratado por explosão a vapor, a conversão de celulose a glicose foi de 15% para T=50°C, 8% para T=60°C e 1,5% para T=70°C. Os resultados indicam que pode ocorrer desnaturação térmica a 60°C e 70°C para períodos superiores a 6 h e 2 h de hidrólise, respectivamente. Ensaios de hidrólise de bagaço de cana-de-açúcar pré-tratado por explosão a vapor, a 50°C, com adição de 10 FPU.gms-1 de celulases produzidas por Myceliopthora sp. M77 em meio SB (10:90) resultaram conversão de celulose a glicose 50% maior do que para o ensaio de hidrólise nas mesmas condições com enzimas produzidas em meio TB (40:60), indicando que a composição dos extratos enzimáticos produzidos em meio TB e SB são diferentes. A concentração inicial de glicose de 1 g.L-1 no extrato produzido em meio TB pode ter inibido a ação da enzima b-glicosidade. Já os extratos produzidos em meio SB apresentaram concentrações de glicose inicial inferiores a 0,15 g.L-1. Ensaios de hidrólise com enzimas aderidas ao meio de cultura sólido foram realizados com a finalidade de avaliar essa metodologia em comparação à hidrólise usual com enzimas extraídas do meio. Após 48 h, as conversões de celulose a glicose das hidrólises de celulose cristalina ou bagaço de cana-de-açúcar pré-tratado por explosão à vapor com enzimas aderidas ao meio de cultura foram ou superiores ou iguais àquelas obtidas nas hidrólises com enzimas extraídas do meio de cultura. Esse resultado mostra que existe a possibilidade de aplicação direta da enzima não extraída do meio de cultura sólido, com consequente redução do custo do processo de hidrólise do material celulósico para liberação de açúcares fermentescíveis. / The objectives of this study are: (1) to evaluate the production of cellulases by a thermophilic fungus, Myceliophthora sp. M77, isolated by the BIOTA-FAPESP program. The microorganism was cultivated in media composed by sugarcane bagasse (B) and wheat bran (T) or soybean meal (S), thus, solid state cultivation; (2) to evaluate the effectiveness of these enzymes in the hydrolysis of sugarcane bagasse and crystalline cellulose. The highest cellulases concentration in Erlenmeyer flasks cultures was achieved in medium SB (10:90) (w/w) with initial moisture of 80%, 10.3 FPU.gdm-1 after five days of cultivation, a value 120% higher than 4.8 U.gdm-1, which was the highest recorded cellulases concentration in culture using TB (20:80) with 60% of initial moisture. Applying forced aeration in the cultivation of Myceliophthora sp. M77 in medium SB (10:90) with 80% initial moisture, in fixed bed reactor, cellulases concentration and maximum productivity raised 30% relative to cultivation in Erlenmeyer flask. Hydrolysis assays at temperatures of 50°C, 60°C and 70°C were performed to evaluate the optimal temperature for application of cellulases produced by the fungus Myceliophthora sp. M77, since it is a thermophilic fungus. It was used the enzymatic extract produced from cultures in medium SB (10:90) with 60% initial moisture, at 50°C, for three days. After 48 h of hydrolysis of sugarcane bagasse pretreated by steam explosion, the conversion of cellulose to glucose was 15% for T = 50 ° C, 8% for T = 60 ° C and 1.5% T = 70 ° C. These results indicated that thermal denaturation may occur in hydrolysis at 60°C and 70°C for periods longer of 6 h and 2 h, respectively. Hydrolysis of sugarcane bagasse pretreated by steam explosion at 50°C with addition of 10 FPU.gdm-1 of cellulases produced by Myceliopthora sp. M77 in medium TB (40:60), resulted in conversion of cellulose to glucose 50% lower than hydrolysis with enzymes produced in medium SB (10:90), under the same conditions, indicating that the composition of enzyme extracts produced in TB and SB medium are different. The initial glucose concentration of 1 g.L-1 in the enzyme extract produced in TB medium can inhibit the action of the enzyme b-glucosidade. On the other hand, initial glucose concentration in the extract produced in medium SB was lower than 0.15 g.L-1. Hydrolysis using enzymes adhered to the solid culture medium were performed in order to compare this method to the usual hydrolysis with enzymes extracted from the medium. After 48 h, the cellulose conversion to glucose in the hydrolysis of sugarcane bagasse pretreated by steam explosion or crystalline cellulose were either greater than or equal to those obtained by hydrolysis with enzymes extracted from the culture medium. This result shows that there is the possibility of direct application of the enzyme still adhered to the solid culture medium, with consequent reduction of the process cost of cellulosic materials hydrolysis to release fermentable sugars.

São objetivos deste trabalho: (1) avaliar a produção de celulases pelo fungo termofílico Myceliophthora sp. M77, isolado no âmbito do programa BIOTA-FAPESP, cultivando-o em meios compostos por bagaço de cana-de-açúcar (B) e farelo de trigo (T) ou farelo de soja (S), portanto, cultivos em estado sólido; (2) avaliar a eficácia das enzimas na hidrólise de bagaço de cana-de-açúcar e celulose cristalina. Nos cultivos em frascos Erlenmeyer, o maior valor de concentração de celulases foi obtido em meio SB (10:90) (porcentagem em massa) com 80% de umidade inicial, 10,3 FPU.gms-1 após cinco dias de cultivo, valor este 120% superior ao valor de 4,8 U.gms-1, que foi a maior concentração de celulases registrada no cultivo em meio TB (20:80) com 60% de umidade inicial. O uso de aeração forçada no cultivo de Myceliophthora sp. M77 em meio SB (10:90) com 80% de umidade inicial, em reator de leito fixo, resultou aumento de 30% na concentração de celulase e na máxima produtividade em relação aos cultivos em frasco Erlenmeyer. Ensaios de hidrólise nas temperaturas de 50°C, 60°C e 70°C foram realizados para determinação da melhor temperatura de ação das celulases produzidas pelo fungo Myceliophthora sp. M77. Utilizou-se extrato obtido a partir do cultivo de Myceliophthora sp. M77 em meio SB (10:90) com umidade inicial de 60% a 45°C por 3 dias. Após 48h de hidrólise de bagaço de cana-de-açúcar pré-tratado por explosão a vapor, a conversão de celulose a glicose foi de 15% para T=50°C, 8% para T=60°C e 1,5% para T=70°C. Os resultados indicam que pode ocorrer desnaturação térmica a 60°C e 70°C para períodos superiores a 6 h e 2 h de hidrólise, respectivamente. Ensaios de hidrólise de bagaço de cana-de-açúcar pré-tratado por explosão a vapor, a 50°C, com adição de 10 FPU.gms-1 de celulases produzidas por Myceliopthora sp. M77 em meio SB (10:90) resultaram conversão de celulose a glicose 50% maior do que para o ensaio de hidrólise nas mesmas condições com enzimas produzidas em meio TB (40:60), indicando que a composição dos extratos enzimáticos produzidos em meio TB e SB são diferentes. A concentração inicial de glicose de 1 g.L-1 no extrato produzido em meio TB pode ter inibido a ação da enzima b-glicosidade. Já os extratos produzidos em meio SB apresentaram concentrações de glicose inicial inferiores a 0,15 g.L-1. Ensaios de hidrólise com enzimas aderidas ao meio de cultura sólido foram realizados com a finalidade de avaliar essa metodologia em comparação à hidrólise usual com enzimas extraídas do meio. Após 48 h, as conversões de celulose a glicose das hidrólises de celulose cristalina ou bagaço de cana-de-açúcar pré-tratado por explosão à vapor com enzimas aderidas ao meio de cultura foram ou superiores ou iguais àquelas obtidas nas hidrólises com enzimas extraídas do meio de cultura. Esse resultado mostra que existe a possibilidade de aplicação direta da enzima não extraída do meio de cultura sólido, com consequente redução do custo do processo de hidrólise do material celulósico para liberação de açúcares fermentescíveis. / The objectives of this study are: (1) to evaluate the production of cellulases by a thermophilic fungus, Myceliophthora sp. M77, isolated by the BIOTA-FAPESP program. The microorganism was cultivated in media composed by sugarcane bagasse (B) and wheat bran (T) or soybean meal (S), thus, solid state cultivation; (2) to evaluate the effectiveness of these enzymes in the hydrolysis of sugarcane bagasse and crystalline cellulose. The highest cellulases concentration in Erlenmeyer flasks cultures was achieved in medium SB (10:90) (w/w) with initial moisture of 80%, 10.3 FPU.gdm-1 after five days of cultivation, a value 120% higher than 4.8 U.gdm-1, which was the highest recorded cellulases concentration in culture using TB (20:80) with 60% of initial moisture. Applying forced aeration in the cultivation of Myceliophthora sp. M77 in medium SB (10:90) with 80% initial moisture, in fixed bed reactor, cellulases concentration and maximum productivity raised 30% relative to cultivation in Erlenmeyer flask. Hydrolysis assays at temperatures of 50°C, 60°C and 70°C were performed to evaluate the optimal temperature for application of cellulases produced by the fungus Myceliophthora sp. M77, since it is a thermophilic fungus. It was used the enzymatic extract produced from cultures in medium SB (10:90) with 60% initial moisture, at 50°C, for three days. After 48 h of hydrolysis of sugarcane bagasse pretreated by steam explosion, the conversion of cellulose to glucose was 15% for T = 50 ° C, 8% for T = 60 ° C and 1.5% T = 70 ° C. These results indicated that thermal denaturation may occur in hydrolysis at 60°C and 70°C for periods longer of 6 h and 2 h, respectively. Hydrolysis of sugarcane bagasse pretreated by steam explosion at 50°C with addition of 10 FPU.gdm-1 of cellulases produced by Myceliopthora sp. M77 in medium TB (40:60), resulted in conversion of cellulose to glucose 50% lower than hydrolysis with enzymes produced in medium SB (10:90), under the same conditions, indicating that the composition of enzyme extracts produced in TB and SB medium are different. The initial glucose concentration of 1 g.L-1 in the enzyme extract produced in TB medium can inhibit the action of the enzyme b-glucosidade. On the other hand, initial glucose concentration in the extract produced in medium SB was lower than 0.15 g.L-1. Hydrolysis using enzymes adhered to the solid culture medium were performed in order to compare this method to the usual hydrolysis with enzymes extracted from the medium. After 48 h, the cellulose conversion to glucose in the hydrolysis of sugarcane bagasse pretreated by steam explosion or crystalline cellulose were either greater than or equal to those obtained by hydrolysis with enzymes extracted from the culture medium. This result shows that there is the possibility of direct application of the enzyme still adhered to the solid culture medium, with consequent reduction of the process cost of cellulosic materials hydrolysis to release fermentable sugars.

Submitted by Emily Colferai Bonfá null (miemilymi@hotmail.com) on 2016-03-22T01:17:39Z No. of bitstreams: 1 Mestrado-Emily Finall.pdf: 1593107 bytes, checksum: ce9ebf44b67e4020e069a84d708f2f71 (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Paula Grisoto (grisotoana@reitoria.unesp.br) on 2016-03-22T17:56:40Z (GMT) No. of bitstreams: 1 bonfa_ec_me_sjrp.pdf: 1593107 bytes, checksum: ce9ebf44b67e4020e069a84d708f2f71 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-03-22T17:56:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 bonfa_ec_me_sjrp.pdf: 1593107 bytes, checksum: ce9ebf44b67e4020e069a84d708f2f71 (MD5) Previous issue date: 2016-02-29 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / As celulases podem ser utilizadas na bioconversão da fração de celulose de resíduos agro-industriais em açúcares fermentáveis, visando a obtenção de combustíveis renováveis e produtos químicos. As β-glicosidases são cruciais para a total sacarificação da celulose, mas na maioria dos casos elas são fortemente inibidas pelo seu produto, a glicose. Portanto, o conhecimento das cinéticas de hidrólise e as respostas dessa enzima frente a diferentes substratos e produtos pode definir a eficiência de hidrólise e do processo biotecnológico no qual poderia ser incorporada. O presente trabalho teve como objetivo caracterizar a β -glicosidase de 50 kDa (BG50) produzida pelo fungo termofílico Myceliophthora thermophila M.7.7 cultivado em estado sólido, em mistura de bagaço de cana e farelo de trigo (1:1). O zimograma do extrato bruto evidenciou duas isoformas, de aproximadamente 200 e 50 kDa, as quais foram separadas por cromatografia de filtração em gel. A caracterização da BG50 mostrou atividade ótima a 60 ˚C e pH 5,0 quando usado o 4-nitrofenol-β-D-glicopiranosídeo (pNPG), enquanto com celobiose o valor da temperatura e pH ótimo foram de 50 ˚C e pH 4,5, respectivamente. Testes realizados com adição de íons e reagentes mostraram diferenças nos efeitos sobre a atividade da enzima dependendo do substrato, principalmente com a adição de Ditiotreitol (DTT) utilizando celobiose, e inibição completa com Cu2+ e Fe3+ para pNPG e celobiose. Além disso, a enzima não mostrou efeito inibitório quando testada na presença de nove compostos fenólicos, uma característica significativa. Os estudos cinéticos revelaram um perfil de inibição competitiva pela glicose quando utilizado pNPG com valor de KI=1,5 mM e um Km significativamente menor (0,52 mM) pelo pNPG do que pela celobiose (Km=8,50 mM). Os parâmetros termodinâmicos mostraram que a BG50 é bastante estável, destacando seu tempo de meia vida de 855,6 minutos a 60 °C, porém desnatura facilmente acima dessa temperatura. Os resultados enfatizam a importância de investigar potencialidades de β-glicosidases baseadas na celobiose, uma vez que no processo industrial a enzima atuará sobre o substrato natural, além da compreensão da termoestabilidade da enzima. / Cellulases can be used in bioconversion of cellulose from agro-industrial waste into fermentable sugars in order to obtain renewable fuels and chemicals. The β-glucosidases are crucial to the overall saccharification of cellulose, but in most cases, they are strongly inhibited by its product, glucose. Therefore, knowledge of the hydrolysis kinetics of the enzyme and its responses against different substrates and products can set the hydrolysis efficiency and possible incorporation in biotechnological process. This study aimed to characterize the 50 kDa β-glucosidase (BG50) produced by the thermophilic fungus Myceliophthora thermophila M.7.7 grown in solid state, in a mixture of sugarcane bagasse and wheat bran (1:1). The zymogram of the crude extract showed two isoforms of 200 and 50 kDa, which were separated by gel filtration chromatography. The characterization of BG50 showed optimal activity at 60 °C and pH 5.0 when used pNPG, whereas using cellobiose the values of the optimal temperature and pH were 50 °C and pH 4.5, respectively. Tests with addition of reactants and ions showed differences in the effects on enzyme activity depending on the substrate, especially with the addition of dithiothreitol (DTT) utilizing cellobiose, and complete inhibition with Cu2+ and Fe3+ for 4-nitrophenyl-β- D-glucopyranoside (pNPG) and cellobiose. Furthermore, the enzyme showed no inhibitory effect when tested in the presence of nine phenolic compounds, a remarkable characteristic. Kinetic studies showed a profile of competitive inhibition by glucose when using pNPG with Ki = 1.5 mM and Km significantly lower (0.52 mM) with pNPG than using cellobiose (Km = 8.50 mM). The thermodynamic parameters show that BG50 is quite stable, highlighting its half life of 855.6 minutes at 60 ° C, but above this temperature easily denatured. The results emphasize the importance of investigating β-glucosidases’ potential based on cellobiose, since for the industrial processes the enzyme will function with its natural substrate, in addition to understanding the thermal stability of the enzyme.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:24:46Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2011-02-23Bitstream added on 2014-06-13T20:32:10Z : No. of bitstreams: 1 zanelato_ai_me_sjrp.pdf: 1477010 bytes, checksum: e2437c2c0ba00be5a6b7df73d8be90f5 (MD5) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Este trabalho teve como objetivo produzir enzimas celulolíticas por fermentação em estado sólido (FES), em um bioreator de leito fixo, empregando-se o fungo termofílico Myceliophthora sp. e utilizando-se como substratos bagaço de cana-de-açúcar e farelo de trigo. Os testes foram realizados inicialmente em sacos de polipropileno apresentando uma boa produção de CMCase (550U/g) no período de 96 horas de fermentação. As variáveis controladas foram a temperatura de fermentação (40, 45 e 50ºC), umidade inicial (75, 80 e 85% b.u.) e proporção do substrato de bagaço de cana e farelo de trigo (1:1, 3:7 e 1:9 peso). Os estimadores estatísticos não indicaram diferença significativa da produção de celulase com as variações da proporção de bagaço de cana e de farelo de trigo, com a temperatura e com a umidade inicial do substrato, contudo, os melhores resultados foram obtidos para a proporção de 70% de bagaço de cana e 30% de farelo de trigo, temperatura de 50oC e umidade inicial do substrato de 80%. Nos testes em escala de bioreator, foi empregado um leito fixo de 7cm de diâmetro e 50cm de comprimento, encamisado, operado nas condições experimentais de melhor resultados obtidos na escala de sacos, sendo a temperatura da camisa e vazão de ar as variáveis de interesse. O fungo apresentou um bom desenvolvimento no reator, tendo uma produtividade enzimática semelhante à encontrada em escala de saco. Foi observado um gradiente de umidade no interior do leito, sendo este crescente do fundo para o topo do bioreator, comportamento inverso ao da atividade enzimática. As vazões variaram entre 80 e 120 L/h e não afetaram estatisticamente a fermentação, possuindo pouca influência sobre as distribuições longitudinais de umidade e de atividade enzimática. Já os ensaios para as temperaturas de 45 e 50oC mostraram-se distintos, sendo a maior produção de enzimas após 96h... / This work aimed to produce celullolytic enzymes through solid state fermentation in a fixed bed bioreactor, using the fungus Myceliophtora sp. and wheat bran and sugar cane bagasse as substrate. Initial tests were performed in polypropylene plastic bags, and satisfactory production of CMCase (550U/g.d.s.) was observed at 96h of fermentation. The controlled variables were the temperature (40, 45, and 50o C), the initial moisture content (75, 80, and 85%, w.b.), and wheat bran to sugar cane bagasse proportion (1:1, 3:7, and 1:9, weight). The experimental results did not differ statistically for any experimental condition adopted, even though the best results were obtained using the proportion 3:7 wheat bran/sugar cane bagasse 3:7, 50o C temperature, and 80% initial moisture content. A jacketed fixed bed bioreactor 7.62cm ID and 50cm long was used for scaling-up, and temperature, solid initial moisture content, and air flow rate were used as variables. The fungus adapted well to the bioreactor and to the experimental conditions, and the production of enzymes was similar to the tests performed in the plastic bags. It was observed a longitudinal gradient of moisture, increasing from the bottom to the top of the reactor, opposite effect observed for the enzyme production. The air flow rate was varied from 80 to 120L/h and did not affect neither the moisture nor the enzyme distributions. However, the experiments carried out at 45 and 50o C were statistically distinct, and the enzyme production at 50o C at 96h was larger than at 45o C. At 144h of fermentation, the results at 45o C were similar to those observed at 50o C and 96h. It was observed temperature peaks, the higher one at 18h of fermentation, which was 6o C above the temperature fixed through the jacket and the air at the entrance, for 45o C temperature and 80L/h air flow rate

Orientador: João Claudio Thoméo / Banca: Roger Darros Barbosa / Banca: Ranulfo Monte Alegre / Resumo: Este trabalho teve como objetivo produzir enzimas celulolíticas por fermentação em estado sólido (FES), em um bioreator de leito fixo, empregando-se o fungo termofílico Myceliophthora sp. e utilizando-se como substratos bagaço de cana-de-açúcar e farelo de trigo. Os testes foram realizados inicialmente em sacos de polipropileno apresentando uma boa produção de CMCase (550U/g) no período de 96 horas de fermentação. As variáveis controladas foram a temperatura de fermentação (40, 45 e 50ºC), umidade inicial (75, 80 e 85% b.u.) e proporção do substrato de bagaço de cana e farelo de trigo (1:1, 3:7 e 1:9 peso). Os estimadores estatísticos não indicaram diferença significativa da produção de celulase com as variações da proporção de bagaço de cana e de farelo de trigo, com a temperatura e com a umidade inicial do substrato, contudo, os melhores resultados foram obtidos para a proporção de 70% de bagaço de cana e 30% de farelo de trigo, temperatura de 50oC e umidade inicial do substrato de 80%. Nos testes em escala de bioreator, foi empregado um leito fixo de 7cm de diâmetro e 50cm de comprimento, encamisado, operado nas condições experimentais de melhor resultados obtidos na escala de sacos, sendo a temperatura da camisa e vazão de ar as variáveis de interesse. O fungo apresentou um bom desenvolvimento no reator, tendo uma produtividade enzimática semelhante à encontrada em escala de saco. Foi observado um gradiente de umidade no interior do leito, sendo este crescente do fundo para o topo do bioreator, comportamento inverso ao da atividade enzimática. As vazões variaram entre 80 e 120 L/h e não afetaram estatisticamente a fermentação, possuindo pouca influência sobre as distribuições longitudinais de umidade e de atividade enzimática. Já os ensaios para as temperaturas de 45 e 50oC mostraram-se distintos, sendo a maior produção de enzimas após 96h... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: This work aimed to produce celullolytic enzymes through solid state fermentation in a fixed bed bioreactor, using the fungus Myceliophtora sp. and wheat bran and sugar cane bagasse as substrate. Initial tests were performed in polypropylene plastic bags, and satisfactory production of CMCase (550U/g.d.s.) was observed at 96h of fermentation. The controlled variables were the temperature (40, 45, and 50o C), the initial moisture content (75, 80, and 85%, w.b.), and wheat bran to sugar cane bagasse proportion (1:1, 3:7, and 1:9, weight). The experimental results did not differ statistically for any experimental condition adopted, even though the best results were obtained using the proportion 3:7 wheat bran/sugar cane bagasse 3:7, 50o C temperature, and 80% initial moisture content. A jacketed fixed bed bioreactor 7.62cm ID and 50cm long was used for scaling-up, and temperature, solid initial moisture content, and air flow rate were used as variables. The fungus adapted well to the bioreactor and to the experimental conditions, and the production of enzymes was similar to the tests performed in the plastic bags. It was observed a longitudinal gradient of moisture, increasing from the bottom to the top of the reactor, opposite effect observed for the enzyme production. The air flow rate was varied from 80 to 120L/h and did not affect neither the moisture nor the enzyme distributions. However, the experiments carried out at 45 and 50o C were statistically distinct, and the enzyme production at 50o C at 96h was larger than at 45o C. At 144h of fermentation, the results at 45o C were similar to those observed at 50o C and 96h. It was observed temperature peaks, the higher one at 18h of fermentation, which was 6o C above the temperature fixed through the jacket and the air at the entrance, for 45o C temperature and 80L/h air flow rate / Mestre