Polihidroxialcanoatos (PHA) são biopolímeros naturalmente produzidos e acumulados por diversos organismos, como bactérias, archaeas e alguns eucariontes, como fungos e leveduras. São materiais termoplásticos, biodegradáveis, biocompatíveis e podem ser produzidos a partir de fontes renováveis, exibindo grande potencial para substituir plásticos produzidos a partir de recursos não renováveis. Copolímeros híbridos de PHA, que podem ser formados por monômeros de cadeia curta e média, como P(3HASCL-co-3HAMCL), apresentam características físico-químicas diferenciadas, semelhantes às dos plásticos derivados de petróleo, sendo por isso interessantes para a indústria de materiais. A PHA sintase é considerada a enzima chave na síntese de PHA, responsável por catalisar a polimerização de diferentes monômeros de (R)-hidroxiacil-CoA, influenciando a composição monomérica do polímero formado. Sistemas de recombinação baseados em transposons bacterianos são explorados como ferramentas moleculares para inserção de sequências gênicas no cromossomo de bactérias Gram-negativas. Por exemplo, elementos mini-Tn7 podem ser prontamente transferidos para a construção de cepas recombinantes. No presente trabalho, é apresentada a construção de diferentes linhagens recombinantes a partir de Pseudomonas sp. LFM 046 e LFM 461, portando em seus cromossomos genes de PHA sintase de Ralstonia eutropha, Aeromonas hydrophila ou Aeromonas sp. TSM 81. Clones candidatos foram triados quanto a inserção das sequências de interesse em seu cromossomo, sendo os positivos avaliados em relação à capacidade de produção de PHA em ensaios em agitador rotativo, com glicose como única fonte de carbono. Um dos recombinantes obtidos se mostrou produtor do copolímero P(3HB-co-3HO-co-3HD), acumulando aproximadamente 2 % de sua massa seca celular na forma de PHA. / Polyhydroxyalkanoates (PHA) are biopolymers naturally produced and accumulated by many organisms such as bacteria, archaeas and some eukaryotes, such as fungi and yeasts. As thermoplastics, biodegradable, biocompatible and possibly made from renewable resources, they exhibit great potential to replace oil-derived plastics. Hybrid PHA copolymers can be formed by short and medium-chain monomers, P(3HASCL-co-3HAMCL), and present industry desired physicochemical properties, becoming similar to conventional oil-based plastics. PHA synthase is the key enzyme in PHA biosynthesis, responsible for catalyzing the polymerization of (R)-hydroxyacyl-CoA molecules, influencing polymer monomeric composition. Tn7-based recombination strategies represent powerful molecular tolls designed for gene delivery in Gram-negative bacteria, as mini-Tn7 elements can be readily transferred to recombinants production. In this work, its presented the constructions of recombinant Pseudomonas strains harboring PHA synthase genes from Ralstonia eutropha and Aeromonas strains in specific sites of its chromosome, and the production of P(3HB-co-3HO-co-3HD). Obtained clones were screened to confirm chromosomic insertion of the phaC sequences. Positive clones PHA production and composition were evaluated in shaken-flasks assays using glucose as the only carbon source. One of the constructed recombinants accumulated P(3HB-co-3HO-co-3HD), corresponding about to 2 % of its Cell Dry Weight as PHA.

Polihidroxialcanoatos (PHA) são poliésteres acumulados por diversas bactérias a partir de fontes renováveis e são termoplásticos, biodegradáveis e biocompatíveis. A variabilidade da composição monomérica de PHA determina suas propriedades mecânicas e permite seu uso em diversas aplicações. A PHA sintase é a enzima responsável pela polimerização do PHA. O objetivo deste trabalho foi à busca por genes codificadores desta enzima, construção e avaliação de recombinantes portando tais genes. Inicialmente buscaram-se novos genes de PHA sintase a partir de clones de uma biblioteca metagenômica previamente detectados por PCR como positivos para algum tipo de PHA sintase. Posteriormente buscou-se PHA sintases de classe III e construiram-se recombinantes de Pseudomonas sp e B. sacchari pela introdução de genes de C. vinosum (phaECCv). Nas duas recombinantes, os genes inseridos foram capazes de aumentar a fração de 3HHx em relação a linhagem selvagem, quando se utilizou glicose e hexanoato como fontes de carbono. / Polyhydroxyalkanoates (PHA) are polyesters accumulated from renewable sources by several bacteria and are thermoplastic, biodegradable and biocompatible. The variability of the PHA monomer composition determines its mechanical properties and allows their use in many applications. PHA synthase is the enzyme responsible for the polymerization of PHA. The objective was to search for genes encoding this enzyme, construction and the assessment of recombinant bacteria carrying such genes. Initially a screening of PHA synthase genes was made from a metagenomic library clones previously identified as positive by PCR for any type of PHA synthase. Later a search for class III PHA synthases was made as a construction of a recombinant Pseudomonas sp and B. sacchari by introducing genes of C. vinosum (phaECCv). In the two recombinant strains, the genes inserted were able to increase the fraction of 3HHx compared to the wild strain when glucose and hexanoate was used as carbon sources.

Os polihidroxialcanoatos (PHA) são poliésteres bacterianos. Na sua biossíntese, a PHA sintase incorpora monômeros 3HA à cadeia polimérica. O objetivo deste trabalho foi estudar o potencial da PHA sintase de 2 isolados do gênero Burkholderia sp. na produção de copolímeros. Construiram-se linhagens recombinantes que abrigavam os genes da PHA sintase classe I, em mutantes de Pseudomonas sp. e Burkholderia sacchari, que não acumulam PHA. Foram realizados ensaios de acúmulo de PHA usando glicose como fonte de carbono, apresentando a produção de unidades de 3HB, 3HO e 3HD nas linhagens recombinantes de Pseudomonas sp. As linhagens recombinantes de B. sacchari incorporaram como único constituinte P(3HB). Ensaios de acúmulo de PHA foram realizados nas linhagens recombinantes de B. sacchari, usando como co-substratos diferentes ácidos graxos, sendo detectada a incorporação de unidades de 3HV e 3HHx além do 3HB, quando foram fornecidos acido hexanóico e valérico. Estes resultados indicam que as PHA sintases classe I são capazes de incorporar diferentes unidades monoméricas. / The polyhydroxyalkanoates (PHA) are bacterial polyester. In their biosynthesis, the PHA synthase incorporates monomers 3HA to the polymer chain. The objective of this work was to study the potential of PHA synthase of 2 isolates of the genus Burkholderia sp. in the production of copolymers. Were constructed recombinant strains that housed the genes of PHA synthase class I mutants of Pseudomonas sp. and Burkholderia sacchari, which do not accumulate PHA. PHA accumulation assays were performed using glucose as carbon source, showing the production of units of 3HB, 3HO and 3HD in recombinant strains of Pseudomonas sp. The recombinant strains of B. sacchari incorporated as single constituent P(3HB). PHA accumulation assays were performed on the recombinant strains of B. sacchari, Using as co-substrates different fatty acids, being detected the incorporation of units of 3HV and 3HHx beyond the 3HB, when were supplied hexanoic acid and valerico. These results indicate that the PHA synthases class I are able to incorporate different monomer units.

Os polihidroxialcanoatos (PHA) são poliésteres bacterianos. Na sua biossíntese, a PHA sintase incorpora monômeros 3HA à cadeia polimérica. O objetivo deste trabalho foi estudar o potencial da PHA sintase de 2 isolados do gênero Burkholderia sp. na produção de copolímeros. Construiram-se linhagens recombinantes que abrigavam os genes da PHA sintase classe I, em mutantes de Pseudomonas sp. e Burkholderia sacchari, que não acumulam PHA. Foram realizados ensaios de acúmulo de PHA usando glicose como fonte de carbono, apresentando a produção de unidades de 3HB, 3HO e 3HD nas linhagens recombinantes de Pseudomonas sp. As linhagens recombinantes de B. sacchari incorporaram como único constituinte P(3HB). Ensaios de acúmulo de PHA foram realizados nas linhagens recombinantes de B. sacchari, usando como co-substratos diferentes ácidos graxos, sendo detectada a incorporação de unidades de 3HV e 3HHx além do 3HB, quando foram fornecidos acido hexanóico e valérico. Estes resultados indicam que as PHA sintases classe I são capazes de incorporar diferentes unidades monoméricas. / The polyhydroxyalkanoates (PHA) are bacterial polyester. In their biosynthesis, the PHA synthase incorporates monomers 3HA to the polymer chain. The objective of this work was to study the potential of PHA synthase of 2 isolates of the genus Burkholderia sp. in the production of copolymers. Were constructed recombinant strains that housed the genes of PHA synthase class I mutants of Pseudomonas sp. and Burkholderia sacchari, which do not accumulate PHA. PHA accumulation assays were performed using glucose as carbon source, showing the production of units of 3HB, 3HO and 3HD in recombinant strains of Pseudomonas sp. The recombinant strains of B. sacchari incorporated as single constituent P(3HB). PHA accumulation assays were performed on the recombinant strains of B. sacchari, Using as co-substrates different fatty acids, being detected the incorporation of units of 3HV and 3HHx beyond the 3HB, when were supplied hexanoic acid and valerico. These results indicate that the PHA synthases class I are able to incorporate different monomer units.

Polihidroxialcanoatos (PHA) são poliésteres acumulados por diversas bactérias a partir de fontes renováveis e são termoplásticos, biodegradáveis e biocompatíveis. A variabilidade da composição monomérica de PHA determina suas propriedades mecânicas e permite seu uso em diversas aplicações. A PHA sintase é a enzima responsável pela polimerização do PHA. O objetivo deste trabalho foi à busca por genes codificadores desta enzima, construção e avaliação de recombinantes portando tais genes. Inicialmente buscaram-se novos genes de PHA sintase a partir de clones de uma biblioteca metagenômica previamente detectados por PCR como positivos para algum tipo de PHA sintase. Posteriormente buscou-se PHA sintases de classe III e construiram-se recombinantes de Pseudomonas sp e B. sacchari pela introdução de genes de C. vinosum (phaECCv). Nas duas recombinantes, os genes inseridos foram capazes de aumentar a fração de 3HHx em relação a linhagem selvagem, quando se utilizou glicose e hexanoato como fontes de carbono. / Polyhydroxyalkanoates (PHA) are polyesters accumulated from renewable sources by several bacteria and are thermoplastic, biodegradable and biocompatible. The variability of the PHA monomer composition determines its mechanical properties and allows their use in many applications. PHA synthase is the enzyme responsible for the polymerization of PHA. The objective was to search for genes encoding this enzyme, construction and the assessment of recombinant bacteria carrying such genes. Initially a screening of PHA synthase genes was made from a metagenomic library clones previously identified as positive by PCR for any type of PHA synthase. Later a search for class III PHA synthases was made as a construction of a recombinant Pseudomonas sp and B. sacchari by introducing genes of C. vinosum (phaECCv). In the two recombinant strains, the genes inserted were able to increase the fraction of 3HHx compared to the wild strain when glucose and hexanoate was used as carbon sources.

Os microrganismos constituem dois terços da diversidade biológica na Terra, no entanto, muitos deles não podem ser cultivados por técnicas tradicionais. Portanto, o acesso a esta diversidade tem sido feita através da utilização de técnicas independentes de cultivo. Diante deste panorama, a metagenômica apresenta-se como uma alternativa, pois dispensa a necessidade de cultivo. Tal técnica possibilita inclusive a identificação e utilização do potencial metabólico destes organismos para o desenvolvimento de novos processos e produtos. Os polihidroxialcanoatos (PHAs) são poliésteres bacterianos, acumulados intracelularmente em forma de grânulos, cujas propriedades são similares a de alguns plásticos de origem petroquímica. O objetivo deste trabalho foi identificar e avaliar a diversidade de genes relacionados à produção de PHAs em bibliotecas metagenômicas de solo. A prospecção realizada resultou na identificação de clones contendo o gene phaC. De uma forma geral, pôde-se concluir que ainda há uma grande diversidade deste gene a ser descoberta no ambiente estudado. / Microorganisms constitute two third of the Earth\'s biological diversity, however, many of them cannot be cultured by standard techniques. Therefore, access to this diversity has been achieved through the use of culture-independent techniques. Facing this scenario, the metagenomic presents itself as an alternative, since it eliminates the need for cultivation. This technique also allows the identification and use of the metabolic pathways of these organisms to develop new processes and products. The polyhydroxyalkanoates (PHAs) are bacterial polyesters accumulated as granules, whose properties are similar to some plastics of petrochemical origin. The aim of this work was to identify and access the diversity of genes related to PHAs production in soil metagenomic libraries. The screening resulted in the identification of clones containing the phaC gene. In a general way, it was concluded that there is still a considerable diversity of this gene to be discovered in the study environment.

Os microrganismos constituem dois terços da diversidade biológica na Terra, no entanto, muitos deles não podem ser cultivados por técnicas tradicionais. Portanto, o acesso a esta diversidade tem sido feita através da utilização de técnicas independentes de cultivo. Diante deste panorama, a metagenômica apresenta-se como uma alternativa, pois dispensa a necessidade de cultivo. Tal técnica possibilita inclusive a identificação e utilização do potencial metabólico destes organismos para o desenvolvimento de novos processos e produtos. Os polihidroxialcanoatos (PHAs) são poliésteres bacterianos, acumulados intracelularmente em forma de grânulos, cujas propriedades são similares a de alguns plásticos de origem petroquímica. O objetivo deste trabalho foi identificar e avaliar a diversidade de genes relacionados à produção de PHAs em bibliotecas metagenômicas de solo. A prospecção realizada resultou na identificação de clones contendo o gene phaC. De uma forma geral, pôde-se concluir que ainda há uma grande diversidade deste gene a ser descoberta no ambiente estudado. / Microorganisms constitute two third of the Earth\'s biological diversity, however, many of them cannot be cultured by standard techniques. Therefore, access to this diversity has been achieved through the use of culture-independent techniques. Facing this scenario, the metagenomic presents itself as an alternative, since it eliminates the need for cultivation. This technique also allows the identification and use of the metabolic pathways of these organisms to develop new processes and products. The polyhydroxyalkanoates (PHAs) are bacterial polyesters accumulated as granules, whose properties are similar to some plastics of petrochemical origin. The aim of this work was to identify and access the diversity of genes related to PHAs production in soil metagenomic libraries. The screening resulted in the identification of clones containing the phaC gene. In a general way, it was concluded that there is still a considerable diversity of this gene to be discovered in the study environment.

Pseudomonas putida produz PHA de cadeia média (PHAMCL) a partir de carboidratos e óleos vegetais. Genes de biossíntese de P3HB (poli-3-hidroxibutirato) de Ralstonia eutropha foram inseridos em P. putida IPT046 selvagem e mutantes PHA-. A expressão de phaC, codificador da PHA sintase, permitiu o acumulo de PHA com alto teor de 3HB, indicando que P. putida possui enzimas geradoras de 3HB. A expressão de phaB mostrou que seu produto canaliza 3HB e 3-hidroxihexanoato (3HHx) da <font face=\"Symbol\">&#946-oxidação para a PHA sintase. Ao expressar phaC em IPT461, afetado na PHA sintase, 30% de P3HB-co-3HHx-co-3HO foram produzidos a partir de carboidratos, mostrando que há vias metabólicas eficientes para suprir 3HAMCL, que são incorporados pela PHA sintase de R. eutropha. Usando transposon mini-Tn5, obtiveram-se mutantes deficientes na biossíntese de PHA a partir de glicose ou glicose e octanoato. Não se detectaram mutantes exclusivamente deficientes no acúmulo de PHA a partir de octanoato, indicando que diferentes produtos gênicos canalizam intermediários da <font face=\"Symbol\">&#946-oxidação para a síntese de PHA. / Pseudomonas putida produces medium-chain-length PHA (PHAMCL) from carbohydrates and plant oils. Recombinants harboring the P3HB (polyhydroxybutyrate) biosynthesis genes from Ralstonia eutropha were constructed on P. putida IPT046 wild type and PHA- mutants. Expression of phaC, encoding, PHA synthase, allowed the synthesis of PHA with high 3HB content, indicating that P. putida has enzymes to generate 3HB. Expression of phaB showed that its product channels 3HB and 3-hydroxyhexanoate (3HHx) from <font face=\"Symbol\">&#946-oxidation to the PHA synthase. When phaC was expressed on IPT461, affected in the PHA synthase, 30% P3HB-co-3HHx-co-3HO were accumulated from carbohydrates, showing that there are metabolic pathways efficient to supply 3HAMCL, which are incorporated by the R. eutropha PHA synthase. Using mini-Tn5 transposon, mutants deficient on PHA biosynthesis from glucose or glucose and octanoate were produced. No mutant deficient exclusively on PHA biosynthesis from octanoate was detected. Thus different gene products may channel intermediates from <font face=\"Symbol\">&#946-oxidation to PHA biosynthesis.

Pseudomonas putida produz PHA de cadeia média (PHAMCL) a partir de carboidratos e óleos vegetais. Genes de biossíntese de P3HB (poli-3-hidroxibutirato) de Ralstonia eutropha foram inseridos em P. putida IPT046 selvagem e mutantes PHA-. A expressão de phaC, codificador da PHA sintase, permitiu o acumulo de PHA com alto teor de 3HB, indicando que P. putida possui enzimas geradoras de 3HB. A expressão de phaB mostrou que seu produto canaliza 3HB e 3-hidroxihexanoato (3HHx) da <font face=\"Symbol\">&#946-oxidação para a PHA sintase. Ao expressar phaC em IPT461, afetado na PHA sintase, 30% de P3HB-co-3HHx-co-3HO foram produzidos a partir de carboidratos, mostrando que há vias metabólicas eficientes para suprir 3HAMCL, que são incorporados pela PHA sintase de R. eutropha. Usando transposon mini-Tn5, obtiveram-se mutantes deficientes na biossíntese de PHA a partir de glicose ou glicose e octanoato. Não se detectaram mutantes exclusivamente deficientes no acúmulo de PHA a partir de octanoato, indicando que diferentes produtos gênicos canalizam intermediários da <font face=\"Symbol\">&#946-oxidação para a síntese de PHA. / Pseudomonas putida produces medium-chain-length PHA (PHAMCL) from carbohydrates and plant oils. Recombinants harboring the P3HB (polyhydroxybutyrate) biosynthesis genes from Ralstonia eutropha were constructed on P. putida IPT046 wild type and PHA- mutants. Expression of phaC, encoding, PHA synthase, allowed the synthesis of PHA with high 3HB content, indicating that P. putida has enzymes to generate 3HB. Expression of phaB showed that its product channels 3HB and 3-hydroxyhexanoate (3HHx) from <font face=\"Symbol\">&#946-oxidation to the PHA synthase. When phaC was expressed on IPT461, affected in the PHA synthase, 30% P3HB-co-3HHx-co-3HO were accumulated from carbohydrates, showing that there are metabolic pathways efficient to supply 3HAMCL, which are incorporated by the R. eutropha PHA synthase. Using mini-Tn5 transposon, mutants deficient on PHA biosynthesis from glucose or glucose and octanoate were produced. No mutant deficient exclusively on PHA biosynthesis from octanoate was detected. Thus different gene products may channel intermediates from <font face=\"Symbol\">&#946-oxidation to PHA biosynthesis.

Os polihidroxialcanoatos (PHAs) são poliésteres acumulados por microrganismos como material de reserva. O conhecimento das vias bioquímicas e enzimas envolvidas na biossíntese e degradação dos PHAs é uma importante ferramenta para auxiliar na produção industrial. A linhagem Burkholderia cepacia IPT64 é capaz de acumular uma blenda composta de P(3HB) e P(3H4PE) a partir de sacarose. Este trabalho está focado em duas das principais enzimas envolvidas na biossíntese de PHAs: a b-cetotiolase (phaA) e a PHA sintase (phaC). A primeira está associada à especificidade pelo substrato, e a segunda é considerada a enzima chave na síntese de PHAs. Neste trabalho a linhagem mutante phaC foi avaliada quanto à atividade enzimática de PHB sintase, que se constatou ter sido perdida. A presença de mais de uma tiolase no genoma de B. cepacia foi detectada. A inativação do gene phaABc identificado anteriormente, bloqueou totalmente a síntese de P(3HB), e não promoveu o aumento da quantidade total de polímero. Este resultado indica que a tiolase identificada é responsável direta do acúmulo de P(3HB). Outra indicação é que não há uma competição das vias de síntese dos dois polímeros P(3HB) e P(3H4PE), já que não houve alteração na quantidade de P(3H4PE) acumulado, mesmo quando P(3HB) deixou de ser acumulado. / The polyhydroxyalkanoates (PHAs) are polyesters accumulated by microorganisms as storage compounds. Knowing the biochemistry pathway and enzymes involved in the biosynthesis and degradation of PHAs is an important tool to help industrial production. The Burkholderia cepacia IPT64 strain is able to accumulate a blend of P(3HB) and P(3H4PE) from sucrose. The focus of this work is on the two main enzymes involved in PHA biosynthesis: the b-ketothiolase (phaA) and the PHA synthase (phaC). The first one is associated with substrate specificity, and the second one is considered the key enzyme in PHA synthesis. In this work a mutant strain phaC was evaluated on its PHB synthase enzymatic activity, that was discovered to have been lost. The presence of other thiolases in the B. cepacia genome was detected. The inactivation of phaABc gene identified previously, blocked totally the P(3HB) synthesis, and didnt increase the polymer content. This result indicates that the identified thiolase is directly responsible for P(3HB) accumulation. Another indication is that the synthesis pathways of the two polymers, P(3HB) and P(3H4PE), dont compete with each other, because the content of P(3H4PE) was not altered, even when the P(3HB) was not accumulated.