Ph. D.

An endo-1,4-β-D-glucanase (E.C. 3.2.1.4) and two exo-1,4-β-D-glucanases (exo-cellobiohydrolases I (D) and II, E.C. 3.2.1.91) have been purified to electrophoretic homogeneity from the extracellular culture filtrate of the imperfect fungus Trichoderma reesei QM 9414 grown on microcrystalline cellulose (Avicel). These three glycoprotein enzymes are the principal components of the cellulase system and constitute <95% of the extracellular protein produced by this organism when grown on cellulose or when incubated in the presence of sophorose (Q-β-D-glucopyranosyl (1->2) α-D-glucopyranose). The glucanases have been characterized with respect to a number of structural and enzymic properties. Neutral carbohydrate, predominantly mannose with some glucose, contributes 5, 21.2 and 14.1 percent of the weight of cellobiohydrolase I (D), cellobiohydrolase II and the endoglucanase, respectively. All three enzymes have a high proportion of acidic and hydroxylated amino acids, but much less of basic amino acids. Sedimentation equilibrium studies yielded the following molecular weights for the glucanases: cellobiohydrolase I (D) 53,220±1479; cellobiohydrolase II 54682±2683; endoglucanase 45,215±1483. Cellobiohydrolase I (D) is the most acidic (pH_I <3.8) of the three enzymes, whereas the endoglucanase and cellobiohydrolase II have isoelectric points of 4.7 and 5.6, respectively. All three lose activity when exposed to alkaline conditions, and the extent of alkali lability is directly related to carbohydrate content. This instability, as well as the low amino sugar content of the enzymes, indicates that the carbohydrate may be linked to the polypeptide via O-glycosyl bonds to serine or threonine residues. Among the three enzymes, the endoglucanase is most resistant to thermal inactivation retaining 70% of its initial activity on swollen cellulose after a 20 min preincubation at 70°. The optimum pH for activity is ca.4.9 for the endoglucanase and cellobiohydrolase II, whereas cellobiohydrolase I (D) has a broader pH range for activity, between pH 5.2 to 5.6. The mechanism of action of each glucanase was investigated by quantitative high performance liquid chromatographic analysis of the products arising from various cellulosic substrates as a result of enzymic action. Cellobiohydrolases I (D) and II produce predominantly (>90%) cellobiose from either oligosaccharides or cellulose. Cellobiohydrolase I (D) is unique among the three glucanases in its ability to cleave cellotriose. The endoglucanase reduces the viscosity of carboxymethylcellulose solutions with a specific activity of 116 (expressed as the change in specific fluidity/min/mg protein). This enzyme also possesses significant transglycosylation activity. When the three glucanases are combined in the proportion 60:25:15, cellobiohydrolase I (D): cellobiohydrolase II: endoglucanase (w/w) respectively, the resulting mixture exhibits activity identical to that of the crude enzyme preparation, with either swollen or crystalline cellulose as the substrate. All three glucanases are essential for the degradation of crystalline cellulose. Cellobiohydrolase I (D) crossreacts immunologically with cellobiohydrolases I forms A, B and C, but not with cellobiohydrolase II, justifying the designation of CBH I and II as isozymes rather than forms of the same enzyme. An enriched β-glucosidase preparation from the culture filtrate of Trichoderma reesei QM 9414 formed a single precipitin line when allowed to react with antiserum to the β-glucosidase previously purified from a commercial T. viride cellulase preparation. The absence of any spurs of nonidentity indicates that these two enzymes are structurally very similar. Lack of crossreactivity is observed between cellobiohydrolase I (D) and the endoglucanase purified during this investigation, but the latter crossreacts weakly with antiserum to cellobiohydrolase II. / Ph. D.

L'activité cellulolytique est recherchée chez des champignons filamenteux microscopiques isolés de sols environnant les sources thermales des régions Guelma (Hammam Debagh) et de Mila (Hammam Grouz-Atmania et Hammam Safsaf-Teleghma). 88 souches fongiques sont isolées, appartenant à six genres différents : Aspergillus, Alternaria, Emericella, Fusarium, Penicillium et Trichoderma. Leur sélection (test au papier filtre et le test des plaques à trous), montre que seule la souche J2 possède une activité cellulolytique importante, comparable à celle de la souche T. reesei Rut C-30. Cet isolat appartient à l'espèce Trichoderma longibrachiatum Rifai. A 35°C, notre isolat ne montre pas de différences significatives des activités papier filtre et endoglucanase par rapport à T. reesei Rut C-30, mais l'activité β-glucosidase produite par notre isolat est deux fois plus que celle produite par cette dernière. Avec un taux d'ensemencement de 106spores/ml, la souche est en activité maximale. Un bon rendement en enzyme est obtenu avec des spores âgées de 6 jours. La souche D choisie du sous-clonage, est cultivée en fermenteur de 4 litres sur le milieu minéral Mandel Avicel 1%, et produit un maximum d'activité papier filtre 1.88UI/ml, d'activité endoglucanase 11.22UI/ml et d'activité β-glucosidase 0.64UI/ml après 128 heures, 144 heures et 120 heures d'incubation, respectivement. Les enzymes papier filtre et endoglucanase sont optimalement active à 60°C et 55°C, respectivement. Un pH optimum de 4.0 et 5.0 pour l'activité papier filtre, alors que l'activité endoglucanase à un pH optimum de 4.0. L'activité endoglucanase est thermostable, elle résiste à un traitement thermique pendant 5 heures à 70°C, 80% de son activité originale est maintenue. La demi-vie de l'activité papier filtre est de 3 heures à 60°C. Le substrat CMC améliore la stabilité thermique de ces enzymes. Ces enzymes sont stables à 50°C pendant 5 heures dans une gamme de pH de 3.0 à 6.0 et 4.0 à 6.0, respectivement. L'EDTA (5 mM), provoque une forte diminution des enzymes, alors que, le β-mercaptoethanol (5 mM) conduit à leur activation. Les cations divalents calcium (Ca2+) et zinc (Zn2+), provoquent une augmentation et une amélioration des activités enzymatiques en présence de l'EDTA. L'extrait enzymatique brut est capable d'hydrolyser les substrats cellulosiques insolubles, cette enzyme peut ainsi être classée comme un type endo et exo de la cellulase. Par ces caractéristiques, production de l'enzyme, thermostabilité et pH acide, notre souche sauvage Trichoderma longibrachiatum peut être attractive en industrie pour la production de la cellulase.Mots clés : Moisissures, isolement, écosystèmes extrêmes, cellulase, thermostabilité. / Filamentous fungi found in soils surrounding the hydrothermal stations of regions in the east of Algeria: Guelma (Hammam Debagh) and Mila (Hammam Grouz-Atmania, Hammam Safsaf-Teleghma), are screened for the presence of cellulase activity. 88 fungal strains were isolated and identified from six kinds: Aspergillus, Alternaria, Emericella, Fusarium, Penicillium and Trichoderma. Their selection (filter paper test and test of perforated plates) shows that only the strain J2 has a significant cellulolytic activity. This isolate belongs to the species of Trichoderma longibrachiatum Rifai. At 35°C, our isolate shows equivalent activities filter paper and endoglucanase than T. reesei. On the other hand the β-glucosidase activity of our isolate was until twice more important than T. reseei one. With an inoculum size of 106 spores/ml the strain produces the maximum enzyme activities. A good yield of enzyme is obtained with spores aged of six days. The strain D allowed from subcloning cultivated in 4 liter fermenter on Mandels medium with cellulose Avicel (1%) produces maximum activities of filter paper (1.88UI/ml), endoglucanase (11.22UI/ml) and β-glucosidase (0.66UI/ml) after 128 hours, 144 hours and 120 hours, respectively. The optimum temperatures were 55°C and 60°C for endoglucanase and FPA, respectively. The endoglucanase was optimally active at pH 4.0, and the FPA was optimal at pH 4.0 and 5.0. The endoglucanase was thermostable at 70°C after 5 hours incubation, preserved 80% of the original activity. The half-life of the filter paper activity appeared to be 3 hours at 60°C. These activities were stable at 50°C after 5 hours incubation in a pH range of 3.0 to 6.0 and 4.0 to 6.0, respectively. The EDTA (5mM) causes a significant diminution of the enzymes, while the β-mercaptoethanol (5mM) leading to their activation. Divalent cations calcium (Ca2+) and zinc (Zn2+) cause an increase and improvement of enzymes activities in the presence of EDTA (5mM). The crude enzyme extract is able to hydrolyse insoluble cellulosic substrates. This enzyme can be classified as an endo and exo type of the cellulase. These results suggested that the no-mutated strain Trichoderma longibrachiatum should be an attractive producer for cellulases production.Keywords: Fungi; isolation; extreme ecosystems; cellulase; thermostability.

Orientador: Leonardo Fernandes Fraceto / Resumo: A demanda pelo uso de produtos para uma agricultura sustentável com um menor impacto no ambiente tem sido cada vez maior. Sendo assim, a utilização do controle biológico é uma alternativa para diminuir o uso dos agrotóxicos e os consequentes riscos. O fungo Trichoderma harzianum é um exemplo de controle biológico eficaz contra o patógeno Sclerotinia sclerotiorum (mofo branco), o qual atinge diversas culturas e traz perdas na produção que podem chegar até 100 %. Porém, a utilização desse fungo de controle biológico pode encontrar alguns problemas como, por exemplo, estresse do fungo por fatores bióticos e abióticos. Uma possível solução para esse tipo de problema é a microenpcaulação. Desta maneira, este trabalho teve por objetivo desenvolver micropartículas de alginato de cálcio e de quitosana como sistema carreador de fungos, caracterizar o sistema de micropartículas através de métodos físico-químicos, avaliação molecular da microbiota do solo, antagonismo contra o fitopatógeno S. sclerotiorum e o efeito das micropartículas em plantas. O tamanho médio das micropartículas de alginato de cálcio e quitosana foi de 2000 μm e 2500 μm, respectivamente. A microscopia eletrônica de varredura confirmou a morfologia esférica das micropartículas após o processo de desidratação. O ensaio de fotoestabilidade revelou uma maior proteção do fungo Trichoderma harzianum quando encapsulado nas micropartículas de alginato de cálcio. Os ensaios de Calorimetria Diferencial de Varredura (DSC) e Es... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Doutor

O fungo filamentoso Trichoderma reesei é uma espécie de grande importância biotecnológica no que tange a degradação de biomassa lignocelulósica para a produção de bioetanol em larga escala. Seu sistema de enzimas celulolíticas é muito eficiente, apesar de ser possuir poucas celulases, sugerindo que o controle dessas enzimas vai além da regulação transcricional. Assim, neste trabalho nós obtivemos o perfil fosfoproteômico de T. reesei cultivado em glicose e bagaço de cana-de-açúcar a partir de análise fosfoproteômica LC-MS/MS por spectral counting. A comparação entre os perfis de fosfoproteínas obtidos das linhagens parental QM6a de T. reesei e dos mutantes knockout para TMK1 e TMK2 permitiu a demonstração de que essas MAPK agem de maneira interconectada com outras vias de transdução de sinal na célula, especialmente a via de TOR e de AMPc-PKA, para regulação da produção de celulases. Além disso, também demonstramos a regulação da resposta a estresse celular por TMK2, e o papel da fosforilação no controle direto de enzimas CAZy. Nossos resultados mostram que a fosforilação desempenha papel importante na regulação dessas enzimas e de outras funções celulares no fungo após a transcrição de seus respectivos genes. O agrupamento desses dados permite melhor entendimento da via de sinalização mediada pelas MAPK TMK1 e TMK2 de T. reesei, e como as modificações pós-traducionais promovidas por elas afetam no sensing de nutrientes celulares e, por consequência, na produção de enzimas celulolíticas, de forma direta ou indireta. / The filamentous fungus Trichoderma reesei has great biotechnological importance in regards to the lignocellulosic biomass degradation for large-scale production of bioethanol. Its cellulolytic system is very efficient, despite being composed by only a few cellulases, which suggests that the control of these enzymes goes beyond their transcriptional regulation. Thus, in this study, we performed a spectral counting LC-MS/MS analysis and achieved the phosphoproteomic profile of T. reesei grown either in glucose or sugarcane bagasse as sole carbon source. The comparison between the phosphoproteins profiles obtained from the parental strain QM6a and the knockout mutants for TMK1 and TMK2 allowed us to demonstrate that these MAPK act in an interconnected manner with other signaling transduction pathways, especially the TOR and cAMP-PKA pathways, in order to regulate the cellulases production. Furthermore, we were also able to determine the regulation of cellular stress response by TMK2, and the role of phosphorylation in the direct control of CAZymes. Our results show that phosphorylation plays an important role on the control of these enzymes and other cellular functions in T. reesei after the transcription of their respective genes. Taken together, this data allows better comprehension of the signaling pathways mediated by TMK1 and TMK2 in T. reesei, and how the post-translational modification promoted by these MAPK might affect the nutrient sensing and, therefore, the production of the cellulolytic enzymes, either directly or indirectly.

Celulases têm atraído muito interesse nos últimos anos devido a sua habilidade na bioconversão de material lignocelulolítico em glucose, a qual pode, então, ser convertida a etanol por fermentação. O complexo celulolítico capaz de degradar a celulose consiste de várias enzimas (principalmente celulases e &beta;-glucosidases) e proteínas auxiliadoras, que atuam em sinergismo para eficientemente hidrolizar a biomassa. Nesse estudo, investigou-se a hidrólise enzimática do bagaço de cana-de-açúcar pré-tratado utilizando enzimas produzidas por T. harzianum e enzima comerial. O rendimento de hidrólise foi avaliado quanto a diferentes níveis de deslignificação de biomassa, graus de cristalinidade da celulose, composição dos coquetéis enzimáticos e adição de BSA. Estudos de difração de raios-X mostraram que a cristalinidade da lignocelulose não é um fator determinante na recalcitrância ao ataque enzimático. Além disso, a adição de BSA não teve qualquer efeito no rendimento da hidrólise. O mais eficiente coquetel enzimático foi obtido misturando o preparado comercial com o produzido pelo T. harzianum (rendimento acima de 97%). Esse desempenho está, provavelmente, relacionado com níveis adequados de &beta;-glucosidases e xilanases no coquetel. Devido a essa eficiente atividade celulolítica, o fungo T. harzianum tem um grande potencial em aplicação para hidrólise de biomassa. A celobiohidrolase I, uma exoglucanase, é a principal enzima secretada por esse fungo (cerca de 60% do total) e nesse estudo ela foi expressa em bioreator, purificada por cromatografia de troca iônica seguida de gel filtração e caracterizada bioquímica, biofísica e estruturalmente. Conforme confirmado por SAXS, tanto a CBHI inteira quanto seu domínio catalítico, obtido por digestão parcial com papaína, são monoméricos em solução e apresentam distância máxima (DMax) de 110 e 60 &Aring;, e raio de giro (Rg) de 20 e 27 &Aring;, respectivamente. Os resultados indicam que o linker é flexível em solução e confirmam o formato de girino da enzima. A CBHI possui atividade máxima em pH 5.0 e temperatura de 50 &deg;C, com atividade específica contra Avicel &reg e pNPC de 0,28 and 1,53 U/mg, respectivamente. Outras celulases de interesse foram também expressas para caracterização, no entanto, para essas, foi utilizado o sistema de expressão heteróloga em Aspergillus Níger ou Pichia pastoris. O domínio catalítico da endoglucanase I de T. harzianum foi expresso em A. Níger. A proteína tem atividade específica contra CMC de 15,8 U/mg e pH e temperatura ótima de 3 e 50 &deg;C, respectivamente. A proteína é estável nessas condições em até 3 dias de incubação (dados de ensaios de atividade residual). Estudos biofísicos de deslocamento térmico e dicroísmo circular apresentaram alguns parâmetros de estabilidade de estrutura terciária e secundária, respectivamente. A proteína perde estrutura terciária regular, em pH 5, em torno de 30 &deg;C mas sua estrutura secundária é desordenada somente em pH 9 (quando a 25 &deg;C). Experimentos de dicroísmo circular também indicaram a composição de estrutura secundária do domínio catalítico da EGLI de 6% de &alpha;-hélice e 42% de folhas- &beta;. / Cellulases have attracted an outstanding interest in the recent years because of its ability in the bioconversion of cellulose-containing raw materials into glucose, which can then be converted into ethanol by fermentation. The cellulase complex able to degrade cellulose consists of several enzymes (mainly cellulases and &beta;-glucosidases) and auxiliary proteins, which act in synergism to efficiently solubilize the biomass. In this study, we investigated the enzymatic hydrolysis of pretreated sugarcane bagasse using crude enzyme extracts produced by Trichoderma harzianum as well as from the extract in combination with a commercial cocktail. The influence of different levels of biomass delignification, degree of crystallinity of lignicellulose, composition of enzymatic activities and BSA on enzymatic hydrolysis yields was evaluated. Our X-ray diffraction studies showed that crystallinity of lignocellulose is not a key determinant of its recalcitrance toward enzymatic hydrolysis. In fact, under the experimental conditions, an increase in crystallinity of lignocellulosic samples resulted in increased glucose release by enzymatic hydrolysis. Furthermore, under the same conditions, the addition of BSA had no significant effect on enzymatic hydrolysis. The most efficient enzyme blends were obtained by mixing a commercial enzymatic cocktail with T. harzianum cellulase preparations (above 97%). Increased hydrolytic efficiencies appeared to correlate with having an adequate level of both &beta;-glucosidase and xylanase activities in the blends. Due to its elevated cellulolytic activity, the filamentous fungus T. harzianum has a considerable potential in biomass hydrolysis applications. The cellobiohydrolase I, an exoglucanase, is the main enzyme secreted by this fungus (about 60% of total) and in this study we have expressed, purified and performed an initial biochemical, biophysical and structural characterization. As confirmed by small angle X-ray scattering (SAXS) both full-length CBHI and its catalytic core domain (CCD), obtained by partial digestion with papain, are monomeric in solution and they have Dmax of 110 and 60 &Aring;, and Rg of 20 and 27 &Aring;, respectively. The results indicate that the linker is flexible in solution and confirmed the tadpole shape of the enzyme. CBHI displays maximum activity at pH 5.0 and temperature of 50 &deg;C, with specific activities against Avicel &reg and pNPC of 0,28 and 1.53 U/mg, respectively. Other celulases were also expressed, however, for them we have used the heterologous expression system in Aspergillus niger and Pichia pastoris. The catalytic domain of endoglucanase I from T. harzianum was expressed in A. niger and partially characterized. The protein has specific activity against CMC of 15.8 U/mg and optimum pH and temperature of 3 and 50 &deg;C, respectively. The protein is stable in these conditions until 3 days of incubation. Biophysical studies of termal shift and circular dichroism (CD) assays have showed some parameters of stability of tertiary and secondary structure of the protein. It loses regulary terciary structure in pH 5 around 30 &deg;C but the secondary structure is desordened only in pH 9 at 25 &deg;C. CD experiments also indicated the secondary structure compsition of the catalytic domain of EGLI: 6% de &alpha;-helices and 42% de &beta;-sheet.

O gene TrCit do fungo filamentoso Trichoderma reesei codifica a proteína citrato sintase, uma enzima chave do ciclo de Krebs. Análise da região 5´ upstream de TrCit mostra que o gene está adjacente ao gene TrIcl (que codifica a proteína isocitrato liase, uma enzima do ciclo de glioxalato), em uma orientação cabeça-cabeça. A região promotora intergênica de 647 pb rica em G + C, apresenta uma ilha CpG, seqüência INR, caixas GC, caixas CAAT, sítios de ligação para diversos fatores de transcrição e é isenta de caixa TATA. O gene TrCit de 1573 pb contém 3 éxons e 2 íntrons. Sua seqüência codificadora de 1422 pb produz uma proteína de 474 aminoácidos, com um peso molecular estimado de 52,3 kD. O gene TrIcl de 1880 pb contém 3 éxons e 2 íntrons. Sua seqüência codificadora de 1788 pb produz uma proteína de 596 aminoácidos, com um peso molecular estimado de 65,4 kD. A atividade transcricional da região promotora foi analisada utilizando como repórter o gene de higromicina B fosfotransferase (hph). Uma região funcional necessária à transcrição de ambos os genes foi identificada na região central do promotor e contém uma caixa GC que liga o putativo fator de transcrição Sp1 de T. reesei (TrZnFSp1). O gene do putativo fator de transcrição “zinc-finger" TrZnFSp1 de 1500 pb contém 3 éxons e 2 íntrons. Sua seqüência codificadora de 1344 pb produz uma proteína de 448 aminoácidos, com um peso molecular estimado de 48,4 kD. Os resultados mostram que ambos os genes são transcritos de forma divergente a partir de um promotor bidirecional que compartilha na região central uma caixa GC, necessária para a transcrição de ambos os genes. / The TrCit gene from the filamentous fungus Trichoderma reesei codes for the citrate synthase protein, a key enzyme in the Krebs cycle. Analysis of TrCit 5’ upstream region showed that it is adjacent to the TrIcl gene that codes for isocitrate lyase protein, an enzyme involved in the glyoxylate cycle. Both genes, on a head-to-head orientation, are separated by an intergenic GC-rich and TATA-less promoter region of 647 base pairs. This bidirectional promoter has diverse cis regulatory elements: a CpG island, two INR sequences, GC boxes, CAAT boxes and several putative interaction sites for different transcription factors. The TrCit gene, 1,573-base pair-long, has an open reading frame of 1,422 base pairs interrupted by two introns. The gene codes for a protein with an estimated molecular weight of 52.3 kD. The TrIcl gene, 1,880-base pair-long, contains 3 exons and 2 introns and a putative coding sequence of 1,788 base pairs. The estimated molecular weight of TrICL is 65.4 kD. he transcriptional activity of the intergenic promoter region was analyzed using hygromicin B phosphotransferase (hph) as a reporter gene. A functional region required for the transcription of both genes was identified in the centre of this promoter. It has a GC box that interacts with a putative transcription factor Sp1 from T. reesei (TrZnFSp1). The results presented in this work show that both genes are divergently transcribed from a bidirectional promoter that shares an essential central GC box.

A Floresta Amazônica, o maior bioma brasileiro, é caracterizado pela ampla diversidade e heterogeneidade de seus ecossistemas. Os solos amazônicos, em geral, abrigam elevada diversidade microbiana que desempenha papeis importantes na ciclagem de nutrientes, mediante a decomposição da matéria orgânica. Dentre os micro-organismos, os fungos se destacam como os principais agentes envolvidos na biodegradação. Esses micro-organismos produzem um coquetel de enzimas do complexo celulolítico que são de grande importância biotecnológica. Desse modo, diante da importância econômica dos fungos, o presente trabalho propôs, acessar fungo do gênero Trichoderma, obtidos de solos da Floresta Amazônica, na busca por linhagens com alto potencial celulolítico. Assim, a partir de amostras de solos coletados em doze pontos da floresta foram obtidos 151 isolados de Trichoderma spp. O sequenciamento do gene que codifica para o de elongação da transcrição alfa-1, evidenciou a prevalência de sete espécies de Trichoderma. Do total de isolados, as mais abundantes foram: Trichoderma spirale (37%), Trichoderma strigosum (22%), Trichoderma harzianum (18%) e Trichoderma asperellum (17%). As linhagens foram submetidas a triagem para atividade celulolítica. Duas linhagens, T. harzianum AMS 23.14 e T. harzianum AMS 29.14 apresentaram atividade enzimática superior ao padrão, T. reesei RUT C-30 e foram submetidas a avaliação da atividade enzimática em diferentes condições de cultivos (bagaço de cana-deaçúcar tratado e não tratado, em dois pHs: 3 e 5). Foi observado atividade superior das linhagens amazônicas para as três enzimas estudadas (endoglucanase, exoglucanase e &beta;-glicosidase), quando comparadas à linhagem padrão utilizada. A atividade enzimática foi positivamente influenciada pelo pH ácido, assim como pelo substrato não tratado. A partir destes resultados é notório que as linhagens isoladas desse bioma possuem grande potencial de atividade celulolítica, e que estudos mais aprofundados podem proporcionar o futuro emprego desses fungos em diversas áreas industriais. / The Amazon Rain Forest, the largest Brazilian biome, is characterized by the wide diversity and heterogeneity of its ecosystems. Amazonian soils, in general, harbor high microbial diversity that plays important roles in the cycling of nutrients, through the decomposition of organic matter. Among the microorganisms, fungi stand out as biodegradation agents. These microorganisms produce cellulolytic enzymes that are of great economic and biotechnological importance. The present work proposed to access the fungal population of the genus Trichoderma, isolated from Amazonian Forest soils, in the search for lineages with high potential of cellulolytic activity. Twelve soil samples were collected, resulting in the isolation of 151 strains of Trichoderma spp. Gene sequencing of the alpha-1 transcription elongation factor region with the EF1 and TEFR primers evidenced the prevalence of seven Trichoderma species. Of the total isolates, Trichoderma spirale (37%), Trichoderma strigosum (22%), Trichoderma harzianum (18%) and Trichoderma asperellum (17%) were the most abundant. The strains were screened for qualitative cellulolytic activity in solid medium and quantitative in liquid medium. Two strains, T. harzianum AMS 23.14 and T. harzianum AMS 29.14 showed enzymatic activity superior to T. reesei RUT C-30, and were sent to the evaluation of the enzymatic activity in different conditions (sugarcane bagasse treated and untreated, in two pHs: 3 and 5). Superior activity of the Amazonian strains was observed for the three enzymes studied (endoglucanase, exoglucanase and &beta;-glucosidase) when compared to the T. reesei RUT C-30 standard. The enzymatic activity was positively influenced by pH 3, as well as by the untreated substrate. From these results, it is well known that isolated strains of the Amazonian environment have a great potential for cellulolytic activity, and that further studies may provide the future employment of these strains in several areas of industry.

A grande diversidade de organismos que hoje encontramos em nosso planeta se deve à adaptação às diferentes condições ambientais de cada nicho ecológico existente e à resposta adaptativa originária das mudanças dessas condições. Pode-se considerar que a etapa inicial do processo de adaptação seja a reprogramação da expressão gênica dum organismo como resposta imediata a uma nova condição ambiental. De fato parte do genoma de todos os organismos é dedicada à codificação de proteínas relacionadas ao controle dos efeitos nocivos criados por diferentes tipos de estresse como choque térmico, ou osmótico, estresse oxidativo, ou aqueles resultantes de altas concentrações de íons de metais pesados. De forma semelhante, a ausência, ou exaustão, de fontes de macronutrientes, como carbono, nitrogênio, fósforo ou enxofre, exige uma reorganização do padrão de expressão gênica para adequação às novas condições nutricionais, também sendo considerada um estresse ambiental. Visto que a maioria dos estudos de análise da expressão gênica em resposta a estresses ambientais realizados em fungos se refere às leveduras unicelulares Saccharomyces cerevisiae e Schizossacharomyces pombe, nos propusemos a estudar tal resposta no fungo filamentoso multicelular Trichoderma reesei. Dessa forma analisamos por meio da técnica de \"microarrays\" de cDNAs a expressão gênica de aproximadamente 2.000 transcritos desse organismo em resposta a choque térmico, à alta concentração de íons de cádmio II e à ausência de fonte de carbono, ou nitrogênio, por período de 2 horas. Em geral, as respostas aos estresses se compuseram da regulação negativa da transcrição de genes envolvidos em processos com alta demanda de energia como a síntese protéica, evidenciada pela repressão da expressão de genes de proteínas ribossomais e do anabolismo. Em contrapartida, genes codificando proteínas relacionadas à defesa celular, como chaperonas, tiveram sua expressão induzida. As respostas ao choque térmico e ao tratamento com cádmio II se mostraram bastantes semelhantes, enquanto a ausência de fonte de nitrogênio também induziu a expressão de genes relacionados à degradação de proteínas e nucleotídeos. Genes relacionados à utilização de reservas lipídicas foram induzidos tanto na ausência de fonte de carbono quanto de nitrogênio. Foram identificados reguladores transcricionais e componentes de vias de sinalização celular com expressão diferenciada frente a esses diferentes estresses ambientais. A maior parte dos genes cuja expressão se alterou em função dos diversos estresses ambientais estudados ainda não tem função celular conhecida, sendo essa observação, portanto, uma contribuição importante para sua anotação funcional. Uma vez que o fungo filamentoso Trichoderma reesei vem se tornando um organismo de valor biotecnológico por sua característica de alto poder de síntese e secreção de proteínas, esperamos que os dados apresentados forneçam um maior entendimento dos processos celulares desse organismo e possam subsidiar futuros projetos visando uma melhor adaptação do mesmo a ambientes industriais. / The diversity of organisms found today in our planet is due to their adaptation to different environmental conditions present in each ecological niche, and to the adaptative response originated from changes in those conditions. The first step in the adaptation process is considered to be the reprogramming of gene expression as an immediate response to a new environmental condition. A fraction of the genome from all living organisms is dedicated to encoding proteins related to the control of deleterious effects created by different types of stresses like heat or osmotic shock, oxidative stress, or by the presence of high concentrations of heavy metal ions. Similarly, the absence or exhaustion of macronutrients as carbon, nitrogen, phosphorous or sulphur sources demand new patterns of gene expression in order to the organisms survive in a limited nutritional condition, which is also considered an environmental stress. Once the gene expression analyses in fungi as a response to environmental stresses have been widely studied in the yeasts Saccharomyces cerevisiae and Schizossacharomyces pombe, we proposed to study such response in the multicellular filamentous fungus Trichoderma reesei. To this purpose, we have utilized the cDNA microarray technique to analyze the gene expression of approximately 2,000 T. reesei transcripts in response to heat shock, to high concentration of cadmium II ions and to a 2-hour absence of carbon or nitrogen source. As a general response to the four studied stresses, we observed on one hand a negative transcriptional regulation of genes involved in processes that demand great amounts of energy, i.e. a negative regulation of protein synthesis, indicated by strong repression of ribosomal protein genes transcription, as well as a negative regulation of anabolism. On the other hand, genes that encode proteins associated with cellular defense, like chaperones, had their expression induced. The responses to heat shock and to cadmium poisoning were quite similar while nitrogen source absence also induced the expression of genes related to protein and nucleotide degradation. Genes implicated in the consumption of lipid reserves were induced in the absence of both carbon and nitrogen sources. We identified some transcription regulators as well as components of signal transduction pathways that have differential patterns of gene expression caused by these different environmental stresses. Most of the genes that had their expression altered in response to the studied environmental stresses has no known function yet. Their expression patterns towards such stresses are therefore an important contribution to their functional annotation. Since the filamentous fungus Trichoderma reesei has become a microorganism of biotechnological value for its high capacity of synthesis and secretion of proteins, we expect that the data presented on this work can provide a better understanding of its cellular processes and may support future projects for a better adaptation of this organism to industrial conditions.

A Floresta Amazônica, o maior bioma brasileiro, é caracterizado pela ampla diversidade e heterogeneidade de seus ecossistemas. Os solos amazônicos, em geral, abrigam elevada diversidade microbiana que desempenha papeis importantes na ciclagem de nutrientes, mediante a decomposição da matéria orgânica. Dentre os micro-organismos, os fungos se destacam como os principais agentes envolvidos na biodegradação. Esses micro-organismos produzem um coquetel de enzimas do complexo celulolítico que são de grande importância biotecnológica. Desse modo, diante da importância econômica dos fungos, o presente trabalho propôs, acessar fungo do gênero Trichoderma, obtidos de solos da Floresta Amazônica, na busca por linhagens com alto potencial celulolítico. Assim, a partir de amostras de solos coletados em doze pontos da floresta foram obtidos 151 isolados de Trichoderma spp. O sequenciamento do gene que codifica para o de elongação da transcrição alfa-1, evidenciou a prevalência de sete espécies de Trichoderma. Do total de isolados, as mais abundantes foram: Trichoderma spirale (37%), Trichoderma strigosum (22%), Trichoderma harzianum (18%) e Trichoderma asperellum (17%). As linhagens foram submetidas a triagem para atividade celulolítica. Duas linhagens, T. harzianum AMS 23.14 e T. harzianum AMS 29.14 apresentaram atividade enzimática superior ao padrão, T. reesei RUT C-30 e foram submetidas a avaliação da atividade enzimática em diferentes condições de cultivos (bagaço de cana-deaçúcar tratado e não tratado, em dois pHs: 3 e 5). Foi observado atividade superior das linhagens amazônicas para as três enzimas estudadas (endoglucanase, exoglucanase e &beta;-glicosidase), quando comparadas à linhagem padrão utilizada. A atividade enzimática foi positivamente influenciada pelo pH ácido, assim como pelo substrato não tratado. A partir destes resultados é notório que as linhagens isoladas desse bioma possuem grande potencial de atividade celulolítica, e que estudos mais aprofundados podem proporcionar o futuro emprego desses fungos em diversas áreas industriais. / The Amazon Rain Forest, the largest Brazilian biome, is characterized by the wide diversity and heterogeneity of its ecosystems. Amazonian soils, in general, harbor high microbial diversity that plays important roles in the cycling of nutrients, through the decomposition of organic matter. Among the microorganisms, fungi stand out as biodegradation agents. These microorganisms produce cellulolytic enzymes that are of great economic and biotechnological importance. The present work proposed to access the fungal population of the genus Trichoderma, isolated from Amazonian Forest soils, in the search for lineages with high potential of cellulolytic activity. Twelve soil samples were collected, resulting in the isolation of 151 strains of Trichoderma spp. Gene sequencing of the alpha-1 transcription elongation factor region with the EF1 and TEFR primers evidenced the prevalence of seven Trichoderma species. Of the total isolates, Trichoderma spirale (37%), Trichoderma strigosum (22%), Trichoderma harzianum (18%) and Trichoderma asperellum (17%) were the most abundant. The strains were screened for qualitative cellulolytic activity in solid medium and quantitative in liquid medium. Two strains, T. harzianum AMS 23.14 and T. harzianum AMS 29.14 showed enzymatic activity superior to T. reesei RUT C-30, and were sent to the evaluation of the enzymatic activity in different conditions (sugarcane bagasse treated and untreated, in two pHs: 3 and 5). Superior activity of the Amazonian strains was observed for the three enzymes studied (endoglucanase, exoglucanase and &beta;-glucosidase) when compared to the T. reesei RUT C-30 standard. The enzymatic activity was positively influenced by pH 3, as well as by the untreated substrate. From these results, it is well known that isolated strains of the Amazonian environment have a great potential for cellulolytic activity, and that further studies may provide the future employment of these strains in several areas of industry.