Orientador: Guilherme Targino Valente / Resumo: A crescente demanda por combustíveis fósseis e as instabilidades econômicas relacionadas à sua utilização despertam o interesse no desenvolvimento de biocombustíveis tais como o bioetanol. O processo de produção mais comum do bioetanol é a tecnologia de primeira geração, no qual o organismo mais amplamente utilizado é a levedura Saccharomyces cerevisiae. No entanto, a alta concentração de etanol gera toxicidade para S. cerevisiae e constitui um dos fatores limitantes na produção deste bioetanol. Assim, a produção de linhagens mais resistentes a esse estressor constitui um ponto chave no desenvolvimento dos processos biotecnológicos relacionados ao bioetanol. Nesse contexto, análises sistêmicas são pouco empregadas para o entendimento do fenômeno de tolerância ao etanol, deixando a busca por genes candidatos algo bastante laborioso e custoso. Assim, as diferenças entre linhagens pouco tolerantes (LT) e altamente tolerantes (HT) ao etanol (EtOH) foram analisadas por meio de ferramentas de bioinformática como a biologia de sistemas e a análises de transcriptomas. Os resultados mostraram que as linhagens HT e LT utilizam inicialmente um sistema de resposta à estresse comum, mas que devido as mudanças na estrutura das redes metabólicas, regulatórias e de interação proteína-proteína de cada linhagem, mecanismos de resposta ao estresse por etanol distintos são ativados em cada grupo. As linhagens LT mantém a homeostase da célula com o ciclo celular ativo, efetuando o ajuste dos meta... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The increasing demand and economic instabilities related to the use of fossil fuels raised interest in the development of biofuels such as bioethanol. The most common bioethanol production process is from the first generation technology, in which the most widely used organism is the yeast Saccharomyces cerevisiae. However, the high concentration of ethanol generates toxicity to S. cerevisiae and this is one of the limiting factors in the bioethanol production. Thus, the production of more resistant strains to this stressor is crucial to the development of biotechnological processes related to bioethanol. The systems analyzes are poorly explored to understand the ethanol tolerance phenomenon, leading the search for candidate genes labor intensive and expensive. Thus, the differences between low tolerant (LT) and high tolerant (HT) strains to ethanol (EtOH) were analyzed using bioinformatics tools like systems biology and transcriptome analysis. The results showed that HT and LT strains initially used a common stress response system but due to changes in the network structure of metabolic, regulatory, and protein-protein interactions of each strain, different mechanisms of stress response are activated in each group. LT strains maintain the cellular homeostasis activating cell cycle, and adjusting metabolisms, despite activation of transposable elements and disruption of important anti-oxidant agents production, allowing the occurrence of DNA damage. HT strains disrupt the cell... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Orientador: Guilherme Targino Valente / Resumo: O bioetanol é o biocombustível mais utilizado no mundo, tendo como uma de suas principais vantagens o fato de contribuir para a redução da emissão de gases do efeito estufa. O principal organismo fermentador utilizado para a produção de bioetanol é a levedura Saccharomyces cerevisiae, que quando adicionada num meio com glicose ou outra fonte de carbono fermentável, utilizará a fermentação alcoólica como processo metabólico principal para a obtenção de energia e consequentemente o etanol. No presente trabalho testou-se 14 linhagens de S. cerevisiae, analisando o grau máximo de tolerância ao etanol bem como características celulares e moleculares. Para isso foi utilizado técnicas como citometria de fluxo, curvas de crescimento e analises de proteômica. O objetivo do trabalho foi analisar as proteínas mais abundantes, em um contexto comparativo para os experimentos de estresse máximo por etanol nas leveduras, identificando enzimas chaves presentes durante o tratamento e possivelmente responsável pela tolerância. Foram determinadas as concentrações máximas de etanol suportada por cada linhagem seguida por análises de viabilidade celular. Os resultados demonstraram que a capacidade de replicação e viabilidade celular não estão diretamente ligados ao fenômeno de tolerância. Além disso, a presença de proteínas relacionadas às vias fermentativas, vias oxidativas e manutenção da homeostase celular, parecem estar associadas a um perfil de maior tolerância ao etanol uma vez que estão ma... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Bioethanol is the most used biofuel in the world since its main advantage is the reduction of greenhouse gas emissions. The most used organism for bioethanol production is the yeast Saccharomyces cerevisiae, which uses glucose, or other fermentable carbon sources, for energy obtaining and ethanol production from the alcoholic fermentation pathway. In this work, 14 S. cerevisiae strains were evaluated concerning their highest ethanol tolerance degree and cellular/molecular characteristics as well. For this purpose, it was used techniques such as flow cytometry, growth curve analysis and proteomics. The objective of this work was to analyze the most abundant proteins, in a comparative context of maximum ethanol stress for yeasts, to identify keyenzymes present during cell treatments as well as their possible influence for the ethanol tolerance. Before that, it was determined the highest ethanol concentration each strain could support followed by cellular viabilities. The results demonstrated that replication capacity and cell viability are not closely related to the ethanol tolerance. Moreover, the presence of proteins related to fermentative pathways, oxidative pathways, and maintenance of cellular homeostasis, looks like to be linked to the highest ethanol tolerance profile, since those proteins are more present in higher ethanol tolerant strains. Furthermore, it was possible to understand that both tolerance and resistance features play different roles in the studied strains... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Orientador: Guilherme Targino Valente / Resumo: A intensa utilização de combustíveis fósseis gerapreocupações constantes devido aos impactos de sua combustão ao meio ambiente. Os biocombustíveis são uma alternativa viável aos combustíveis fósseis por apresentarem vantagens como serem menos agressivos ao meio ambiente. O bioetanol é um dos biocombustíveis mais utilizados no mundo e sua produção pode ser feita pela fermentação realizada pela levedura Saccharomyces cerevisiae. No entanto, altas concentrações de etanol inibem diversos mecanismos biológicos da levedura, causando a diminuição da produtividade. A partir de resultados prévios, observou-se que o ciclo celular é uma das vias mais afetadas pelo etanol e, além disso, constatou-se a presença de lncRNAs regulando esta via emduas linhagens de S. cerevisiae, a BY4742 e SEY6210. Utilizando operadores Booleanos, um modelo lógico discreto foi desenvolvido para o ciclo celular no qual os nós do sistema assumem até quatro valores discretos que representam a quantidade ou o graude ativaçãodesses nós. O modelo desenvolvido apresentou boa performance preditiva, acertando 87.27% dos 109 fenótipos obtidosda literatura, tornando possível a simulação de novos elementos. Experimentos prévios demonstraram que as leveduras de baixatolerância ao etanol conseguem retomar o crescimento mais rápido do que as de alta tolerância. Nesse trabalho, simulações feitas com dados de expressão diferencial via RNA-Seq permitiu inferir que isso ocorre porque as linhagens de baixa tolerância sofrem arre... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The intense use of fossil fuels raised concern about the future due to their negative environmental impact. Bio-fuels are alternatives to the fossil fuels due to be biodegradable and less environmentally harmful. The bio-ethanol is one of the most popular bio-fuel. It can be produced by fermentation using the yeast Saccharomyces cereviae. However, high ethanol concentration inhibits the yeast decreasing the ethanol yield. Previous data of our groups showed the cell cycle is one of most affected pathways during ethanol stress. Moreover, it was found lncRNAs regulating this pathway in the BY4742 and SEY6210 strains. Using Boolean operators the discrete logical model of the cell cycle was developed. The nodes may get up to four discrete values to represent theirs abundance of activation degree. This model correctly modeled around 87.27% of correct predictions based on 109 phenotypes from the literature, hence, this model is desirable to predict cell cycle behavior after addition of new elements. According to previous data of our group, the lower tolerant strains recover the normal growth faster than higher tolerant strains after stress relief. The simulations here presented by adding RNASeq information into the model, showed a cell cycle arrest at final phase of the cell cycle (M phase) in lower tolerant strains whereas in the higher tolerant ones this arrest occurs at the first phase (G1 phase) during the ethanol treatment. The simulations also indicated that in SEY6210 (low to... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre