Made available in DSpace on 2014-06-12T15:54:21Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo6477_1.pdf: 1747465 bytes, checksum: 133a5b019bfb201fdaaf6595bdecbb40 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2011 / Faculdade de Amparo à Ciência e Tecnologia do Estado de Pernambuco / Nos últimos 15 anos, um grande esforço tem sido feito para uma maior utilização de resíduos agroindustriais renováveis, podendo a biomassa lignocélulosica ser matéria prima para os bicombustíveis. A composição dessas biomassas varia bastante, mas em geral os substratos lignocelulósicos são constituídos de celulose (homopolímero de glicose), hemicelulose (heteropolímero de hexoses e pentoses) e pela lignina (compostos aromáticos). Considerando que a fermentação de glicose pode ser realizado de forma eficiente, a bioconversão da fração das pentoses (xilose, principal açúcar pentose obtido na hidrólise da hemicelulose), apresenta um desafio. A levedura Pichia stipitis pode converter xilose a etanol com rendimentos industrialmente relevantes. Porém necessita de condições limitantes de oxigênio, além do consumo da glicose inibir de modo não competitivo a xilose e sob condições de crescimento similares o consumo de glicose é maior que o de xilose. Com base na análise da via metabolica desta levedura, o presente trabalho teve como objetivo redirecionar o fluxo metabólico da via glicolitica para via das pentose fosfato dentro do que se chama modernamente de Engeharia Metabólica. O gene PGI1 codificador da fosfoglicose isomerase foi completamente removido do genoma da linhagem nativa NRRL 7124 com o uso de fragmentos de PCR que continham seqüências com mais de 350 bp de homologia com as regiões 5 e 3´ do gene alvo. Quando este gene foi deletado, a glicose-6-fosfato foi inteiramente rotada para via da pentose fosfato. Este fluxo direciona a produção de NADPH fundamental para a produção de precursores de nucleotídeos, aminoácidos, em reações biossinteticas redutivas e também na conversão de xilose a xilitol. Para seleção do transformante, foi necessária uma concentração de 1200μg/ml de Geneticina. Além disso, a eficiência de transformação foi baixa, em parte devido à utilização do sistema não convencional de códons por esta levedura. O cassete de deleção construído apresenta a marca de seleção resistente a geneticina ladeado por duas regiões denominadas loxp, que permitem a recombinação por sistemas de contra-seleção. Possibilitando a remoção da marca de resistência

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Biológicas, Departamento de Biologia Celular, Programa de Pós-Graduação em Biologia Molecular, 2015. / O aumento na demanda por energias sustentáveis impulsiona o desenvolvimento de estratégias biotecnológicas para a produção de biocombustíveis. Neste contexto, o aproveitamento eficiente da biomassa lignocelulósica como matéria prima é fundamental para a produção de etanol de segunda geração. A levedura Saccharomyces cerevisiae, organismo mais utilizado na produção industrial de bioetanol, é incapaz de utilizar pentoses, como a xilose, que é o segundo açúcar mais abundante em algumas biomassas. Neste trabalho, plasmídeos epissomais foram construídos para expressão de genes codificadores para xilose isomerase (XI) de Piromyces sp. e xiluloquinase (XK) de S. cerevisiae. As linhagens laboratoriais de S. cerevisiae CEN.PK 113.14A Δtrp1-289 (L2) e CEN.PK 113.3C Δtrp1-289, Δura-52 (L7) foram transformadas com os plasmídeos gerados. Desta forma, foram construídas linhagens recombinantes de S. cerevisiae expressando XI isoladamente (L2XI) ou em conjunto com XK (L7XIXK). Uma terceira linhagem, L7XIΦ, expressando XI e com o segundo plasmídeo vazio foi construída como controle. A linhagem L7XIXK apresentou melhores taxas fermentativas que as demais linhagens, confirmando o efeito positivo da expressão de XK. As linhagens L2XI, L7XIΦ e L7XIXK obtidas foram submetidas a um processo de condicionamento em meio seletivo contendo xilose como única fonte de carbono. Ao final do condicionamento, quando comparadas com as originais, apresentaram menor fase lag de crescimento e maior taxa de crescimento, maior consumo de xilose (entre 1,8 e 18,5 vezes) e rendimento de etanol (47% para L7XIXK), concomitante à diminuição do rendimento de xilitol (entre 87,6% e 91,8%). A linhagem L2XI, investigada anaerobicamente, também apresentou aumento no consumo específico de xilose (49,8%), rendimento de etanol (19%) e redução no rendimento de xilitol (75%). As linhagens condicionadas foram submetidas então a um processo de cura para remoção dos plasmídeos. Uma das linhagens obtidas, LC7, derivada de L7XIXK perdeu a capacidade de crescer em meio mínimo, indicando a perda dos plasmídeos. Entretanto o gene para XI ainda foi identificado na levedura. A retransformação desta levedura curada com os plasmídeos originais demonstrou que as melhorias da levedura condicionada podem estar associadas a mutações fora do plasmídeo. Esta linhagem curada tem grande potencial para desenvolvimento de uma linhagem de seleção para novas enzimas da via do catabolismo de xilose. / The increasing demand for sustainable energy drives the development of biotechnological strategies for the production of biofuels. In this context, efficient utilization of lignocellulosic biomass as feedstock is essential for the production of second generation biofuels. The yeast S. cerevisiae, main organism utilized in the industrial production of bioethanol, is unable to use pentoses, such as xylose, which is the second most abundant sugar in some biomasses. In this work, multi-copy plasmids were constructed for the expression of genes coding xylose isomerase (XI) from Piromyces sp. and xylulokinase (XK) from S. cerevisiae. The laboratory strains of S. cerevisiae CEN.PK 113.14A Δtrp1-289 (L2) and CEN.PK 113.3C Δtrp1-289, Δura-52 (L7) were transformed with the generated plasmids. Thus, recombinant strains of S. cerevisiae expressing solely XI (L2XI), or combined with XK (L7XIXK) were obtained. A third strain, L7XIΦ, expressing XI and with an empty second plasmid, was constructed as control. The L7XIXK strain presented better fermentative rates than the other strains, confirming the positive effect of XK expression. The obtained strains L2XI, L7XIΦ and L7XIXK underwent a conditioning process in selective medium with xylose as sole carbon source. At the end of the process, when compared to the original strains, conditioned strains presented shorter lag growth phase, and increased growth rate, increased xylose consumption (1,8 to 18,5 fold) and ethanol yield (47% for L7XIXK), along with reduction in xylitol production (between 87,6 and 91,8%). The strain L2XI was investigated under anaerobic conditions and also has presented improved xylose specific consumption (49,8%), ethanol yield (19%) and xylitol reduction (75%). The conditioned strains underwent a curing process, in order to remove the plasmids. One of the obtained strains, LC7, which derived from L7XIXK, has lost its ability to grow on minimal medium, a result consistent with the loss of plasmids. However the XI gene was still identified in the yeast. The retransformation of this curated yeast with the originally constructed plasmids showed that the improvements observed in conditioned strains may be associated with mutations outside of the plasmids. The curated strain has a great potential for the development of a screening strain for new enzymes of the xylose catabolic pathway.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenharia Química / Made available in DSpace on 2012-10-22T14:31:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 225665.pdf: 1375070 bytes, checksum: f27c2c64648ba73f3c468028eaa1d122 (MD5) / A quantificação da magnitude de cada um dos fluxos celulares sempre foi um importante objetivo na engenharia metabólica, principalmente com relação à produção de metabólitos de interesse comercial ou científico. Uma ferramenta poderosa para determinação das taxas dos fluxos em vias metabólicas é a análise de fluxo metabólico (MFA), onde taxas de fluxos intracelulares são calculadas usando modelos estequiométricos de uma gama de reações intracelulares e aplicação de balanços de massa. No entanto, MFA por si só não fornece qualquer medida quantitativa do controle de fluxo, que é importante para manter as taxas de síntese e conversão diante de uma grande gama de condições externas. Além disso, o entendimento dos controles de fluxo é importante para modificação racional dos fluxos metabólicos, que é um dos objetivos centrais da engenharia metabólica. Tal informação é fornecida pela análise de controle metabólico (MCA). O MATLAB® apresenta uma família de funções que servem a aplicações específicas, chamadas toolboxes. Toolboxes são coleções de funções do MATLAB® (arquivos .M) que estendem o ambiente do MATLAB® para resolver classes particulares de problemas. O presente trabalho tem como objetivo principal a apresentação de um toolbox para o MATLAB® que integra a maioria das ferramentas e cálculos em análise de fluxo metabólico (MFA) e análise de controle metabólico (MCA), o ME Toolbox. A versão atual do ME Toolbox permite a obtenção de fluxos intracelulares, melhoria dos fluxos por reconciliação estatística, análise de sensibilidade, análise de fluxo metabólico usando métodos de marcadores isotópicos, e análise de controle metabólico para redes lineares e bifurcadas, abrangendo assim uma grande gama de possibilidades em engenharia metabólica. O ME Toolbox foi aplicado para produção de hidrogênio por Clostridium butyricum, um potencial substituto para combustíveis à base de carbono, e para produção de violaceína por Chromobacterium violaceum, pigmento de cor violeta que apresenta atividade antimicrobiana, antiviral, e antitumoral.

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Departamento de Biologia Celular, Instituto de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Biologia Molecular, 2018. / Submitted by Fabiana Santos (fabianacamargo@bce.unb.br) on 2018-08-24T19:07:39Z No. of bitstreams: 1 2018_HenriqueCésarTeixeiraVeras.pdf: 6454993 bytes, checksum: f2e75e0b6ae77a86767b5929dc2cfd76 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2018-08-29T20:55:54Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2018_HenriqueCésarTeixeiraVeras.pdf: 6454993 bytes, checksum: f2e75e0b6ae77a86767b5929dc2cfd76 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-08-29T20:55:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2018_HenriqueCésarTeixeiraVeras.pdf: 6454993 bytes, checksum: f2e75e0b6ae77a86767b5929dc2cfd76 (MD5) Previous issue date: 2018-08-24 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES). / A demanda mundial por combustível continua crescendo. Entre as fontes alternativas de energia a produção de etanol tem lugar de destaque. No entanto, está produção ainda pode aumentar com o aproveitamento da xilose proveniente da biomassa lignocelulósica. Vários estudos estão sendo realizados para identificar os mecanismos moleculares envolvidos no metabolismo de xilose. Neste estudo é proposto a integração dados fisiológicas e moleculares para caracterizar o fluxo metabólico de leveduras. Foi avaliado a capacidade fermentativa entre diferentes leveduras naturalmente consumidoras de xilose: Scheffersomyces stipitis, Spathaspora passalidarum, Spathaspora arborariae e Candida tenuis. Para entender o metabolismo dessas leveduras foi construído um modelo de fluxo metabólico utilizando as taxas de produção para restringir o modelo e calcular a distribuição interna de carbono. Pela primeira vez, é estimado o fluxo metabólico nas leveduras Spathaspora. O modelo de fluxo metabólico de xilose até a formação de etanol foi inicialmente validado a partir do teste de correlação entre fluxos calculados e medidos. O modelo de fluxo metabólico foi útil para aumentar a acurácia de dados de metaboloma. 74% das taxas de fluxos calculados e medidos apresentaram semelhanças acima de 90%. O modelo caracterizou a S. stipitis e S. passalidarum como tendo as melhores propriedades naturais para fermentar xilose e produzir etanol. / Global demand for fuel continues to grow. Among the alternative sources of energy, the production of ethanol has a prominent place. However, this production can yet increase with the use of xylose from the lignocellulosic biomass. Several studies are being carried out to identify the molecular mechanisms involved in the metabolism of xylose. In this study it is proposed the integration of physiological and molecular data to characterize the metabolic flux of yeasts. It was assessed the fermentative capacity among different yeasts naturally consuming xylose: Scheffersomyces stipitis, Spathaspora passalidarum, Spathaspora arborariae and Candida tenuis. To understand the metabolism of these yeasts a metabolic flux model was constructed using the production rates to constrain the model and to calculate the internal carbon distribution. For the first time, is estimated the metabolic flux into Spathaspora yeasts. The metabolic flux model was initially validated from a correlation test between calculated and measured fluxes. The metabolic flux model was useful to increase accuracy of metabolome data. 74% of calculated and measured fluxes rate shown similarity above 90%. The model characterized S. stipitis and S. passalidarum as having the best natural properties for fermenting xylose and producing ethanol.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química. / Made available in DSpace on 2012-10-23T02:04:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 266536.pdf: 789781 bytes, checksum: 513f3537889086fea6dc7582df4145e7 (MD5) / A produção biológica de hidrogênio é uma excelente alternativa de produção de energia. Dentre os processos biológicos de produção de hidrogênio, os fermentativos são os mais vantajosos do ponto de vista industrial. Clostridium acetobutylicum é uma bactéria muito utilizada industrialmente, tem um metabolismo fermentativo complexo que produz muitos metabólitos, incluindo hidrogênio com bons rendimentos e, freqüentemente, mostra um padrão de fermentação bifásico. Após produzir ácido acético, ácido butírico e hidrogênio durante a fase de crescimento exponencial, inicia-se a formação de solventes (etanol, acetona e butanol). Os rendimentos de hidrogênio podem ser melhorados com o uso de engenharia metabólica por meio de um redirecionamento do fluxo de elétrons para a produção de hidrogênio. O objetivo deste trabalho é investigar o metabolismo da C. acetobutylicum, visando encontrar as principais etapas que controlam a produção de hidrogênio. Para obter esse entendimento foram aplicadas duas ferramentas de engenharia metabólica: Análise de Fluxo Metabólico e Análise de Controle Metabólico. Dados da literatura foram usados como entrada nos modelos matemáticos construídos para as análises. A primeira ferramenta usada, Análise de Fluxo Metabólico, permitiu quantificar os fluxos internos do metabolismo da bactéria em estudo, sob duas condições de cultivo diferentes. O resultado dessa análise fornece um mapa de distribuição de fluxos. Também permite obter a sensibilidade dos fluxos medidos em relação ao fluxo de interesse Os modelos mostraram quais são as vias de maior sensibilidade, ou seja, as vias mais indicadas para possíveis modificações por manipulação genética. A segunda etapa desse trabalho foi aplicação de Análise de Controle Metabólico a fim de encontrar as etapas da via metabólica que controlam a produção de hidrogênio. Foi construído um modelo cinético e a partir dele foram obtidos os coeficientes de controle de fluxo, esse modelo foi ajustado com base nos próprios coeficientes de controle de fluxo apontados. O modelo obtido foi analisado e mostrou que as principais etapas que afetam a produção de hidrogênio são a via glicolítica e a via de regeneração do NADH. Pequenas variações na atividade enzimática dessas etapas produzirão grande efeito na produção de hidrogênio. Diante dessas ferramentas é possível prever melhores estratégias de modificações genéticas sítio-dirigidas. As conclusões deste trabalho estão baseadas em estudos in silico e não eliminam a necessidade de comprovação experimental.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2014 / Made available in DSpace on 2015-02-05T20:43:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 331439.pdf: 2157111 bytes, checksum: 2643192ccd4945168ebb402a9fd09fa0 (MD5) Previous issue date: 2014 / A Engenharia Metabólica constitui-se como grande área de conhecimento que utiliza dados genômicos para estudo e mutação sítio-dirigida de organismos, objetivando melhores fatores de conversão de substrato em um produto desejado, geralmente de alto valor agregado. A metodologia empregada neste trabalho iniciou com uma reconstrução in silico da Clostridium acetobutylicum, bactéria conhecida pela grande produção de acetato, butirato e hidrogênio. Esta reconstrução foi substituída por outra mais recente e pronta para uso, mas ainda foi a melhor opção para a análise de nocaute de genes. Uma Análise de Sensibilidade revelou a possibilidade de substituição de substrato. Esta substituição de substrato foi testada experimentalmente por crescimento em batelada em biorreator anaeróbio. Os trabalhos de reconstrução aqui envolvidos serviram de referência para a correção do METoolbox, que após as correções apresentou os mesmos valores de FBA do COBRA Toolbox, constituindo-se assim como ferramenta bem estabelecida para o estudo de Engenharia Metabólica. Os estudos de Engenharia Metabólica visando maximizar a produção de hidrogênio indicaram a substituição de glicose como substrato por sacarose, maltose ou lactose. Nos ensaios experimentais, taxas de produção de hidrogênio semelhantes às obtidas com glicose foram obtidas com sacarose e maltose, mas claramente inferiores foram obtidas com lactose como substrato. Os estudos in silico indicaram também a deleção do gene CAC1742 como alternativa para maximizar a produção de hidrogênio, hipótese ainda não testada experimentalmente. A partir dos modelos não regulados já publicados, um modelo com regulação para a C. acetobutylicum foi feito, sendo seus resultados devidamente validados com dados experimentais para diferentes substratos, reproduzidos em Análise de Balanço de Fluxos (FBA), tanto em estado pseudo estacionário quanto dinâmico.<br> / Abstract: Metabolic Engineering established as wide area of knowledge that uses genomic data to study and site-directed mutation of organisms, aiming best yields of substrate to a desired product, usually with high benefit. The methodology in this work began with an in silico reconstruction of Clostridium acetobutylicum, a bacterium known for high production of acetate, butyrate and hydrogen. We replaced this reconstruction by a newer and ready for use, but it was still the best option for the analysis of gene knockout. A sensitivity analysis revealed the possibility of replacing substrate. We tested this substitution of substrate experimentally by growth in batch anaerobic bioreactor. We use the reconstruction work involved here as reference for the correction of METoolbox, that after presented the same values of FBA COBRA Toolbox, constituting as well established for the study of Metabolic Engineering tool. We made Metabolic Engineering studies to maximize hydrogen production, indicating the replacement of glucose as substrate by sucrose, maltose or lactose. In experimental testing, glucose's similar hydrogen production rates has obtained with sucrose and maltose, but clearly below were obtaine with lactose as substrate. The in silico studies also indicated the deletion of CAC1742 gene as an alternative to maximize hydrogen production, experimentally untested hypothesis. From the unregulated models already published, we made a regulated model for C. acetobutylicum, with results well validated with experimental data for different substrates, played on Flux Balance Analysis (FBA), in pseudo steady state and dynamic simulation.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-10-19T12:48:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 338958.pdf: 3638990 bytes, checksum: 23eca8bb60257059ff1c08d56f7f4c1e (MD5) Previous issue date: 2015 / A fermentação ABE (acetona-butanol-etanol) da Clostridium acetobutyli-cum ATCC 824, muito usada industrialmente até 1940, é um dos mais importantes bioprocessos industriais. Recentemente, o interesse nesse processo foi retomado devido à necessidade de substituir fontes combus-tíveis fósseis por vetores energéticos renováveis, principalmente biohi-drogênio e biobutanol. O objetivo desta tese é contribuir para uma melhor compreensão dos problemas associados com a detecção precoce e moni-toramento das mudanças fisiológicas da C. acetobutylicum ATCC 824 em fermentações tipo batelada. Pretende-se também refinar o entendimento desse comportamento variável utilizando a informação genômica dispo-nível desta bactéria e assim contribuir para mostrar como algumas ferra-mentas da Engenharia Genômica podem incorporar novas informações aos métodos tradicionais de monitoramento de bioprocessos. É proposta a incorporação em três diferentes níveis, a saber: (i) nível genômico, (ii) nível metabólico e (iii) nível fenotípico. No nível genômico, a presente pesquisa detectou que existem seis regiões de alta similaridade, nas quais foram identificados 15 genes já mapeados. O gene rpoB foi identificado como um forte candidato a marcador molecular de variabilidade fenotípi-ca. Foi proposta uma relação entre a regulação da transcrição do gene rpoB e o pH do meio de cultura. No nível metabólico, dois modelos meta-bólicos foram desenvolvidos, um modelo simplificado de 20 reações e um modelo genômico completo de 502 reações. Foi detectado que o modelo simplificado era mais adequado para detectar as mudanças fenotípicas da bactéria. Foi criado um modelo simplificado protonado que integra infor-mações do pH do meio de cultura. No nível fenotípico, a técnica de colora-ção de Gram mostrou-se eficiente na detecção precoce das mudanças fisiológicas da C. acetobutylicum. Foi demonstrada uma correlação entre os dados de fermentação e mudanças fisiológicas da parede celular da bactéria. Sugere-se, portanto, um novo método de detecção precoce e monitoramento do estado fisiológico da C. acetobutylicum ATCC 824 (e outras espécies de Clostridium) utilizando técnicas de coloração de Gram para determinar o estado fisiológico no qual a bactéria se encontra, e quais os principais produtos metabólicos da sua fermentação.<br> / Abstract : The problem of renewable and sustainable energy is challenging and requires innovative approaches. The production of biohydrogen, and biofuels in general, particularly biobutanol in the so-called ABE fermenta-tion by Clostridium acetobutylicum, discovered in 1861 by Louis Pasteur, although extensively studied, still lacks some fundamental understanding to facilitate monitoring changes in the physiological state and optimiza-tion. Here we propose a genomic engineering approach, divided in three levels: i) genomic, ii) metabolic, iii) phenotypic. At the genomic level, a comparative whole-genome study was performed comparing C. acetobu-tylicum with six other chosen microorganisms and a in silico Gram type experiment; The whole-genome analysis detected one major gene, the rpoB gene, implied in acquired antibiotic resistance, and possibly impli-cated in phenotypic variation during ABE fermentation. A possible link between the pH regulation and rpoB expression is suggested. The 16S rRNA analysis consistently showed Gram-positive classification for the C. acetobutylicum strain used, incapable of detecting the existent phenotypic variations.at the metabolic level, two metabolic network models were developed: a simplified, core model, with 20 reactions, and a genome-wide model, comprising 502 reactions; to translate the molecular and biochemical information to a useful engineering level, a phenotypic rela-tion between the Gram stain response and pH developed during batch fermentation was analyzed. The simplified core metabolic network suc-cessfully captured the observed strain metabolic profile. Additional regu-latory mechanism was added to the simplified metabolic model with the integration of pH regulation. Using the Gram staining method, we demon-strated a strong correlation between bacterial growth and morphological changes of the cell wall that is useful in monitoring early detection of the metabolic stages of C. acetobutylicum ABE fermentation. The Gram stain-ing technique is proposed as an efficient, low cost method to identify the physiological state of the bacteria culture and its connection with the fermentation state.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Biológicas, Departamento de Biologia Celular, Programa de Pós-Graduação em Biologia Molecular, 2016. / Submitted by Fernanda Percia França (fernandafranca@bce.unb.br) on 2017-04-17T18:40:01Z No. of bitstreams: 1 2016_AntônioMiltonVieiraGomes.pdf: 3388910 bytes, checksum: 28c2639e6dd6374b37ddf0a5c1550cc5 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2017-04-17T21:45:47Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_AntônioMiltonVieiraGomes.pdf: 3388910 bytes, checksum: 28c2639e6dd6374b37ddf0a5c1550cc5 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-17T21:45:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_AntônioMiltonVieiraGomes.pdf: 3388910 bytes, checksum: 28c2639e6dd6374b37ddf0a5c1550cc5 (MD5) / O ácido hialurônico (AH) é um biopolímero composto de repetições alternadas dos monossacarídeos Ácido Glucurônico e N-Acetil glucosamina, sendo presente em todos os vertebrados e em humanos principalmente na pele. O AH possui aspecto viscoso, ajuda no rejuvenescimento da pele quando aplicado em humanos e é uma molécula considerada segura na utilização em animais em geral, por estes motivos o AH é muito utilizado na indústria farmacêutica e médica. Atualmente o AH é produzido por bactérias, que em diferentes níveis, são patogênicas aos animais, o que dificulta o escalonamento desta tecnologia e eleva os custos de purificação o que torna o AH uma molécula de alto custo financeiro. Leveduras não são capazes de sintetizar AH, mas são fábricas perfeitas para a sua produção, uma vez que são consideradas seguras, mais adaptadas às condições industriais quando comparado a bactérias e possuem parcialmente a via da síntese do ácido AH, sendo capazes de sintetizar um de seus precursores, o açúcar N-Acetil Glucosamina. As enzimas HAS (Hyaluronic Acid Synthases) que sintetizam AH são proteínas que se acoplam à membrana das células formando novas cadeias de AH pela junção dos dois açúcares precursores. Todos os vertebrados possuem HAS semelhantes e classificadas como Classe I, enquanto que a bactéria patogênica Pasteurella multocida, possui uma HAS diferente classificada como classe II. A fim de observar o possível impacto na síntese de AH devido às diferenças entre HAS de classe I de classe II, estes foram inseridos na levedura Klyveromyces lactis concomitante com o gene hasB (UDP-Glicose Desidrogenase). Com o auxílio de um estudo que testou a eficiência de transformação de K. lactis por metodologias de choque térmico e de eletroporação, foram construídas 4 cepas recombinantes de K. lactis contendo as diferentes formas de HAS de modo a aumentar a produção de AH pela levedura. Após a construção das cepas recombinantes, um meio otimizado baseado nas necessidades de co-fatores e metabólitos principais utilizados na via de síntese de AH foi desenvolvido e utilizado nas cinéticas de crescimento de K. lactis. Também testada, a influência das fontes de carbono glicose, sacarose, lactose e galactose foram visualizadas durante o crescimento nas cepas produtoras de AH, uma vez que diferentes fontes de carbono afetam de maneira diferente a glicólise e consequentemente o metabolismo de AH na célula. Lactose e sacarose aumentaram a produção de AH nas células em relação a galactose e glicose devido a um abastecimento mútuo da via de síntese dos dois precursores do AH. Utilizando lactose como fonte de carbono, foi alcançada uma melhor produção de 0,39 g/L de AH, valor competitivo com os alcançados por outra única levedura produtora de AH, o que prova pela primeira vez que K. lactis é uma potencial candidata para otimização da produção deste biopolímero. / Hyaluronic acid (HA) is a biopolymer composed of alternating repeats of monosaccharides Glucuronic Acid and N-Acetyl glucosamine, being present in all vertebrates and humans mainly in the skin. The HA has a viscous appearance, is used in skin rejuvenation when applied in humans and is a safe molecule for application in animals in general, for these reasons HA is widely used in the pharmaceutical and medical industry. Currently, HA is produced by bacteria pathogenic to humans, and are difficult to scale due to technology and purification costs. Yeasts are perfect factories for HA production, since they are considered safe, more adapted to industrial conditions when compared to bacteria and have partially complete the synthesis route of HA, being able to synthesize one precursor, the UDP-N-Acetyl Glucosamine. HA is produced by HAS (Hyaluronic Acid Synthase) enzymes. HAS enzymes have transmembrane domains that couple to the membrane of the cells forming new chains of HA by the junction of the two precursor sugars located in the cytoplasm. All vertebrates have HAS classified as Class I, whereas the pathogenic bacterium Pasteurella multocida have a different HAS (pmHAS) classified as Class II. To observe the impact on HA synthesis due to the differences between Class I and Class II HAS, in this study the hasA genes were inserted into yeast Klyveromyces lactis concomitant with the hasB gene (UDP-Glucose Dehydrogenase). A total of 4 recombinant strains of K. lactis containing different isoforms of HAS were constructed to increase a production of HA by yeast. After the construction of the recombinant strains, an optimized medium to auxiliary the needs of cofactors and metabolites was used in the synthesis pathway of HA for the development and use of K. lactis in fermentations. Also tested, the influence of the sources of carbon glucose, sucrose, lactose and galactose were visualized in fermentation in the HA producing strains, since different carbon sources affect glycolysis differently and consequently the metabolism of HA in the cell. Lactose and sucrose increased HA production in cells relative to galactose and glucose due to a mutual supply of the synthesis pathway of the two HA precursors. Using lactose as a carbon source, it obtained a better yield of 0.39 g / L of HA, a competitive value with the finished results of another single HA -producing yeast, which proves for the first time that K. lactis is a potential candidate for optimization of the production of this biopolymer.

Made available in DSpace on 2014-06-12T18:05:14Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo6217_1.pdf: 2483193 bytes, checksum: f2860b2d4524260bff6f057c6580ff7d (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2007 / Uma das alternativas para suprir o aumento pela demanda por etanol combustível é a engenharia metabólica de linhagens industriais de Saccharomyces cerevisiae visando o aumento do rendimento em etanol. Portanto, a deleção ou superexpressão de algumas desidrogenases pode contribuir para se alcançar este objetivo. Nesse contexto, a expressão epissomal do gene que codifica para a alanina desidrogenase bacteriana em linhagem laboratorial de S. cerevisiae resultou na diminuição da produção de glicerol e de biomassa, e aumento de 9% na produção de etanol, quando cultivada anaerobicamente em quimiostato (dados não publicados). Neste trabalho, investigamos essa alteração fisiológica mediante a clonagem do gene em diferentes linhagens industriais e de laboratório, usando tanto vetores para integração cromossomal em cópia única como para a expressão epissomal em cópias múltiplas. Em cultivos descontínuos em anaerobiose, não foi possível evidenciar diferenças estatisticamente significativas entre as linhagens recombinantes e suas parentais nos rendimentos em glicerol ou etanol. A análise da variância dos resultados mostrou que nestes ensaios descontínuos a diferença mínima significativa entre os rendimentos em glicerol e em etanol das linhagens recombinantes e parentais foi da ordem de 9-10% e 10-11% respectivamente, valores superiores às diferenças de rendimento observadas anteriormente em ensaios contínuos. A fim de detectar eventuais diferenças nos rendimentos em glicerol e etanol das linhagens modificadas será necessário compará-las em cultivos contínuos em anaerobiose, condições em que a variância dos dados experimentais será menor

Made available in DSpace on 2014-06-12T15:53:08Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo5193_1.pdf: 1879033 bytes, checksum: 2762c28cb18ad70b739746ca9e0272ea (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2006 / O setor industrial de produção de álcool combustível, como uma atividade biotecnológica, ainda não experimentou o uso das novas tecnologias de modificação genética nas células da levedura Saccharomyces cerevisiae, a qual poderia contribuir para o aumento do rendimento de etanol e/ou utilização de fontes alternativas de carbono para o processo fermentativo. Neste trabalho, linhagens industriais de S. cerevisiae previamente selecionadas pela capacidade de permanência no processo industrial foram utilizadas como hospedeiras em experimentos de manipulação genética com intuito de modificar o metabolismo redox de forma a aumentar o rendimento a etanol. Entretanto, a constituição genética das linhagens industriais requereu que uma série de adaptações aos procedimentos convencionais de manipulação genética em linhagens de laboratório fossem otimizadas. O primeiro tipo de atividade consistiu no desenho experimental e no aprimoramento dos procedimentos de deleção gênica baseados na recombinação de seqüências homólogas em cassetes de integração. Para este fim, o gene GDH1, codificador da enzima glutamato desidrogenase, foi parcial ou completamente removido do genoma da linhagem industrial com o uso de fragmentos de PCR que continham seqüências com mais de 300 bp de homologia com as regiões 5 e 3´ do gene alvo. Este gene codifica a principal enzima da via de assimilação de amônia e sua remoção deve causar a substituição dos cofatores NADPH por NADH nesta via. Tanto a extensão das seqüências de homologia quanto os tipos de primers de verificação da integração e da deleção foram otimizados. A segunda estratégia consistiu na inserção genômica por integração homóloga do gene bacteriano GAPN codificador da enzima gliceraldeido-3-fosfato desidrogenase. Ao contrário da enzima da levedura, esta enzima bacteriana utiliza NADPH como cofator, ao invés de NADH, e não promove a síntese de ATP. O gene bacteriano foi clonado em um plasmídeo que apresenta seqüências das regiões 5 e 3 do gene HO de S. cerevisiae e o cassete de integração foi utilizado para inserção no lócus HO do genoma da levedura. Para esta atividade, os tipos de primers de verificação da integração também foram otimizados. O conjunto de procedimentos experimentais descritos neste trabalho abre oportunidades para futuras manipulações genéticas que possam produzir células recombinantes úteis para os processos industriais. Além disso, faz-se necessária a construção de vetores de integração que permitam a posterior remoção da marcas de resistência a antibióticos, mantendo-se a capacidade de adaptação aos ambientes industriais