Resumo: Os exopolissacarídeos (EPS) são polímeros produzidos por uma grande variedade de microrganismos e podem possuir propriedades físicas, estruturais e químicas diferentes. Considerando o interesse crescente das indústrias na busca de polissacarídeos que apresentem comportamento reológico compatível com sua aplicação, tanto nos setores de alimentos como farmacêutico, cosmético e têxtil, pesquisas vêm sendo realizadas com a esperança da descoberta de novas moléculas promissoras para tais aplicações. O objetivo deste trabalho foi determinar as características reológicas do exopolissacarídeo (botriosferana) produzido pelo Botryosphaeria rhodina MAMB-05 em três fontes de carbono: glucose (EPSGLU), sacarose (EPSSAC) e frutose (EPSFRU). A análise da composição monossacarídica, após hidrólise ácida, mostrou que todos os polímeros são constituídos exclusivamente por glucose e a cromatografia de filtração em gel indicou baixo grau de polidispersividade. Experimentos com o corante Congo Red evidenciaram a presença de tripla hélice nos três polímeros produzidos pelo fungo B. rhodina MAMB-05. Os três polissacarídeos comportaram-se como fluidos não-Newtoniano com características de soluções pseudoplásticas e tixotrópicas e com diminuição da viscosidade quando em presença de NaCl. As soluções aquosas de EPSGLU, EPSSAC e EPSFRU apresentaram comportamento viscoelástico, com características de gel forte em 5 e 25°C, não sofrendo mudanças no comportamento, mesmo em presença de NaCl, a 25°C. As soluções polissacarídeos mantiveram as características de géis fortes, com propriedades termoestáveis e termorresistentes, entre 5 a 95°C de temperatura. Esses resultados permitiram concluir que os EPS produzidos pelo fungo B. rhodina MAMB-05 possuem propriedades químicas e físicas, passíveis de utilização nas indústrias de alimentos, farmacêutica, cosmética e biomédica. / Abstract: Exopolysaccharides (EPS) are polymers produced by a great variety of microorganisms and can possess different physical and chemical properties, and structural features. Considering the growing interest in commercial applications of polysaccharides that show rheological compatible behavior within the application, as in the food, pharmaceutical, cosmetic and textile sectors, research have been developed in attempts to discover new promising biomolecules for such applications. The objective of the work presented was to determine the rheological characteristics of the exopolysaccharide botryosphaeran produced by Botryosphaeria rhodina MAMB-05 on three different sole carbon sources: glucose (EPSGLU), sucrose (EPSSUC) and fructose (EPSFRU). The analysis of monosaccharide composition, after acid hydrolysis, showed glucose as the only component and the gel permeation chromatography indicated that the EPSs have an excellent purity grade. All three biopolymers produced by B. rhodina MAMB-05 were found to exist in the triple helix conformational state. The three exopolysaccharides showed non-Newtonian behavior, with pseudoplastic and thixotropic characteristics, and showed a slight decrease in viscosity in presence of NaCl. The three biopolymer gels showed viscoelastic behavior, with characteristics of strong gelling at 5 ºC and 25 ºC, without suffering behavioral changes, even in the presence of NaCl at 25 ºC. The polysaccharide solutions kept the strong gel characteristics possessing thermo-stable and thermo-resistant properties when evaluating the influence of temperature (5 - 95 ºC) over the viscoelastic behavior of solutions. The results concluded that the EPS's produced by fungus B. rhodina MAMB-05 have physical and chemical properties amenable for use in the food, pharmaceutical, cosmetic and biomedical industries. / Orientador: Maria de Lourdes Corradi Custódio da Silva / Coorientador: Ana Lúcia Barretto Penna / Banca: Joana Lea Meira Silveira / Banca: Roberto da Silva / Mestre

O impacto causado pelo aumento da quantidade de substâncias químicas descartadas no meio ambiente está presente na maioria dos ecossistemas. Poluentes industriais contendo metais são frequentemente transportados para a água, o solo e o ar, podendo-se acumular nas cadeias tróficas e apresentar toxicidade para a biota. Em ambientes aquáticos, a biodisponibilidade e destino dessas substâncias xenobióticas podem ser influenciadas por vários fatores, entre eles a matéria orgânica dissolvida e outros compostos quelantes, os quais tem capacidade de aprisionar ou liberar íons para o ambiente. Os exopolissacarídeos, substâncias excretadas pelo fitoplâncton, podem interagir com diversas substâncias, interferindo na toxicidade dos compostos para os organismos ou comunidades biológicas aquáticas e, conseqüentemente, subestimando o verdadeiro valor tóxico das substâncias. Este trabalho foi conduzido para determinar a influência dos exopolissacarídeos da Clorofícea Pseudokirchniriella subcapitata, e da Cianofícea Anabaena spiroides na toxicidade dos elementos traço cádmio e cromo em Daphnia similis (Cladocera). Os metais foram escolhidos pela afinidade por quelantes orgânicos. Foram realizados testes ecotoxicológicos agudos para verificar a sensibilidade do cladócero Daphnia similis em diferentes concentrações dos metais cádmio (cloreto de cádmio) e cromo (dicromato de potássio), adicionando algas e exopolissacarídeos. Nos testes com os exopolissacarídeos foram utilizadas diferentes frações (excretado total, 10000D). Para obtenção das frações de exopolissacarídeos foram realizadas filtrações tangenciais em cartucho oco de celulose com bomba peristáltica. Nos testes com a adição das algas foram usados números conhecidos de células obtidas do concentrado de algas. Observou-se redução da toxicidade de 20 a 30% nos testes com a adição de excretado total, e reduções menores para as frações 10KD para as clorofícea e cianofícea. Com os resultados deste trabalho, foi possível avaliar a capacidade dessas substâncias em quelar e indisponibilizar compostos tóxicos e avaliar a toxicidade das substâncias quando testadas nos organismos planctônicos. / Chemical substances have been exerting increasing impact on ecosystems. Industrial pollutants containing metals frequently reach water bodies, soil, and air, wherein they may accumulate on the trophic chain, resulting in toxicity to the biota. In aquatic environments, the bioavailability and the destination of these xenobiotics are influence by several factors, such as the amount of solved organic matter and other chelating compounds, since these substances can either bind or liberate ions to the environment. Exopolysaccharides, in particular, are excreted by phytoplankton and, once in water, can interact with several substances altering the toxicity of compounds to aquatic organisms and biological communities. As a consequence, the real toxic potential of these xenobiotics is underestimated. The aim of this work was to determine the influence of the exopolysaccharides produced by the Chloroficeae Pseudokirchniriella subcapitata and by the Cyanophiceae Anabaena spiroides on the toxicity of the trace-elements cadmium and chromo over the primary consumer Daphnia similis. These metals were chosen due to their high affinity towards organic chelators. Tests for acute ecotoxicity were performed to verify the sensitivity of the Cladocera Daphnia similis exposed to different cadmium (cadmium chloride) and chromo (potassium dichromate) concentrations, with and without algae and/or exopolysaccharides. Three fractions of exopolysaccharides were tested (total excreted, < 1000D, and > 1000D), which were obtained by tangencial filtration through a cellulosis membrane using a peristaltical pump. On tests using algae, a fixed number of cells were obtained from an algae concentrate. The toxicity of Daphnia similis to the metals was 20-30% reduced when the total excreted from algae was added, while the reduction in toxicity was lower to the fraction than 10KD. The results demonstrated that exopolysaccharides chelate toxic compounds rendering them unavailable for exerting their effects on planktonic organisms.

Os organismos extremófilos são considerados atualmente reservatórios de novas biomoléculas de interesse biotecnológico. Dentro deste grupo encontram-se os microrganismos que requerem altas concentrações de sal para crescer, denominados halófilos. Também existem os halotolerantes que são aqueles microrganismos que não precisam de sal para proliferar, mas toleram altas concentrações de NaCl. Os ambientes salinos provaram ser uma fonte rica de microrganismos halotolerantes produtores de novos compostos naturais e, portanto, a pesquisa nestes ambientes torna-se de grande importância. No Brasil, na região salina de Areia Branca no bioma caatinga, foram isoladas bactérias halotolerantes que foram estudadas com o objetivo de avaliar a produção de novos biopolímeros de interesse biotecnológico. Acredita-se que os polímeros naturais desses microrganismos extremos podem ter aplicações inovadoras ou características diferentes às tradicionais. Neste estudo, os isolados foram identificados em nível de gênero com base na análise da sequência do gene 16s rRNA. Os isolados foram principalmente bactérias Gram-positivas atribuídas às famílias Bacillaceae, Staphylococcaceae, Microbacteriaceae e uma bactéria Incertae Sedis do filo firmicutes, afiliadas aos gêneros Bacillus, Staphylococcus, Curtobacterium e Exiguobacterium, respectivamente. Apenas um isolado Gram-negativo foi identificado e atribuído como membro da família Pseudomonadaceae, incluso no gênero Pseudomonas. Avaliou-se a tolerância ao sal dos isolados em meio TSB suplementado com 5, 35, 60 e 120 g/L de NaCl. Todos os isolados apresentaram a capacidade de crescer nas quatro concentrações de NaCl avaliadas, com exceção do isolado Exiguobacterium sp. sac36 que não cresceu na concentração de 120 g/L de NaCl no meio. Realizaram-se ensaios de acúmulo de polihidroxialcanoatos (PHA) e evidenciou-se que quatro isolados do gênero Bacillus são capazes de acumular 3-hidroxibutirato (3HB) a partir de glicose, xilose, e alguns destes em glicerol. Adicionalmente, confirmou-se que quando há altas concentrações de NaCl no meio, o acúmulo de 3HB dos isolados produtores diminui. Observou-se também que doze isolados halotolerantes são produtores de exopolissacarídeos (EPS). Testes realizados indicaram que os mesmos podem ter efeitos imunoestimulantes em macrófagos. Finalmente, avaliou-se a produção de ácido hialurônico (AH) pelos isolados halotolerantes. Segundo sugere o método de Alcian blue, todos os isolados foram capazes de produzir AH, mostrando que a maior parte deles acumulou o biopolímero em concentrações maiores ou semelhantes ao controle. Os resultados obtidos evidenciam que os isolados halotolerantes avaliados são uma fonte rica em compostos com atividades promissoras para as diferentes indústrias. O presente trabalho contribui no estudo do potencial biotecnológico de microrganismos isolados no bioma caatinga, destacando sua biodiversidade, versatilidade e a necessidade de continuar explorando esses ambientes extremos pouco estudados. / Extremophile organisms are considered reservoirs of new biomolecules of biotechnological interest. In this group there are microorganisms that require high salt concentration to grow, called halophiles, and halotolerant microorganisms, that do not need salt to proliferate but can tolerate high concentrations of NaCl. Saline environments proved to be a rich source of new natural compounds by halotolerant producers and therefore, research in these environments becomes of great importance. In Brazil, in the saline region of Areia Branca in the caatinga biome, halotolerant bacteria were isolated and studied in order to evaluate the production of new biopolymers of biotechnological interest. It is believed that the natural polymers of those extreme microorganisms could have innovative applications or different characteristics from the traditional biopolymers. In this study, the isolates were identified at the genus level based on 16S rRNA gene sequence analysis. Isolates were mainly Gram-positive bacteria from Bacillaceae, Staphylococcaceae and Microbacteriaceae families, and Bacillus, Exiguobacterium, Staphylococcus and Curtobacterium genera. One of the Gram-negative isolate was identified as member of the Pseudomonadaceae family, genus Pseudomonas. The evaluation of salt tolerance of the bacterial isolates on TSB medium supplemented with 5, 35, 60 and 120 g / L NaCl was performed. All the isolates showed the ability to grow in the four concentrations evaluated, except for Exiguobacterium sp. sac36, that did not grow at 120 g / L NaCl. Polyhydroxyalkanoate (PHA) accumulation assays were performed using glucose, xylose and glycerol as carbon source. The results showed that four strains of the genus Bacillus were able to accumulate 3-hydroxybutyrate (3HB) in all conditions. Additionally, it was confirmed that the presence of high concentrations of NaCl in the medium causes a decrease in 3HB accumulation in the cells. It was observed that twelve halotolerant bacteria produced exopolysaccharides (EPS). Tests performed indicated that those EPS could have immunostimulatory effects on macrophages. Finally, hyaluronic acid (HA) production was evaluated. According to Alcian blue method, all strains were able to produce HA, showing that most of the isolates accumulated the biopolymer in higher or similar concentrations to the control. The results showed that the halotolerant isolates are a rich source of compounds with promising activities for different industries. This study contributes to the knowledge of microorganisms from the caatinga biome and their biotechnological potential, highlighting their biodiversity, versatility and the need to continue exploring these poorly studied extreme environments.