A utilização de água residuária doméstica na fertirrigação de culturas vegetais não produtoras de alimentos, mas de interesse zootécnico, é uma alternativa viável para o uso sustentável dos recursos hídricos. A busca de práticas agrícolas que proporcionem altas produtividades com sustentabilidade dos agroecossistemas tem sido um grande desafio. Assim, o objetivo deste estudo foi utilizar águas residuárias para plantio de sementes de Brachiaria brizantha cv Marandu como alternativa para produção de alimento animal em solos do Cerrado, bem como estudar os efeitos da fertirrigação sobre microbiota, bactérias fixadoras de nitrogênio (BFNs) e fungos micorrízicos (FMAs). Esses dois grupos microbianos são os principais microrganismos indicadores da fertilidade do solo. A água residuária utilizada foi obtida do efluente sanitário do Centro Universitário Luterano de Palmas (CEULP/ULBRA). Antes da aplicação do efluente no solo foram determinados os teores de nitrogênio (N), fósforo (P) e potássio (K), a condutividade elétrica, o pH, a demanda bioquímica de oxigênio (DBO), a demanda química de oxigênio (DQO), sólidos totais e contagens de coliformes totais e fecais. Os teores de NPK foram utilizados para determinação dos manejos de irrigação. Foram realizados cinco manejos ou tratamentos (T1 a T5). T1 e T2 foram os tratamentos que não receberam água residuária e T3 a T5 receberam, respectivamente, 20, 40 e 60% de NPK oriundos da água residuária. Esses manejos foram distribuídos em um delineamento inteiramente casualizado com 20 parcelas e 4 repetições. Para investigar os efeitos dos manejos sobre as características químicas, físicas e microbiológicas do solo foram realizadas duas amostragens, sendo a primeira coleta feita antes da fertirrigação e outra no final do experimento. Para as análises da produtividade da massa verde vegetal e seca, e a composição bromatológica do xiii capim foram realizados três cortes da parte área da planta. Após aplicação da água residuária foram observadas alterações nas propriedades físicas e químicas do solo e na contagem de células microbianas viáveis. Entretanto, a adição de NPK oriundos da água residuária aumentou a abundância de BFNs e FMAs. A produtividade de massa seca foliar por hectare foi diretamente proporcional à concentração de NPK aplicada no solo. Além disso, comparando o manejo de adubação com NPK comercial (T2) com aqueles que receberam águas residuárias (T3, T4 e T5) observa-se que a utilização desse efluente não alterou a composição nutricional do capim Marandu. Portanto, o uso de água residuária mostrou ser uma alternativa viável e promissora para reuso dessa água em solo do Cerrado que é considerado pobre em nutriente, visando principalmente à produção de alimento animal. / The use of domestic sewage for irrigation of non-food crops, but of zootechnical interest, is a viable alternative for the sustainable use of water resources. The search for agricultural practices that provide high productivity with sustainability of agroecosystems has been a great challenge. So, this study were analyzed the changes in the community of nitrogen fixing bacteria (NFB) and arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) by denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE) after the use of domestic wastewater to irrigation of Brachiaria brizantha cv Marandu in Cerrado soil. These two microbial groups are the main microorganims indicative of soil fertility. The changes physical and chemical of the soil before and after the use of the fertigation, dry green mass and dry mass productivity and bromatological composition of the grass were analyzed. After the use domestic wastewater of the CEULP/ULBRA in soil to cultivation of B. brizantha cv Marandu, changes in the physical and chemical properties of the soil were observed. The use domestic wastewater did not change the viable microbial cell count. However, the addition of NPK from use domestic wastewater increased the abundance of NFBs and FMAs. The foliar dry mass productivity is highest in the treatments with domestic wastewater and bromatological composition of the grass not was affected by fertigation. Therefore, the NPK concentration added in the soil and the number of cuts contribute to a better nutritional composition of the grass that was cultivated with domestic effluent. Thus, adequate management makes possible the use of fertigation in Cerrado soil for the Marandu grass or other agricultural crop production.

Made available in DSpace on 2015-03-04T18:50:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Susan.pdf: 1138023 bytes, checksum: 545df2347117ab3dc5c7c2c8183f9271 (MD5) Previous issue date: 2011-03-15 / Coordenacao de Aperfeicoamento de Pessoal de Nivel Superior / A metagenômica é o estudo do material genético extraído diretamente de comunidades microbianas. Ao invés de estudar as espécies microbianas isoladamente, como ocorre nos estudos genômicos convencionais, a metagenômica considera as interações entre os microorganismos de determinado habitat e a inuência de tais interações sobre a comunidade microbiana. Um dos passos fundamentais de um estudo metagenômico é a chamada classificação taxonômica, isto é, a identificação das espécies das quais o material genético foi obtido. O processo de classificação taxonômica envolve uma série de decisões de projeto. Atualmente, no contexto da metagenômica, tais decisões são tomadas de maneira quase intuitiva, sem nenhum embasamento teórico ou empírico. A proposta deste trabalho é preencher essa lacuna. Em particular, procura-se analisar o impacto dos seguintes parâmetros sobre a precisão de uma classificação taxonômica: (i) o comprimento das subseqüências usadas na codificação dos metagenomas; (ii) a medida de distância utilizada para medir a similaridade das seqüências; e (iii) a estratégia de classificação, que pode ser a convencional, em que as seqüências são classificadas isoladamente, ou a hierárquica, em que o processo de classificação leva em consideração o contexto taxonômico de cada fragmento. Para realizar tal estudo, foi adotado um classificador simples que realiza a categorização baseando-se no grau de semelhança entre a seqüência em questão e o seu vizinho mais próximo { ou seja, o popular k-NN com k = 1. A escolha pelo 1-NN justifica-se pelo fato de esse classificador incorporar um nível mínimo de viés ao processo de classificação, tendo em vista que esse modelo não faz qualquer suposição a respeito da distribuição dos dados. Foi realizado um experimento computacional de larga escala em que todos os genomas microbianos seqüenciados até Janeiro de 2010 foram utilizados como dados. A partir de uma análise extensiva dos resultados, chegou-se às seguintes conclusões. Subseqüências de pequeno comprimento geram altos erros de classificação, pois codificam de forma semelhante fragmentos metagenômicos distintos. Por outro lado, subseqüências muito longas representam de forma diferente metagenomas semelhantes, e isso também resulta em erros de classificacão altos. Em relação a noção de distância adotada, ao contrário do esperado, a variação das métricas não alterou de forma significativa a precisão do classificador. Finalmente, a estratégia hierárquica de classificação mostrou-se mais eficaz do que a convencional, o que está de acordo com as expectativas iniciais.

Considerando a dieta como um fator modulador do microbioma ruminal, neste trabalho objetivou-se investigar o impacto do bagaço da cana-de-açúcar sobre a composição e funcionalidade das espécies microbianas residentes no rúmen de carneiros (Ovis aries). Foram utilizados seis animais machos fistulados de O. aries, dos quais três foram alimentados com uma dieta composta por 70% de volumoso e 30% de concentrado (tratamento controle) e outros três animais alimentados com uma dieta similar a anterior, mas com 14% do volumoso substituído por bagaço de cana-de-açúcar (tratamento bagaço). O conteúdo ruminal (líquido e fibra) foram amostrados quinzenalmente durante 60 dias. A partir dessas amostras foram acessadas a estrutura e a composição da comunidade microbiana pela extração de DNA total e amplificação das regiões V3 e V6-V7 do gene 16S rRNA bacteriano e a região intergênica fúngica (ITS2). Além disso, foram feitas análises metagenômicas e metatranscriptômicas de comunidade microbianas enriquecidas em fibra ruminal para identificar enzimas lignocelulolíticas expressas. As frações líquida e fibrosa do conteúdo ruminal de O. aries revelaram uma comunidade bacteriana dominada principalmente por Bacteroidetes e Firmicutes ao longo de todo período experimental. Dois gêneros, Prevotella e Ruminococcus representaram 20% e 4% da comunidade bacteriana ruminal, respectivamente. Para a comunidade fúngica o filo Neocallimastigomycota representou 91% das sequências e os principais gêneros deste filo foram Piromyces, Neocallimastix, Orpinomyces, Anaeromyces, Caecomyces e Cyllamyces aderidos a fibra ruminal. O gênero Caecomyces, foi significativamente mais abundante na fibra ruminal de animais que se alimentaram de bagaço de cana-de açúcar. Além disso, foi observado um aumento significativo na frequência de enzimas como, por exemplo, 1,4-α-glucano, α-galactosidase, endo 1,4-β-xilanase, β- xilosidase, xilose isomerase, celobiose fosforilase e α-N-arabinofuranosidase no tratamento com bagaço de cana-de-açúcar. Considerando que a recuperação de enzimas a partir de comunidades microbianas naturalmente selecionadas para a degradação de biomassa é uma estratégia promissora para superar a atual ineficiência da ação enzimática na produção industrial de biocombustíveis, os resultados deste trabalho representam a possibilidade de aumentar a capacidade de recuperação ou descoberta de enzimas a partir de ruminantes, ou ainda, a possibilidade de manipular a estrutura do microbioma do rúmen para usá-lo como fonte de inóculo enriquecido em processos industriais de degradação de biomassa. / Considering the diet as a modulator of ruminal microbiome, this work aimed to investigate the impact of sugarcane bagasse on the composition and function of microbial species residents in the sheep (Ovis aries) rumen. Six cannulated male animals were used in the experiment, where three individuals were fed on a diet consisting of 70% forage and 30% concentrate (control treatment), and three were fed on a similar diet, but with sugarcane bagasse replacing 14% of the forage portion (bagasse treatment). The ruminal content (i.e., liquid and fiber) were sampled every two weeks during 60 days. From these samples, the structure and composition of the microbial community were assessed by total DNA extraction and amplification of V3 and V6-V7 regions of 16S rRNA gene from bacteria and the fungal intergenic region (ITS2). Furthermore, metagenomics and metatranscriptomics approaches were used to evaluate the enrichment of specific members of the microbial community in the ruminal fiber and genes related to lignocellulolytic enzymes. The liquid and fiber fractions of the O. aries rumen revealed a microbial community dominated mainly by Firmicutes and Bacteroidetes throughout the experimental period. The genera Prevotella and Ruminococcus accounted for 20% and 4% of the bacterial community of rumen, respectively. In the fungal community, the phylum Neocallimastigomycota accounted for 91% of sequences and its main genera adhered on the ruminal fiber were Piromyces, Neocallimastix, Orpinomyces, Anaeromyces, Caecomyces and Cyllamyces. The genus Caecomyces was significantly more abundant in the ruminal fiber in animals fed on sugarcane bagasse. Furthermore, there was a significant increase in the frequency of enzymes, such as α-1,4-glucan, α-galactosidase, endo- 1,4-β-xylanase, β-xylosidase, xylose isomerase, cellobiose phosphorylase and α- Narabinofuranosidase in the bagasse treatment. Considering that the recovery of enzymes from ecosystems naturally evolved for degradation of biomass is a promising strategy to overcome the current inefficient enzymatic action in industrial production of biofuels, the results of this study bring great possibilities to increase the discovery and or recovery of enzymes from ruminants, as well as the possibility of the ruminal microbiome structure manipulation to be used as source of an enriched inoculum for biomass degradation in industrial processes.

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

Este trabalho teve como objetivo caracterizar a diversidade bacteriana presente em uma área de mineração. Os resultados mostraram que o filo mais abundante das bactérias classificadas foi o proteobacteria e 66% deste filo pertencem a classe betaproteobacteria. A diversidade de bactérias encontradas no solo de fora da mina mostrou-se diferente daquele encontrado dentro da mina, mostrando que a ação da mineração poderia ter modificado a comunidade microbiana nativa do local. Na tentativa de elucidar o mecanismo de resistência ao cobre presente nos isolados, foram escolhidas 2 cepas resistentes a altas concentrações de cobre: Acinetobacter sp. e Enterobacter sp. Os resultados de proteômica mostraram que as duas cepas possuem mecanismos diferentes de resistência. Acinetobacter teve a expressão de duas proteínas CopA e CopB em diferentes condições de cultivos (200 ppm de cobre 6h de cultivo; 24h e 72h de cultivo em 450 ppm de cobre). Com esses resultados foi possível elucidar que esta cepa tem o mesmo mecanismo de resistência encontrado em Enterococcus hirae, onde a proteína CopA tem como função o influxo de cobre e a proteína CopB o efluxo do excesso de cobre intracelular. Já a bactéria Enterobacter teve expressão apenas de proteínas de membranas e nenhuma proteína propriamente conhecida como de resistência à cobre. Este resultado foi corroborado por técnica de PCR, no qual não houve expressão para esse gene. Possivelmente as proteínas de membrana externa estão responsáveis pela homeostase do cobre realizada por esta cepa. / This work aimed to characterize the bacterial diversity present in a mining area. Results showed the most abundant phylum of the classified bacteria are proteobacteria and 66% of this phylum are class betaproteobacteria. The diversity of bacteria found in the soil outside the mine differed from those found within the mine, showing that the mining action may have modified the local microbial community. In an attempt to elucidate the mechanism of resistance to copper present in the isolates, two strains resistant to high concentrations of copper were chosen: Acinetobacter sp. and Enterobacter sp. Proteomics results showed these two strains have different mechanisms of resistance. Acinetobacter had the expression of two CopA and CopB proteins under different cultivation conditions (200 ppm of copper 6h of culture and 24h and also in 450 ppm of copper and 72h of culture). With these results it was possible to elucidate, this strain has the same mechanism of resistance found in Enterococcus hirae, which the CopA protein functions as the copper influx and the CopB protein the efflux of excess intracellular copper. On the other hand, Enterobacter bacterium had only membrane proteins, and no proteins known as copper resistance. This result was corroborated with PCR, where there was no expression for this gene. Possibly the outer membrane proteins are responsible for the copper homeostasis performed by this strain.

A construção de bibliotecas metagenômicas tornou possível o acesso ao potencial biotecnológico de micro-organismos não cultiváveis. O solo é um habitat pouco explorado, com elevada diversidade bacteriana que possuem genes codificadores de enzimas de interesse industrial, chamadas de biocatalisadores naturais. Dentre estas, destacam-se as enzimas lipolíticas, lipases e esterases, por promoverem a hidrólise de matérias-primas de alto valor agregado e com muitas aplicações biotecnológica. Devido a necessidade, existe uma constante busca para isolar novos genes com diferentes especificações. Neste trabalho, o gene lip4, isolado de biblioteca metagenômica de solo, foi superexpresso, purificado e identificado como membro da família V das lipases bacterianas. Tem atividade ótima hidrolisando triacilglicerol de cadeia média em pH alcalino sem presença de íons. A estrutura cristalográfica obtida identificou o dobramento conservado das α/β hidrolases e a tríade catalítica, Ser94-Asp217-His245, além da presença do domínio CAP, comum nas esterases. / Metagenomic libraries construction make possible the access to the biotechnological potential of not cultivated microorganisms. Soil environment has a big bacterial diversity with genes encoding industrial interest enzymes, named natural biocatalysts. Among these, lipolytic enzymes, that includes lipases and estarases, are able to catalyse different biochemistry reaction and promoting raw material hydrolysis with added values. In this overview, a search for new genes with different specifications, allowed isolation by functional screening in tributyrin agar, a gene lip4 from a soil metagenomic library. These gene was overexpressed, purified and identified as a member to family V of bacterial lipases. Presents better activity in alkaline pH with medium chain triacyglycerol without ions. Three dimensional structure of Lip4 identified a conserved α/β hydrolase backbone and the catalytic triad Ser94-Asp217-His245, besides the presence of CAP domain, common structure in esterase.

Submitted by Sara Ribeiro (sara.ribeiro@ucb.br) on 2018-11-07T17:34:33Z No. of bitstreams: 1 HenriqueCesarTeixeiraVerasDissertacao2013.pdf: 26147875 bytes, checksum: 3014f6ec0d791f46e4e1ee8c49894c2f (MD5) / Approved for entry into archive by Sara Ribeiro (sara.ribeiro@ucb.br) on 2018-11-07T17:35:09Z (GMT) No. of bitstreams: 1 HenriqueCesarTeixeiraVerasDissertacao2013.pdf: 26147875 bytes, checksum: 3014f6ec0d791f46e4e1ee8c49894c2f (MD5) / Made available in DSpace on 2018-11-07T17:35:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 HenriqueCesarTeixeiraVerasDissertacao2013.pdf: 26147875 bytes, checksum: 3014f6ec0d791f46e4e1ee8c49894c2f (MD5) Previous issue date: 2013-09-06 / Humans live in constant association with microorganims. The amount of microorganims present in the human body exceeds our own cell number. That community of microorganisms has deep influence in health and disease. The use of high-throughput DNA sequencing technologies and culture independent approaches have been enlarging the understanding concerning the communities of microorganisms and the association of these with the host. The human gastrointestinal tract contains one of the most complex bacterial communities. It was proposed recently that the microbiome can be classified in three enterotypes. In our study, we used data metagenomics quantitative search to identify phylogenetic patterns in the intestinal microbiome to develop prediction models for the enterotypes. To reach this aim, statistical tests were applied to the data regarding abundance of bacteria in level taxonomic corresponding to genus. We identified genus significantly with the abundance different and important correlations. Besides the ratio among genus to be used as parameter bioindicator of the respectives enterotypes. Through the logistic regression test we identified that the prediction model for ET1 was influenced significantly by the ratio of Bacteroides / (Prevotella + Ruminococcus). In the model for prediction of ET2, it was the ratio of Prevotella / Bacteroides with such as characteristic significance. And for the model of ET3, we identified the ratio of (Akkermansia + Alistipes) / (Bacteroides + Prevotella) as significant parameter. These models were assessed against two groups of independent data and associated with the value of cut-off 5%; 20% and 95% respectively. Besides the value of cutoff for each models, the crossed validation allowed the association of the model with the measures of PPV for ET1, specificity for ET2 and PNV for ET3. We propose the experimental validation of these models for the qPCR technique. And with that methodology established, it would be possible to do the diagnosis of the enterotype individually. / Humanos vivem em constante associação com microrganismos. A quantidade de microrganismos presentes no corpo humano ultrapassa o nosso próprio número de células. Essa comunidade de microrganismos tem profunda influência na saúde e doenças. As tecnologias de sequenciamento de DNA de alta capacidade e abordagens moleculares independente de cultura têm ampliado a compreensão acerca das comunidades de microrganismos e a associação destes com o hospedeiro. O trato gastrointestinal humano abriga uma das mais complexas comunidades bacterianas. Foi proposto recentemente que o microbioma pode ser categorizado em três enterotipos. No nosso estudo, utilizamos dados metagenômicos quantitativos buncando identificar padrões filogenéticos no microbioma intestinal para desenvolver modelos de predição para os enterotipos. Para alcançar este objetivo, testes estatísticos foram aplicados aos dados referente a abundância de bactérias em nível taxonômico correspondente a gênero. Identificamos gêneros com a abundância significativamente diferente e correlações importantes. Além da razão entre gêneros para ser utilizada como parâmetro bioindicativo dos respectivos enterotipos. Através do teste de regressão logística identificamos que o modelo de predição para o ET1 foi influenciado significativamente pela razão de Bacteroides / (Prevotella + Ruminococcus). No modelo para predição do ET2, foi a razão de Prevotella / Bacteroides que apresentou significância. E para o modelo do ET3, identificamos a razão de (Akkermansia + Alistipes) / (Bacteroides + Prevotella) como parâmetro significativo. Estes modelos foram avaliados contra dois conjuntos de dados independentes e associados com o valor de cut-off 5%; 20% e; 95% respectivamente. Além do valor de cut-off para cada modelos, a validação cruzada permitiu a associação do modelo com as medidas de PPV para o ET1, especificidade para o ET2 e PNV para o ET3. Propomos a validação experimental destes modelos pela técnica de qPCR. E com essa metodologia estabelecida, seria possível fazer o diagnóstico do enterotipo individualmente.

A crescente resistência dos micro-organismos patogênicos aos fármacos já existentes gera intensa demanda por novos agentes terapêuticos. Em contrapartida, a eficiência na descoberta de compostos com novas estruturas químicas diminuiu nos últimos anos. Tendo em vista a vasta biodiversidade existente de micro-organismos, a redução da eficiência na descoberta de novos produtos naturais não indica que todos compostos existentes já foram descritos, mas sim que as metodologias para isolamento dos mesmos devem ser aperfeiçoadas e diversificadas, e novos nichos devem ser explorados. Esta tese compreende três capítulos, que trazem abordagens que podem ser utilizadas na busca por produtos naturais. O capítulo 1 aborda a aplicação de conhecimentos de biologia molecular na pesquisa de produtos naturais, através da metagenômica. O capítulo 2 aborda o conceito de química ecológica para estimular o metabolismo secundário, através da utilização de interações microbianas. O capítulo 3 aborda o uso de genome mining para entender a capacidade metabólica de uma linhagem bacteriana, bem como o uso de variações nos parâmetros da cultura para alterar o metabolismo desta. Metagenômica: a triagem anti-parasitária das bibliotecas metagenômicas detectou clones bioativos contra Leishmania major. As análises químicas e biológicas das culturas destes clones não permitiram a identificação dos compostos responsáveis pelas atividades observadas. Esta abordagem apresenta grandes desafios técnicos e tem passado por ajustes envolvendo sequenciamento e bioinformática para aumentar a taxa de sucesso em seu uso. Interações microbianas: esta metodologia mostrou-se promissora para a busca por compostos bioativos, tendo em vista que diversos pares exibiram nova atividade antibiótica, corroborando a hipótese que interações microbianas podem levar à expressão diferenciada do metabolismo secundário. Foi escolhida para caracterização química e biológica a interação entre uma actinobactéria rara (Krasilnikovia sp. T082) e uma actinobactéria endossimbionte de besouro (Streptomyces sp. SPB78). Esta interação é robusta e estimula a biossíntese de um antibiótico polar capaz de inibir o crescimento de uma bactéria multirresistente. Diversas técnicas foram testadas para o isolamento do composto indutor e do antibiótico induzido. Este processo foi desafiador devido ao caráter polar de ambos compostos e pelo fato da atividade antibiótica ser instável. Foi demonstrado que o antibiótico induzido é capaz de inibir o crescimento do micro-organismo indutor, sugerindo importância ecológica deste composto. A utilização desta abordagem metodológica permitiu a identificação de uma linhagem pertencente a um gênero de actinobactéria rara que nunca teve seu metabolismo secundário estudado (Krasilnikovia). Isto foi realizado através da investigação de seu genoma e também através do isolamento de compostos produzidos por esta linhagem. Esta linhagem demonstrou potencial para a produção de metabólitos secundários, apresentando pelo menos 21 potenciais clusters gênicos biossintéticos detectados pelo antiSMASH em seu genoma. Esta linhagem foi cultivada em dois meios de cultura (ISP2 e TSB) e diferentes metodologias de extração foram empregadas. O metabolismo secundário desta linhagem é expresso de maneira diferente de acordo com a metodologia de cultivo, evidenciando a importância da variação da composição do meio de cultura para o acesso da real capacidade metabólica de microorganismos. Foram identificadas algumas dicetopiperazinas, que são conhecidas por seu amplo espectro de atividades biológicas, e três compostos pertencentes a uma classe de peptídeos nãoribossomais não usuais com atividade antibiótica, que possuem estrutura química complexa e incomum para produtos naturais / Increasing drug resistance among microbial pathogens is a public health threat; therefore, new antibiotics are needed. On the other hand, the rate of discovering new compounds has diminished. Considering the wide biodiversity of microorganisms, reduced efficiency on the discovery of new natural products does not indicate that all existing compounds have been described, but that methods for isolation should be improved and diversified and new niches should be explored. This thesis comprises three chapters that demonstrate approaches that can be used in the search for natural products. Chapter 1 demonstrates the application of molecular biology tools on the search for natural products through metagenomics. Chapter 2 discusses the concept of chemical ecology for the stimulation of secondary metabolism by the use of microbial interactions. Chapter 3 discusses the use of genome mining to understand the metabolic capacity of a bacterial strain as well as the use of different culture parameters to alter bacterial metabolism. The anti-parasitic metagenomic screening on metagenomic libraries detected bioactive clones against L. major. Chemical and biological analysis of cultures of these clones did not permit identifying the compounds responsible for the observed activities. This approach faces diverse technical challenges and is currently being improved by the use of sequencing and bioinformatics analysis in order to increase its hit rate. Microbial interactions: this approach has shown to be promising in the search for bioactive compounds, considering that several pairs exhibited new antibiotic activity, supporting the hypothesis that microbial interactions can stimulate differential expression of secondary metabolism. It was chosen for chemical and biological characterization the interaction between a rare actinobacteria (Krasilnikovia sp. T082), which belongs to a genus that its secondary metabolism has not yet been studied in the literature, and an endosymbiont actinobacteria of beetle (Streptomyces sp. SPB78). This interaction is robust and stimulates the biosynthesis of a polar antibiotic capable of inhibiting the growth of multi-resistant bacteria. Several techniques have been tested for the isolation process of the inducer compound and the induced antibiotic. This process has been particularly challenging due to the polar character of both compounds, and because the antibiotic activity is unstable. It has been shown that the induced antibiotic is capable of inhibiting the growth of the inducer microorganism, suggesting an ecological importance of this compound. The use of this co-culture approach led to the identification of a strain belonging to a rare actinobacteria genus whose secondary metabolism has never been studied before (Krasilnikovia). This was accomplished through sequencing and analysis of its genome and also by isolating compounds produced by this strain (chapter 3). This strain has shown great potential for the production of secondary metabolites, exhibiting at least 21 biosynthetic gene clusters detected by antiSMASH in its genome, and only four of them showed high similarity to any known gene cluster. This strain was cultured in two different culture media (ISP2 and TSB), and different methods of extraction were used. The secondary metabolism of this strain is expressed differently according to the method of cultivation, showing the importance of variation in the composition of the culture medium to access the actual metabolic capacity of microorganisms. Some diketopiperazine were isolated, which are known for their wide spectrum of biological activities, and also three compounds belonging to a class of non-ribosomal peptides known for their high bioactivity, which have complex and unusual chemical structures for natural products

Cubatão, o maior pólo industrial da américa latina também já foi uma das cidades mais poluídas do mundo. Os 30 anos de intensa atividade industrial vêm pressionando o meio ambiente com substâncias tóxicas e afetando gravemente a saúde da população. Dentre as substâncias contaminantes mais importantes da região estão os derivados de petróleo como o benzeno, tolueno, etilbenzeno e xilenos. Conhecidos como BTEX, eles são produzidos e utilizados em larga escala e a contaminação ocorre frequentemente através de vazamentos. Nos solos, devido à sua solubilidade em água, essas substâncias podem se espalhar por longas distâncias a partir do ponto afetado contaminando locais distantes. Já foi comprovada a capacidade de micro-organismos de sobreviver e até utilizar BTEX como fonte de carbono. Os micro-organismos adaptados catabolizam os contaminantes transformando-os em substâncias menos tóxicas e até mesmo eliminando-os do ambiente, capacidade de grande interesse econômico e ambiental. Nessa linha, nossa proposta visa o estudo das comunidades microbianas de solos afetados e não afetados por BTEX. Para isso foi utilizada a metagenômica como abordagem de estudo identificando-se diferenças qualitativas e quantitativas nas estruturas microbianas de três diferentes locais do município de Cubatão, sendo um deles afetado diretamente por BTEX. Pelo método utilizado e aqui desenvolvido, foi possível identificar um panorama metabólico geral identificando-se genes relevantes e o potencial de degradação de hidrocarbonetos aromáticos de micro-organismos conhecidos e desconhecidos, revelando melhor o potencial metabólico dos solos identificados. Os resultados apresentados podem contribuir para um melhor entendimento da dinâmica in situ de uma comunidade microbiana afetada por BTEX assim como melhorar o conhecimento sobre a comunidade microbiana de um local altamente impactado como Cubatão. / Cubatão is the largest industrial site in Latin America and was in the past one of the most polluted cities in the world. 30 years of intense industrial activity has pushed environmental limits with toxic substances and has severely affected the inhabitants\' health. Among the contaminants found in the region, the petroleum derivatives benzene, toluene, ethylbenzene and xylenes are the most important. Known collectively as BTEX, they are produced and used at a large scale and contamination frequently occurs. Because it is highly soluble in water, when in soil BTEX can spread long distances from the original contamination site, thus affecting large areas. Some microorganisms are known to live in contaminated environments and use contaminants such as BTEX as a unique carbon source for energy production. They catabolize contaminants into less dangerous products or even eliminate them from environment, a feature which has great commercial and environmental interest. We therefore compared the microbial communities in soils which were affected and un-affected by BTEX contamination. To this end, we used a metagenomics approach and developed a comparison method to identify microorganisms and degradation potential of soils studied. We found qualitative and quantitative differences in microbial structures from three different sites in Cubatão County, one of which is contaminated with BTEX. We constructed a metabolic overview identifying important genes, degradation potential and microorganisms related to BTEX degradation. The results presented here could contribute to understanding the in situ dynamics of a BTEX affected microbial community as well as improving our knowledge of the microbial community of Cubatão, a highly environmentally impacted place.

Bactérias resistentes aos antimicrobianos representam um risco, não apenas para a saúde animal, como também para a saúde pública. As bactérias comensais, como Escherichia coli, são consideradas um bom indicador do padrão de resistência de uma população microbiana, uma vez que, por residirem no intestino, estão submetidas à constante pressão de seleção resultante da administração de antimicrobianos, podendo sobreviver ao processo de abate de suínos e chegar aos consumidores. Neste sentido, os objetivos deste estudo foram: i. avaliar a frequência de resistência antimicrobiana fenotípica e a presença de grupos clonais em E. coli isoladas de fezes e carcaças suínas; ii. determinar o perfil fenotípico e genotípico de resistência aos antimicrobianos em isolados multirresistentes de E. coli provenientes de carcaças de suínos e identificar grupos clonais presentes em carcaças suínas; iii. comparar o perfil fenotípico de resistência antimicrobiana em isolados de E. coli de fezes de suínos submetidos a diferentes protocolos de administração de antimicrobianos via ração; iv. descrever o perfil da microbiota intestinal de suínos submetidos a diferentes protocolos de uso de antimicrobianos via ração. Para isto, três etapas distintas foram realizadas. Na etapa 1, dois ciclos de amostragem foram conduzidos em três matadouros-frigoríficos (A, B, C) de suínos, sendo coletado fezes depositadas no piso da pocilga de espera e suabes de superfície de carcaças na etapa de pré-resfriamento. Escherichia coli foi isolada dessas duas origens e avaliada quanto à resistência aos antimicrobianos. Além disso, 92 isolados de ambas as origens apresentando perfil de multirresistência foram submetidos à análise por Pulsed-field gel eletrophoresis (PFGE). Para a etapa 2, os isolados multirresistentes provenientes de carcaças foram submetidos a novos testes de sensibilidade antimicrobiana e de acordo com o perfil fenotípico foram pesquisados quanto aos genes de resistências e submetidos à técnica de PFGE. Em relação a etapa 3, quatro grupos de suínos que utilizavam protocolos distintos de uso de antimicrobianos via ração foram acompanhados em todas as fases zootécnicas e avaliados quanto a frequência de resistência antimicrobiana de E. coli e perfil bacteriano da microbiota intestinal através do sequenciamento de duas regiões do gene 16S rRNA. Entre os 674 isolados de E. coli da etapa 1 apenas 7,4% foram susceptíveis a todos os antimicrobianos testados. As maiores frequências de resistência foram identificadas frente à tetraciclina (85,9%), ampicilina (73,0%), sulfonamida (70,0%), florfenicol (65,0%) e ácido nalidíxico (58,9%). Do total de isolados de E. coli, 79,5% (536/674) foram classificados como multirresistentes. A análise de macro restrição (PFGE), conduzida em isolados apresentando perfis de multirresistência mais prevalentes, demonstrou que isolados de fezes e carcaças eram na maioria dos casos relacionados (similaridade ≥70%) nos três matadouros-frigoríficos. Dos isolados multirresistentes provenientes das carcaças, dez novos antimicrobianos foram testados; em relação a esses, as maiores frequências de resistências foram à cloranfenicol (86,4%), estreptomicina (65,8%) e trimetoprima (57%). Cada matadouro-frigorífico apresentou um perfil distinto de multirresistência predominante. Nos isolados submetidos à pesquisa de genes de resistência, foram detectados por ordem de frequência: strA (83,3%); aac(3)IVa (70%); tetB (70%); sul2 (60%); floR (56,6%); tetA (50%); aph(3)Ia (43,3%); sul3 (26,6%) e blaTEM (10%); três grupos de isolados relacionados (similaridade ≥ 70%) foram encontrados na análise por PFGE. Em relação à etapa 3, os grupos com diferentes protocolos de uso antimicrobianos via ração não apresentaram alteração significativa no perfil de microbiota intestinal e contagem de E. coli; entretanto, os perfis fenotípicos de resistência antimicrobiana foram distintos entre os grupos. O grupo que recebia protocolo com uso alternado de antimicrobianos de seis classes distintas apresentou maior frequência de resistência e multirresistência. De acordo com os resultados encontrados protocolos de uso continuado de antimicrobianos na criação de suínos gera uma pressão seletiva, resultando em cepas multirresistentes que podem sofrer propagação no ambiente e na cadeia de produção de alimentos. Considerando os perfis de resistência encontrados em E. coli originada de carcaças suínas e fezes, em todas as etapas deste trabalho, observou-se que essas cepas são selecionadas na granja pelo uso de antimicrobianos, chegaram ao pré-abate, disseminaram-se na linha de abate e contaminar a carcaça. O uso prudente de antimicrobianos é amplamente citado em toda a literatura científica veterinária e, conforme nossos resultados demonstraram, deve ser incluído entre as metas da suinocultura brasileira. / Bacteria resistant to antimicrobials present a hazard not only for animal health but public health too. Commensal bacteria, such as Escherichia coli, are considered a good indicator of microbial population resistance, because they live in gut and are subjected to constant pressure resulting selection of the administration of antibiotics, may survive in slaughtering process and get consumers. In this sense, the aims of this study were: i. to evaluate the frequency of antimicrobial phenotype resistance and presence of clonal groups for E. coli isolated from feces and pig carcasses; ii. to determine phenotypic profile and antimicrobial genotypic resistance in multiresistant E. coli isolated from pig carcasses and identify clonal groups present in pig carcasses; iii. to compare phenotypic profile of antimicrobial resistance in E. coli from swine feces submitted to different antimicrobial in-feed protocols; iv. to describe gut microbiota profile in pigs submitted to different antimicrobial in-feed protocols. For this, three steps were performed. In step 1, two sampling cycles were conducted in three slaughterhouses (A, B, C) of pigs being collected feces deposited in pen floor and pre-chill carcasses. Escherichia coli was isolated from these two sources and evaluated for antimicrobial resistance. In addition, 92 isolates with multidrug resistance profile were analyzed by pulsed-field gel eletrophoresis (PFGE). In step 2, isolated from carcasses and multiresistant underwent new antimicrobial susceptibility testing and in accordance with the phenotypic profile were screened for the resistance gene and PFGE. In step 3, four groups of pigs used different antimicrobial in-feed protocols were followed in all phases and evaluated frequency of antimicrobial resistance and gut bacterial profile by sequencing two regions of 16S rRNA. Among the 674 E. coli isolates from step 1 just 7.4% were susceptible to all antibiotics. The highest frequencies of resistance were: tetracycline (85.9%), ampicillin (73.0%), sulfonamide (70.0%), florfenicol (65.0%) and nalidixic acid (58.9%). Of total E. coli isolates, 79.5% (536/674) were multidrug. Macrorestriction analysis (PFGE), conducted in isolates with profiles more prevalent multidrug resistance showed that isolated from feces and carcasses were in most cases related (≥70% similarity) in the three slaughterhouses. The multiresistant isolates from carcasses, ten new antibiotics were tested, with greatest frequency in add antimicrobial resistance were: chloramphenicol (86.4%), streptomycin (65.8%) and trimethoprim (57%). Each slaughterhouse showed a distinct profile of resistance and number of resistance markers. Isolates submitted to research genes were detected in order of frequency: strA (83.3%); aac(3)IV (70%); tetB (70%); sul2 (60%); floR (56.6%); tetA (50%); aph(3)Ia (43.3%); sul3 (26.6%) and blaTEM (10%); and three related groups (similarity ≥ 70%) were formed in PFGE. For step 3, groups with different antimicrobial in-feed had no significant change in gut microbiota profile and E. coli counts; however the phenotypic profiles of antimicrobial resistance were different between the groups. The group receiving protocol with alternate use of antimicrobials six different classes showed higher frequency of resistance and multidrug resistance. According to the results, different protocols of antimicrobial in pig farming creates a selective pressure, resulting in multi-drug resistant strains that may contribute to spread environment and in food production chain. Considering the resistance profiles found in E. coli originated from swine carcasses and feces, in all stages of this work, it was observed that these strains were selected for in farm by use of antimicrobials, reached the pre-slaughter, spread in the slaughterhouse and carcasses. The concept of prudent use of antimicrobials is widely quoted in all the veterinary scientific literature and, as our results showed, it should be included among the goals of the Brazilian pig farming.