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Made available in DSpace on 2015-03-26T13:51:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo correto.pdf: 535635 bytes, checksum: 2ca42e241dd388099a705af6f2c401d0 (MD5) Previous issue date: 2008-10-30 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Filamentous fungi are recognized as excellent producers of extracellular enzymes and the genetically modified strains have made possible the production of pectinases with greater specificity and purity, better use of raw materials and lower production of waste. The production of pectin lyase (PL) and polygalacturonase (PG) by genetically modified strain Penicillium griseoroseum T20 has been studied. The response surface methodology (RSM) was used to optimize PL and PG production. The parameters sucrose concentration and cultivation time were evaluated. The highest PL production in Erlenmeyer flasks with 200 mL of culture medium was achieved after 87.7 h in sucrose 15.7 g/L and the highest PL estimated activity was 2428 U/ml. The higher PG production in Erlenmeyer flasks with 200 mL of culture medium was achieved after 83.8 hours and the highest PG estimated activity was 9465 U/ml. The sucrose concentration showed no significant influence on the production of this enzyme. The optimization in Erlenmeyer flasks was followed by the scaleup to 10 L bioreactor. The aeration conditions were evaluated and the highest PL and PG activity was observed in 1.0 L of air per minute. Under this condition, the strain showed low protease activity, just in the final period of cultivation, and β-glucosidase activity was not detected. The protein profile of the recombinant strain T20 showed the presence of two distinct bands of with approximately 38 and 36 kDa. These bands corresponded to PL and PG, respectively. The mycelial growth of the strain P. griseoroseum T20 has been studied by RSM, and the maximum mycelial dry weight observed was 8.63 g/L, on 30 g/L sucrose and 120 hours of cultivation. The mycelial morphology suggested a link between the occurrence of free and dispersed hyphae and the production of PL and PG. The kinetic parameters of fermentation were determined and compared between the scales of PL and PG production. The maximum total protein was 9.1 and 9.5 mg/L in cultures of 200 ml and 10 L, respectively. The specific PL (PspePLp) and PG (PspePGp) activities in relation to total protein were 353 and 613 U/g at 200 mL cultivation and 305 and 1106 U/g at 10 L cultivation, respectively. The maximum yield of PL (PdPL) and PG (PdPG) observed were 33.4 and 73.3 U/mL.h at 200 mL cultivation and 24.1 and 289 U/L.mL.h at 10 L. The performance parameters of PL (RPL/S) and PG (RPG/S) were 214 and 352 at 200 ml cultivation and 87.4 and 1049 at 10 L, respectively. The PL and PG production between P. griseoroseum T20 and P. griseoroseum wide type strain was compared. Increases of more than 400 times in the PL production and at least 14 times in the PG production were observed. The results suggest the great potential for industrial application of this strain for the production of PL and PG. / Fungos filamentosos são reconhecidos como excelentes produtores de enzimas extracelulares e as linhagens geneticamente modificadas têm tornado possível a produção de pectinases com maior especificidade e pureza, melhor utilização de matéria-prima e menor produção de resíduos. O processo de produção de pectina liase (PL) e poligalacturonase (PG) pela linhagem geneticamente modificada Penicillium griseoroseum T20 foi estudado. As condições ótimas de cultivo para a produção de PL e PG foram determinadaspor meio da Metodologia de Superfície de Resposta (RSM). A maior produção de PL em frascos Erlenmeyer com 200 mL de meio de cultivo foi obtida após 87,7 h em meio contendo sacarose em concentração inicial de 15,7 g/L, sendo a maior atividade de PL estimada de 2.428 U/mL. A maior produção de PG em frascos Erlenmeyer com 200 mL de meio de cultivo foi obtida após 83,8 h, sendo a maior atividade de PG estimada de 9.465 U/mL. A concentração de sacarose não mostrou influência significativa sobre a produção dessa enzima. Após otimização dos fatores tempo de cultivo e concentração de sacarose em Erlenmeyers, foi feito o escalonamento para biorreator com 10 L de trabalho. A condição de aeração que proporcionou a maior atividade de PL e PG foi de 1,0 L de ar por minuto. Nessa condição, a linhagem apresentou baixa atividade de protease no período final de cultivo e não foi detectada atividade de β-glicosidase. O perfil protéico da linhagem recombinante T20 mostrou a presença de duas bandas de proteínas distintas com aproximadamente 38 e 36 kDa, correspondentes à PG e à PL, respectivamente. O crescimento micelial da linhagem P. griseoroseum T20 foi estudado por meio da RSM, e a massa micelial seca máxima estimada foi de 8,63 g/L, na condição de 30 g/L de sacarose após 120 horas de cultivo. A avaliação da morfologia micelial sugeriu a existência de uma relação entre a ocorrência de hifas livres e dispersas e a produção de PL e PG. Os parâmetros cinéticos da fermentação foram determinados e comparados entre as escalas de produção de PL e PG. A proteína total máxima observada foi de 9,1 e 9,5 mg/L nos cultivos de 200 mL e 10 L, respectivamente. As atividades específicas de PL (PspePLp) e PG (PspePGp) em relação à proteína total foram de 353 e 613 U/μg no cultivo em 200 mL e de 305 e 1.106 U/μg no cultivo em 10 L, respectivamente. As produtividades enzimáticas máximas de PL (PdPL) e PG (PdPG) observadas foram de 33,4 e 73,3 U/mL.h em 200 mL e de 24,1 e 289 U/mL.h em 10 L. Os parâmetros rendimento de PL (RPL/S) e de PG (RPG/S) calculados foram de 214 e 352 no cultivo em 200 mL e de 87,4 e 1.049 no cultivo em 10 L, respectivamente. A produção de PL e PG entre as linhagens P. griseoroseum T20 e P. griseoroseum selvagem foi comparada e aumentos de mais 400 vezes na produção de PL e de pelo menos 14 vezes na produção de PG foram observados. Os resultados sugerem o grande potencial de aplicação industrial dessa linhagem para a produção de PL e PG.

Made available in DSpace on 2015-03-26T13:51:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 800491 bytes, checksum: 274cc18672a32ed45926e416e0de5305 (MD5) Previous issue date: 2011-02-15 / The homologue recombination in Kluyveromyces lactis is not the preferential way used as repair mechanism of DNA double strand, desirable in proteins expression construction dependent on gene-specific integration. In order to obtain K. lactis strains to recombinant protein expression efficient in homologue recombination way, KU80 gene was interrupted. The perfect running of non-homologue ends junctions (NHEJ) way depends on that gene and is responsible by exogenous DNA random integration in the host genome. KU80 gene deletion was made by Split-Marker. Two fragments were generated by PCR fusion, each one with a flanker sequence of KU80 coding region (5 and 3 ends) and part of geneticin resistance gene (KanMX). Deletion cassette resulting from in vivo recombination of two fragments had KanMX gene flanked by KU80 coding regions end sand was used for KU80 deletion by homologue recombination in the genome in two K. lactis strains, JA6 and HP108. The 3.7 Kb fragment obtained by PCR amplification with external primers to KU80 coding region confirmed deletion cassette integration in the target gene. Integration efficiency with Split-Marker resulting fragments was 100 %. pKLAC1 and pKLAC1/cStp vectors with streptavidin affinity domain by biotin were used to determine homologue recombination efficiency of KU80 (JA6ΔKU80 and HP108ΔKU80) mutant strains. Pectin lyase coding gene (plg1) from Penicillium griseoroseum was cloned in those vectors to evaluate the capacity of K. lactis strains to produce and secrete the recombinant protein. The transformation efficiency (transformants/μg of DNA) of mutants JA6ΔKU80 and HP108ΔKU80 with pKLAC1/Plg1 and pKLAC1/cStp-Plg1 vectors was higher than to parental strains JA6 and HP108. Target gene integration efficiency was 100 % in most strains, except to strains JA6/Plg1and HP108ΔKU80/Plg1 that showed an integration efficiency of 80 and 70 %, respectively. Although the high efficiency of specific-gene integration there was no pectin lyase (PL) or cStp-Plg1 secretion as expected for pKLAC1 vector. PL intracellular activity was significant when compared with parental strain HP108/Plg1, that presented specific activity of 9,525 U.mg-1 protein. / A recombinação homóloga em Kluyveromyces lactis não é a via preferencial usada como mecanismo de reparo de quebra de fita dupla de DNA, o que pode ser indesejado em construções de expressão de proteínas dependentes de integração gene-específico. Para obter linhagens de K. lactis hospedeiras para a expressão de proteínas recombinantes eficientes na via de recombinação homóloga realizou-se a mutação do gene KU80. Este gene é essencial para perfeito funcionamento da via de junções de extremidades não-homólogas (NHEJ), responsável pela integração aleatória do DNA exógeno no genoma hospedeiro. A deleção do gene KU80 foi feita utilizando a técnica Split-Marker. Dois fragmentos foram obtidos por fusão por PCR, cada um contendo uma sequência flanqueadora da região codificante do gene KU80 (extremidades 5 e 3 ) e uma parte do gene de resistência a geneticina (KanMX). O cassete de deleção resultante da recombinação in vivo dos dois fragmentos gerados continha o gene KanMX flanqueado pelas extremidades da região codificante do gene KU80, e foi utilizado para deleção do gene KU80 por recombinação homóloga no genoma de duas linhagens de K. lactis, JA6 e HP108. O fragmento de 3,7 Kb obtido por amplificação por PCR com oligonucleotídeos externos à região codificante do gene KU80 confirmou a integração do cassete de deleção no gene alvo. A eficiência de integração com os fragmentos resultantes do Split-Marker foi de 100 %. Os vetores pKLAC1, e pKLAC1/cStp contendo o domínio de afinidade da estreptavidina pela biotina, foram usados para determinar a eficiência de recombinação homóloga das linhagens mutantes KU80 (JA6ΔKU80 e HP108ΔKU80). O gene da pectina liase (plg1) de Penicillium griseoroseum foi clonado nesses vetores para avaliar a capacidade de linhagens de K. lactis em produzir e secretar a proteína recombinante. A eficiência de transformação (transformantes/μg de DNA) dos mutantes JA6ΔKU80 e HP108ΔKU80 com os vetores pKLAC1/Plg1 e pKLAC1/cStp-Plg1, foi superior à das linhagens parentais JA6 e HP108. A eficiência de integração no gene alvo foi de 100% para maioria das linhagens, com exceção das linhagens JA6/Plg1e HP108ΔKU80/Plg1 que apresentaram, respectivamente, eficiência de 80 e 70 % de integração geneespecífico. Apesar da eficiência de integração por recombinação homóloga, não houve secreção de PL e da fusão cStp-Plg1 como esperado ao se utilizar o vetor pKLAC1. A atividade intracelular de pectina liase (PL) só foi significativa em relação à parental para a cepa HP108/Plg1, que demonstrou atividade específica de 9,525 U.mg-1 proteína.