Tesis por compendio / The development of novel bio-based materials with antimicrobial properties for active packaging applications is a topic of significant interest. The current PhD thesis deals with the development of biotechnologically derived polyhydroxyalkanoates (PHAs) based on nanometals for antimicrobial active food packaging applications. Initially, silver nanoparticles (AgNPs) were produced by chemical reduction and stabilized in situ within unpurified poly(hydroxybutyrate-co-hydroxyvalerate), PHBV18 (18 mol% valerate) suspensions previously obtained from mixed microbial cultures. The stabilized AgNPs were subsequently used to develop PHAs-AgNPs nanocomposites following two different strategies: 1) a direct melt-blending process where the AgNPs were added to the PHBV3 (3% mol valerate) from a highly dispersed and distributed enriched masterbatch form and, 2) as an annealed electrospun coating of PHBV3/PHBV18/AgNPs over compression molded PHBV3. The implementation of both strategies resulted in active nanocomposites with strong antimicrobial activity against food-borne pathogens, being the electrospinning coating technique the most efficient one in reducing the bacterial and virus population, even at very low AgNPs loading (from 0.002 to 0.04% wt.). As an alternative route, an integrated bioprocess for the biological synthesis of AgNPs and polyhydroxybutyrate (PHB) from the fermentation process with Cupriavidus necator was also carried out. Interestingly, this work demonstrated for the first time, the inherent capacity of C. necator to reduce silver nitrate and produce AgNPs without the need for adding a reducing agent. The process was successfully optimized and scaled-up to a fully automated 10 liters bioreactor. Finally, because of the limitations of the use of AgNPs in food applications, antimicrobial PHAs films based on zinc oxide (ZnO) and copper oxide (CuO) nanoparticles were prepared according to the previously developed strategies but in this case, a melt-mixing process of preincorporated ZnO into unpurified PHBV18 fiber mats made by electrospinning was also carried out to stabilize the metal nanoparticles. The effect of ZnO nanoparticles morphology and the method of ZnO/CuO incorporation on the morphological, optical, thermal, mechanical and barrier properties of the resulting active films as well as their influence on the antimicrobial (bactericide and virucidal) performance were studied. Thus, this PhD thesis represents a significant step forward in the understanding of the antimicrobial efficacy of highly dispersed and distributed nanometals and highlights the suitability of the developed PHAs/nanometals materials for antimicrobial applications and in particular for antimicrobial active food packaging applications. / El desarrollo de nuevos biomateriales con propiedades antimicrobianas para aplicaciones de envasado activo resulta un tema de gran interés en la actualidad. La presente tesis doctoral estudia el desarrollo por vía biotecnológica de polihidroxialcanoatos (PHAs) conteniendo nanometales para aplicaciones de envasado activo antimicrobiano de alimentos. En primer lugar, se produjeron nanopartículas de plata (AgNPs) por reducción química y se estabilizaron in situ en una suspensión de poli (hidroxibutirato-co-hidroxivalerato) no purificado, PHBV18 (18% en moles de valerato), obtenido previamente a partir de cultivos mixtos microbianos. Posteriormente, las AgNPs estabilizadas se utilizaron para desarrollar nanocompuestos de PHAs-AgNPs siguiendo dos estrategias diferentes: 1) un proceso de mezclado-fundido en donde las AgNPs se añadieron al PHBV3 (3% mol de valerato) a partir de un masterbatch de nanopartículas altamente dispersas y distribuidas y, 2) como una estructura bicapa formada por un recubrimiento a base de PHBV/PHBV18/AgNPs depositado sobre un film de PHBV3 obtenido por moldeo por compresión. La aplicación de ambas estrategias dio lugar a nanocompuestos activos con una fuerte actividad antimicrobiana frente a patógenos transmitidos por los alimentos, siendo la estructura bicapa la más eficaz en la reducción de la población bacteriana y viral, incluso a una carga muy baja de AgNPs (de 0.002 a 0.04% en peso). Como ruta alternativa, también se llevó a cabo un proceso integrado de fermentación con Cupriavidus necator para la síntesis biológica de AgNPs y polihidroxibutirato (PHB). En este trabajo se demostró, por primera vez, la capacidad inherente de C. necator para reducir nitrato de plata y producir AgNPs sin la necesidad de añadir un agente reductor. El proceso fue optimizado y escalado satisfactoriamente a un biorreactor automatizado de 10 litros. Finalmente, debido a las limitaciones del uso de AgNPs en aplicaciones alimentarias, se prepararon films antimicrobianos de PHAs basados en nanopartículas de óxido de zinc (ZnO) y óxido de cobre (CuO) de acuerdo con las estrategias previamente desarrolladas. Adicionalmente, ambas estrategias se compararon con una tercera basada en la preincorporación de ZnO en fibras de PHBV18 no purificado y su posterior mezclado-fundido con polímero virgen. Se estudió el efecto de la morfología de las nanopartículas de ZnO y del método de incorporación de ZnO/CuO sobre las propiedades morfológicas, ópticas, térmicas, mecánicas y de barrera de los films activos resultantes, así como su influencia en el comportamiento antimicrobiano (bactericida y virucida). Por lo tanto, esta tesis doctoral representa un avance significativo en la comprensión de la eficacia antimicrobiana de nanometales altamente dispersos y distribuidos y destaca la idoneidad de los materiales desarrollados a base de PHAs y nanometales para aplicaciones antimicrobianas y, en particular, para aplicaciones de envasado de alimentos activos antimicrobianos. / El desenvolupament de nous materials d'origen biològic amb propietats antimicrobianes per a aplicacions d'envasament actiu és un tema d'interès significatiu. La tesi doctoral actual s'ocupa del desenvolupament de polihidroxialcanoats (PHA) reforçats amb nanometals per via biotecnològicament per a aplicacions d'envasat actiu antimicrobià d'aliments. Inicialment, les nanopartícules de plata (AgNPs) van ser produïdes per reducció química i estabilitzades in situ dins en suspensions de poli (hidroxibutirato-co-hidroxivalerato) sense purificar, PHBV18 (18 mol% de valerat), prèviament obtinguts a partir de cultius mixtes microbians. Las AgNPs estabilitzades es van usar posteriorment per a desenvolupar nanocompostos de PHA's- AgNPs seguint dues estratègies diferents: 1) Procés directe de barreja en fusió que no utilitza dissolvents orgànics o estabilitzants addicionals i on es van afegir les AgNPs al PHBV3 (3% mol valerato) a partir d¿un masterbath on estaven perfectament disperses i distribuïdes 2) com una estructura bicapa formada per un recobriment de PHBV3 / PHBV18/AgNPS que es deposita sobre un film de PHBV3 obtingut per modelat per compressió. L'aplicació d'ambdues estratègies va donar lloc a nanocompostos actius amb una forta activitat antibacteriana enfront de patògens transmesos pels aliments, sent l'estructura de doble capa la més eficaç en la reducció de la població bacteriana i viral, fins i tot a una càrrega molt baixa de AgNPs (de 0.002-0.04% en pes). Com ruta alternativa, també es va dur a terme un procés integrat de fermentació amb Cupriavidus necator per a la síntesi biològica de AgNPs i polihidroxibutirato (PHB). En aquest treball es demostra, per primera vegada, la capacitat inherent de C. necator per reduir la sal de plata i produir AgNPs sense la necessitat d'afegir un agent reductor. El procés va ser optimitzat i escalat satisfactòriament a un bioreactor de 10 litres. Finalment, a causa de les limitacions de l'ús de nanopartícules de plata en aplicacions alimentàries, es van preparar films antimicrobians de PHA que incorporessin nanopartícules d'òxid de zinc (ZnO) i òxid de coure (CuO) d'acord amb les estratègies prèviament desenvolupades. Les dues estratègies es van comparar amb una tercera basada en la preincorporació de ZnO en fibres de PHBV18 no purificat i aquestes fibres es van barrejar posteriorment amb polímer verge. Es va estudiar l'efecte de la morfologia de les nanopartícules de ZnO i el mètode de la incorporació de ZnO/CuO sobre les propietats morfològiques, òptiques, tèrmiques, mecàniques i de barrera dels films actius resultants, així com la seva influència en el comportament antimicrobià (bactericida i virucida). Per tant, aquesta tesi doctoral representa un pas endavant significatiu en la comprensió de l'eficàcia antimicrobiana de nanometales altament dispersos i distribuïts i posa en relleu la idoneïtat dels materials desenvolupats basats en PHAs i nanometals per a aplicacions antimicrobianes i, en particular, per a aplicacions d'envasat d'aliments actius antimicrobians. / Castro Mayorga, JL. (2017). Biotechnological routes for the development of antimicrobial nano-metal based polyhydroxyalkanoates for active food packaging applications [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/85678 / Compendio

Os plásticos, polímeros geralmente derivados de petróleo com características bastante atraentes e valor baixo estão presentes em quase todos os objetos produzidos pelos homens, desde consumo doméstico até produtos de alta tecnologia. Em 2015, aproximadamente 320 milhões de toneladas de plásticos foram produzidas e a estimativa é que este consumo continue aumentando até 2020. No entanto, cerca de 60% do que é produzido, são plásticos não biodegradáveis, os quais são persistentes ambientalmente, afetando negativamente diversos seres vivos, inclusive os seres humanos. Diante deste cenário, e como alternativa ambientalmente correta, podemos fazer uso de biopolímeros, em especial o polihidroxibutirato (PHB). O PHB é um homopolímero biodegradável, biocompatível e possui características similares às do polipropileno, podendo servir como potencial substituto a esse polímero derivado de petróleo. No entanto, o PHB ainda não está difundido no nosso cotidiano, porque apresenta alto custo de produção e purificação, principalmente devido aos substratos utilizados, que na maioria das vezes são açúcares e chegam a representar 30% do preço final do produto. Visando diminuir o preço de produção, o objetivo deste trabalho é produzir o PHB utilizando bactérias metilotróficas, isoladas de ambiente estuarino e capazes de consumir metanol. Após isolamento seletivo, duas bactérias do gênero Methylobacterium sp. foram isoladas e identificadas por biologia molecular e espectrometria de massas (MALDI-TOF). A produção de PHB foi estudada em frascos agitados sem quaisquer ajustes de condições físico-químicas por um período de 168 horas sob 28 ºC e 180 RPM em agitador orbital de bancada e também em biorreator sob 28 °C, 180 RPM e pH 7,0 durante 96 horas. Os melhores resultados foram obtidos por M. extorquens sem ajuste de condições físico-químicas, tendo atingido produtividade do produto de 125 mg.L-1 e acúmulo de 30% de PHB em biomassa. M. rhodesianum obteve produtividade do produto de 38 mg.L-1 em seu melhor resultado, porém é uma produtora em potencial de polietileno glicol a partir de metanol. / Plastics, usually petroleum-derived polymers that have attractive characteristics and low price, are present in literally almost all products produced by humans. They are present since from home consuming to high technology products. In the year of 2015 approximately 320 million tons of plastics were produced and is estimate this consumption will continue to increase until 2020. However, about 60% of this production is non-biodegradable plastics, which makes them environmentally persistent, affecting negatively several living beings including humans. Considering this scenario, and as an environmentally correct alternative, we can make use of biopolymers, especially polyhydroxybutyrate (PHB). PHB is a biodegradable, biocompatible homopolymer and has characteristics similar to those of polypropylene, which may serve as a potential substitute for this petro derivative polymer. However, PHB is still not widespread in our daily lives, once has a high cost of production and purification, mainly due to the substrates used, which in most cases are sugars, and they can represent 30% of the final price of the product. In order to decrease the price of production, this work aims to produce PHB using methylotrophic bacteria, isolated from an estuarine environment and capable of consuming methanol. After a selective isolation, two bacteria of the genus Methylobacterium sp. were isolated and identified by molecular biology and mass spectrometry (MALDI-TOF). PHB production was studied in shake flasks without any physical-chemical adjustments for a 168 hour period under 28 ºC and 180 RPM in a rotary shaker and also in bioreactor under 28 °C, 180 RPM and pH 7.0 for 96 hours. The best results were obtained by M. extorquens without adjustment of physical-chemical conditions, reaching a product productivity of 125 mg.L-1 and accumulation of 30% of PHB in biomass. M. rhodesianum obtained product productivity of 38 mg.L-1 at its best result, but is a potential producer of polyethylene glycol from methanol.

Polihidroxialcanoatos (PHA) são biopolímeros naturalmente produzidos e acumulados por diversos organismos, como bactérias, archaeas e alguns eucariontes, como fungos e leveduras. São materiais termoplásticos, biodegradáveis, biocompatíveis e podem ser produzidos a partir de fontes renováveis, exibindo grande potencial para substituir plásticos produzidos a partir de recursos não renováveis. Copolímeros híbridos de PHA, que podem ser formados por monômeros de cadeia curta e média, como P(3HASCL-co-3HAMCL), apresentam características físico-químicas diferenciadas, semelhantes às dos plásticos derivados de petróleo, sendo por isso interessantes para a indústria de materiais. A PHA sintase é considerada a enzima chave na síntese de PHA, responsável por catalisar a polimerização de diferentes monômeros de (R)-hidroxiacil-CoA, influenciando a composição monomérica do polímero formado. Sistemas de recombinação baseados em transposons bacterianos são explorados como ferramentas moleculares para inserção de sequências gênicas no cromossomo de bactérias Gram-negativas. Por exemplo, elementos mini-Tn7 podem ser prontamente transferidos para a construção de cepas recombinantes. No presente trabalho, é apresentada a construção de diferentes linhagens recombinantes a partir de Pseudomonas sp. LFM 046 e LFM 461, portando em seus cromossomos genes de PHA sintase de Ralstonia eutropha, Aeromonas hydrophila ou Aeromonas sp. TSM 81. Clones candidatos foram triados quanto a inserção das sequências de interesse em seu cromossomo, sendo os positivos avaliados em relação à capacidade de produção de PHA em ensaios em agitador rotativo, com glicose como única fonte de carbono. Um dos recombinantes obtidos se mostrou produtor do copolímero P(3HB-co-3HO-co-3HD), acumulando aproximadamente 2 % de sua massa seca celular na forma de PHA. / Polyhydroxyalkanoates (PHA) are biopolymers naturally produced and accumulated by many organisms such as bacteria, archaeas and some eukaryotes, such as fungi and yeasts. As thermoplastics, biodegradable, biocompatible and possibly made from renewable resources, they exhibit great potential to replace oil-derived plastics. Hybrid PHA copolymers can be formed by short and medium-chain monomers, P(3HASCL-co-3HAMCL), and present industry desired physicochemical properties, becoming similar to conventional oil-based plastics. PHA synthase is the key enzyme in PHA biosynthesis, responsible for catalyzing the polymerization of (R)-hydroxyacyl-CoA molecules, influencing polymer monomeric composition. Tn7-based recombination strategies represent powerful molecular tolls designed for gene delivery in Gram-negative bacteria, as mini-Tn7 elements can be readily transferred to recombinants production. In this work, its presented the constructions of recombinant Pseudomonas strains harboring PHA synthase genes from Ralstonia eutropha and Aeromonas strains in specific sites of its chromosome, and the production of P(3HB-co-3HO-co-3HD). Obtained clones were screened to confirm chromosomic insertion of the phaC sequences. Positive clones PHA production and composition were evaluated in shaken-flasks assays using glucose as the only carbon source. One of the constructed recombinants accumulated P(3HB-co-3HO-co-3HD), corresponding about to 2 % of its Cell Dry Weight as PHA.

Este trabalho teve por objetivo avaliar o potencial de 39 isolados bacterianos para produção de polihidroxialcanoatos contendo monômeros de cadeia média (PHA|MCL). Os isolados foram incapazes de utilizar eficientemente amido, lactose ou sacarose. O desempenho na produção de PHA a partir de glicose ou frutose pelos isolados foi inferior à linhagem de referência (Pseudomonas sp. LFM046). Muitos dos isolados apresentaram bom desempenho na conversão de glicerol em PHAMCL. Pela primeira vez, foram detectadas bactérias capazes de produzir PHAMCL a partir de xilose. Com base no sequenciamento do rDNA 16S, estes isolados foram identificados como pertencentes ao gênero Pseudomonas. Cultivos em biorreator, resultaram em uma biomassa de aproximadamente 6 g/L, contendo cerca de 11 a 14% de PHA. A superexpressão dos genes responsáveis pelo catabolismo de xilose (xylAB) em Escherichia coli não levou a melhora no consumo de xilose ou produção de PHAMCL. / This work aimed to evaluate the potential of 39 bacterial isolates to produce polyhydroxyalkanoates containing medium-chain monomers (PHAMCL). The isolates were unable to efficiently utilize starch, lactose or sucrose. The performance of the PHA production from glucose or fructose by the isolates was lower than the reference strain (Pseudomonas sp. LFM046). Many isolates showed good performance in the conversion of glycerol into PHAMCL. For the first time, bacterial isolates capable of producing PHAMCL from xylose were detected. Based on the sequencing of 16S rDNA, these isolates were identified as belonging to the genus Pseudomonas. Bioreactor cultures resulted in a biomass of approximately 6 g/L, containing about 11 to 14% PHA. Overexpression of the genes responsible for the catabolism of xylose (xylAB) in Escherichia coli did not led to improved xylose consumption or production of PHAMCL.

Um total de 1.520 bactérias isoladas a partir de amostras de lodo de esgoto doméstico e de solo de área preservada foi avaliado para a produção de polihidroxialcanoatos (PHA) com os corantes lipofílicos Nile Red A e Sudan Black B, permitindo a detecção de 261 isolados. Ensaios de produção de PHA revelaram isolados produtores de P3HB apresentando valores superiores à linhagem Burkholderia sacchari LFM101 e valores de produção de PHAMCL superiores à linhagem Pseudomonas sp. LFM046, além de 6 isolados produtores da mistura de P3HB e PHAMCL. Os primers RECF1/RECR permitiram a detecção específica do gene phaC do tipo I de três bactérias produtoras de P3HB, e os primers P613F/P613R detectaram genes phaC do tipo I em bactérias produtoras da mistura de polímeros. Um fragmento de DNA de 4 kpb de uma biblioteca genômica do isolado RMP1058BII, produtor da mistura de P3HB e PHAMCL, foi detectado utilizando os primers P613F/P613R, e a expressão desse fragmento de DNA uma linhagem de Pseudomonas mutada no gene phaC levou à produção de pequena quantidade de P3HB. / A total of 1520 isolates from domestic sewage sludge or soil of preserved area were evaluated in regards of PHA production using the lipophilic Nile Red A or Sudan Black B dyes, allowing the detection of 261 isolates. PHA production experiments revealed P3HB producing isolates at higher amounts than the strain Burkholderia sacchari LFM101 and PHAMCL production rates higher than those presented by the strain Pseudomonas sp. LFM046, besides 6 isolates producing P3HB and PHAMCL mixtures. The RECF1/RECR primers allowed the specific type I phaC genes detection in three P3HB producing bacteria and the P613F/P613R primers detected type I phaC genes in the polymer mixture producing isolates. A 4 kbp DNA fragment from a genomic library of the isolate RMP1058BII was detected using the P613F/P613R primers. This DNA fragment expression in a Pseudomonas strain mutated in phaC gene leaded to the production of small amounts of P3HB.

Os polihidroxialcanoatos constituem um grupo de poliésteres acumulados por inúmeras bactérias na forma de grânulos intracelulares, que podem representar até 80% da massa seca celular. No presente trabalho, foi avaliado o comportamento de diferentes linhagens quanto a capacidade de metabolizarem ácidos graxos livres e óleo de soja para a produção de biopolímeros e, posteriormente, em biorreator, algumas linhagens selvagens e recombinantes foram testadas na presença ou não de um inibidor da b-oxidação. Experimentos em frascos agitados, mostraram valores de teor de PHA em até cerca de 70% na biomassa total com cerca de 5% de monômeros de cadeia média permitindo selecionar as linhagens Cupriavidus necator e Burkholderia cepacia para os ensaios seguintes. Experimentos em biorreator mostraram que, as variáveis manipuláveis quanto ao fluxo de óleo de soja, de co-substratos e o inibidor de b-oxidação não influenciaram, significativamente, no rendimento de P3HB/3HAmcl formado quando utilizado Burkholderia cepacia IPT-048, entretanto, contribuíram na síntese de 3HV. Durante os ensaios, o aumento do número de cópias do gene phaB em Cupriavidus necator, aparentemente, não contribuíram para o aumento do rendimento de 3HHx, porém, outras variáveis manipuláveis deverão ser propostas para a confirmação. / The poly-3-hydroxyalkanoates (PHA) are a group of polyesters accumulated for several bacteria in the intracellular granule form, that can represent up to 80% of the dry mass cellular. The main advantage of the biopolymers on the synthetic materials is its degradation in the environment. Recycable raw materials can be used as carbon sources for the production biodegradable polymer. Some polymers have appeared in literature having mechanical characteristic considered appropriate in such a way for use in packings (flexible and covering films), how base for controlled release of asset to be applied in the pharmacological-medical and foods area. The P3HB-co-3HAmcl are 3-hydroxybutyrate copolymers and 3-hydroxyacyl of 6 or more carbon atoms which has aroused interest for to present intermediate properties between HB and HAmcl, having taken care of the requirements for diverse applications. Some strains are distinguished, however, assays in bottles agitated with the Cupriavidus sp. and Burkholderia sp. strains, using as substratum greasy free acid and soy oil, had led the promising results. In the present work, first, was evaluated the behavior of different strains (Cupriavidus necator DSM545 IPT-026, C. necator H16 IPT-027, Pseudomonas sp. IPT-066, Burkholderia cepacia IPT-048 and B. sacchari IPT-189) how much to metabolizer capacity of free fatty acids and soybean oil for the production of biopolymers and, later, in tank bioreactor some wild strains and recombinant had been tested together or not of an inhibitor of the boxidation (acid acrylic). Experiments in bottles with agitation, had shown values of PHA in about 70% of the total biomass with about 5% monomers chain average allowing to select the Burkholderia cepacia IPT-048 and Cupriavidus necator DSM545 strains for the following assays. Experiments in tank bioreactor had shown that, the interactions between the substratum, co-substratum and the inhibitor of boxidation had influenced in the amount of formed P3HB/3HAmcl when used the Burkholderia cepacia IPT-048 strains, contributing for the synthesis of 3HV and 3HHx. When used only the soybean oil (5g/L) was gotten an amount of HHx with about 6 mol% with Burkholderia cepacia strains. In this same condition was verified that after some determined period also proved monomer HV in an amount of 0.20 mol%. Adding the acid acrylic (0.18 g/L) were gotten 1.50 mol% of HHx, however, differently of the previous condition the amount of HV varied of 0.91 - 2.77 mol%. A conclusion for the condition soybean oil and acrylic acid is that, the strains is using the acrylic fatty acid as carbon source, or either, the formation of acrylil-CoA with consequent formation of chains with 5 carbons. Similar results had been gotten when analyzed extracted polymer, or either, after the stage of extraction with chloroform was verified that the amount varied of 1.60 - 2.14 mol%. When added to a cosubstratum in the phase of accumulation (caproic fatty acid) and absence of the acrylic acid, it did not have the increase of HHx in relation to the previous variable, as much that, the amount of monomer reached about 0.50 mol%. In this condition, the presence of the acrylic fatty acid also did not contribute for the HV synthesis, not having been observed monomers during the assays. In the following phase, in which we work with Cupriavidus necator and a recombinant (Cupriavidus necator::phaB) strains, was verified that the gotten amount of HHx had been similar, about 0.30 mol%. Our hypothesis, we believe that the increase of the number of copies of the gene phaB could contribute for the increase of the carbon flow in the direction to raise the amount of 3HB how much of other monomers. As in the assays in bottles with agitation substrat caproic and caprylic fatty acids they had been distinguished also when availabled 2g/L and the soybean oil of in a concentration of 5g/L, we analyze the strains recombinant with soybean oil and caprylic fatty acid with 5 g/L. The insistence in the use of the caprylic fatty acid was based on the fact of the possibility of strains to oxidate part of fatty acids for the production of cells and energy and, at the moment that had the nitrogen limitation, to begin the accumulation phase dividing two carbons for the production of acetyl-CoA and the remain of the chain was stored in the form of 3HHx. The caprylic fatty acid disponibility it did not have the monomer attainment, therefore, Cupriavidus necator and Cupriavidus necator::phaB had its replyed inhibited capacity by the substratum. In the added soybean oil bottles with and without the acrylic fatty acid the behavior it was the opposite to the observed with caprylic fatty acid. During the incubation period, for both the strains, the amount of PHA, and consequently, the percentage of 3HB in the dry mass cellular was of 22.95% (100 mol%) and 25.90% (100 mol%) in 28ª and 24ª hours, respectively. In this condition, in the recombinant strains, also was observed the presence of HHx between 32ª and 49ª hour with a maxim amount of 1.10 mol%. From the results it can be concluded that the Burkholderia cepacia is considered a promising strains for the attainment of HHx and HV allowing that soybean oil with and without the acrylic fatty acid, respectively. The increase in the number of copies of the gene phaB in Cupriavidus necator apparently did not contribute with the increase of 3HHx efficiency however, other handling variables will be proposed for confirmation.

Polihidroxialcanoatos (PHAs) são polímeros produzidos por diversas bactérias como material de reserva de carbono e energia, apresentando propriedades termoplásticas comparáveis às dos plásticos de origem petroquímica, além da vantagem de ser totalmente biodegradáveis. A bactéria Cupriavidus necator DSMZ 545 é considerada o organismo modelo para a produção de PHA, possuindo a capacidade de utilizar CO2 como fonte de carbono, porém existem sérias limitações para o seu cultivo autotrófico. Visando otimizar a capacidade autotrófica desta bactéria, foi realizada neste trabalho a clonagem e expressão do gene da bacteriorodopsina (bop) de Halobacterium salinarum em C. necator. Esta proteína de membrana é capaz de converter a energia luminosa em um gradiente de prótons, que pode ser utilizado pela célula para produzir ATP. Obtiveram-se clones recombinantes de C. necator, que, sob iluminação, apresentaram maior produção de ATP, assim como produção aumentada de PHA, sem alterações no crescimento celular. / Polihydroxyalcanoates (PHAs) are polymers produced by several bacteria as carbon and energy storage materials, which show comparable thermoplastic properties with plastics from petrochemical origin and present the advantage of being completely biodegradable. The bacterium Cupriavidus necator DSM 545 is considered as a model organism for PHA production, being able to produce PHA utilizing CO2 as the carbon source, although there are severe limitations for its autotrophic cultivation. In the present work, with the purpose of optimizing the autotrophic capability of this bacterium, the cloning and expression of the Halobacterium salinarum bacteriorhodopsin gene (bop) was undertaken in C. necator. This membrane protein is able to convert light energy in a proton gradient that can be utilized by the cell for ATP production. Upon illumination, the C. necator recombinant clones showed an increase in ATP production, as well as an increase in PHA production, and no alterations in cell growth.

Os plásticos, polímeros geralmente derivados de petróleo com características bastante atraentes e valor baixo estão presentes em quase todos os objetos produzidos pelos homens, desde consumo doméstico até produtos de alta tecnologia. Em 2015, aproximadamente 320 milhões de toneladas de plásticos foram produzidas e a estimativa é que este consumo continue aumentando até 2020. No entanto, cerca de 60% do que é produzido, são plásticos não biodegradáveis, os quais são persistentes ambientalmente, afetando negativamente diversos seres vivos, inclusive os seres humanos. Diante deste cenário, e como alternativa ambientalmente correta, podemos fazer uso de biopolímeros, em especial o polihidroxibutirato (PHB). O PHB é um homopolímero biodegradável, biocompatível e possui características similares às do polipropileno, podendo servir como potencial substituto a esse polímero derivado de petróleo. No entanto, o PHB ainda não está difundido no nosso cotidiano, porque apresenta alto custo de produção e purificação, principalmente devido aos substratos utilizados, que na maioria das vezes são açúcares e chegam a representar 30% do preço final do produto. Visando diminuir o preço de produção, o objetivo deste trabalho é produzir o PHB utilizando bactérias metilotróficas, isoladas de ambiente estuarino e capazes de consumir metanol. Após isolamento seletivo, duas bactérias do gênero Methylobacterium sp. foram isoladas e identificadas por biologia molecular e espectrometria de massas (MALDI-TOF). A produção de PHB foi estudada em frascos agitados sem quaisquer ajustes de condições físico-químicas por um período de 168 horas sob 28 ºC e 180 RPM em agitador orbital de bancada e também em biorreator sob 28 °C, 180 RPM e pH 7,0 durante 96 horas. Os melhores resultados foram obtidos por M. extorquens sem ajuste de condições físico-químicas, tendo atingido produtividade do produto de 125 mg.L-1 e acúmulo de 30% de PHB em biomassa. M. rhodesianum obteve produtividade do produto de 38 mg.L-1 em seu melhor resultado, porém é uma produtora em potencial de polietileno glicol a partir de metanol. / Plastics, usually petroleum-derived polymers that have attractive characteristics and low price, are present in literally almost all products produced by humans. They are present since from home consuming to high technology products. In the year of 2015 approximately 320 million tons of plastics were produced and is estimate this consumption will continue to increase until 2020. However, about 60% of this production is non-biodegradable plastics, which makes them environmentally persistent, affecting negatively several living beings including humans. Considering this scenario, and as an environmentally correct alternative, we can make use of biopolymers, especially polyhydroxybutyrate (PHB). PHB is a biodegradable, biocompatible homopolymer and has characteristics similar to those of polypropylene, which may serve as a potential substitute for this petro derivative polymer. However, PHB is still not widespread in our daily lives, once has a high cost of production and purification, mainly due to the substrates used, which in most cases are sugars, and they can represent 30% of the final price of the product. In order to decrease the price of production, this work aims to produce PHB using methylotrophic bacteria, isolated from an estuarine environment and capable of consuming methanol. After a selective isolation, two bacteria of the genus Methylobacterium sp. were isolated and identified by molecular biology and mass spectrometry (MALDI-TOF). PHB production was studied in shake flasks without any physical-chemical adjustments for a 168 hour period under 28 ºC and 180 RPM in a rotary shaker and also in bioreactor under 28 °C, 180 RPM and pH 7.0 for 96 hours. The best results were obtained by M. extorquens without adjustment of physical-chemical conditions, reaching a product productivity of 125 mg.L-1 and accumulation of 30% of PHB in biomass. M. rhodesianum obtained product productivity of 38 mg.L-1 at its best result, but is a potential producer of polyethylene glycol from methanol.

Um total de 1.520 bactérias isoladas a partir de amostras de lodo de esgoto doméstico e de solo de área preservada foi avaliado para a produção de polihidroxialcanoatos (PHA) com os corantes lipofílicos Nile Red A e Sudan Black B, permitindo a detecção de 261 isolados. Ensaios de produção de PHA revelaram isolados produtores de P3HB apresentando valores superiores à linhagem Burkholderia sacchari LFM101 e valores de produção de PHAMCL superiores à linhagem Pseudomonas sp. LFM046, além de 6 isolados produtores da mistura de P3HB e PHAMCL. Os primers RECF1/RECR permitiram a detecção específica do gene phaC do tipo I de três bactérias produtoras de P3HB, e os primers P613F/P613R detectaram genes phaC do tipo I em bactérias produtoras da mistura de polímeros. Um fragmento de DNA de 4 kpb de uma biblioteca genômica do isolado RMP1058BII, produtor da mistura de P3HB e PHAMCL, foi detectado utilizando os primers P613F/P613R, e a expressão desse fragmento de DNA uma linhagem de Pseudomonas mutada no gene phaC levou à produção de pequena quantidade de P3HB. / A total of 1520 isolates from domestic sewage sludge or soil of preserved area were evaluated in regards of PHA production using the lipophilic Nile Red A or Sudan Black B dyes, allowing the detection of 261 isolates. PHA production experiments revealed P3HB producing isolates at higher amounts than the strain Burkholderia sacchari LFM101 and PHAMCL production rates higher than those presented by the strain Pseudomonas sp. LFM046, besides 6 isolates producing P3HB and PHAMCL mixtures. The RECF1/RECR primers allowed the specific type I phaC genes detection in three P3HB producing bacteria and the P613F/P613R primers detected type I phaC genes in the polymer mixture producing isolates. A 4 kbp DNA fragment from a genomic library of the isolate RMP1058BII was detected using the P613F/P613R primers. This DNA fragment expression in a Pseudomonas strain mutated in phaC gene leaded to the production of small amounts of P3HB.

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