Bacillus subtilis, une bactérie Gram-positive présente dans le sol, peut lorsque les nutriments sont en concentrations limitantes, sporuler, former des biofilms ou devenir compétente. La compétence est, chez B. subtilis, caractérisée par un arrêt de la division cellulaire, une tolérance aux antibiotiques et l'expression de plus d'une centaine de gènes. L'expression de la compétence, aussi désignée sous le nom de " K-state ", est dépendante de la synthèse du facteur de transcription ComK et se fait de façon stochastique résultant en la formation de deux sous-populations bactériennes, non-compétentes et compétentes. L'émergence, à partir de cellules génétiquement identiques, de deux sous-populations distinctes est une stratégie de survie très répandue chez les procaryotes, connue sous le nom de " bet-hedging ". Bien que les mécanismes de régulation du développement de la compétence ont, chez B. subtilis, largement été étudiés au cours des dernières années, la raison pour laquelle les souches non-domestiques sont très peu transformables (1-2% de la population) comparé aux souches domestiques (~15%) reste méconnue. Nous démontrons ici que c'est essentiellement dû à une mutation de transition dans le promoteur du gène degQ. Cette mutation diminue la synthèse de DegQ, protéine impliquée dans la régulation de la formation de biofilms, de la synthèse d'exoprotéases et de la transformation génétique. DegQ est une protéine impliquée dans le transfert d'un groupe phosphoryl entre la kinase DegS et son substrat DegU. Une faible quantité de DegQ diminue la concentration en DegU~P ce qui a pour conséquence la désinhibition de l'opéron srfA entrainant une accumulation de ComK et l'expression de la compétence. C'est ainsi que, dans les souches domestiques de B. subtilis, un plus grand nombre de bactéries atteignent le niveau nécessaire en ComK pour activer une boucle d'auto-activation transcriptionnelle de comK. Nous démontrons aussi que l'activation transcriptionnelle de srfA est, dans les souches non-domestiques, transitoire alors que la population bactérienne entre en phase stationnaire de croissance. Ces données indiquent que le développement de la compétence est moins fréquent et plus transitoire dans les souches non-domestiques de B. subtilis. De plus, cette limitation du K-state dans les souches non-domestiques est plus importante que précédemment " pensé " probablement dû à la domestication de B. subtilis au cours de ces 50 dernières années. Ce travail reflète non seulement, l'importance de l'utilisation de souches non-domestiques dans la caractérisation des voies de régulation de la compétence chez B. subtilis, mais aussi la portée du choix de modèle biologique dans l'étude de phénomènes biologiques complexes. / Bacillus subtilis, a Gram-positive soil bacterium, can enter into several developmental pathways such as sporulation, biofilm formation and competence development for DNA transformation when it becomes limited for essential nutrients. During competence, cells do not divide, are tolerant to antibiotics and competent cells express more than a 100 genes. The competent state has been named the K-state after its master regulator ComK. In B. subtilis, the entry into the K-state is stochastically determined by the activation of the transcription factor ComK and occurs, in the domesticated strains of B. subtilis, in approximately 15% of the population. The emergence from genetically identical cells of two distinct subpopulations (competent cells and non-competent cells) is known to be a classic survival strategy for bacteria, known as bet-hedging. Regulation of entry into the K-state has been intensively studied and is well understood; however, the reasons why undomesticated isolates of B. subtilis are poorly transformable compared to the domesticated strains remained unexplained. We show here that fewer cells enter the K-state, suggesting that some regulatory pathway limiting its expression has been lost in the domesticated backgrounds. We demonstrate that this is largely due to an inactivating point mutation in the degQ promoter region resulting in a decrease of the amount of DegQ. DegQ is known to stimulate phosphate transfer from the DegS autokinase to its cognate response regulator DegU. A low level of DegQ thus decreases the concentration of the phosphorylated form of DegU, leading to the de-repression of the srfA operon, which increases the amount of ComS leading to the stabilization of ComK. Thus, in domesticated strains of B. subtilis, more cells reach the concentration threshold of ComK needed to activate the positive auto-regulatory loop of ComK acting on its own promoter. We also show that the activation of srfA transcription in undomesticated strains is transient, as it is turned off when cells enter the stationary phase. Taken together, these data indicate that the K-state and transformability are less frequent and more transient in the undomesticated strains of B. subtilis. Consideration of the regulatory mechanisms and the fitness advantages and costs of the K-state must from now on take these features into consideration. These results underscore that our understanding of real-life biology requires the use of wild isolates.

A hidrólise enzimática de penas residuais da indústria avícola constitui uma alternativa ao descarte irregular e uma fonte rica em aminoácidos para a produção de rações animais. A presença de queratinases em linhagens bacterianas probióticas, pode, concomitantemente, permitir um melhor aproveitamento de rações contendo queratina, devido a possibilidade de suplementação da dieta de animais monogástricos com tais microrganismos. Igualmente, proteases queratinolíticas possuem ampla utilização na indústria. Neste contexto, uma protease queratinolítica da linhagem probiótica FTC01PR01 de Bacillus subtilis foi purificada através de cromatografia líquida (Sephadex G-75 e DEAE Sepharose) e caracterizada por ensaio de proteólise em azocaseína com diversos interferentes, revelando uma serinoprotease com, aproximadamente, 31 kDa e atividade ótima a 60 °C em pH neutro e alcalino. Embora a enzima não seja termoestável, constatou-se que sua atividade é alterada na presença de íons manganês, apresentando estimulação em temperatura de 37 °C e aumento da termotolerância à 55°C. O crescimento do microrganismo em substratos queratinosos demonstrou eficiência para degradação de farinha de pena e penas brancas seguido por menor degradação de penas melânicas. Sendo constituído exclusivamente de α-queratina, o cabelo humano não sofreu proteólise. A enzima pode ser aplicada na indústria para a degradação de materiais recalcitrantes bem como a produção de ração animal. A efetividade do microrganismo in vivo para aumentar a digestibilidade da farinha de pena aliada a função probiótica, demanda mais estudos. / Enzymatic hydrolysis of waste feathers constitute an alternative to irregular disposal and a rich source of aminoacids for animal feed production. The presence of keratinases in probiotic bacterial strains may, concomitantly, allow better use of keratin-based feeds, due to the possibility of diet supplementation with beneficial microorganisms. In this context, a keratinolytic protease of Bacillus subtilis FTC01PR01 was purified by liquid chromatography (Sephadex G-75 and DEAE Sepharose) and characterized by azocasein proteolysis assay, revealing a serine protease with, approximately 31 kDa, and optimal activity at 60 ° C on neutral and alkaline pH. Although the enzyme was not thermostable, it’s activity was altered in presence of manganese ions, with stimulation at temperature of 37 °C and increased thermal tolerance at 55 °C. Microorganism growth on keratin substrates demonstrated efficiency for feather meal and white feathers degradation, followed by less degradation of melanized feathers. As a source of pure α-keratin, human hair was not degraded. The enzyme may be applied in industry for recalcitrant materials degradation and animal feed production. The effectiveness of the microorganism to increase the feather meal digestibility; ally to the probiotic function, demand further studies.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O Tereftalato de Polietileno PET é um termoplástico polar,com elevada estabilidade dimensional e temperatura de fusão, alta impermeabilidade a gases e resistência química a ácidos e solventes, empregado na fabricação de garrafas no Brasil. A biodegradação tem sido descrita como uma possível metodologia para reduzir o acúmulo de plásticos. Neste trabalho foi avaliado o desempenho das linhagens de Bacillus subtilis e Phanerochaete chrysosporium isoladamente na biodegradação do tereftalato de polietileno. Neste sentido, foram preparadas partículas do polímero sendo submetidas aos tratamentos com luz ultra violeta (6 e 36 horas) e temperaturas (35C e 50C) em seguida, foram colocadas nos meios caldo nutriente (B.subtilis) e Sabouraud (P. chrysosporium), incubados por 30 e 60 dias, incubados a 35C e 28C, respectivamente. Com a degradação das partículas observou-se que o pH passou de 5 para >8, com formação de biofilmes e indução da produção de enzimas (amilase, protease, esterase e polifenoloxidases). A formação do biofilme foi evidenciada por microscopia eletrônica de varredura. Os produtos metabólicos formados no meio de cultura foram avaliados pelo teste de toxicidade utilizando Artemia salina. A microscopia eletrônica demonstrou que B. subtilis colonizou completamente a superfície das partículas do PET, tanto nas condições controle (sem tratamento), como tratados. Os melhores resultados foram observados com o tratamento à temperatura de 50C, onde ocorreu alteração na superfície do polímero, perda da massa polimérica, permitindo maior colonização de ambos os microrganismos. As enzimas hidrolíticas foram produzidas pelos microrganismos em todos os tratamentos, em especial, à temperatura de 50C. Contudo, observou-se que B. subtilis não produziu polifenoloxidases. Os subprodutos da degradação do PET nas condições estudadas apresentaram alta toxicidade para Artemia salina no caso do P. chrysosporium e baixa toxicidade para B. subtilis. Os resultados obtidos sugerem o tratamento o prévio com a temperatura de 50C como importante para o processo de biorremediação / In recent years, the consumption of the poly ethylene terephtalate plastic - PET is used in the manufacture of bottles, comes increasing in Brazil. PET is a polar thermoplastic, with raised dimensional stability and temperature of fusion, high impermeability the acid gases and chemical resistance to solvents. The biodegradation has been described as a possible methodology to reduce the accumulation of plastics. In this work it was carried through the evaluation by Bacillus subtilis and Phanerochaete chrysosporium performance on the biodegradation of the polyethylene terephtalate. In this direction, particles of polymer were submitted to the treatments: exposition to ultra violet light (6 and 36 hours) and temperatures (35C and 50C), followed incubation with the microorganisms during 30 and 60 days. The polymer degradation process was accompanied by determination of pH, biofilm formation and the cells viability, enzymes detection (amylase, protease, esterase, and polyphenoloxidase), as well as the scanning electron microscopy of biofilm and toxicity tests. The results obtained observed the biofilm formation by Bacillus subtilis on polyethylene terephtalate surface particles. The treatment using the temperature of 50C demonstrated a higher alteration in the surface of the polymer, supported the colonization of the microorganisms followed of the hydrolytic enzymes production. It was observed that Bacillus subtilis does not produced polyphenoloxidase. The results indicated the temperature (50.C), induces the esterase production and it is related to degradation process. The P. chrysosporium produced esterases and polyphenoloxidase, whose enzymes had demonstrated to be involved with the polyethylene terephtalate degradation process, and were formed products with higher toxicities to Artemia salina

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Os biossurfactantes são biopolímeros utilizados em vários setores industriais, porém ainda, não são economicamente competitivos com os surfactantes sintéticos, devido aos elevados custos de produção, onde o substrato representa 30% dos custos finais. Na busca de fontes alternativas e de baixo custo, no presente trabalho foi investigada as fontes agroindustriais, farelo de arroz (Oryza sativa), batata inglesa (Solanum tuberosum) e soja (Sorghum vulgare), como meio líquido para produção de biossurfactante por Bacillus subtilis UCP0999. Os ensaios foram realizados com e sem a adição de (2g/L) de peptona, sulfato de amônia e ou (0,01mL/L) de micro nutrientes, os quais foram inoculados com 5% de uma cultura de B. subtilis (106 UFC/mL), mantidos sob agitação orbital de 200rpm, por 30oC por 72 h. Ao final da fermentação, as células coletadas corresponderam a biomassa e do liquido metabólico livre de células foram avaliados pH, tensão superficial, índice de emulsificação (óleo de motor, diesel e querosene) e extração do biossurfactante produzido. Os resultados demonstraram que a bactéria utilizou o farelo de arroz e soja suplementado com peptona, produzindo um surfactante que reduziu a tensão superficial da água 72 mN/m para 37,80 mN/m e 37,70, respectivamente. A soja suplementada com micro nutrientes reduziu a tensão para 35,60 Mn/m. Por outro lado, quando utilizou o farelo de arroz suplementados com micro nutrientes e sulfato de amônia, produziram uma maior quantidade de biossurfactante, com 8,60 e 6,1 g/L, respectivamente, não apresentando resultados significativos quanto a redução da tensão superficial. Os biossurfactantes produzidos apresentaram altos índices de emulsificação em óleo de motor, querosene e diesel com valores de 30 a 100%, sendo os mais altos índices com caldo de batata e de soja, suplementados com micro nutrientes e sulfato de amônia. O biossurfactante produzido nos diferentes meios formulados demonstrou grande potencial de emulsificação de substancias hidrofóbicas e redução da tensão superficial, possibilitando utilização futura nos processos de biorremediação. / The biosurfactants biopolymers are used in various industrial sectors, but still, are not economically competitive with synthetic surfactants, due to high production costs, where the substrate is 30% of the final costs. In search of alternative and low cost in the present study, we investigated the sources agribusiness, rice bran (Oryza sativa), potato (Solanum tuberosum) and soybean (Sorghum vulgare), as a liquid medium for biosurfactant production by Bacillus subtilis UCP0999. Assays were performed with and without the addition of (2g / L), peptone, ammonium sulfate and either (0.01 mL / L) of micro-nutrients, which were inoculated with 5% of a culture of B. subtilis (106 CFU / mL), kept under orbital agitation of 200 rpm for 30 C for 72 h. At the end of fermentation, the cells collected corresponded to biomass and metabolic cell-free liquid were evaluated pH, surface tension, emulsification index (motor oil, diesel and kerosene) and extracting the biosurfactant produced. The results showed that the bacteria used and the rice bran supplemented with soy peptone, producing a surfactant to reduce surface tension of water to 72 mN / m to 37.80 mN / m and 37.70, respectively. The soy supplemented with micronutrients to reduce the tension 35.60 mN / m. On the other hand, when the used rice bran supplemented with nutrients and micro ammonium sulfate produced a greater quantity of biosurfactant with 8.60 and 6.1 g / L, respectively, showing no significant results regarding the reduction of surface tension . The biosurfactants produced showed high emulsification in motor oil, kerosene and diesel with values from 30 to 100%, with the highest rates with potato broth and soy supplemented with micronutrients and ammonium sulphate. The biosurfactant produced in the different media formulated demonstrated great potential for emulsification of hydrophobic substance and surface tension reduction, allowing for future use in bioremediation processes.

Made available in DSpace on 2014-12-17T15:36:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MelquiegesSM.pdf: 756770 bytes, checksum: e9bba7212996879699ebe7845ac4e11d (MD5) Previous issue date: 2008-11-07 / Marine aquaculture has developed in the last decades all over the world, especially related to shrimp management. In Brazil, the introduction of the species Litopenaeus vannamei has contributed to the success of the activity, even if there are problems associated with the management of a exotic species, such as new diseases and ecological pressure on native species. It has been emphasized the need of research for developing new methodology that will allow native species management, being the most important Farfantepenaeus subtilis and Litopenaeus schmitti. Most knowledge obtained from research with those species has generally used a technical approach and mainly focused feeding process. There are no specific behavioral data on their activity pattern which should be of great importance for the use of native species on commercial culture farms. So, it was our objective to study and compare the daily distribution of behavioral activities of the marine shrimp species Litopenaeus schmitti and Farfantepenaeus subtilis. Forty animals of each species, 5 individuals per aquarium, were maintained in aquaria containing 200L of sea water under continuous aeration and filtration. They were marked individually and were observed by the instantaneous focal time sampling, along 10 continuous days, in 6 daily 15 min observation windows, every two hour. In each window, behaviors and location position of the animals in the aquarium were registered at 1 min intervals. Food was offered 3 times a day, representing 10% of each aquarium biomass. Aquaria were maintained in artificial photoperiod, 12hour light/l2 hour dark, 4 aquaria in light cycle equivalent to the environmental one (light from 06:00 to 17:59 h and dark from 18:00 to 05:59 h) and the other 4 in the reverse light cycle (light from 18:00 to 05:59 h and dark from 06:00 to 17:59 h) to allow sequential behavioral observation in both phases of the 24 hour cycle. There was a clear distinction between the distribution of behavioral activities of F. subtilis and L. schmitti in the two phases. The activity pattern of Farfantepenaeus subtilis demonstrates that species has prominently night habits and a burying pattern during the light cycle. Exploration, inactivity and swimming were the most common activities. The behavioral pattern of Litopenaeus schmitti indicates that species is active along both phases of the light cycle, and the most evident behaviors were exploration, inactivity and swimming / A aq?icultura marinha tem se destacado em todo o mundo, especialmente pelo cultivo de camar?o. No Brasil, a introdu??o da esp?cie Litopenaeus vannamei contribuiu para o sucesso da atividade, embora existam algumas desvantagens associadas ? introdu??o de uma esp?cie ex?tica, que estariam relacionadas ao aparecimento de novas enfermidades no ambiente, al?m do impacto ecol?gico sobre as esp?cies nativas. Uma necessidade apontada pelos diversos segmentos da carcinicultura ? o incentivo ? pesquisa para o desenvolvimento de metodologias que permitam o cultivo de esp?cies nativas, destacando-se Farfantepenaeus subtilis e Litopenaeus schmitti. O conhecimento obtido acerca dessas esp?cies vem de pesquisas com uma abordagem mais t?cnica e que focalizam principalmente a alimenta??o desses animais. Com rela??o ao comportamento, n?o h? dados espec?ficos sobre o padr?o de atividades dessas esp?cies. O conhecimento do padr?o comportamental das esp?cies nativas ? primordial para sua utiliza??o nos cultivos comerciais. Nesse sentido, nosso objetivo foi estudar e comparar a distribui??o di?ria das atividades comportamentais das esp?cies de camar?es marinhos Litopenaeus schmitti e Farfantepenaeus subtilis. Em aqu?rios de 200L de ?gua salgada com aera??o e filtra??o cont?nua, 40 camar?es de cada esp?cie, 5 por aqu?rio, marcados individualmente foram observados pelo m?todo focal instant?neo durante 10 dias sequ?nciais, 6 observa??es di?rias em janelas de 15 minutos a cada duas horas, sendo registrado a cada minuto seu comportamento e localiza??o. A alimenta??o foi fornecida 3 vezes ao dia totalizando 10% da biomassa do aqu?rio. Para o registro das atividades nas fases de claro e de escuro, os aqu?rios foram submetidos a um fotoper?odo artificial, mantidos 4 deles em ciclo de ilumina??o equivalente ao ambiental (claro de 06:00 ?s 17:59 h e escuro de 18:00 ?s 05:59 h) e 4 em ciclo de luz invertido (claro de 18:00 ?s 05:59 h e escuro de 06:00 ?s 17:59 h) para possibilitar a observa??o seq?encial dos comportamentos dos animais nas fases de claro e de escuro de um ciclo de 24 horas. Foi poss?vel perceber uma clara distin??o na distribui??o das atividades comportamentais de F. subtilis e L. schmitti entre as duas fases do per?odo de 24 horas. O padr?o de atividade comportamental exibido por Farfantepenaeus subtilis evidencia uma esp?cie com h?bito predominantemente noturno e com um padr?o de enterramento exibido durante toda a fase de claro do ciclo de ilumina??o. Durante a fase de escuro do ciclo, a explora??o, a inatividade e a nata??o foram os comportamentos mais registrados. O padr?o de atividade comportamental exibido por Litopenaeus schmitti evidencia uma esp?cie ativa durante as duas fases do ciclo de ilumina??o, destacando-se os comportamentos de inatividade, explora??o e nata??o ao longo das mesmas

A indústria da construção civil é conhecida como umas das atividades econômicas que causam os maiores impactos ambientais desde o processo de extração da matéria prima até a produção dos produtos, incluindo o transporte e manutenção do ambiente construído. A produção de um dos seus principais componentes, o cimento, é o maior contribuinte para a emissão de gases de efeito estufa, principalmente devido a queima de combustíveis fósseis. Por este motivo, pesquisas na área de biotecnologia sustentável são conduzidas para diminuir e até mitigar os efeitos danosos provocados pelos fatores que compõem a construção civil. Dentre estas pesquisas destacam-se as que se baseiam na Biomimética, que é uma ciência que busca na Natureza as soluções tecnológicas para os problemas que os desenvolvimentos humanos geralmente apresentam: a geração de resíduos poluentes, uso de produtos químicos tóxicos e processos que operam com energia e pressão elevadas. Com base nos conceitos biomiméticos, este trabalho se propôs a estudar a biomineralização, que é um processo que ocorre na Natureza a milhares de anos e é responsável pela formação de muitas estruturas biomineralizadas tanto no ambiente terrestre como aquático. A biomineralização é um fenômeno provocado pela ação de diversas espécies de microrganismos que durante o processo de obtenção de energia reciclam minerais presentes no solo e na água e os precipitam na forma de sais inorgânicos. Este material precipitado age como agente ligante de partículas como no caso de formações geológicas (estromatólitos) ou exoesqueletos de animais marinhos, por exemplo. Neste estudo foi avaliado a biomineralização por biodeposição de carbonato de cálcio precipitado na presença da espécie de bactéria ureolítica (Bacillus subtilis) em ensaios em escala laboratorial utilizando corpos de prova de areia, argamassa e concreto. Os corpos de prova em areia e argamassa foram observados em MEV e EDS permitindo a identificação de células de microrganismos, formação de biofilme e provável formação de cristais de carbonato de cálcio na região de biofilme. Os corpos de prova de concreto foram utilizados para avaliar as consequências da biodeposição na absorção de água por capilaridade do material. Resultados indicam redução de 20% na absorção de água por capilaridade. Com os resultados obtidos é possível concluir que a técnica de biodeposição pode ser uma alternativa ao tratamento superficial de estruturas de concreto, contudo requer estudos posteriores de aplicação técnica e viabilidade econômica. / The construction industry has been known as one of the economic activities that cause the major environment impacts since the process of raw material extraction until the products manufacturing including transport and maintenance of the built environment. The production of one of the main compounds, the cement, is the largest contributor to the greenhouse gas emissions, mainly due to burn fossil fuels. For this reason, researches in sustainable biotechnological area are conducted to minimize and even mitigate the damaging effects either promoted by construction industry factors. Among these ones, it stands out researches based on Biomimetic, which is a science that seeks in Nature the technological solutions for problems that human’s development usually presents: the generation of pollutant residues, the use of toxic chemicals and process that operates in high pressure and energy. Based on biomimetic concepts this research proposes to study the biomineralization, which is a process that has occurred in the Nature for thousands of years and it is responsible for the formation of many structures either in soil and water environments. The biomineralization is a phenomenon caused by several specimens of microorganisms that during the process of obtaining energy, they recycle minerals presents at soil and water inducing precipitation as inorganic salts. This precipitated material works as a binder of particles similar to geologic formations (stromatolites) or exoskeleton of sea animal for example. In this study the biomineralization was evaluated through biodeposition of precipitated calcium carbonate by specimen of ureolytic bacteria (Bacillus subtilis). Essays were held using samples made by sand, mortar and concrete. The samples made by sand and mortar were observed at MEV and EDS, allowing the identification of microorganism cells, biofilm formation and probable formation of calcium carbonate crystals at biofilm region. The concrete samples were used to evaluate the consequences of biodeposition on water absorption by capillarity of the material. The results show reduction of 20% on water absorption by capillarity. According the results achieved it possible to conclude that the biodeposition technique can be an alternative to superficial treatment for concrete structures. However, it will be required more studies to evaluate technical application and economical availability.

A hidrólise enzimática de penas residuais da indústria avícola constitui uma alternativa ao descarte irregular e uma fonte rica em aminoácidos para a produção de rações animais. A presença de queratinases em linhagens bacterianas probióticas, pode, concomitantemente, permitir um melhor aproveitamento de rações contendo queratina, devido a possibilidade de suplementação da dieta de animais monogástricos com tais microrganismos. Igualmente, proteases queratinolíticas possuem ampla utilização na indústria. Neste contexto, uma protease queratinolítica da linhagem probiótica FTC01PR01 de Bacillus subtilis foi purificada através de cromatografia líquida (Sephadex G-75 e DEAE Sepharose) e caracterizada por ensaio de proteólise em azocaseína com diversos interferentes, revelando uma serinoprotease com, aproximadamente, 31 kDa e atividade ótima a 60 °C em pH neutro e alcalino. Embora a enzima não seja termoestável, constatou-se que sua atividade é alterada na presença de íons manganês, apresentando estimulação em temperatura de 37 °C e aumento da termotolerância à 55°C. O crescimento do microrganismo em substratos queratinosos demonstrou eficiência para degradação de farinha de pena e penas brancas seguido por menor degradação de penas melânicas. Sendo constituído exclusivamente de α-queratina, o cabelo humano não sofreu proteólise. A enzima pode ser aplicada na indústria para a degradação de materiais recalcitrantes bem como a produção de ração animal. A efetividade do microrganismo in vivo para aumentar a digestibilidade da farinha de pena aliada a função probiótica, demanda mais estudos. / Enzymatic hydrolysis of waste feathers constitute an alternative to irregular disposal and a rich source of aminoacids for animal feed production. The presence of keratinases in probiotic bacterial strains may, concomitantly, allow better use of keratin-based feeds, due to the possibility of diet supplementation with beneficial microorganisms. In this context, a keratinolytic protease of Bacillus subtilis FTC01PR01 was purified by liquid chromatography (Sephadex G-75 and DEAE Sepharose) and characterized by azocasein proteolysis assay, revealing a serine protease with, approximately 31 kDa, and optimal activity at 60 ° C on neutral and alkaline pH. Although the enzyme was not thermostable, it’s activity was altered in presence of manganese ions, with stimulation at temperature of 37 °C and increased thermal tolerance at 55 °C. Microorganism growth on keratin substrates demonstrated efficiency for feather meal and white feathers degradation, followed by less degradation of melanized feathers. As a source of pure α-keratin, human hair was not degraded. The enzyme may be applied in industry for recalcitrant materials degradation and animal feed production. The effectiveness of the microorganism to increase the feather meal digestibility; ally to the probiotic function, demand further studies.

Les bactéries sporulées sont à l’origine de risques sanitaires et d’altération des produits alimentaires. Elles peuvent sporuler pour former des cellules résistantes à diverses agressions physiques ou chimiques. Afin de limiter la formation des spores dans les aliments et sur les lignes de production en industrie agroalimentaire, une approche préventive consiste à prévoir ce processus bactérien en fonction des conditions environnementales rencontrées durant les procédés de fabrication. Pour cela, un modèle cinétique décrivant à la fois la croissance et la sporulation de la bactérie modèle Bacillus subtilis BSB1 a été développé. Ce modèle est un outil utile pour évaluer l’impact des facteurs environnementaux sur des aspects quantitatifs et physiologiques de la croissance et de la sporulation. Des conditions défavorables de température, de pH et d’activité de l’eau provoquent un ralentissement de la croissance bactérienne, une sporulation plus synchrone dans la population de B. subtilis conduisant à une apparition plus tardive des spores et une production plus faible de spores. Tous ces effets ont été décrits avec un modèle prévisionnel de croissance et de sporulation : le modèle cardinal. Ces modèles (cinétique et cardinal) sont efficaces pour prévoir la croissance et la sporulation de B. subtilis BSB1 dans différentes conditions de culture, différentes matrices et en conditions dynamiques de facteurs environnementaux. Ces travaux et ces modèles mathématiques permettront de mieux comprendre le comportement de sporulation des bactéries en fonction des facteurs environnementaux et ainsi, de mieux appréhender la sporulation en industrie agroalimentaire. / Spore-forming bacteria cause health risks and alteration of food products. They can sporulate to form cells resistant to various physical or chemical aggressions. In order to limit the formation of spores in food and on production lines in the agri-food industry, a preventive approach consists in predicting this bacterial process according to the environmental conditions encountered during the manufacturing processes. For this, a kinetic model describing both growth and sporulation of the bacterium model Bacillus subtilis BSB1 was developed. This model is a useful tool for assessing the impact of environmental factors on quantitative and physiological aspects of growth and sporulation of B. subtilis. Unfavorable conditions of temperature, pH and water activity cause a slowing of B. subtilis’ growth, a more synchronous sporulation in the bacterial population leading to later spore emergence and lower spore production. All these effects have been described with a predictive model of growth and sporulation: the cardinal model. These (kinetic and cardinal) models are efficient to predict growth and sporulation of B. subtilis BSB1 in different culture conditions, different matrices and in dynamic conditions of environmental factors. This work and these mathematical models will allow a better understanding of the sporulation behavior of bacteria according to environmental factors and thus a better understanding of the sporulation in the agrofood industry.

A hidrólise enzimática de penas residuais da indústria avícola constitui uma alternativa ao descarte irregular e uma fonte rica em aminoácidos para a produção de rações animais. A presença de queratinases em linhagens bacterianas probióticas, pode, concomitantemente, permitir um melhor aproveitamento de rações contendo queratina, devido a possibilidade de suplementação da dieta de animais monogástricos com tais microrganismos. Igualmente, proteases queratinolíticas possuem ampla utilização na indústria. Neste contexto, uma protease queratinolítica da linhagem probiótica FTC01PR01 de Bacillus subtilis foi purificada através de cromatografia líquida (Sephadex G-75 e DEAE Sepharose) e caracterizada por ensaio de proteólise em azocaseína com diversos interferentes, revelando uma serinoprotease com, aproximadamente, 31 kDa e atividade ótima a 60 °C em pH neutro e alcalino. Embora a enzima não seja termoestável, constatou-se que sua atividade é alterada na presença de íons manganês, apresentando estimulação em temperatura de 37 °C e aumento da termotolerância à 55°C. O crescimento do microrganismo em substratos queratinosos demonstrou eficiência para degradação de farinha de pena e penas brancas seguido por menor degradação de penas melânicas. Sendo constituído exclusivamente de α-queratina, o cabelo humano não sofreu proteólise. A enzima pode ser aplicada na indústria para a degradação de materiais recalcitrantes bem como a produção de ração animal. A efetividade do microrganismo in vivo para aumentar a digestibilidade da farinha de pena aliada a função probiótica, demanda mais estudos. / Enzymatic hydrolysis of waste feathers constitute an alternative to irregular disposal and a rich source of aminoacids for animal feed production. The presence of keratinases in probiotic bacterial strains may, concomitantly, allow better use of keratin-based feeds, due to the possibility of diet supplementation with beneficial microorganisms. In this context, a keratinolytic protease of Bacillus subtilis FTC01PR01 was purified by liquid chromatography (Sephadex G-75 and DEAE Sepharose) and characterized by azocasein proteolysis assay, revealing a serine protease with, approximately 31 kDa, and optimal activity at 60 ° C on neutral and alkaline pH. Although the enzyme was not thermostable, it’s activity was altered in presence of manganese ions, with stimulation at temperature of 37 °C and increased thermal tolerance at 55 °C. Microorganism growth on keratin substrates demonstrated efficiency for feather meal and white feathers degradation, followed by less degradation of melanized feathers. As a source of pure α-keratin, human hair was not degraded. The enzyme may be applied in industry for recalcitrant materials degradation and animal feed production. The effectiveness of the microorganism to increase the feather meal digestibility; ally to the probiotic function, demand further studies.

O processo de transcrição diz respeito à leitura da informação contida no DNA para geração do RNA mensageiro correspondente. Para iniciar o processo de transcrição de um determinado gene, a enzima RNA polimerase necessita reconhecer a região promotora, atuando assim na regulação da expressão dos genes. A literatura propõe diversos métodos computacionais para a predição de sequências promotoras, mas a maioria dos trabalhos concentra-se em bactérias Gram-negativas. O objetivo deste trabalho é predizer promotores em regiões intergênicas da bactéria Bacillus subtilis (Gram-positiva) através da aplicação de técnicas de aprendizado de máquina: Redes Neurais Artificias (RN) e Máquinas de Vetor de Suporte (SVM). O treinamento das RN foi realizado através do algoritmo Multilayer Perceptron (MLP) que se baseia na regra de aprendizagem por correção de erro (backpropagation). Já para SVM, destaca-se os kernels (faz o mapeamento no espaço de características para a identificação dos vetores de suporte ideais) Radial Basis Function (RBF) que utiliza uma função gaussiana; SIGMOID que utiliza uma função de tangente hiperbólica; e Nu-Support Vector Classification (Nu-SVC) que limita o custo de penalização entre 0 e 1. O primeiro passo do trabalho foi a coleta do genoma e dos promotores reconhecidos pelos fatores sigma da bactéria Bacillus subtilis a partir dos dadoscontidos em bancos de dados públicos. O processamento dos dados biológicos obtidos da bactéria Bacillus subtilis gerou 767 regiões promotoras, sendo a maioria encontrada a partir do fator Sigma SigA. Estes dados foram processados e utilizados como entrada na aplicação das técnicas de aprendizado de máquina RN e SVM. Desta forma, foi possível comparar o desempenho das duas soluções para o problema em questão. Em ambas as soluções foram usados os mesmos dados de entrada e validação cruzada (k-cross validation) de 5-fold. Os resultados são condizentes e competitivos com os encontrados na literatura, obtendo 93.20% e 95.63% de acurácia em sua predição com o SVM (combinando os kernels SIGMOID e RBF com o algoritmo Nu-SVC) e obtendo 98.57% e 97.69% de acurácia em sua predição com RN (MLP com 5 e 7 neurônios na camada oculta e 1 neurônio na camada de saída). A partir dos resultados obtidos, é possível afirmar que a predição, reconhecimento e caracterização de regiões promotoras de Bacillus subtilis pode ser realizado com sucesso tanto usando RN quanto SVM, embora RN tenha obtido melhor desempenho. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The transcription process concerns reading the information contained in DNA to generate the corresponding messenger RNA. To initiate the transcription process of a given gene, RNA polymerase enzyme needs to recognize the promoter region, thereby regulating gene expression. Literature proposes several computational methods to predict promoter sequences, but most of them is focused on Gramnegative bacteria. Therefore, the objective of this work is to predict promoters in intergenic regions of the Bacillus subtilis bacterium (Gram-positive) through the application of machine learning techniques: Artificial Neural Networks (RN) and Support Vector Machines (SVM). The training of the RN was performed through the Multilayer Perceptron (MLP) algorithm that is based on the error correction learning rule (backpropagation). For SVM, the kernels (maps the characteristics space to identify ideal support vectors) that stands out are Radial Basis Function (RBF) that uses a Gaussian function; SIGMOID that uses a hyperbolic tangent function; and Nu- Support Vector Classification (Nu-SVC) that limits the penalty cost between 0 and 1. The first step was to obtain the genome and the promoters recognized by the Sigma factors of Bacillus subtilis from data in public data bases. Biological data gathered from Bacillus subtilis generated 767 promoter regions, being the majority found by Sigma SigA factor. These data were processed and used as input in RN and SVM machine learning techniques. Hence, it was possible to compare the efficiency of the two solutions. In both solutions, the same input data and 5-fold cross-validation were used. We obtained 93.20% and 95.63% accuracy in the SVM application (combining the SIGMOID and RBF kernels with the Nu-SVC algorithm). With RN (MLP with 5 and 7 neurons in the hidden layer and 1 neuron in the output layer), the best results were 98.57% and 97.69% accuracy. Both results are consistent and competitive when compared to those in literature. In addition, both solutions proved the reliability of the obtained data. Finally, it is possible to state that the prediction of Bacillus subtilis promoter regions can be successfully performed both using RN and SVM, although RN has obtained better performance.