O gênero Lactobacillus é o principal grupo de bactérias contaminantes em dornas de fermentação para produção de etanol em larga escala. A alta proliferação destes microrganismos prejudica a viabilidade de cepas de Saccharomyces cerevisiae selecionadas, podendo diminuir a produção de etanol nas dornas de fermentação. Os métodos mais utilizados para identificação destes microrganismos são bioquímicos e moleculares baseados na sequência do DNA, que são muito demorados, onerosos e muitas vezes remetem a resultados ambíguos. MALDI-TOF MS é uma poderosa ferramenta de identificação microbiana e foi testada neste trabalho para identificação de diferentes isolados de Lactobacillus e S. cerevisiae presentes no processo de produção de etanol. Os métodos de preparo e aplicação da amostra para aquisição espectral foram estabelecidos, tanto para bactérias quanto para leveduras. Vinte e sete isolados de Lactobacillus foram identificados pela região 16S rDNA e dois genes housekeeping, pheS e groEL e, três cepas de leveduras selecionadas do processo foram identificadas pela região ITS e 28S nr-LSU. As identificações genômicas foram contrastadas com as identificações obtidas com o perfil proteico por MALDI-TOF MS e 97% dos Lactobacillus tiveram a mesma classificação molecular que o gene pheS, eleito como o mais discriminatório, e 100% das cepas de leveduras foram classificadas como S. cerevisiae por ambas as técnicas. A técnica MALDI- TOF MS se mostrou altamente eficiente para discriminação intraespecífica de leveduras e interespecífica de Lactobacillus, não havendo apenas discriminação para isolados classificados como L. casei pelos genes housekeeping. Além disso, quando comparado o poder discriminatório da técnica MALDI-TOF MS em relação ao banco de dados espectral disponível no Biotyper e, posteriormente, ao banco de dados complementar criado neste trabalho com os microrganismos próprios do processo de produção de etanol, houve um aumento de 57 a 100% das repetições que foram identificadas ao nível de espécie com alta confiabilidade. Desta forma, os resultados deste estudo mostraram que a técnica MALDI-TOF MS pode ser utilizada como uma alternativa rápida e eficaz para identificação de Lactobacillus e Saccharomyces do processo etanólico. / The genus Lactobacillus is the main group of contaminating bacteria in fermentation tanks for large-scale ethanol production. The high proliferation of these organisms affect the viability of selected strains of Saccharomyces cerevisiae, which can reduce the production of ethanol in fermentation tanks. The most used methods for identifying these microorganisms are biochemical and molecular based on DNA sequence, which are very time-consuming, costly and often revert to ambiguous results. MALDI-TOF MS is a powerful microbial identification tool and it was tested in this work to identify different isolates of Lactobacillus and S. cerevisiae present in the ethanol production process. The sample preparation and application in the MALDI plate for spectral acquisition were established for both bacteria and yeasts. Twenty-seven isolates of Lactobacillus were identified by the 16S rDNA region and two housekeeping genes (pheS and groEL genes) and three yeast strains selected from the process were identified by the ITS and 28S nr-LSU regions. The genomic identifications were compared with the MALDI-TOF MS protein profiles and 97% of the Lactobacillus had the same molecular classification as the pheS gene, which was chosen as the most discriminatory gene, and 100% of the yeast strains were classified as S. cerevisiae by both techniques. The MALDI-TOF MS technique proved highly efficient for intraspecific yeast and interspecific discrimination of Lactobacillus, and there was no discrimination for isolates classified as L. casei by housekeeping genes. Furthermore, when compared to the discriminatory power of MALDI-TOF MS technique in relation to spectral database available on Biotyper and subsequently, the complementary database created in this work with the microorganisms themselves in the ethanol production process, there was an increase from 57 to 100% of the repetitions that were identified at the species level with high reliability. Thus, the results of this study showed that the MALDI-TOF MS technique can be used as a fast and efficient alternative for the identification of Lactobacillus and Saccharomyces of the ethanolic process.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:usp.br/oai:teses.usp.br:tde-16082019-105112 |
| Date | 04 April 2019 |
| Creators | Fonseca, Juliana Guimarães |
| Contributors | Labate, Carlos Alberto |
| Publisher | Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP |
| Source Sets | Universidade de São Paulo |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | Tese de Doutorado |
| Format | application/pdf |
| Rights | Liberar o conteúdo para acesso público. |
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