A demanda por fontes renováveis de energia juntamente com o esgotamento das reservas de combustíveis fósseis e do aquecimento global tem despertado grande interesse. A degradação da biomassa lignocelulósica para a produção de biocombustíveis tem se revelado uma alternativa viável, contudo tem enfrentado desafios em função de sua recalcitrância. Novos preparados enzimáticos envolvendo não só celulases com mecanismo hidrolítico, mas também proteínas com atividade auxiliares têm sido desenvolvidas e comercializadas. Contudo a adição de enzimas oxidativas nestes coquetéis ainda é passível de desenvolvimento e otimização. Nesse âmbito, o objetivo desse trabalho foi analisar três possíveis abordagens para a resolução desse problema. A primeira através do isolamento de fungos filamentosos de compostagem com o intuito de obter novas enzimas com função oxidativa. A segunda, constituiu o estudo de sinergismo de uma enzima acessória da família GH43 com o coquetel enzimático industrial Accellerase e a terceira no estudo da enzima oxidativa monooxigenases lítica de polissacarídeo (Lpmo) assim como sua interação sinérgica com uma endoglucanase de Trichoderma harzianum. A atividade celulolítica dos fungos foi determinada por análise do halo hidrolítico, assim como por reações enzimáticas utilizando substratos específicos. Os potenciais fungos produtores de enzimas oxidativas foram identificados por amplificação e sequenciamento da região ITS3. Dezesseis fungos foram isolados e testados, destes três apresentaram atividade positiva para a enzima lacase. O sequenciamento revelou que todos os fungos pertencem à mesma espécie patogênica Scedosporium prolificans, A enzima BlAbn1 (GH43) foi expressa em células de E. coli (BL21) e purificada para análise do sinergismo com o coquetel enzimático Accellerase em diferentes condições como sinergismo sequencial ou simultâneo, diferentes pH´s, tempo de reação e concentração enzimática. No sinergismo simultâneo e análises em pH 5 e pH 8 a taxa de sinergismo encontrada foi muito baixa apenas 4 %. Contudo no sinergismo sequencial com diferentes tempos e concentrações enzimáticas foi encontrado um aumento de 30 % na liberação de açúcares redutores na reação de 20 horas, mostrando que há ação sinérgica. O estudo da enzima oxidativa Lpmo foi realizado utilizando a enzima purificada após expressão heteróloga em Aspergillus nidulans. Análises com diferentes substratos e doadores de elétrons assim como sinergismo com uma endoglucanases foram realizados. Ácido ascórbico e pirogalol apresentaram-se como doadores de elétrons utilizando celulose amorfa (PASC), xilano e arabinoxilano como substratos. Ação sinérgica entre a endoglucanase e Lpmo foi observada, apresentando um aumento na liberação de açúcares redutores na ordem de 15 %. Em habitats naturais os microrganismos produtores de enzimas hidrolíticas e auxiliares apresentam ação sinérgica como demonstrado para enzimas da família GH43 com coquetéis enzimáticos e de enzimas oxidativas com endoglucanases. Este efeito pode ser explorado e utilizado na melhora da composição dos coquetéis enzimáticos dedicados á produção de biocombustíveis lignocelulósicos. / The demand for renewable energy sources coupled with the depletion of fossil fuel reserves and global warming has aroused great interest. The degradation of lignocellulosic biomass for the production of biofuels has proved to be a viable alternative, however it has faced challenges due to its recalcitrance. New enzymatic preparations involving not only cellulases with a hydrolytic mechanism, but also proteins with an auxiliary activity have been developed and commercialized. However the addition of oxidative enzymes in these cocktails is still amenable to development and optimization. In this context, the objective of this work was to analyze three possible approaches to solve this problem. The first one through the isolation of filamentous fungi from composting in order to obtain new enzymes with oxidative function. The second was the synergism study of an accessory enzyme of the GH43 family with the industrial enzymatic cocktail Accellerase and the third in the study of lytic polysaccharide monooxygenases (Lpmo) oxidative enzyme as well as its synergistic interaction with a Trichoderma harzianum endoglucanase. The cellulolytic activity of the fungi was determined by analysis of the hydrolytic halo, as well as by enzymatic reactions using specific substrates. Potential fungi producing oxidative enzymes were identified by amplification and sequencing of the ITS3 region. Sixteen fungi were isolated and tested, of these three showed positive activity for the lacase enzyme. Sequencing revealed that all fungi belong to the same pathogenic species Scedosporium prolificans. The enzyme BlAbn1 (GH43) was expressed in E. coli cells (BL21) and purified for synergism analysis with the enzymatic cocktail Accellerase under different conditions such as sequential synergism or Different pH, reaction time and enzymatic concentration. In simultaneous synergism and analyzes at pH 5 and pH 8 the synergism rate found was very low, only 4%. However in the sequential synergism with different times and enzymatic concentrations a 30% increase in the release of reducing sugars in the reaction of 20 hours was found, showing that there is synergistic action. The study of the oxidative enzyme Lpmo was performed using the enzyme purified after heterologous expression in Aspergillus nidulans. Analyzes with different substrates and electron donors as well as synergism with an endoglucanase were performed. Ascorbic acid and pyrogallol were presented as electron donors using amorphous cellulose (PASC), xylan and arabino-xylan as substrates. Synergistic action between endoglucanase and Lpmo was observed, with an increase in the release of reducing sugars approximately 15%. In natural habitats, the microorganisms producing hydrolytic and auxiliary enzymes present synergistic action as demonstrated for enzymes of the GH43 family with enzymatic cocktails and oxidative enzymes with endoglucanases. This effect can be exploited and used in improving the composition of the enzymatic cocktails dedicated to the production of lignocellulosic biofuels.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:teses.usp.br:tde-20092017-111725 |
| Date | 19 July 2017 |
| Creators | Ana Elisa Tognoli Leite |
| Contributors | Igor Polikarpov, Mario Tyago Murakami, Daniela Barretto Barbosa Trivella |
| Publisher | Universidade de São Paulo, Física, USP, BR |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP, instname:Universidade de São Paulo, instacron:USP |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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