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Master's Dissertation
DOI
10.11606/D.11.2013.tde-16122013-172059
Document
Author
Full name
Aline Peruchi
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
Piracicaba, 2013
Supervisor
Committee
Cônsoli, Fernando Luis (President)
Junqueira, Luciane Kern
Leonardo, Ana Maria Costa
Title in Portuguese
Caracterização e avaliação do potencial de aplicação bioindustrial da bacteriofauna intestinal de Armitermes euamignathus Silvestri, 1901 (Isoptera: Termitidae) e Coptotermes gestroi (Wasmann, 1896) (Isoptera: Rhinotermi
Keywords in Portuguese
Biocombustíveis
Biotecnologia
Energia renovável
Simbiose
Abstract in Portuguese
Microrganismos simbiontes são essenciais para a exploração de dietas de baixo valor nutricional, o desenvolvimento, crescimento e a reprodução de seus hospedeiros. Insetos que se alimentam de dieta rica em materiais celulósicos, como é o caso de cupins, apresentam protozoários e/ou bactérias associadas ao trato digestivo que auxiliam na quebra do polímero de celulose e na fixação de nitrogênio. A celulose e a hemicelulose são polímeros estruturais formados por unidades de glicose, sendo a hidrólise desses polímeros de grande interesse industrial para a produção de etanol. O modo mais eficiente de hidrolisar a celulose é pelo uso de enzimas, as celulases. Os cupins apresentam grande eficiência na digestão de celulose e hemicelulose, sendo que a compreensão do processo de digestão de celulose por esses insetos pode facilitar o desenvolvimento de tecnologia mais eficiente para a quebra desse polímero. Assim, este trabalho buscou i) isolar, identificar e caracterizar microrganismos associados ao trato digestivo dos cupins Armitermes euamignathus (Isoptera: Termitidae) e Coptotermes gestroi (Isoptera: Rhinotermitidae); ii) verificar o potencial da microbiota na degradação dos principais componentes da lignocelulose (celulose, xilana e pectina); iii) caracterizar o potencial hidrolítico e determinar as condições ótimas de hidrólise (pH e temperatura das diferentes enzimas produzidas). A análise da microbiota cultivável levou à identificação de 14 filotipos para A. euamignathus e de 11 para C. gestroi, distribuídos nos quatro principais filos, Proteobacteria, Firmicutes, Bacteroidetes e Actinobacteria. A caracterização da microbiota não-cultivável levou à identificação de 17 filotipos em operários e três em soldados de A. euamignathus, enquanto que em C. gestroi foi possível identificar seis filotipos em operários e oito em soldados. O filo Firmicutes foi o mais abundante em A. euamignathus, enquanto Proteobacteria predominou em C. gestroi. O isolamento de bactérias em meio seletivo para degradação de celulose, xilana ou pectina levou à seleção de oito filotipos para A. euamignathus e cinco para C. gestroi. Extratos brutos obtidos do cultivo dessas bactérias apresentaram atividade de hidrólise de pectina e xilana, mas não celulose. Ensaios para otimização das reações de degradação indicaram a presença de enzimas que atuam em diferentes faixas de pH ótimo. Assim, a microbiota associada aos cupins estudados foi bastante diversa, apresentando ainda diferenças entre as diferentes castas desses insetos. Essa microbiota também atua em parte do processo de degradação da celulose, demonstrando o potencial que bactérias associadas ao intestino de cupins podem apresentar para a identificação de enzimas digestivas que possam ser utilizadas no processamento da celulose.
Title in English
Characterization and potential for bioindustrial application of the gut bacteriofauna of Armitermes euamignathus Silvestri, 1901 (Isoptera: Termitidae) and Coptotermes gestroi (Wasmann, 1896) (Isoptera: Rhinotermitidae)
Keywords in English
Biofuels
Biotecnology
Renewable energy
Symbiose
Abstract in English
Symbionts are essential for insect hosts as they enhance the nutritional value of their host diets and support host development, growth and reproduction. Insects that feed on diets rich in cellulose, such as termites, exhibit protozoa and/or bacteria within their digestive tract that aid in breaking the cellulose and in nitrogen fixation. Cellulose and hemicellulose are polymers formed by units of glucose, and the hydrolysis of these polymers is of great industrial interest for the production of ethanol. Cellulases are the most efficient enzymes to break cellulose. Termites have a huge capacity to digest cellulose and hemicellulose; thefore, understanding the process by which they digest cellulose may allow the development of more suitable technologies devoted to the industrial utilization of cellulose. This work aimed to i) isolate, identify and characterize microorganisms associated with the digestive tract of Armitermes euamignathus (Isoptera: Termitidae) and Coptotermes gestroi (Isoptera: Rhinotermitidae), ii) investigate the potential of symbionts in the degradation of the main components of lignocellulose (cellulose, xylan and pectin); iii) characterize the hydrolytic potential and determine the optimum hydrolysis conditions (pH and temperature) for the different enzymes produced. The analysis of culturable microorganisms led to the identification of 14 phylotypes for A. euamignathus and 11 for C. gestroi, which were distributed in four Phyla, Proteobacteria, Firmicutes, Bacteroidetes and Actinobacteria. The characterization of the non-culturable microbiota led to the identification of 17 phylotypes in workers and three in soldiers of A. euamignathus, while six phylotypes were identified in workers and eight in soldiers of C. gestroi. Firmicutes was the most abundant in A. euamignathus, while Proteobacteria predominated in C. gestroi. The isolation of bacteria in selective medium to degrade cellulose, xylan or pectin led to the selection of eight phylotypes from A. euamignathus and five from C. gestroi. Crude extracts obtained from the cultivation of these bacteria showed hydrolytic activity towards to xylan and pectin, but not cellulose. Assays for optimization of enzymatic reaction indicated the presence of enzymes that act at different pH ranges great. As a conclusion, symbiont diversity was quite different between the termites species and in between the castes of these species. But the microbiota isolated also acts in the degradation of cellulose, demonstrating the potential for the gut-associated bacteria of termites may present for the identification of digestive enzymes which can be used in the processing of cellulose.
 
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Aline_Peruchi.pdf (2.03 Mbytes)
Publishing Date
2014-01-08
 
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