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Tese de Doutorado
DOI
https://doi.org/10.11606/T.17.2020.tde-02122020-103821
Documento
Autor
Nome completo
Ana Sílvia de Almeida Scarcella
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
Ribeirão Preto, 2020
Orientador
Banca examinadora
Polizeli, Maria de Lourdes Teixeira de Moraes (Presidente)
Antonini, Sandra Regina Ceccato
Buckeridge, Marcos Silveira
Faça, Vitor Marcel
Título em português
Cultivo de Mycothermus thermophilus e Trichoderma reesei RP698 em resíduos agroindustriais: consórcio microbiano no desenvolvimento de um coquetel enzimático para sacarificação de cana-de-açúcar
Palavras-chave em português
Consórcio enzimático
Mycothermus thermophilus
Sacarificação de cana energia
Sacarificação de cana-de-açúcar
Secretoma
Trichoderma reesei RP698
Resumo em português
O aumento da atividade agroindustrial levou ao acúmulo de grandes quantidades de biomassa lignocelulósica. Este tipo de material é a fonte mais abundante de carbono renovável da natureza, representando um valioso substrato industrial com potencial biotecnológico. O custo da produção de bioetanol a partir de resíduos agroindustriais depende, em grande parte, da biomassa recalcitrante e das enzimas envolvidas na sacarificação da parede celular, sendo necessária a otimização da produção enzimática para minimizar este fator. Assim sendo, este trabalho teve por objetivo a elaboração e otimização de um coquetel enzimático obtido a partir dos fungos Mycothermus thermophilus e Trichoderma reesei RP698 visando a sacarificação de bagaço de cana-de-açúcar (SCB), cana-de-açúcar SP80-3280 e Cana Energia (EC). O cocultivo de M. thermophilus e T. reesei RP698 em palha de milho apresentou os melhores resultados de sacarificação, liberando 40,40 ± 2,81 μmol.mL-1 de açúcar redutor (AR) para SCB, 30,33 ± 1,39 μmol.mL-1 de AR para EC e 33,18 ± 1,04 μmol.mL -1 de AR para SP80-3280, sendo os principais açúcares liberados glucose e xilose. Além disso, foi realizada uma investigação, por análise proteômica, das enzimas secretadas por estes microrganismos quando crescidos em cana-de-açúcar SP80-3280, Cana Energia e palha de milho como única fonte de carbono. Como resultado do secretoma do cultivo de M. thermophilus e T. reesei RP698 crescidos em cana-de-açúcar SP80-3280 e Cana Energia foram identificadas 56 proteinas relacionadas à degradação da parede celular vegetal em todas as condições analisadas, entre elas glicosil hidrolases, carboidratos esterases e proteínas de atividades auxiliares. Já no cocultivo dos microrganismos crescidos em palha de milho durante 5 dias, foram identificadas 27 proteínas divididas entre celulases, hemicelulases, pectinases e proteínas de atividades auxiliares. Foram identificadas duas proteínas não descritas para estes fungos até o momento, sendo elas a ácido celobiônico fosforilase e a 4-O-metil glucurônico metil esterases. Ademais, estudou-se o efeito de diferentes pré-tratamentos das biomassas, sendo que o pré-tratamento alcalino possibilitou melhor sacarificação das biomassas, mostrando um aumento na quantidade dos açúcares liberados e alcançando 215,01 ± 11,02 μmol.mL-1 de AR para a hidrólise de SCB, 177,16 ± 16,00 μmol.mL-1 de AR para EC e 220,64 ± 29,02 μmol.mL-1 de AR para SP80-3280. Foram aplicados diferentes coquetéis na hidrólise de cana-de-açúcar comercial, Cana Energia tipo I e tipo II proveniente da GranBio, comprovando que os melhores resultados de liberação de AR foram gerados após o uso do coquetel obtido pelo cocultivo de M. thermophilus e T. reesei RP698 em palha de milho. Todos os resultados demonstraram que existe uma forte correlação entre a enzimas a serem utilizadas e a composição da biomassa. Foi observado ainda, os benefícios do cocultivo de microrganismos para a obtenção de um coquetel diversificado com elevado potencial de aplicação e de baixo custo.
Título em inglês
Cultivation of Mycothermus thermophilus and Trichoderma reesei RP698 in agro-industrial residues: microbial consortium in the development of an enzymatic cocktail for saccharification of sugarcane
Palavras-chave em inglês
Energy cane saccharification
Enzymatic consortium
Mycothermus thermophilus
Secretome
Sugarcane saccharification
Trichoderma reesei RP698
Resumo em inglês
The increase in agro-industrial activity led to the accumulation of large amounts of lignocellulosic biomass. This kind of material is the most abundant source of renewable carbon in nature, representing a valuable industrial substrate with biotechnological potential. The cost of bioethanol producing from agro-industrial residues depends, in large extend, on the recalcitrant biomass and the enzymes involved in the saccharification of the cell wall, what makes the optimization of the enzymatic production necessary in order to minimize this factor. Therefore, this work focused on the elaboration and optimization of an enzymatic cocktail obtained from the fungi Mycothermus thermophilus and Trichoderma reesei RP698 aiming at the saccharification of sugarcane bagasse (SCB), sugarcane SP80-3280 and energy cane (EC). The co-cultivation of M. thermophilus and T. reesei RP698 in corn straw showed the best saccharification results , releasing 40.40 ± 2.81 μmol.mL-1 of reducing sugar (RS) for SCB, 30.33 ± 1.39 μmol.mL-1 of RS for EC and 33.18 ± 1.04 μmol.mL-1 of RS for SP80-3280, the main sugars released were glucose and xylose. Also, an investigation by proteomic analysis of the enzymes secreted by these microorganisms, grown in sugarcane SP80-3280, energy cane and corn straw as the only carbon source, was carried out. As a result of the secretome of the cultivation of M. thermophilus and T. reesei RP698 grown in sugarcane SP80-3280 and energy cane, 56 proteins related to the degradation of the plant cell wall, were identified in all conditions analyzed, including glycosyl hydrolases, carbohydrates esterases and auxiliary activity proteins. Twenty-seven proteins were identified in the cultivation of microorganisms grown in corn straw for 5 days. These proteins are divided into cellulases, hemicellulases, pectinases and proteins of auxiliary activities. Two proteins, which were not described for these fungi so far, have also been identified. They were named as cellobionic acid phosphorylase and 4-O-methyl glucuronic methyl esterases. In addition, the effect of different biomass pretreatments was studied, and the alkaline pretreatment enabled a better saccharification of the biomass, showing an increase in the amount of sugars released, reaching 215.01 ± 11.02 μmol.mL-1 of RS for SCB hydrolysis, 177.16 ± 16.00 μmol.mL-1 of RS for EC and 220.64 ± 29.02 μmol.mL-1 of RS for SP80-3280. Different cocktails were applied in the hydrolysis of commercial sugar cane, energy cane type I and type II from GranBio, proving that the best results of AR release were generated after the use of the cocktail obtained by the co-cultivation of M. thermophilus and T reesei RP698 grown in corn straw. All the results showed that there is a strong correlation between the enzymes to be used in the saccharification process and the composition of the biomass. The benefits of microorganism co-cultivation was also verified in obtaining a diversified cocktail with high application potential at low cost.
 
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Data de Liberação
2022-09-11
Data de Publicação
2021-01-29
 
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