Fisiologia e formação de partículas lipídicas durante o crescimento da levedura Yarrowia lipolytica IMUFRJ 50682.

A levedura Yarrowia lipolytica tem sido muito investigada, especialmente por ser um microrganismo oleaginoso, ou seja, capaz de acumular grandes quantidades de lipídios, o que ocorre majoritariamente em organelas denominadas partículas lipídicas. Estes lipídios apresentam várias potenciais aplicações biotecnológicas, como por exemplo na produção de óleo microbiano (single cell oil) e na produção de biodiesel. Durante este projeto de mestrado, objetivou-se estudar a fisiologia de duas linhagens da levedura Y. lipolytica, sendo uma tradicionalmente estudada pela comunidade científica internacional (linhagem w29) e outra isolada da Baía da Guanabara, no Rio de Janeiro (linhagem IMUFRJ 50682). Foram realizados cultivos em frascos agitados tipo Erlenmeyer com defletores tampados com algodão (volume total 500 mL, volume de meio 100 mL, 28 oC e 200 rotações por minuto), durante os quais foi possível: 1) escolher um meio de cultivo de composição totalmente definida, com tiamina como único fator de crescimento, adequado a estudos de fisiologia quantitativa com esta levedura; 2) verificar que Y. lipolytica não é capaz de crescer com sacarose ou xilose como única fonte de carbono; 3) verificar que Y. lipolytica cresce com velocidade específica de crescimento máxima (Máx) de 0,49 h-1 num meio complexo contendo glicose, extrato de levedura e peptona (meio YPD), 0,31 h-1 em meio definido com glicose como única fonte de carbono e 0,35 h-1 no mesmo meio, mas com glicerol como única fonte de carbono, sem excreção de metabólitos para o meio de cultivo; 4) verificar que ocorreu limitação por oxigênio nos cultivos em frasco agitado, sendo este o motivo pelo qual as células deixaram de crescer exponencialmente; 5) verificar que o uso de ureia, em vez de sulfato de amônio, como fonte de nitrogênio, contribui para uma variação menor do pH durante os cultivos, sem prejuízo ao crescimento da levedura; 6) observar que, ao se restringir a oferta de nitrogênio à levedura (aumento da relação C/N inicial no meio de 12,6 para 126), as células têm sua morfologia alterada e apresentam maior quantidade de partículas lipídicas; 7) determinar uma composição elementar para a biomassa de Y. lipolytica (CH1,98O0,58N0,13), em que os átomos de carbono encontram-se em média mais reduzidos do que na biomassa de leveduras como Saccharomyces cerevisiae e Dekkera bruxellensis. Foram também realizados cultivos em biorreator em batelada (1 L de volume útil, 28 oC, aerobiose plena e pH controlado em 5,0), durante os quais foi possível: a) estabelecer um protocolo de cultivo para Y. lipolytica em biorreator (que envolvem agitação mecânica, aeração e uso de anti-espumante, entre outras diferenças em relação aos cultivos em frasco); b) confirmar os valores dos principais parâmetros fisiológicos apresentados por esta levedura, anteriormente obtidos a partir de cultivos em frasco; c) confirmar que o fator de conversão de substrato a células (Yx/s) é maior para cultivos realizados com glicerol como fonte única de carbono (0,53 g/g para a linhagem IMUFRJ 50682), do que com glicose (0,48 g/g para a mesma linhagem). Finalmente, cultivos realizados em quimiostato com glicerol como fonte de carbono e energia, limitados por amônio (fonte de nitrogênio, relação C/N 126), às vazões específicas de 0,25 h-1 e 0,15 h-1, permitiram observar que o número de partículas lipídicas por célula de Y. lipolytica permaneceu em torno de 2 em ambas as situações e houve uma diminuição no teor de nitrogênio nas células quando a velocidade específica de crescimento diminuiu de 0,25 para 0,15 h-1.

Eficiência de uso de nitrogênio pela cana-de-açúcar: diferenças genotípicas, preferência por amônio e emissão de N2O

O uso ineficiente do nitrogênio (N) é um problema global, que pode diminuir a sustentabilidade da produção agrícola da cana-de-açúcar para fins energéticos devido às emissões de N2O oriundas da fertilização nitrogenada. A eficiência de utilização de nitrogênio (EUN) tem sido pouco estudada em genótipos de cana-de-açúcar, o que pode ser preocupante devido a importância da cultura para o país. O objetivo desse estudo foi avaliar a EUN de genótipos de cana-de-açúcar, verificando se genótipos contrastantes tem preferência de absorção por amônio ao invés de nitrato, e checar se extratos radiculares de Brachiaria humidicola e Saccharum spontaneum aumentam a eficiência de utilização de N pela cultura. Para isso três experimentos foram desenvolvidos em condições controladas em casa-de-vegetação e câmara de crescimento. No primeiro deles, 18 genótipos foram submetidos a dois níveis de N: limitante (baixo N) e suficiente (alto N). Posteriormente, quatro genótipos selecionados quanto a EUN do primeiro experimento, foram cultivados em câmara de crescimento por 69 dias, onde receberam quantidades conhecidas de N-fertilizante marcado ou no 15NH4+ ou no 15NO3-, sendo avaliados 24 e 72 horas após a aplicação do fertilizante marcado. Um terceiro ensaio foi realizado, em que extratos radiculares de Brachiaria humidicola (BCH) e Saccharum spontaneum (SCS) foram aplicados ao solo com o intuito de verificar seu potencial como inibidor da nitrificação, comparando-os com a dicianodiamida (DCD), e seu efeito para o aumento do aproveitamento do N pela cana-de-açúcar. No experimento de EUN verificou-se grande variação entre os genótipos. Dos 18 genótipos avaliados, seis foram classificados como responsivos a N e eficientes na utilização de N, três foram não eficientes e responsivos; dois foram eficientes e não responsivos, e sete não eficientes e não responsivos. Esse resultado comprova que a recomendação da adubação nitrogenada pode realmente estar pouco precisa, pois não leva em consideração a EUN de cada genótipo, sendo realizada uma aplicação genérica. As medições de fotossíntese mostraram que os genótipos mais eficientes na utilização do N, não necessariamente possuem as taxas fotossintéticas mais elevadas, estando a EUN diretamente relacionada à quantidade de raízes das plantas. No segundo trabalho, verificou-se que o N na planta proveniente do fertilizante (NPPF), 72 horas após a aplicação do N, foi 36% menor quando a fonte marcada foi NO3-, atestando que a cana-de-açúcar tem preferência de absorção por amônio em relação ao nitrato nos primeiros dias após a adubação nitrogenada. Por fim, os resultados do terceiro ensaio mostraram que a aplicação de sulfato de amônio (SA), associado ao inibidor sintético DCD, manteve os valores de N-NO3- baixos ao longo de todo período de avaliação (durante 60 dias), enquanto que com SA, SA+BCH e SA+SCS houve um aumento na concentração de nitrato no solo já a partir de 15 dia após a fertilização. O uso de DCD reduziu o fluxo médio de N2O durante o período de avaliação em relação ao uso isolado do fertilizante, o que não foi observado com o uso de extratos de raízes de Brachiaria humidicola e Saccharum spontaneum