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.

Primary and secondary metabolites production in signal grass around the year under nitrogen fertilizer

Plants produce a number of substances and products and primary and secondary metabolites (SM) are amongst them with many benefits but limitation as well. Usually, the fodder are not considered toxic to animals or as a source having higher SM. The Brachiaria decumbens has a considerable nutritional value, but it is considered as a toxic grass for causing photosensitization in animals, if the grass is not harvested for more than 30 days or solely. The absence of detailed information in the literature about SM in Brachiaria, metabolites production and its chemical profile enable us to focus not only on the nutritive value but to get answers in all aspects and especially on toxicity. The study was conducted in the period of december 2013 to december 2014; in greenhouse FZEA-USP. B. decumbens was used with two cutting heights (10 and 20 cm) and nitrogen doses (0, 150, 300 and 450 kg ha-1) in complete randomized block design. The bromatological analysis were carried out on near infrared spectroscopy. Generally, the application of 150 kg ha-1 N was sufficient to promote the nutritional value in B. decumbens but above it the nitrogen use efficiency decline significantly. The highest dry matter yield (99.97 g/pot) was observed in autumn and the lowest was in winter (30.20 g/pot). While, as per nitrogen dose the average highest dry matter yield was at 150 kg ha-1 (79.98 g/pot). The highest crude protein was observed in winter (11.88%) and the lowest in autumn (7.78%). By the cutting heights; the 10 cm proved to have high CP (9.51%). In respect of fibrous contents, the highest acid detergent fiber was noted in summer (36.37%) and lowest in winter (30.88%). While the neutral detergent fiber was being highest in autumn and lowest in spring (79.60%). The highest in vitro dry matter and organic matter digestibilities were noted at 300 kg ha-1 N; being 68.06 and 60.57%; respectively; with the lowest observed in without N treatments (62.63% and 57.97), respectively. For determination of the classes, types and concentration of SM in B. decumbens, phytochemical tests, thin layer and liquid chromatography-mass spectrometry and nuclear magnetic resonance analysis were carried out. Height, nitrogen and seasons significantly (P <0.0001) affected the secondary metabolic profile. A new protodioscin isomer (protoneodioscin (25S-)) was identified for first time in B. decumbens and is supposed to be the probable toxicity reason. Its structure was verified by 1D and 2D NMR techniques (1H, 13C) and 1D (COSY-45, edited HSQC, HMBC, H2BC, HSQC -TOCSY, NOESY and 1 H, 1 H, J). All factors influence the metabolic profile significantly (P <0.0001). The lowest phenols were at 300 kg ha-1 while the lowest flavones were at 0 kg ha-1. Season wise the highest phenols occurred in autumn (19.65 mg/g d.wt.) and highest flavones (28.87 mg/g d.wt.) in spring. Seasons effect the saponin production significantly (P <0.0001) and the results showed significant differences in the protodioscin (17.63±4.3 - 22.57±2.2 mg/g d.wt.) and protoneodioscin (23.3±1.2 - 31.07±2.9 mg/g d.wt.) concentrations. The highest protodioscin isomers concentrations were observed in winter and spring and by N doses the highest were noted in 300 kg ha-1. Simply, all factors significantly played their role in varying concentrations of secondary metabolites.