Estudos de proteômica, estruturais e funcionais de proteínas envolvidas na degradação da biomassa lignocelulósica: expansinas microbianas e hidrolases de glicosídeos termofílicas

O Brasil possui uma posição privilegiada quando se refere à produção de etanol. Por questões históricas e geográficas o país é responsável por mais de 30 % da produção mundial de etanol, com uma produção nacional de mais de 28 bilhões de litros em 2014. Para maximizar o rendimento desse processo, está em desenvolvimento a tecnologia associada ao etanol de segunda geração ou etanol lignocelulósico. Os principais desafios desta tecnologia são: melhorar a eficiência de conversão do substrato em produto e a produção em grande escala utilizando substratos de baixo custo. Com o objetivo de melhorar a eficiência do processo de conversão foram estudadas proteínas auxiliares (expansinas) que, em conjunto com celulases, melhoram a despolimerização de biomassa lignocelulósica em açúcares fermentescíveis. Além disso, realizou-se também a caracterização de enzimas ativas de carboidratos (CAZymes) de origem termofílica do organismo Thermogemmatispora sp. T81, devido a capacidade que estas proteínas apresentam de manter a atividade e conformação estrutural em altas temperaturas por um prolongado período de tempo. A partir de análises utilizando bioinformática, os genes que codificam para expansinas de Xanthomonas campestris, Bacillus licheniformis e Trichoderma reesei foram clonados e expressos em E. coli, e seus produtos gênicos (as expansinas) tiveram seus índices de sinergismo (devido atuação conjunta com coquetéis comerciais) e atividade catalítica determinados. Adicionalmente, dispondo de alinhamentos estruturais, foi proposto um mecanismo hidrolítico para elas. Em relação à bactéria Thermogemmatispora sp. T81, foram realizadas análises genômicas e proteômicas, a fim de selecionar enzimas superexpressas em meio celulósico. Seus genes foram clonados heterologamente em E. coli e o produto de expressão caracterizado bioquimicamente (cromatografia, ensaios de atividade e perfil de hidrólise) e estruturalmente (SAXS e dicroísmo circular). Os índices de sinergismo determinados foram de 2,47; 1,96 e 2,44 para as expansinas de Xanthomonas campestris, Bacillus licheniformis e Trichoderma reesei, respectivamente. A partir dos alinhamentos estruturais foi proposto a díade Asp/Glu como sitio catalítico em expansinas. As análises de proteômica possibilitaram a seleção de quatro alvos de clonagem, por apresentarem alto índice de expressão quando a bactéria foi cultivada em meio celulósico. Estas proteínas foram caracterizadas quanto a atividade e apresentaram um perfil comum: temperatura ótima de ação (de 70 a 75 °C), pH ótimo de 5, e hidrolisam preferencialmente substratos hemicelulósicos (xilano). A porcentagem de estruturais secundárias das proteínas em estudo foram confirmadas com predições teóricas ao se utilizar a técnica de dicroísmo circular. Desta maneira, os objetivos iniciais propostos neste projeto foram concluídos com a determinação do grau de sinergismo das proteínas expansinas em estudo e a proposição de um mecanismo de hidrólise para as mesmas, considerando que tais proteínas por mais de 20 anos tiveram sua atividade definida exclusivamente como acessória. Além disso, este estudo contribui com a identificação e seleção de genes para CAZymes termofilícas com aplicação biotecnológica devido às propriedades termoestáveis apresentadas.

Palynology on lake sediments from the Pyrenees

A multi-proxy palaeoecological investigation including pollen, plant macrofossil, radiocarbon and sedimentological analyses, was performed on a small mountain lake in the Eastern Pyrenees. This has allowed the reconstruction of: (1) the vegetation history of the area based on five pollen diagrams and eight AMS14C dates and (2) the past lake-level changes, based on plant macrofossil, lithological and pollen analysis of two stratigraphical transects correlated by pollen analysis. The palaeolake may have appeared before the Younger Dryas; the lake-level was low and the vegetation dominated by cold steppic grasslands. The lake-level rose to its highest level during the Holocene in the Middle Atlantic (at ca. 5060±45 b.p.). Postglacial forests (Quercetum mixtum and Abieto-Fagetum) developed progressively in the lower part of the valley, while dense Pinus uncinata forests rapidly invaded the surroundings of the mire and remained the dominant local vegetation until present. The observed lowering of the lake levels during the Late Atlantic and the Subboreal (from 5060 ± B.P. to 3590±40 b.p.) was related to the overgrowth of the mire. The first obvious indications of anthropogenic disturbances of the vegetation are recorded at the Atlantic/Subboreal boundary as a reduction in the forest component, which has accelerated during the last two millennia.

Contrary effects of jasmonate treatment of two closely related plant species on attraction of and oviposition by a specialist herbivore

Elevated jasmonic acid (JA) concentrations in response to herbivory can induce wounded plants to produce defences against herbivores. In laboratory and field experiments we compared the effects of exogenous JA treatment to two closely related cabbage species on the host-searching and oviposition preference of the diamondback moth (DBM), Plutella xylostella. JA-treated Chinese cabbage (Brassica campestris) was less attractive than untreated Chinese cabbage to ovipositing DBM, while JA-treatment of common cabbage (B. oleracea) made plants more attractive than untreated controls for oviposition by this insect. Similar effects were observed when plants of the two species were damaged by DBM larvae. In the absence of insect-feeding, or JA application, Chinese cabbage is much more attractive to DBM than common cabbage. Inducible resistance therefore appears to occur in a more susceptible plant and induced susceptibility appears to occur in a more resistant plant, suggesting a possible balance mechanism between constitutive and inducible defences to a specialist herbivore.

Insertion of an E-coli lacZ gene in Acetobacter xylinus for the production of cellulose in whey

A mini-Tn10:lacZ: kan was inserted into a wild-type strain of Acetobacter xylinus by random transposon mutagenesis, generating a lactose-utilising and cellulose-producing mutant strain designated ITz3. Antibiotic selection plate assays and Southern hybridisation revealed that the lacZ gene was inserted once into the chromosome of strain ITz3 and was stably maintained in non-selective medium after more than 60 generations. The modified strain had, on the average, a 28-fold increase in cellulose production and a 160-fold increase in beta-galactosidase activity when grown in lactose medium. beta-Galactosidase activity is present in either lactose or sucrose medium indicating that the gene is constitutively expressed. Cellulose and beta-galactosidase production by the modified strain was also evaluated in pure and enriched whey substrates. Utilisation of lactose in whey substrate by ITz3 reached 17 g l(-1) after 4 days incubation. (C) 2004 Federation of European Microbiological Societies. Published by Elsevier B.V. All rights reserved.