Caracterização de genes de quitanases do entomopatógeno e acaricida Metarhizium anisopliae

O fungo entomopatogênico e acaricida Metarhizium anisopliae é patógeno de uma vasta gama de insetos, sendo extensivamente utilizado em experimentos, bem como, no controle efetivo de alguns insetos-praga. Seu potencial uso para o controle de carrapatos como Boophilus microplus é também considerável. O processo de infecção de M. anisopliae é o melhor caracterizado entre os fungos entomopatogênicos, e combina pressão mecânica, por diferenciação do apressório, síntese e secreção de enzimas hidrolíticas altamente reguladas como proteases e, provavelmente, quitinases e lipases. As quitinases em fungos também são importantes em processos que requerem digestão celular, como germinação, crescimento e ramificação das hifas e autólise, visto que a quitina é o maior constituinte da parede celular desses organismos, sendo um sistema altamente regulado. Objetivamos neste trabalho, obter mais informações sobre o sistema quitinolitico do fungo M. anisopliae var. anisopliae linhagem E6 durante o processo de infecção do hospedeiro ou na morfogênese e crescimento. Com o objetivo de analisarmos o gene chi2 de M. anisopliae E6, clonamos e caracterizamos sua seqüência genômica, incluindo a região flanqueadora 5’. O gene chi2 é interrompido por dois pequenos íntrons típicos, de 210 pb e 75 pb, respectivamente. A ORF do gene chi2 apresenta 1.545 pb e codifica uma proteína predita de 419 aminoácidos (denominada CHI2), com massa molecular estimada de 44 kDa. Um peptídeo sinal característico com sítio de clivagem no aminoácido V19 está presente. A forma madura dessa proteína tem uma massa molecular estimada de 42 kDa e um pI teórico de 4,8. Análise por Southern de DNA genômico indica cópia única de chi2 no genoma de M. anisopliae. A seqüência de consenso SXGG, correspondendo ao sítio de ligação à quitina, foi identificada e a seqüência NGFDFDIE, que compõem o domínio catalítico de quitinases, está presente em CHI2. A construção de uma árvore filogenética determinou que a quitinase CHI2 pertence a um grupo diferente daquele da CHIT42 a qual provavelmente não está envolvida na patogenicidade. Uma análise in sílico da seqüência 5’ franqueadora do gene chi2 para determinação de possíveis elementos regulatórios foi efetuada. A regulação da transcrição dos genes chit1 e chi2 em M. ansisoplaie frente a diferentes fontes de carbono e em diferentes tempos de cultivo foi analisada. Os genes chit1 e chi2 apresentaram uma expressão tardia no fungo, a partir de 30 horas. O gene chi2 foi expresso majoritariamente em cultivos com quitina e sua expressão foi reprimida por glicose. O gene chit1 foi induzido em presença de fontes de carbono facilmente assimiláveis, como glicose e NAcGlc. Ambos os genes, chit1 e chi2, apresentaram alta expressão quando a fonte de carbono já estava exaurida e o fungo estava em autólise, sugerindo o requerimento dessas enzimas nessa fase. O cDNA do chit1 foi inserido em um vetor de expressão, em ambas orientações senso e antisenso, sob regulação do promotor do gene tef1α de M. anisopliae e o terminador do gene trpC de A. nidulans. Os transformantes com o gene chit1 na orientação senso mostraram superexpressão de atividade de quitinase e o transformante com o gene na orientação antisenso apresentou uma redução na atividade de quitinase. Também construímos quatro deleções na região flanqueadora 5’ do gene chit1 fusionadas com a proteína repórter SGFP, para localizar seqüências reguladoras no promotor e, destas construções, três foram transformadas em M. anisopliae.

Produção e purificação de β-1,3 glicanases em Metarhizium anisopliae

Metarhizium anisopliae é um fungo cosmopolita com capacidade de infectar uma grande variedade de hospedeiros, estando entre eles o carrapato Boophilus microplus. A penetração de M. anisopliae em seus hospedeiros ocorre de forma ativa onde a cutícula constitui a principal barreira. A penetração é um processo multifatorial, porém, o emprego de pressão mecânica e a secreção de enzimas hidrolíticas parecem ser fundamentais para o seu sucesso. M. anisopliae, quando cultivado em meios com fontes de carbono que mimetizam a cutícula de seus hospedeiros, secreta enzimas como proteases, quitinases e lipases. Atualmente, o emprego de técnicas que identificam genes diferencialmente expressos (RDA) mostrou o possível envolvimento de outras enzimas, como as β-glicanases, durante o processo de penetração. A descoberta da ocorrência de modificações morfológicas como espessamento e perda da definição da parede celular nas extremidades das hifas que penetram na cutícula do carrapato sustentam ainda mais o possível envolvimento de enzimas que degradam as β-glicanas nas etapas iniciais da infecção. Neste trabalho, foi investigada a produção de β-1,3- glicanases pela linhagem E6 de M. anisopliae como também, buscou-se purificar as enzimas produzidas. A síntese e secreção de β-1,3-glicanases foram verificadas em meio contendo diferentes fontes de carbono sendo a secreção diferenciada dependendo da condição testada. A utilização de glicose em determinadas concentrações pareceu inibir a secreção enzimática. Duas das condições testadas, N-acetilglicosamina (NAG) 0,5% e parede celular de Rizoctonia solani 0,5%, foram utilizadas para a produção enzimática em larga escala. O sobrenadante dos cultivos em fermentador foi submetido ao processo de purificação que constou de três etapas: concentração por ultrafiltração com membrana de celulose regenerada, aplicação em coluna de troca iônica QSepharose Fast Flow e aplicação em coluna de filtração em gel Superdex 75. O emprego deste protocolo permitiu a purificação parcial de uma β-1,3-glicanase com aproximadamente 95kDa, secretada durante a fermentação em presença de parede celular de Rizoctonia solani, e de outra, com aparentemente a mesma massa molecular secretada em fermentação utilizando NAG 0,5% como fonte de carbono. Durante este trabalho, também foi confirmada a presença de pelo menos um gene que codifica uma exo-β-1,3-glicanase no genoma da linhagem E6 de M. anisopliae. Por fim, o estudo das β-1,3 glicanases em M. anisopliae é justificado pela importância destas enzimas em variados aspectos do desenvolvimento do fungo bem como, pelo seu possível envolvimento na infecção de hospedeiros.

Síntese enzimática de biosurfactante e sua aplicabilidade na indústria do petróleo

Enzymes have been widely used in biosynthesis/transformation of organic compounds in substitution the classic synthetic methods. This work is the first writing in literature of enzymatic synthesis for attainment the biossurfactants, the use glucose sucrose, ricinoleic acid e castor oil as substratum, and as biocatalyst, used immobilized lipase Thermomyces lanuginose, Rhizomucor miehei and the Candida antarctica lipase B; alkaline protease and neutral protease from Bacillus subtillis and yeast Saccharomyces cerevisiaeI. The analysis of HPLC (high performance liquid chromatography) showed that highest conversions were reached of used the alkaline protease from Bacillus subtillis. Laboratory tests, to evaluate the applicability, indicated that the produced biosurfactantes had good stability in presence of salts (NaCl) and temperature (55 e 25°C), they are effective in the reduction of the superficial tension and contac angle, but they have little foaming capacity, when compared with traditional detergents. These results suggest that the prepared surfactants have potential application as wetting agent and perforation fluid stabilizer

Lipase and esterase: to what extent can this classification be applied accurately?

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Effect of surfactants and polyethylene glycol on the activity and stability of a lipase from oilseeds of Pachira aquatica

Lipases from oilseeds have a great potential for commercial exploration as industrial enzymes. Lipases are used mixed with surfactants in cleaning and other formulated products, and accordingly, both components must be compatible with each other. This work presents the results of the effects of anionic, cationic and nonionic surfactants, polyethylene glycol and urea on the activity and stability of a lipase extracted of oilseeds from Pachira aquatica. The enzyme was purified and the spectrophotometric assays were done using p-nitrophenyl acetate (p-NPA) as substrate pH 7.5 and 25 degrees C. The activity was significantly enhanced by the cationic surfactant CTAB. Bile salts increased the lipase activity in the tested concentration range, whereas anionic and nonionic surfactants showed an inhibitory effect. Aqueous solutions of PEG activated the lipase and maximum activation (161%) occurred in PEG 12,000. This effect on lipase that can be due to exposition of some hydrophobic residues located in the vicinity of the active site or aggregation.

Mycelial growth and microscopic characteristics of Thermomyces lanuginosus Tsiklinskaya in YpSs medium with different carbon sources

Muitos fungos termofílicos são conhecidos como sendo produtores de lipases e o potencial dessas enzimas nas reações de esterificação (reação inversa à hidrólise), há muito tem sido reconhecida. O aspecto do micélio e diversas observações microscópicas foram efetuadas em Thermomyces lanuginosus cultivado em Placas de Petri com meios de culturas YpSs (extrato de levedura + amido + agar) e mais quatro variações na fonte de carbono neste meio. As matérias-primas usadas e avaliadas foram pentaeritritol, ácido oléico e dioleato de pentaeritritol como possíveis fontes de carbono disponíveis ao microrganismo são comumente encontradas na indústria química como intermediários clássicos na síntese de diversos ésteres. Com o crescimento de Thermomyces lanuginosus em todos os meios propostos e a manutenção da capacidade de reprodução mostramos ser esse fungo altamente promissor em futuros trabalhos de biocatálise com microrganismos vivos.

Cutinases fúngicas: propriedades e aplicações industriais

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Purification, sequencing and structural characterization of the phospholipase A(1) from the venom of the social wasp Polybia paulista (Hymenoptera, Vespidae)

The biochemical and functional characterization of wasp venom toxins is an important prerequisite for the development of new tools both for the therapy of the toxic reactions due to envenomation caused by multiple stinging accidents and also for the diagnosis and therapy of allergic reactions caused by this type of venom. PLA(1) was purified from the venom of the neotropical social wasp Polybia paulista by using molecular exclusion and cation exchange chromatographies; its amino acid sequence was determined by using automated Edman degradation and compared to the sequences of other vespid venom PLA(1)'s. The enzyme exists as a 33,961.40 da protein, which was identified as a lipase of the GX class, liprotein lipase superfamily, pancreatic lipases (ab20.3) homologous family and RP2 sub-group of phospholipase. P. paulista PLA(1) is 53-82% identical to the phospholipases from wasp species from Northern Hemisphere. The use restrained-based modeling permitted to describe the 3-D structure of the enzyme, revealing that its molecule presents 23% alpha-helix, 28% beta-sheet and 49% coil. The protein structure has the alpha/beta fold common to many lipases; the core consists of a tightly packed beta-sheet constituted of six-stranded parallel and one anti-parallel beta-strand, surrounded by four alpha-helices. P. paulista PLA(1) exhibits direct hemolytic action against washed red blood cells with activity similar to the Cobra cardiotoxin from Naja naja atra. In addition to this, PLA(1) was immunoreactive to specific IgE from the sera of P. paulista-sensitive patients. (c) 2007 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Influence of carbon and nitrogen sources on lipase production by a newly isolated Candida viswanathii strain

Microorganisms can produce lipases with different biochemical characteristics making necessary the screening of new lipase-producing strains for different industrial applications. In this study, 90 microbial strains were screened as potential lipase producers using a sensitive agar plate method with a suitable medium supplemented with Tween 20 and also a liquid culture supplemented with olive oil. The highest cell growth and lipase production for Candida viswanathii were observed in triolein and oleic acid when used as the only pure carbon source. Renewable low-cost triacylglycerols supported the best cell growth, and olive oil was found to be the best inducer for lipase production (19.50 g/L and 58.50 U). The selected conditions for enzyme production were found with yeast extract as nitrogen source and 1.5 % (w/v) olive oil (85.70 U) that resulted in a good cell growth yield (YX/S = 1.234 g/g) and lipase productivity (1.204 U/h) after 72 h of shake-flask cultivation. C. viswanathii lipase presented high hydrolytic activity on esters bonds of triacylglycerols of long-chain, and this strain can be considered an important candidate for future applications in chemical industries. © 2012 Springer-Verlag Berlin Heidelberg and the University of Milan.

Effect of Psychrotrophic Growth on the Milk Fat Fraction at Different Temperatures of Storage

The use of cooling, without using adequate hygienic practices in primary milk production, allows for the growth of psychrotrophic microorganisms that produce the thermoresistant lipases that give milk a rancid flavor. This study aimed to verify how the variation in temperature influences the lipolytic metabolism of the psychrotrophic organisms. Samples of raw milk were collected and submitted to laboratorial analysis as follows: psychrotrophic bacteria count, lipolytic bacteria count, and free fatty acids dosage. Each sample was divided into 3 aliquots and then incubated at 4, 8, and 12 °C, respectively. For each temperature, analyses were repeated after 12, 24, and 48 h of storage. Despite the psychrotrophs growth increase, according to temperature rise, the lipolytic metabolism was not consistent and presented the lower index at 8 °C, suggesting an intensification of the proteolytic compensatory activity at this temperature. © 2013 Institute of Food Technologists®.

Effect of temperature on the lipolytic and proteolytic activity of Bacillus cereus isolated from dairy products

Bacillus cereus is a bacterium with deteriorating potential for dairy products, by being a psychrotrophic organism producer of lipases and proteases. This study evaluated the psychrotrophic behavior, lipolytic and proteolytic activity at 30°C, 10°C and 7°C of 86 strains of B. cereus lato sensu isolated from dairy products, marketed in Southern Brazil. It was also evaluated the optimal temperature for protease production. No strain grew at 7°C; but at 10°C, 84.9% of strains have grown. Only one strain had lipolytic activity at 30°C, and none at 7°C. At 10°C, 16.3% of strains produced lipases. All the strains presented proteolytic activity at 30°C; and at 10°C, 72.1% had this activity, and at 7°C, only 4.6%, an amount significantly lower (p < 0.05). The temperature of 20°C promoted the highest proteolytic activity, and at 10°C, the lowest activity. B. cereus can produce lipases and proteases at room and marginal chilling temperatures, causing technological defects in dairy products stored under these conditions. © 2008 IFRJ.

Caracterização molecular e expressão heteróloga do alérgeno fosfolipase A1 do veneno de Polybia paulista (Hymenoptera; Vespidae)

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Sínteses e caracterização de microesferas de poli (álcool vinilico) e sua utilização como suportes para imobilização de lipase produzida por Rhizomucor miehei e seu estudo catalítico na reação de transesterificação do óleo de soja para a produção de biodiesel via rota etílica

Pós-graduação em Microbiologia - IBILCE

Sínteses e caracterização de novos catalisadores zeolíticos e sua como suportes inorgânicos para imobilização de lipase produzida por Rhizomucor miehei e seu estudo catalítico na reação de transesterificação do óleo de soja para produção de biodiesel

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Produção de lipase por Fusarium oxysporum em fermentação em estado sólido e sua aplicação em reações de síntese de ésteres de biodiesel

Pós-graduação em Ciências Biológicas (Microbiologia Aplicada) - IBRC