Carbon and nitrogen stock and fluxes in coastal Atlantic Forest of southeast Brazil: potential impacts of climate change on biogeochemical functioning

The Atlantic Forest is one of the most important biomes of Brazil. Originally covering approximately 1.5 million of km(2), today this area has been reduced to 12% of its original size. Climate changes may alter the structure and the functioning of this tropical forest. Here we explore how increases in temperature and changes in precipitation distribution could affect dynamics of carbon and nitrogen in coastal Atlantic Forest of the southeast region of Brazil The main conclusion of this article is that the coastal Atlantic Forest has high stocks of carbon and nitrogen above ground, and especially, below ground. An increase in temperature may transform these forests from important carbon sinks to carbon sources by increasing loss of carbon and nitrogen to the atmosphere. However, this conclusion should be viewed with caution because it is based on limited information. Therefore, more studies are urgently needed to enable us to make more accurate predictions.

Estudo teórico das propriedades eletrônicas e termodinâmicas de nanofitas quasiperiódicas BCN

Nanoscale materials composed of boron, nitrogen, and carbon have unique properties and may be useful in new technologies. In this thesis, we investigate some properties of BCN nanoribbons constructed according to the Fibonacci quasiperiodic sequence. We analyze properties such as structural stability, electronic density of states, electronic specific heat, band structure, and energy band gap. We have performed first-principles calculations based on density functional theory implemented in the SIESTA code. The results showed that nanoribbons present a fixed value of the formation energy. The electronic density of states was used to calculate the specific heat. We found an oscillatory behavior of the electronic specific heat, in the low temperature regime. We analyze the electronic band structure to determine the energy band gap. The energy band gap oscillates as a function of the Fibonacci generation index n. Our work suggest that appropriate choice of the building block materials of the quasiperiodic sequence, may lead to a tuneable band gap of the quasiperiodic nanoribbons.

Cultivo de microalgas para produção de biossurfactantes

Há uma crescente procura por alimentos mais saudáveis e seguros para atender uma população cada vez maior e mais exigente. Nos últimos anos o interesse por surfactantes de origem microbiana tem aumentado significativamente em decorrência de serem naturalmente biodegradáveis diminuindo assim o impacto ambiental. Uma grande variedade de microorganismos produz biossurfactantes, sendo que o tipo, a quantidade e a qualidade do biossurfactante são influenciados pelos constituintes do meio, tais como, fontes de carbono, nitrogênio e sais inorgânicos, além das condições de cultivo, como pH, temperatura, agitação e disponibilidade de oxigênio. Os biossurfactantes são metabólitos microbianos de superfície ativa que apresentam uma vasta aplicação no setor industrial. Os objetivos deste trabalho foram selecionar microalgas com potencial para produzir biossurfactantes e estudar a produção por microalgas em diferentes fotobiorreatores e condições nutricionais. O trabalho foi dividido em quatro etapas: 1) cultivo autotrófico e mixotrófico de microalgas para produção de biossurfactantes; 2) Seleção de microalgas para produção de biossurfactantes; 3) Produção de biossurfactantes por microalgas em diferentes fotobiorreatores e 4) Cultivo outdoor da microalga marinha Tetraselmis suecica OR para produção de biossurfactantes. Na primeira etapa Spirulina sp. LEB-18, Synechococcus nidulans LEB-25, Chlorella vulgaris LEB-106, Chlorella minutissima LEB-108 e Chlorella homosphaera foram cultivadas com glicose (cultivo mixotrófico). Spirulina sp. LEB-18 apresentou concentrações máximas de biomassa (2,55 g.L-1 ) quando foi utilizada 5 g.L-1 de glicose no meio de cultivo. A tensão superficial dos meios das microalgas foi reduzida de 70 para 43 mN.m-1 para as microalgas estudadas utilizando glicose como fonte de carbono. Resultados da segunda etapa mostraram que a microalga Scenedesmus sp. 3PAV3 apresentou valor de atividade emulsificante óleo em água (AE o/a) superior (339,8 UE.g-1 ) ao encontrado para as demais microalgas. Os menores valores de tensões superficiais variaram de 27,4 a 31,2 mN.m-1 . Na terceira etapa verificou-se que a microalga Chlorella sp. PROD1 apresentou valor de AE o/a semelhante (258,2 UE g -1 ) ao encontrado para o emulsificante comercial lecitina de soja (257,0 UE g -1 ) e ambas as microalgas estudadas alcançaram valores de tensões superficiais abaixo de 30 mN.m -1 . Na última etapa, Tetraselmis suecica OR cultivada em fotobiorreator do tipo Green Wall Panel apresentou menores valores de tensões superficiais para cultura com limitação de nitrogênio. Os resultados demonstraram a potencialidade das microalgas estudadas na produção de biossurfactantes, tanto pela redução da tensão superficial e interfacial, como pelo aumento da atividade emulsificante, confirmando uma possível aplicação como emulsificante, detergente, lubrificante, estabilizante, entre outras.

Síntese, extração e caracterização de biopolímeros de origem microalgal para desenvolvimento de nanofibras

Pesquisas com microalgas estão crescendo devido aos possíveis bioprodutos oriundos de sua biomassa, bem como as suas diferentes aplicabilidades. Microalgas podem ser cultivadas para a produção de biopolímeros com características de biocompatibilidade e biodegradabilidade. Nanofibras produzidas por electrospinning a partir de poli-β-hidroxibutirato (PHB) geram produtos com aplicabilidade na área de alimentos e médica. O objetivo deste trabalho foi selecionar microalgas com maior potencial para síntese de biopolímeros, em diferentes meios de cultivo, bem como purificar poli-β-hidroxibutirato e desenvolver nanofibras. Este trabalho foi dividido em cinco artigos: (1) Seleção de microalgas produtoras de biopolímeros; (2) Produção de biopolímeros pela microalga Spirulina sp. LEB 18 em cultivo com diferentes fontes de carbono e redução de nitrogênio; (3) Síntese de biopolímeros pela microalga Spirulina sp. LEB 18 em cultivos autotróficos e mixotróficos; (4) Purificação de poli-β- hidroxibutirato extraído da microalga Spirulina sp. LEB 18; e (5) Produção de nanofibras a partir de poli-β-hidroxibutirato de origem microalgal. Foram estudadas as microalgas Cyanobium sp., Nostoc ellipsosporum, Spirulina sp. LEB 18 e Synechococcus nidulans. Os biopolímeros foram extraídos nos tempos de 5, 10, 15, 20 e 25 d de cultivo a partir de digestão diferencial. Para os experimentos com diferentes nutrientes, foi utilizado como fonte de carbono, bicarbonato de sódio, acetato de sódio, glicose e glicerina modificando-se as concentrações de nitrogênio e fósforo. Os cultivos foram realizados em fotobiorreatores fechados de 2 L. A concentração inicial de inóculo foi 0,15 g.L-1 e os ensaios foram mantidos em estufa termostatizada a 30 ºC com iluminância de 41,6 µmolfótons.m -2 .s -1 e fotoperíodo 12 h claro/escuro. Para a purificação de PHB, foi utilizada a biomassa da cianobactéria Spirulina sp. LEB 18, cultivada em meio Zarrouk. Após a extração do biopolímero bruto, a amostra foi desengordurada com hexano e purificada com 1,2-carbonato de propileno. Foram determinadas as purezas e as propriedades térmicas no PHB purificado. O biopolímero utilizado para produzir as nanofibras apresentava 70 % de pureza. A técnica para produção de nanofibras foi o electrospinning. As microalgas que apresentaram máxima produtividade foram Nostoc ellipsosporum e Spirulina sp. LEB 18 com rendimento de biopolímero 19,27 e 20,62 % em 10 e 15 d, respectivamente, na fase de máximo crescimento celular. O maior rendimento de biopolímeros (54,48 %) foi obtido quando se utilizou 8,4 g.L-1 de NaHCO3, 0,05 g.L-1 de NaNO3 e 0,1 g.L-1 de K2HPO4. A condição que proporcionou maior pureza do PHB foi a 130 ºC e 5 min de contato entre o solvente (1,2-carbonato de propileno) e o PHB. As análises térmicas para todas as amostras foram semelhantes em relação ao PHB padrão (Sigma-Aldrich). A purificação com 1,2-carbonato de propileno foi eficiente para o PHB extraído de microalga, alcançando pureza acima de 90 %. A condição que apresentou menores diâmetros de nanofibras foi ao utilizar solução contendo 20 % de biopolímero solubilizado em clorofórmio. As condições do electrospinning que apresentou nanofibras com diâmetros de 470 e 537 nm foram, vazão 150 µL.h-1 , diâmetro do capilar 0,45 mm e voltagens entre 24,1 e 29,6 kV, respectivamente. A microalga Spirulina sp. LEB 18 produz PHB ao utilizar menores concentrações de nutrientes no meio de cultivo, que pode ser purificado com 1,2-carbonato de propileno. Este biopolímero possui aplicabilidade para produção de nanofibras.

Efeito da fonte de carbono na embriogênese somática em Bactris gasipaes.

A metodologia de camada fina de células foi utilizada com sucesso para indução de embriogênese somática em região do meristema apical de plantas de pupunha mantidas em casa-de-vegetação. O efeito de três fontes de carbono: sacarose, glicose e manitol na indução de embriogênese somática foi avaliado. Embriões somáticos foram observados após a indução apenas nos meios contendo sacarose ou glicose em igual proporção.

Fontes de matéria orgânica para inibição de fitopatógenos habitantes do solo.

Podridões radiculares e murchas, causadas respectivamente por Cylindrocladium spathiphylli e Verticillium dahliae, podem inviabilizar a produção comercial de espatifilo e da berinjela. Com o reconhecido potencial de fontes de carbono na indução de supressividade de solos e de substratos a diversos patógenos habitantes do solo, o presente trabalho teve como objetivos: 1) avaliar o potencial de seis fontes de carbono (esterco bovino de curral, cama de frango, torta de mamona, casca de camarão, hidrolisado de peixe e lodo de esgoto compostado) na inibição do crescimento micelial de C. spathiphylli; 2) avaliar o potencial de hidrolisado de peixe e cama de frango na indução de supressividade de substrato a C. spathiphylli; e 3) avaliar o efeito do hidrolisado de peixe no controle da murcha de verticilio em berinjela e no desenvolvimento das plantas. Para avaliar a inibição do crescimento micelial de C. spathiphylli, extratos aquosos das matérias orgânicas foram incorporados ao meio BDA nas concentrações de 0, 5, 10, 15, 20, 25 e 30% (v/v). Além disso, ao substrato padrão para espatifilo foram incorporados as matérias orgânicas nas concentrações de 0, 5, 10, 15, 20 e 25% (v/v) e as misturas colocadas em placas de petri e recobertas com uma camada de Agar-água. No centro das placas foi colocado um disco de micélio do patógeno em pleno desenvolvimento e avaliado o crescimento micelial. O extrato aquoso do hidrolisado de peixe, não autoclavado, a 25% reduziu o crescimento micelial. Os extratos autoclavados não inibiram o crescimento do patógeno. Nos substratos autoclavados apenas o hidrolisado de peixe, nas concentrações de 15 a 25%, inibiram completamente o crescimento micelial. Nos substratos não autoclavados o hidrolisado de peixe a 15, 20 e 25%, a torta de mamona a 15 e 25% e a casca de camarão a 20 e 25% inibiram complemente o crescimento micelial de C. spathiphylli. O hidrolisado de peixe na concentração de 20 e 30% do volume da capacidade de retenção de água do substrato induziu a supressividade ao patógeno, controlando completamente a incidência da doença. Por outro lado, a cama de frango não apresentou efeito na indução de supressividade. Nas maiores concentrações do hidrolisado de peixe e da cama de frango a condutividade elétrica do substrato foi responsável por alta fitotoxicidade para as plantas. No estudo sobre o potencial do hidrolisado de peixe em controlar Verticillium em berinjela, foram coletados cinco solos naturalmente infestados com o patógeno e tratados com o hidrolisado na concentração de 0, 5, 10, 15, 20, 25 e 30% do volume de água necessário para atingir a capacidade de campo dos solos, contidos em vasos de 4 litros. Após 15 dias de incubação foram transplantadas três mudas de berinjela para cada vaso, sendo que os vasos foram mantidos em condições de campo, sob telado e biofumigado mantidos sob telado. O hidrolisado de peixe não apresentou efeito sobre a severidade da doença, nem sobre o desenvolvimento das plantas. O principal efeito foi das condições ambientais da condução do ensaio. Na avaliação, aos 72 dias após o plantio, os tratamentos apresentaram resultados distintos para cada tipo de solo e em cada condição em que as plantas foram mantidas. As plantas que permaneceram no campo apresentaram severidades mais elevadas do que nas demais condições independentemente do tipo de solo. Os resultados demonstram a influência dos fatores ambientais sobre a severidade de V. dahliae em berinjela.

Lipídios como indicadores de processos biogeoquímicos em sedimentos da margem continental do Estado do Rio de Janeiro

Este estudo constitui parte do Projeto Habitats Heterogeneidade Ambiental da Bacia de Campos coordenado pelo CENPES/Petrobras, um projeto multidisciplinar de caracterização ambiental que considera as diferentes feições e habitats da margem continental do sudeste brasileiro. O objetivo desta tese foi investigar os processos relacionados com a origem, o transporte e o acúmulo de matéria orgânica (MO) em sedimentos da margem continental da Bacia de Campos (RJ). Para isso, foram determinados a composição elementar da matéria orgânica (carbono e nitrogênio) por combustão a seco e os lipídios (esteróis, álcoois e ácidos graxos) por CG-MS e CG-DIC. Foram analisadas 215 amostras de sedimento superficial (0-2 cm de profundidade), coletadas em duas amostragens (períodos seco e chuvoso de 2008/2009), distribuídas sobre 12 isóbatas (de 25 a 3000 m) ao longo de 9 transectos de norte a sul da bacia. Além disto, foram ainda consideradas as isóbatas de 400 a 1900 m em dois cânions submarinos no norte da bacia (Almirante Câmara e Grussaí). Com base nos resultados obtidos, a MO sedimentar na plataforma e talude da bacia revelou-se essencialmente autóctone, derivada de produtores primários e secundários. Com isto, a MO contém uma fração reativa significativa e, portanto, é potencialmente biodisponível para os organismos bentônicos. No entanto, foram observados gradientes espaciais significativos na qualidade e na quantidade da MO sedimentar. Na plataforma continental (25 m a 150 m de profundidade) as concentrações de lipídios foram intermediárias e houve predomínio de MO sedimentar lábil. Exceções foram as áreas influenciadas por ressurgência costeira e/ou intrusão sub-superficial (próximo à Cabo Frio, Cabo de São Tomé e no limite norte da bacia), onde as concentrações foram altas. No talude superior e médio (400 a 1300 m) as concentrações de MO foram notadamente mais elevadas, mas com maior influência de processos bacterianos de alteração de sua composição original. E no talude inferior (1900 a 3000 m) as concentrações de MO estiveram muito baixas e apenas os lipídios mais resistentes à degradação bacteriana foram encontrados em concentrações mensuráveis. Isto sugeriu a exportação de materiais da plataforma ao longo do gradiente batimétrico, possivelmente decorrente da ação de meandros e vórtices da Corrente do Brasil e das correntes de fundo atuantes na região. Além disto, por ser lábil e biodisponível, a MO no sedimento apresenta uma fração biodisponível que pode ter uma influência na ecologia das comunidades bentônicas, particularmente aquelas localizadas no talude superior. Os cânions Grussaí e Almirante Câmara se revelaram regiões de acúmulo de MO e importantes no transporte da MO com valor nutritivo para comunidades bentônicas do talude médio e inferior.

Composição elementar corporal, desbalanço alimentar e reciclagem de nutrientes em peixes de um riacho costeiro de Mata Atlântica

No presente estudo foi avaliada a variação na dieta e na composição elementar corporal (C:N:P) de oito espécies de peixes que coocorrem em dois trechos de um riacho. Além disso, foram investigadas as diferenças na demanda e excreção de nutrientes por duas espécies de Loricariidae, sendo uma nativa (Hypostomus punctatus) e a outra não nativa (Parotocinclus maculicauda). As coletas foram realizadas no rio Ubatiba, através de pesca elétrica em diferentes meses entre os anos de 2010 e 2012. A partir da análise alimentar, observamos que as espécies apresentaram variação na dieta entre as localidades, com exceção das duas espécies de Characidium. Apesar destas variações, o presente estudo corroborou a hipótese de homeostase estequiométrica corporal. A exceção foi a espécie Hoplias malabaricus que apresentou variação na concentração elementar corporal e alto desbalanço alimentar entre as localidades, sendo as diferenças mais acentuadas na área aberta. Analisando as diferenças na demanda nutricional dos Loricariidae verificamos uma maior concentração corporal de carbono e nitrogênio para a espécie nativa e maior de fósforo na espécie não nativa, sendo essa diferença confirmada por um maior consumo de fósforo pela espécie não nativa. A análise da excreção revelou que a espécie nativa excreta mais nitrogênio e fósforo que a não nativa. Sendo assim, os resultados sugerem que a espécie não nativa apresenta uma requisição de fósforo maior do que a nativa. Logo, ambientes com altas concentrações de nutrientes, tal como o riacho estudado, podem favorecer o estabelecimento desta espécie

Desenvolvimento de metodologias para a determinação da atividade biogênica de bactérias redutoras de sulfato

A corrosão causada por H2S biogênico frequentemente resulta em danos extensos na indústria do petróleo. O presente trabalho avaliou parâmetros de crescimento microbiano e aplicou metodologias de determinação de sulfetos por técnicas espectrofotométrica na região da luz visível e radiorespirométrica para avaliação da atividade metabólica, correlacionando com a população de bactérias redutoras de sulfato, determinada através da técnica do Número Mais Provável (NMP). Amostras de água de formação e consórcio de BRS foram avaliadas através do arraste de sulfetos estáveis produzidos biogenicamente e quantificados por espectrofotometria. O cálculo das velocidades instantâneas e específicas de produção de sulfetos permitiu avaliar de que maneira alguns parâmetros de crescimento microbiano podem afetar o metabolismo das BRS. A detecção de concentrações traço de sulfetos biogênicos pode ser realizada através de ensaios radiorespirométricos. Para isto, diluições em série de água do mar sintética com três amostras distintas foram avaliadas. Os testes realizados indicam que o acréscimo do tempo de incubação de cultura microbiana anaeróbia mista contribuiu para o aumento das capacidades de redução de sulfato, assim como o aumento das fontes de carbono. Ambas as técnicas provaram ser um rápido teste para a detecção de sulfetos biogênicos, particularmente aqueles associados aos produtos de corrosão, sendo uma ferramenta muito útil para monitoração e controle de tanques de armazenamento de água e óleo, plataformas continentais de petróleo e diversos tipos de reservatórios. O presente trabalho prevê a continuidade dos experimentos, através de avaliação de um maior universo de amostras da indústria do petróleo e medições menos espaçadas da técnica espectrofotométrica, além da avaliação radiorespirométrica em modo contínuo, evitando os efeitos inibitórios do H2S

Indicações de aspecto tecnológico sobre o bioetanol de matéria-prima amilácea.

A matriz energética mundial ainda é fortemente inclinada para as fontes de carbono fóssil, com participação total de 80%, sendo 36% de petróleo, 23% de carvão mineral e 21% de gás natural. São muitos os estudos que apontam o esgotamento das fontes de energia fóssil para as próximas quatro a cinco décadas, destacando a necessidade de buscar outras fontes alternativas de energia.

UV-induced stress in bacterioneuston : mechanisms and ecological implications

As bactérias desempenham um papel chave na reciclagem de energia e matéria nas teias tróficas aquáticas. No entanto, as suas pequenas dimensões, curto tempo de geração e o facto de os seus genomas constituírem uma grande porção do seu volume celular, tornam as bactérias mais suscetíveis às alterações ambientais que os organismos superiores. O aumento dos níveis de radiação UVB (280-320 nm) constitui uma ameaça particularmente importante para as comunidades bacterianas dos sistemas aquáticos, uma vez que a radiação consegue penetrar até profundidades consideráveis. No entanto, os mecanismos através dos quais a radiação causa danos nas bactérias ainda não são claros, o que impede a modelação precisa dos efeitos da radiação UV nas comunidades bacterianas naturais. O bacterioneuston habita a microcamada superficial (primeiro milímetro da coluna de água), estando naturalmente exposto a níveis de radiação UV superiores aos que o bacterioplâncton está exposto. Deste modo, a microcamada superficial pode ser vista como um nicho ecológico modelo para estudar as interações entre as bactérias e a radiação UV. Os objetivos deste trabalho foram (i) avaliar a influência do nível de exposição natural à radiação das comunidades bacterianas na sua sensibilidade à radiação UV, através da comparação das respostas fotobiológicas do bacterioneuston e bacterioplâncton; (ii) aprofundar o conhecimento acerca dos mecanismos através dos quais a radiação UV causa danos, bem como dos fatores que afetam a interação entre a radiação UV e as bactérias; e (iii) avaliar o potencial da proteína RecA, que medeia a resposta SOS das bactérias, para ser usada como marcador de danos induzidos por UV nas comunidades bacterianas. Verificou-se que o bacterioneuston é mais resistente à radiação UVB que o bacterioplâncton e recupera de modo mais eficiente dos danos induzidos por UV, particularmente em condições de escassez de nutrientes, indicando assim que o nível de exposição natural das comunidades bacterianas à radiação afeta a sua sensibilidade à radiação UV. Os resultados das análises independentes do cultivo revelaram o potencial da radiação UV para afetar a estrutura das comunidades bacterianas ao selecionar bactérias resistentes. A análise do perfil de utilização de fontes de carbono usando o sistema de Ecoplacas Biolog ® e a determinação das taxas de incorporação de leucina e timidina permitiu também verificar que a radiação UV modifica o funcionamento das comunidades bacterianas. Os resultados obtidos indicam a possibilidade do bacterioneuston conter um conjunto de estirpes resistentes a UV que, mediante as condições meteorológicas apropriadas, podem ser selecionadas aquando da exposição à radiação.

Isolamento e produção de agentes de controlo biológico das principais doenças de pós-colheita, em citrinos e pomóideas

Potenciais agentes de biocontrolo foram isolados a partir da microbiota epifítica de folhas e frutos, de citrinos e pomóideas, de diferentes pomares, durante diferentes campanhas e de distintas condições de armazenamento. A atividade antagonista de 1465 microrganismos isolados foi testada em ensaios in vivo em pomóideas face a Penicillium expansum (104 esporos/ml) e em citrinos face a P. digitatum (105 esporos/ml) em frutos feridos e inoculados artificialmente. Aproximadamente 7,6% dos isolados reduziu a severidade (diâmetro da podridão) e a incidência (% podres) em mais de 25%, menos de 3% reduziu ambos os parâmetros em mais de 50%, mas apenas 4 microrganismos preencheram os critérios de seleção, redução da incidência e severidade em mais de 75%. Dos 4 e pelos resultados obtidos em ensaios de seleção secundária e de determinação da concentração mínima eficaz, destacaram-se e selecionaram-se 2 microrganismos, uma bactéria isolada de laranjas „Valencia late‟ e identificada como pertencente ao grupo das Enterobactérias, Pantoea agglomerans PCB-1 e uma levedura isolada a partir da superfície de maças 'Bravo de Esmolfe' identificada como Metschnikowia andauensis PBC-2, com o objetivo de usar dois modelos distintos de agentes de biocontrol, uma bactéria e uma levedura. P. agglomerans é um agente de biocontrolo já conhecido. A estirpe PBC-1 isolada neste trabalho mostrou ter elevada eficácia face aos principais agentes patogénicos na póscolheita de citrinos e pomóideas. M. andauensis é uma levedura recentemente descoberta e a estirpe PBC-2 diz respeito à primeira referência desta espécie como agente de biocontrolo, a qual foi recentemente objeto de concessão de Patente de Invenção Nacional nº 105210, como uma nova estirpe desta espécie para uso como agente de biocontrolo das doenças de póscolheita de frutos. A concentração mínima eficaz dos antagonistas revelou estar dentro dos limites para o seu desenvolvimento comercial. M. andauensis PBC-2 quando aplicada à concentração de 5×106 ufc/ml, permitiu uma redução da incidência e da severidade de 62 e 70%, respetivamente, e quando aplicada a 1×107 ufc/ml, uma redução de 90% de incidência e de 95% de severidade. P. agglomerans PBC-1 aplicada a 1 × 108 ufc/ml em maçãs e em citrinos no controlo de P. expansum e P. digitatum, respetivamente, propiciaram uma redução significativa de cerca de 86% de cada um dos agentes patogénicos. O espectro de ação de M. andauensis PBC-2 foi avaliado, verificando-se o controlo efetivo face a Rhizopus stolonifer, P. expansum e Botritys cinerea, em pera 'Rocha' e em diferentes cultivares de maçã e contra P. digitatum e Penicillium italicum em clementinas e laranjas de diferentes cultivares. Durante 4 épocas, a eficácia de M. andauensis PBC-2, foi avaliada e comparada com o fungicida sintético mais usado comercialmente, Imazalil, em ensaios semicomerciais. Os resultados assemelharam-se aos obtidos com o fungicida, a redução da incidência do bolor azul foi de 90% em maças armazenadas durante 3 meses a 1±0.5 ºC, seguido de 7 dias à temperatura ambiente, para simular o tempo de prateleira. Em ensaios do estudo da dinâmica populacional, verificou-se que o agente de biocontrolo M. andauensis PBC-2 tem uma excelente capacidade colonizadora e que consegue crescer e sobreviver nas feridas, mas também na superfície dos frutos, armazenados à temperatura ambiente e em condições de frio. Pelo contrário, M. andauensis PBC- não apresentou capacidade de sobrevivência no suco gástrico simulado, começando a população a diminuir imediatamente após exposição e passadas 48 h não restava população viável. Diferentes meios de cultura usualmente descritos na produção de leveduras foram testados na produção de M. andauensis PBC-2. Aquele que apresentou a maior população viável ao fim de 40 h de incubação foi o meio YPD, entretanto escolhido para estudos posteriores. O pH mais favorável ao crescimento foi de 6,5, não se observando diferenças significativas entre os crescimentos a 25 e 30 ºC. Estudou-se ainda o efeito da concentração das duas fontes de azoto do meio YPD e elegeu-se a combinação de 10 g/l de extrato de levedura e 20 g/l de peptona. Nos estudos de produção de biomassa dos dois potenciais agentes de biocontrolo, analisou-se o efeito da sacarose, frutose e glucose, como fontes de carbono e otimizou-se a concentração destes açúcares no crescimento em Erlenmeyer. Após 20 h de incubação a população viável de P. agglomerans PBC-1 atingiu 3.9×109, 1.5×109, 3.9×109 ufc/ml, respetivamente. No caso de M. andauensis PBC-2, foi obtida a população de 1.2×108, 5.3×108 e 1,3×108 ufc/ml, com glucose, sacarose e frutose, após 40 h. Os resultados permitem concluir que os dois agentes têm capacidade de metabolizar os açúcares testados, contudo e atendendo à produtividade de biomassa, rendimento, disponibilidade e custo, optou-se por usar a sacarose como fonte de carbono nos restantes ensaios, nomeadamente na transição de Erlenmeyer para reator biológico. Na produção de P. agglomerans PBC-1 escolheu-se o meio SAC (5 g/l sacarose e 5 g/l extrato de levedura). O meio YPS (12.5g/l sacarose, 10 g/l extrato de levedura, 20 g/l peptona) foi usado no aumento de escala de M. andauensis PBC-2. A otimização da produção em reator biológico de P. agglomerans PCB-1 foi realizada submetendo o microrganismo a diferentes condições hidrodinâmicas, testando-se arejamentos, dois tipos de turbina (hélice; rusthon) e dispersores (poroso, em L). Foram igualmente estudados, o efeito da concentração inicial do inoculo e a adição programada da fonte de carbono. Embora tenham sido testadas diferentes variações, o perfil dos diferentes parâmetros analisados foi idêntico, a população máxima viável foi de 3-5×109 ufc/ml. A diferença mais notória foi observada na fermentação com concentração inicial de 107 cfu/ml, que permitiu encurtar em cinco horas a fase lag, o que pode significar uma redução de tempo de fermentação, e consequentemente uma redução de custos. Visando a produção de biomassa a baixo custo, fator importante na implementação de um sistema de controlo biológico, estudou-se a possibilidade de utilizar subprodutos e resíduos da indústria alimentar no crescimento dos agentes de biocontrolo. Subprodutos da indústria de alfarroba e subprodutos e resíduos da indústria de sumos de citrinos foram utilizados na produção de P. agglomerans PBC-1 e de M. andauensis PBC-2, respetivamente. Desta forma, para além de uma redução dos custos de produção, pretendeu-se a valorização de um subproduto (no caso de alfarroba e do bagaço de citrinos) e mitigar os efeitos nefastos de um resíduo (licor), com elevada carga poluente, que gera graves problemas ambientais e que pode ditar o encerramento desta unidade industrial, com efeitos devastadores para a economia local. Realizaram-se extrações de subprodutos da indústria de alfarroba, a diferentes razões sólido/líquido, tempos e temperaturas, de forma a maximizar a extração de açúcares. A potencialidade de utilizar o extrato de açúcares obtido, na produção de P. agglomerans PBC-1 foi avaliada, em ensaios de crescimento em Erlenmeyer, com consequente transição para reator mecanicamente agitado. Os perfis de crescimento da cultura crescida com subprodutos da indústria de alfarroba assemelharam-se aos observados com sacarose como fonte de carbono. A biomassa viável produzida com subprodutos da indústria de alfarroba, foi de 4- 7×109 ufc/ml, o que permite concluir que é uma alternativa viável à produção deste microrganismo. A produção de M. andauensis PBC-2 com subprodutos da indústria de sumos de citrinos, foi estudada em Erlenmeyer tendo como objetivo conhecer os perfis de crescimento do microrganismo, bem como, estudar a melhor combinação desta fonte de carbono e sua concentração. O bagaço de citrinos e um resíduo líquido, que se denominou de licor, foram testados com resultados comparáveis à produção obtida com meio usado como standard, (YPS), sem comprometer a atividade antagonista do agente de biocontrolo. Posteriormente, foi realizada a produção em reator mecanicamente agitado, escolhendo-se para tal o meio YL (10 g/l extrato de levedura e licor à concentração de açúcares de 12.5 g/l). Os parâmetros de crescimento da cultura foram semelhantes aos obtidos com a fonte de carbono comercial. Após aproximadamente 40 h de incubação, a população viável de M. andauensis PCB-2 atingiu 3.1×108 ufc/ml. A produtividade de biomassa e rendimento foi de 0.435 g/l.h e 1.502 g/g, respetivamente, comparável a produtividade de biomassa (0.432 g/l.h) e rendimento (1.4416 g/g) observado no meio YPS. Os resultados obtidos, são uma base sólida para o aumento de escala a um nível laboratorial e semi-industrial, permitiram concluir que é exequível produzir M. andauensis a baixo custo e representam uma possível alternativa para um resíduo. Em estudos dos possíveis modos de ação, de M. andauensis PBC-2, conclui-se que, este agente de biocontrolo, não tem como modos de ação a produção de antibióticos ou de voláteis, uma vez que, não se verificou inibição do crescimento dos agentes patogénicos. A competição por ferro e a produção de enzimas líticas por M. andauensis PBC-2 foi estudada em meios com diferentes concentrações de ferro e em um meio de cultura, com paredes celulares de fungos, como única fonte de carbono. Os resultados obtidos neste estudo sugerem que a produção e secreção de enzimas líticas não é o principal ou o mais importante modo de ação do agente de controlo biológico PBC-2, uma vez que a produção de quitinase observada ao 5 e 7º dia de incubação foi muito baixa, e não foi observada a produção de β-1,3- glucanases e proteases.

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.

Análise do polímero PHA em Saccharomyces cerevisiae recombinante : superexpressão de phaG, e a contribuição in vivo das enzimas auxiliares envolvidas na beta-oxidação de ácidos graxos insaturados em peroxissomos

Os polímeros do tipo poli-hidroxialcanoatos (PHAs) são poliésteres bacterianos que apresentam as propriedades de termoplásticos e elastômeros biodegradáveis. A síntese deste polímero em plantas de interesse agroindustrial tem sido vista como uma área promissora dentro da biotecnologia de polímeros para a produção em grande escala com baixos custos. Contudo, esta tarefa requer o aprimoramento de diferentes metodologias bioquímicas e moleculares, além de maximizar os processos de extração destes polímeros biológicos. A produção de PHAs em peroxissomos ou no citoplasma de Saccharomyces cerevisiae, por meio da expressão de uma PHA-sintase bacteriana, pode servir como indicador e modulador do fluxo de carbonos que percorre vias biossintéticas como a síntese de novo de ácidos graxos e a β-oxidação. Esta levedura tem sido usada como eucarioto modelo para manipular as rotas envolvidas na síntese de PHAs do tipo MCL (PHA com um número médio de carbonos), um polímero menos cristalino e com menor ponto de fusão quando comparado ao PHA-SCL (PHA com um número pequeno de carbonos). A enzima PhaG (3-hidroxidecanoil-ACP-CoA transacilase) é responsável pela conexão entre a síntese de ácidos graxos e a produção de PHA-MCL em bactérias do gênero Pseudomonas, em meios de cultura contendo uma fonte de carbono nãorelacionada como gliconato, etanol ou acetato. Para tentar estabelecer esta rota metabólica em S. cerevisiae, o presente trabalho avaliou a coexpressão de PhaGPa e PhaC1Pa (PHA-sintase) de P. aeruginosa para a síntese de PHA-MCL a partir de uma fonte de carbono não-relacionada em leveduras. Contudo, a presença de PhaGPa não alterou a composição ou a quantidade de PHA-MCL em relação à cepa controle contendo apenas PhaC1Pa citoplasmática ou direcionada ao peroxissomo, independentemente da fonte de carbono utilizada (rafinose ou ácido oléico). Este resultado permite sugerir que a ligação entre a síntese de ácidos graxos e a produção de PHA-MCL em S. cerevisiae não foi estabelecida, provavelmente devido à ausência de algum passo enzimático que limita o desvio de substratos da síntese de ácidos graxos para a produção de PHA-MCL em organismos que não são capazes de acumular naturalmente este polímero quando cultivados em fontes de carbono não-relacionadas.A levedura S. cerevisiae tem sido usada como um sistema modelo para estudar a β-oxidação de ácidos graxos insaturados em peroxissomos. A produção de PHA-MCL pela expressão de PhaC1Pa em peroxissomos de cepas selvagens e mutantes nulos de S. cerevisiae para as enzimas auxiliares da β-oxidação (Eci1p, Sps19p e Dci1p), multiplicadas em meio de cultivo contendo um ácido graxo insaturado como fonte de carbono, permitiu monitorar o fluxo de carbonos que percorre as vias dependente de isomerase, redutase e di-isomerase. Desta forma, o presente estudo permitiu avaliar a β- oxidação in vivo dos ácidos graxos linoléico conjugado, 9-cis,11-trans-CLA (ácido rumênico) ou 10-cis,13-cis-nonadecadienóico, para determinar a contribuição das vias alternativas na degradação destes substratos pela utilização de cepas selvagens, mutantes nulos e linhagens contendo um plasmídio multicópia para os genes ECI1 (Δ3- Δ2-enoil-CoA isomerase), SPS19 (2,4-dienoil-CoA redutase) e DCI1 (Δ3,5-Δ2,4-dienoil- CoA isomerase). As linhagens selvagens foram capazes de sintetizar PHA-MCL quando cultivadas em ácido rumênico, mas a atividade da enzima Eci1p foi essencial para a degradação deste CLA, indicando que a via dependente de isomerase é a única rota in vivo necessária para a β-oxidação do ácido rumênico em peroxissomos de S. cerevisiae. A contribuição da enzima di-isomerase (Dci1p) para a degradação do ácido 10- cis,13-cis-nonadecadienóico foi avaliada em cepas selvagens, mutantes nulos dci1Δ e linhagens de S. cerevisiae contendo os plasmídeos multicópia. De acordo com o conteúdo e a quantidade de PHA formado, a β-oxidação de ácidos graxos cisinsaturados em um carbono ímpar é, in vivo, independente da di-isomerase. Embora este resultado possa indicar o mesmo padrão de envolvimento de Dci1p na degradação de ácidos graxos cis-insaturados em um carbono ímpar em mitocôndrias de mamíferos, esta via alternativa deve ser mais bem investigada em eucariotos superiores.

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.