Análise comparativa da capacidade de remoção do corante direct blue 71 em solução pelos fungos Phanerochaete chrysosporium e Aspergillus oryzae

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Blendas de PVC/PCL foto/termo e biotratadas com fungos de solo (Phanerochaete chrysosporium e Aspergillus fumigatus)

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

Comparative Analysis of Azo Dye Biodegradation by Aspergillus oryzae and Phanerochaete chrysosporium

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Direct interaction of lignin and lignin peroxidase from Phanerochaete chrysosporium

Binding properties of lignin peroxidase (LiP) from the basidiomycete Phanerochaete chrysosporium against a synthetic lignin (dehydrogenated polymerizate, DHP) were studied with a resonant mirror biosensor. Among several ligninolytic enzymes, only LiP specifically binds to DHP. Kinetic analysis revealed that the binding was reversible, and that the dissociation equilibrium constant was 330 μM. The LiP–DHP interaction was controlled by the ionization group with a pKa of 5.3, strongly suggesting that a specific amino acid residue plays a role in lignin binding. A one-electron transfer from DHP to oxidized intermediates LiP compounds I and II (LiPI and LiPII) was characterized by using a stopped-flow technique, showing that binding interactions of DHP with LiPI and LiPII led to saturation kinetics. The dissociation equilibrium constants for LiPI–DHP and LiPII–DHP interactions were calculated to be 350 and 250 μM, and the first-order rate constants for electron transfer from DHP to LiPI and to LiPII were calculated to be 46 and 16 s−1, respectively. These kinetic and spectral studies strongly suggest that LiP is capable of oxidizing lignin directly at the protein surface by a long-range electron transfer process. A close look at the crystal structure suggested that LiP possesses His-239 as a possible lignin-binding site on the surface, which is linked to Asp-238. This Asp residue is hydrogen-bonded to the proximal His-176. This His–Asp⋅⋅⋅proximal-His motif would be a possible electron transfer route to oxidize polymeric lignin.

Structure, inheritance, and transcriptional effects of Pce1, an insertional element within Phanerochaete chrysosporium lignin peroxidase gene lipI.

A 1747-bp insertion within a lignin peroxidase allele of Phanerochaete chrysosporium BKM-F-1767 is described. Pce1, the element, lies immediately adjacent to the fourth intron of lip12. Southern blots reveal the presence of Pce1-homologous sequences in other P. chrysosporium strains. Transposon-like features include inverted terminal repeats and a dinucleotide (TA) target duplication. Atypical of transposons, Pce1 is present at very low copy numbers (one to five copies), and conserved transposase motifs are lacking. The mutation transcriptionally inactivates lip12 and is inherited in a 1:1 Mendelian fashion among haploid progeny. Thus, Pce1 is a transposon-like element that may play a significant role in generating ligninolytic variation in certain P. chrysosporium strains.

Degradação do fungicida carbendazin por Phanerochaete chrysosporium.

O fungo lignocelulebtico, agente causal de podridão branca em madeira, Phonerochacte chrysosperium resistente a benomil, tem se mostrado eficiente como degradador do fungicida carbendazim. O fungo foi cultivado em BD complementado com 100,9 ug/ml de metil benzimidazol-2-ylcarbamato (Carbendazim ou MBC) por 22 dias, sob agitação. A determinação dos resíduos, realizada a partir do segundo dia e quantificada por cromatografia liquida de alta eficiência demonstrou que o carbendazim e rapidamente degradado por P.chrysosperium, sendo que aproximadamente 76% ocorre nos primeiros 6 dias de incubação.

Monitoring of Fungal Growth and Degradation of Wood

Valko- ja ruskolahosienet tunnetaan luonnossa tehokkaimpina puun ja karikkeen lignoselluloosan lahottajina. Valkolahosienet pystyvät hajottamaan kaikkia puun osia: ligniiniä, selluloosaa ja hemiselluloosaa. Selektiivisesti ligniiniä hajottavat sienet lahottavat puusta suhteessa enemmän vaikeasti hajoavaa ligniiniä kuin selluloosaa tai hemiselluloosaa, jolloin jäljelle jää valkoista ja miltei puhdasta selluloosaa. Bioteknisissä sovelluksissa juuri selektiviiviset valkolahottajat ovat kiinnostavia. Niiden avulla voidaan puuhaketta esikäsitellä esimerkiksi paperinvalmistuksessa haitallisen ligniinin poistamiseksi. Ruskolahosienet ovat huomattavia puun, puutavaran ja puisten rakenteiden lahottajia, kuten tässä työssä käytetty Gloeophyllum trabeum (saunasieni ) ja Poria (Postia) placenta (istukkakääpä). Ruskolahosienet hajottavat puusta hemiselluloosan lisäksi selluloosaa, jolloin jää jäljelle ruskea ja jauhomaiseksi mureneva ligniini. Ruskolahosienet muovaavat ligniiniä jonkin verran. Kahden ruskolahosienen G. trabeumin ja P. placentan lisäksi tutkittiin valkolahosieniä, joista Ceriporiopsis subvermispora (karstakääpä) ja harvinainen Physisporinus rivulosus -sieni (talikääpä) hajottavat ligniiniä erittäin selektiivisesti. Phanerochaete chrysosporium on kaikkialla paljon tutkittu sieni, ja Phlebia radiata valkolahosientä (rusorypykkä) on tutkittu paljon mikrobiologian osastolla. Lisäksi tutkittiin Phlebia tremellosa -sienten (hytyrypykkä) ligninolyyttisten entsyymien tuottoa ja 14C-leimatun synteettisen ligniinin (DHP) hajotusta. P. radiata ja P. tremellosa -sienten on todettu aiemmin hajottavan ligniiniä selektiivisesti. Työssä selvitettiin miten sienten kasvua voi mitata, miten vertailukelpoisia eri mittaamismenetelmillä saadut tulokset ovat ja ilmenevätkö sienten aktiivisimmat kasvuvaiheet samaan aikaan eri menetelmillä mitattuna. Tärkeimmät tulokset olivat seuraavat havainnot: (i) P. radiata ja P. tremellosa -sienikannat tuottivat ligniini- ja mangaaniperoksidaasientsyymejä (LiP ja MnP) sekä lakkaasia, ja sienistä puhdistettiin 2-3 LiP- ja P. radiatasta yksi MnP-entsyymi; (ii) P. tremellosa -sienet hajottivat leimattua synteettistä ligniiniä (DHP) yhtä hyvin kuin paljon tutkitut P. chrysosporium ja P. radiata -sienet; (iii) puu, sienen luonnollinen kasvualusta, lisäsi valkolaho- ja ruskolahosienten demetoksylaatiota [O14CH3]-leimatusta ligniinin malliyhdisteestä 14CO2:ksi ilman puuta olleeseen alustaan verrattuna; (iv) demetoksylaatio (14CO2:n tuotto) oli normaalissa ilma-atmosfäärissä useimmiten parempi happeen verrattuna; (v) hapessa paras 14CO2:n tuotto saatiin puupalakasvatuksissa, joihin oli lisätty ravinnetyppeä tai typen lisäksi glukoosia sekä valkolaho- että ruskolahosienillä; (vi) ilmassa 14CO2:n tuotto oli puulla voimakkainta valkolahosienillä ilman lisäravinteita, kun taas G. trabeum -sienellä se oli yhtä hyvä eri alustoissa; (vii) biomassan muodostuminen rihmastojen ergosterolipitoisuuksista mitattuna oli ruskolahosienillä parempi kuin valkolahosienillä; (viii) ja biomassojen huippupitoisuudet olivat 6:lla sienellä eri suuruisia ja niiden maksimimäärien ajankohdat vaihtelivat viiden viikon kasvatusten kuluessa. Mikrobiologian osastolla Viikissä eristetty ja paljon tutkittu P. radiata -valkolahosieni oli mukana kaikissa tehdyissä kokeissa. Sienen LiP-aktiivisuus ja 14CO2:n tuotto 14C-rengas-leimatusta synteettisestä ligniinistä (DHP) korreloivat erittäin hyvin. Biomassan muodostuminen ergosterolilla määritettynä tuki hyvin entsyymiaktiivisuusmittauksilla ja isotooppikasvatuksilla saatuja tuloksia.

Degradation of lignin and other 14C-labelled compounds in compost and soil with an emphasis on white-rot fungi

Puu, ruohokasvit ja näistä tehdyt tuotteet kuten mekaanisesta massasta valmistettu sanomalehtipaperi sisältävät ligniiniä, joka hajoaa yleensä hyvin hitaasti luonnossa. Valkolahosienet hajottavat ligniiniä tehokkaimmin, ja koska niiden tuottamat entsyymit hajottavat myös muita vaikeasti hajoavia yhdisteitä, voidaan valkolahosienten avulla mahdollisesti puhdistaa saastuneita maita. Tässä työssä haluttiin selvittää, säilyttävätkö valkolahosienet (Abortiporus biennis, Bjerkandera adusta, Dichomitus squalens, Phanerochaete chrysosporium, Phanerochaete sordida, Phlebia radiata, Pleurotus ostreatus, Trametes hirsuta ja Trametes versicolor) aktiivisuutensa ja kasvavatko ne maassa. Aktiivisuutta mitattiin seuraamalla sienten synteettisen ligniinin (14C-DHP) hajotuskykyä. T. versicolor (silkkivyökääpä) osoittautui tehokkaimmaksi ligniinin hajottajaksi ja sen pentakloorifenolin (PCP) hajotuskykyä tutkittiin erillisessä kokeessa. Entiset tai pitkään käytössä olleet saha-alueet ovat yhä saastuneet puun käsittelyaineista peräisin olevilla kloorifenoleilla. Biohajoavien muovien kehitystyö sekä kompostoinnin yleistyminen jätteiden käsittelymenetelmänä ovat luoneet tarpeen materiaalien biohajoavuuden määrittämiseen. Euroopan standardisoimisjärjestön (CEN) kontrolloidussa kompostitestissä biohajoavuus määritetään materiaalin hajoamisen aikana muodostuvan hiilidioksidin perusteella. Hiilidioksidin tuotto mitataan sekä näytettä sisältävästä kompostista että kompostista ilman näytettä, ja tällöin oletetaan, että kompostin orgaaninen aines molemmissa komposteissa (tausta) tuottaa yhtä paljon hiilidioksidia. Testin puutteeksi saattaa osoittautua kompostissa tai maassa esiintyvä "priming effect". Tällä tarkoitetaan materiaalin lisäämisen jälkeen esiintyvää epänormaalin suurita tai pientä hiilidioksidin muodostusta, minkä seurauksena testin tulosksena saatava biohajoavuus on virheellinen. Ligniinin hajotessa muodostuu enemmän humusta kuin hiilidioksidia, koska ligniini on humuksen tärkein lähtöaine. Näin ollen ligniiniä sisältävät paperituotteet saattavat testin mukaan vaikuttaa biologisesti hajoamattomilta. Valkolahosienet hajottivat 4-23% ligniinistä hiilidioksidiksi ja T. versicolor 29% PCP:sta. Kompostissa ligniini hajosi hiilidioksidiksi 58°C:ssa huomattavasti vähemmän (8%) kuin lämpötiloissa 35°C ja 50°C (23-24%). Kompostin todennäköisesti tärkeimpien ligniinin hajottajien, termofiilisten sienten, tyypillinen optimilämpötila on 45°C, eivätkä ne ole enää aktiivisia 58°C:ssa. Sekä maassa että kompostissa ligniini sitoutui kuitenkin suurimmaksi osaksi humukseen. Valkolahosienet hajottivat sekä humukseen sitoutunutta ligniiniä että PCP:ia, mutta kompostin sekapopulaatio ei tähän pystynyt, ja ligniiniä sitoutui humukseen yhä enemmän kompostoinnin aikana. T. versicolor hajotti PCP:ia tehokkaasti, eikä se tuottanut myrkyllisiä kloorianisoleja, joita jotkut valkolahosienet saattavat muodostaa kloorifenoleista. Priming effect ilmiötä tutkittiin eri ikäisissä ja kypsyydeltään erilaisissa komposteissa. Kompostit erosvat toisistaan myös hajoamattoman jätteen määrän ja mikrobipopulaation suhteen. Negatiivinen priming effect havaittiin kaikissa epästabiileissa komposteissa (ikä enintään 6 kk), ja sen lisäksi yhdessä näistä komposteista positiivinen priming effect kokeen lopussa. Stabiileissa komposteissa (ikä vähintään 6 kk) ilmiötä ei sen sijaan havaittu. Epästabiileissa komposteissa biohajoavuudelle saadut tulokset eivät siis ole luotettavia. Työn tulosten perusteella valkolahosienet, ja erityisesti T. versicolor, ovat lupaavia saastuneen maan puhdistukseen, joskin sienirihmaston mahdollisuudet säilyä aktiivisena maan alkuperäisen mikrobipopulaation kanssa täytyy vielä selvittää. Kompostin sekapopulaatio, joka ei sisällä valkolahosieniä, hajotti ligniiniä yllättävän tehokkaasti termofiilisille sienille sopivissa lämpötiloissa, vaikka ligniini sitoutuikin pääasiallisesti humukseen. Kompostin kypsyys osoittautui tärkeäksi tekijäksi kontrolloidun kompostitestin onnistumisen kannalta. Priming effect ilmiön välttämiseksi on varmistettava, että testissä käytetty komposti on riittävän kypsä. Kompostien mikrobipopulaation koostumusta kompostoinnin eri vaiheissa tulisi tarkemmin selvittää, koska stabiilien ja epästabiilien kompostien ero aiheutui todennäköisesti populaatioiden rakenteessa vallitsevista eroista. Näin myös priming effect ilmiön syyt voitaisiin selittää paremmin.

The electrochemical study of oxidation-reduction properties of horseradish peroxidase

Oxidation-reduction properties of horseradish peroxidase (HRP) have been investigated by using direct electrochemical methods. Two successive separated distinct one-electron processes of HRP were obtained and the related physiological processes were described. The monolayer coverage of HRP at the electrode surface is about 50 pmol/cm(2). UV-Vis spectrophotometry and stable amperometry prove that the enzyme electrode possesses catalytic activity for H2O2 in the absence of a mediator and it might offer an opportunity to build the third generation of biosensors for analytes, such as H2O2, glucose and cholesterol etc. (C) 1997 Elsevier Science S.A.

Purification, and Biochemical and Biophysical Characterization of Cellobiohydrolase I from Trichoderma harzianum IOC 3844

Because of its elevated cellulolytic activity, the filamentous fungus Trichoderma harzianum has a considerable potential in biomass hydrolysis applications. Trichoderma harzianum cellobiohydrolase I (ThCBHI), an exoglucanase, is an important enzyme in the process of cellulose degradation. Here, we report an easy single-step ion-exchange chromatographic method for purification of ThCBHI and its initial biophysical and biochemical characterization. The ThCBHI produced by induction with microcrystalline cellulose under submerged fermentation was purified on DEAE-Sephadex A-50 media and its identity was confirmed by mass spectrometry. The ThCBHI biochemical characterization showed that the protein has a molecular mass of 66 kDa and pi of 5.23. As confirmed by small-angle X-ray scattering (SAXS), both full-length ThCBHI and its catalytic core domain (CCD) obtained by digestion with papain are monomeric in solution. Secondary structure analysis of ThCBHI by circular dichroism revealed alpha-helices and beta-strands contents in the 28% and 38% range, respectively. The intrinsic fluorescence emission maximum of 337 nm was accounted for as different degrees of exposure of ThCBHI tryptophan residues to water. Moreover, ThCBHI displayed maximum activity at pH 5.0 and temperature of 50 degrees C with specific activities against Avicel and p-nitrophenyl-beta-D-cellobioside of 1.25 U/mg and 1.53 U/mg, respectively.

Molecular Basis of the Thermostability and Thermophilicity of Laminarinases: X-ray Structure of the Hyperthermostable Laminarinase from Rhodothermus marinus and Molecular Dynamics Simulations

Glycosyl hydrolases are enzymes capable of breaking the glycosidic linkage of polysaccharides and have considerable industrial and biotechnological applications. Driven by the later applications, it is frequently desirable that glycosyl hydrolases display stability and activity under extreme environment conditions, such as high temperatures and extreme pHs. Here, we present X-ray structure of the hyperthermophilic laminarinase from Rhodothermus marinus (RmLamR) determined at 1.95 angstrom resolution and molecular dynamics simulation studies aimed to comprehend the molecular basis, for the thermal stability of this class of enzymes. As most thermostable proteins, RmLamR contains a relatively large number of salt bridges, which are not randomly distributed on the structure. On the contrary, they form clusters interconnecting beta-sheets of the catalytic domain. Not all salt bridges, however, are beneficial for the protein thermostability: the existence of charge-charge interactions permeating the hydrophobic core of the enzymes actually contributes to destabilize the structure by facilitating water penetration into hydrophobic cavities, as can be seen in the case of mesophilic enzymes. Furthermore, we demonstrate that the mobility of the side-chains is perturbed differently in each class of enzymes. The side-chains of loop residues surrounding the catalytic cleft in the mesophilic laminarinase gain mobility and obstruct the active site at high temperature. By contrast, thermophilic laminarinases preserve their active site flexibility, and the active-site cleft remains accessible for recognition of polysaccharide substrates even at high temperatures. The present results provide structural insights into the role played by salt-bridges and active site flexibility on protein thermal stability and may be relevant for other classes of proteins, particularly glycosyl hydrolases.

Isolation of Brazilian marine fungi capable of growing on DDD pesticide

The fungi Aspergillus sydowii Ce15, Aspergillus sydowii Ce19, Aspergillus sydowii Gc12, Bionectria sp. Ce5, Penicillium miczynskii Gc5, Penicillium raistrickii Ce16 and Trichoderma sp. Gc1, isolated from marine sponges Geodia corticostylifera and Chelonaplysylla erecta, were evaluated for their ability to grow in the presence of DDD pesticide. Increasing concentrations of DDD pesticide, i.e., 5.0 mg (1.56 x 10(-12) mmol), 10.0 mg (3.12 x 10(-2) mmol) and 15.0 mg (4.68 x 10(-2) mmol) in solid and liquid culture media were tested. The fungi Trichoderma sp. Gc1 and Penicillium miczynskii Gc5 were able to grow in the presence of up to 15.0 mg of DDD, suggesting their potential for biodegradation. A 100% degradation of DDD was attained in liquid culture medium when Trichoderma sp. Gc1 was previously cultivated for 5 days and supplemented with 5.0 mg of DDD in the presence of hydrogen peroxide. However, the quantitative analysis showed that DDD was accumulated on mycelium and biodegradation level reached a maximum value of 58% after 14 days.

Morphological Changes in Poly(Caprolactone)/Poly(Vinyl Chloride) Blends Caused by Biodegradation

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

Decolorization of textile indigo dye by ligninolytic fungi

The indigo dye is extensively used by textile industries and is considered a recalcitrant substance, which causes environmental concern. Chemical products used on textile processing, which affect the environment through effluents, can be voluminous, colored and varied. Vat textile dyes, like indigo, are often used and dye mainly cellulosic fibers of cotton. Decolorization of this dye in liquid medium was tested with ligninolytic basidiomycete fungi from Brazil. Decolorization started in a few hours and after 4 days the removal of dye by Phellinus gilvus culture was in 100%, by Pleurotus sajor-caju 94%, by Pycnoporus sanguineus 91% and by Phanerochaete chrysosporium 75%. No color decrease was observed in a sterile control. Thin layer chromatography of fungi culture extracts revealed only one unknown metabolite of Rf = 0.60, as a result of dye degradation. (C) 2001 Published by Elsevier B.V. B.V.

Foto e biodegradação de PEBD, PHB e suas blendas

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)