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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/41277| Título: | Bioprospecção de microrganismos produtores de celulases e otimização de sua produção enzimática |
| Título(s) alternativo(s): | Bioprospecting of cellulase-producing microorganisms and optimization of their enzyme production |
| Autor(es): | Zulianelli, Danilo Mota |
| Orientador(es): | Maniglia, Thiago Cintra |
| Palavras-chave: | Celulose Enzimas microbianas Biopolímeros Cellulose Microbial enzymes Biopolymers |
| Data do documento: | 26-Ago-2025 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Toledo |
| Citação: | ZULIANELLI, Danilo Mota. Bioprospecção de microrganismos produtores de celulases e otimização de sua produção enzimática. 2025. Trabalho de Conclusão de Curso (Engenharia de Bioprocessos e Biotecnologia) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Toledo, 2025. |
| Resumo: | A celulose é o biopolímero mais abundante do planeta, composta por monômeros de glicose unidos por ligações β-1,4-glicosídicas. Sua degradação é realizada por enzimas conhecidas como celulases, capazes de hidrolisar o material lignocelulósico e liberar glicose. Essas enzimas podem ser obtidas de diversos microrganismos, incluindo fungos, bactérias e actinobactérias. Embora a maior parte das pesquisas esteja concentrada em fungos devido à sua elevada produtividade, as bactérias também apresentam grande potencial como produtoras de celulases, apesar de ainda receberem menor atenção. Neste contexto, o presente trabalho buscou contribuir para o estudo de bactérias celulolíticas por meio da bioprospecção em diferentes amostras ambientais: madeira, madeira em decomposição, bambu, bambu em decomposição e serrapilheira, cultivados em meio seletivo contendo carboximetilcelulose (CMC). Para os isolados obtidos, foram realizados dois testes preliminares: (1) ensaio em meio de CMC corado com vermelho congo, para cálculo do índice enzimático (IE), e (2) degradação de tiras de papel filtro após 10 dias de cultivo. A partir desses testes, cinco isolados promissores foram selecionados para avaliações adicionais de atividade enzimática celulolítica total e de endoglucanases. Em seguida, os dois isolados com melhor desempenho foram submetidos a otimização da produção de enzimas e biomassa por meio de um planejamento fatorial 23, que avaliou os efeitos da temperatura (35 ºC e 40 ºC), do pH (6 e 7) e do substrato utilizado (CMC e sabugo de milho tratado). Finalmente, realizou-se a identificação molecular dos isolados pelo sequenciamento do gene 16S rRNA. Foram obtidos 40 microrganismos, destacando-se os isolados BA1A e BD6. Estes apresentaram índices enzimáticos de 4,07 e 7,45, respectivamente, em meio contendo CMC. Na degradação de tiras de papel filtro, o isolado BD6 apresentou desempenho notável, alcançando 100 % de degradação em apenas 7 dias. Nas análises de atividade enzimática, BA1A apresentou valores de 1,4796 ± 0,1686 U mg⁻1 (celulolítica total) e 1,4585 ± 0,0714 U mg⁻1 (endoglucanases), enquanto BD6 apresentou 1,4472 ± 0,1894 U mg⁻1 e 0,5203 ± 0,0101 U mg⁻1, respectivamente. A otimização mostrou que as condições ideais variaram conforme o microrganismo, o substrato e a resposta avaliada. Observou-se que situações que aumentavam a produção total de proteínas nem sempre correspondiam ao aumento da atividade celulolítica específica, indicando que parte das proteínas não estava envolvida na degradação da celulose. Na identificação molecular, o isolado BA1A não pôde ser sequenciado, mas sua morfologia sugere tratar-se de uma actinobactéria. Já o isolado BD6, embora não tenha sido distinguido em nível de espécie pelo 16S rRNA, foi identificado como pertencente à família Enterobacteriaceae, possivelmente Leclercia sp. ou Enterobacter sp. Assim, este estudo contribui para ampliar o conhecimento sobre bactérias celulolíticas e destaca a necessidade de investigações futuras para esclarecer aspectos estruturais, condições ótimas de atividade enzimática e identificação molecular mais precisa dos isolados. |
| Abstract: | Cellulose is the most abundant biopolymer on the planet, composed of glucose monomers linked by β-1,4-glycosidic bonds. Its degradation is carried out by enzymes known as cellulases, capable of hydrolyzing lignocellulosic material and releasing glucose. These enzymes can be obtained from various microorganisms, including fungi, bacteria, and actinobacteria. Although most research focuses on fungi due to their high productivity, bacteria also have great potential as cellulase producers, although they still receive less attention. In this context, this work sought to contribute to the study of cellulolytic bacteria through bioprospecting in different environmental samples: wood, decaying wood, bamboo, decaying bamboo, and leaf litter, cultivated in a selective medium containing carboxymethyl cellulose (CMC). For the isolates obtained, two preliminary tests were performed: (1) an assay in Congo red-stained CMC medium to calculate the enzymatic index (EI) and (2) degradation of filter paper strips after 10 days of culture. From these tests, five promising isolates were selected for further evaluation of total cellulolytic and endoglucanase enzyme activity. Subsequently, the two best-performing isolates underwent optimization of enzyme and biomass production using a 23 factorial design, which evaluated the effects of temperature (35 °C and 40 °C), pH (6 and 7), and the substrate used (CMC and treated corncob). Finally, molecular identification of the isolates was performed by 16S rRNA gene sequencing. A total of 40 microorganisms were obtained, of which isolates BA1A and BD6 stood out. These presented enzymatic indices of 4.07 and 7.45, respectively, in medium containing CMC. In the degradation of filter paper strips, isolate BD6 showed remarkable performance, reaching 100 % degradation in just 7 days. In the enzymatic activity analyses, BA1A presented values of 1.4796 ± 0.1686 U mg⁻1 (total cellulolytic) and 1.4585 ± 0.0714 U mg⁻1 (endoglucanases), while BD6 presented 1.4472 ± 0.1894 U mg⁻1 and 0.5203 ± 0.0101 U mg⁻1 , respectively. Optimization showed that the ideal conditions varied according to the microorganism, the substrate, and the evaluated response. It was observed that situations that increased total protein production did not always correspond to an increase in specific cellulolytic activity, indicating that some of the proteins were not involved in cellulose degradation. During molecular identification, isolate BA1A could not be sequenced, but its morphology suggests it is an actinobacterium. Isolate BD6, although not distinguished to the species level by 16S rRNA, was identified as belonging to the Enterobacteriaceae family, possibly Leclercia sp. or Enterobacter sp. Thus, this study contributes to expanding knowledge about cellulolytic bacteria and highlights the need for future investigations to clarify structural aspects, optimal conditions for enzymatic activity, and more precise molecular identification of the isolates. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/41277 |
| Aparece nas coleções: | TD - Engenharia de Bioprocessos e Biotecnologia |
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