Caracterização do microbioma de solos semiáridos da Caatinga e seu potencial para a degradação de lignocelulose

Autor(es)

Gileno Vieira Lacerda Júnior

• Tipo de documento: Tese de Doutorado
• Instituição: Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Instituto de Biologia
• Data de defesa: 2017-08-31

Membros da banca

Anete Pereira de Souza; Renato Vicentini; Rodrigo Mendes; Fernando Dini Andreote

• Orientador: Valeria Maia Merzel

Resumo

A Caatinga é um bioma exclusivamente brasileiro, pouco estudado e preservado, que abriga uma exuberante e exclusiva diversidade biológica. Este ecossistema consiste em uma floresta tropical seca adaptada a condições climáticas severas, como elevadas temperaturas, alta acidez e irradiação solar, e déficit hídrico causado pelo regime sazonal de chuvas. Portanto, é esperado abrigar uma microbiota carreando arsenais enzimáticos únicos e versáteis com potencial aplicação industrial. Micro-organismos residentes do solo são capazes de decompor a lignina (segundo biopolímero mais abundante da biosfera) utilizando um conjunto de enzimas ligninolíticas as quais também podem ser aplicadas na desintoxicação de efluentes, na indústria de papel e de biocombustíveis, dentre outros processos. Visto que aproximadamente 99% dos micro-organismos do solo ainda não podem ser isolados por métodos de cultivo, tecnologias moleculares baseadas na análise do material genético, como a "metagenômica", podem fornecer informações mais precisas sobre a diversidade microbiana ainda não cultivada e o seu potencial biotecnológico. Assim, este estudo propõe o uso de uma abordagem integrada de metagenômica funcional (baseada na atividade biológica e similaridade de sequências) e descritiva, com o objetivo de identificar novas enzimas lignocelulolíticas, além de analisar o impacto da sazonalidade e práticas agrícolas (irrigação/fertilização) na estrutura da comunidade e nas respostas funcionais da microbiota de solos da Caatinga. A triagem funcional baseada na expressão fenotípica de 40.000 clones metagenômicos não permitiu detectar atividade ligninolítica. Entretanto, o rastreamento molecular via PCR possibilitou a identificação de uma "Multicopper oxidase" do tipo lacase, afiliada ao gênero Mesorhizobium. Análises in silico a partir do sequenciamento em larga escala da biblioteca metagenômica revelaram um vasto repertório enzimático relacionado à degradação da biomassa lignocelulósica carreado por diferentes grupos bacterianos, com potencial aplicação na produção de biocombustíveis a partir de fontes renováveis, bem como em outros processos ambientais. Numa abordagem ecológica foi verificado o enriquecimento dos filos Actinobacteria e Proteobacteria nos períodos sazonais de seca e chuva, respectivamente. Os dados sugerem que micro-organismos presentes em solos nativos do período seco são especializados na utilização de monossacarídeos e dissacarídeos, bem como carboidratos com funções osmoprotetoras, como a trealose. Por outro lado, o microbioma de solos afetados pela agricultura foi influenciado, principalmente, por fatores químicos, apresentando enriquecimento do filo Acidobacteria e de genes relacionados a processos como nitrificação e desnitrificação, e ao estresse oxidativo. Estes resultados sugerem que o input de nutrientes e a quebra dos ciclos naturais do regime de água podem impactar os ciclos biogeoquímicos, afetando a funcionalidade natural dos solos semiáridos da Caatinga (AU)

• Processo FAPESP: 13/09386-9 - Análise integrada de metagenômica e metatranscriptômica do solo da Caatinga e prospecção de genes envolvidos na degradação de lignina.
• Beneficiário: Gileno Vieira Lacerda Júnior
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado