Investigação de vias de degradação de biomassa lignocelulósica no cupim Coptotermes gestroi complementares a hidrolases glicosídicas visando aplicação na produção de bioprodutos

Autor(es)

João Paulo Lourenço Franco Cairo

• Tipo de documento: Tese de Doutorado
• Imprenta: Campinas, SP.
• Instituição: Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Instituto de Biologia
• Data de defesa: 2016-08-31

Membros da banca

Fabio Marcio Squina; Ednildo de Alcântara Machado; Marcos Silveira Buckeridge; Celso Eduardo Benedetti; André Ricardo de Lima Damásio

• Orientador: Fabio Marcio Squina

Resumo

Cupins sao insetos sociais que vivem em colonias dividindo o trabalho entre suas castas e tem a sua dieta baseada no consumo de material lignocelulosico. Os cupins sao considerados os menores biorreatores da Terra, e um dos organismos mais eficiente na decomposicao de lignoceluloses. A degradacao da biomassa vegetal pode atingir cerca de 75- 90% de eficiencia e a lignina e modificada. A digestao ocorre no trato digestivo, no qual ocorre a secrecao de enzimas ativas em carboidratos (CAZymes), entre elas, as hidrolases glicosidicas tais como celulases e hemicelulases. Essas enzimas sao secretadas no intestino anterior e medio, e no posterior pelos simbiontes que ali habitam, tais como protozoarios e bacterias. O objetivo dessa tese foi investigar a ocorrencia de mecanismos complementares a hidrolases glicosidicas no digestoma do cupim Coptotermes gestroi, principalmente mecanismos oxido-redutores, os quais possam explicar a eficiencia na degradacao de lignoceluloses. Neste trabalho de doutorado, primeiramente duas hidrolases glicosidicas endogenas de C. gestroi, uma Endo-¿À-1,4-glicosidase-CgEG-1 (GHF-9) e uma ¿À-1,4- glicosidase-CgBG-1 (GHF-1) foram funcional e estruturalmente caracterizadas. Os resultados mostraram que as duas enzimas atuam em conjunto no digestoma de C. gestroi e possuem alto grau de sinergia na degradacao de polissacarideos naturais e lignocelulose complexa, entretanto, a sacarificacao e muito baixa em comparacao com celulases fungicas. Assim, com o objetivo de ampliar o conhecimento do arsenal de enzimas CAZy de C. gestroi, analises de metatranscriptomica e metaproteomica foram realizadas nas castas operaria e de soldados desse inseto. Os dados revelaram que ambas as castas possuem um arsenal de enzimas CAZy similar, incluindo enzimas de Atividade Auxiliares-AAs (lacases e glicose oxidases), bem como oxido-redutases relacionadas a processos de Pro-oxidacao, Antioxidacao e Detoxificacao (PAD). Alem disso, a maioria dos gene/enzimas CAZy e PAD tiveram maior abundancia na casta operaria, sugerindo um papel na digestao da lignocelulose. Posteriormente, uma analise do transcriptoma de operarios C. gestroi submetidos a dieta com diferentes bagacos de cana-de-acucar, revelou que a expressao de genes que codificam superoxido dismutases (genes PAD), foi modulado pela dieta. Desta forma, o gene endogeno CGSOD-1 foi clonado e sua proteina CgSOD-1 foi caracterizada funcional e biologicamente. CgSOD-1 e uma dismutase classica, que apresenta sinergia com CgEG-1 na hidrolise de ¿À- glucano. CgSOD-1 foi imunolocalizada nos segmentos anteriores e medio do trato digestivo de C. gestroi, mesma localizacao de CgEG-1, sugerindo assim o papel dessa SOD no digestoma de C. gestroi. Analises bioquimicas revelaram ainda que CgSOD-1 atua na clivagem de polissacarideos, atraves da geracao de especies reativas de oxigenio. Mais que isso, CgSOD-1 foi utilizada para suplementar coqueteis celuloliticos, revelando um aumento de 30% na sacarificacao de biomassa. De forma geral, esta tese mostrou que as hidrolases glicosidicas produzidas pelo cupim inferior C. gestroi nao sao eficientes na degradacao de lignocelulose complexa, e que existem enzimas complementares ou auxiliares as hidrolases glicosidicas, principalmente oxido-redutases, que atuam na conversao da biomassa lignocelulosica no digestoma desses insetos (AU)

• Processo FAPESP: 11/20977-3 - Investigação de vias de degradação de biomassa lignocelulósica no cupim Coptotermes gestroi complementares a hidrolases glicolíticas visando aplicação na produção de bioprodutos derivados de biomassa lignocelulósica
• Beneficiário: João Paulo Lourenço Franco Cairo
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado