Avaliação dos efeitos causados por contaminações bacterianas em fermentações etanólicas de primeira geração utilizando metodologias multi-ômicas

Autor(es)

Lucas Souza Lopes

• Tipo de documento: Tese de Doutorado
• Imprenta: Piracicaba.
• Instituição: Universidade de São Paulo (USP). Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz (ESALA/BC)
• Data de defesa: 2019-06-17

Membros da banca

Carlos Alberto Labate; Luiz Carlos Basso; Juliana Velasco de Castro Oliveira; Maria Carolina Quecine Verdi

• Orientador: Carlos Alberto Labate; Diego Mauricio Riaño Pachón

Resumo

O etanol possui grande importância estratégica para o setor energético brasileiro devido a sua natureza renovável e grande capacidade de geração de emprego e renda. Atualmente um dos principais desafios enfrentados pelas indústrias brasileiras de produção de etanol é a presença de bactérias contaminando as fermentações. Essas atuam modificando o sistema, competindo por nutrientes essenciais, produzindo compostos tóxicos para a levedura e induzindo processos indesejáveis para a indústria como a floculação. Para equilibrar as populações e controlar os efeitos negativos é necessário uma melhor compreensão dos mecanismos genéticos e fisiológicos envolvidos nas interações de bactérias e leveduras em fermentações em fermentações etanólicas de primeira geração (1G). Neste sentido o presente trabalho realizou o sequenciamento, montagem e anotação completa dos genomas de três linhagens bacterianas isoladas diretamente de usinas brasileiras de produção de etanol: Lactobacillus sp. I-2, Lactobacillus sp. L-10 e Acetobacter sp. A-3. Além disso, foram feitas simulações da condição de co-existência entre bactérias lácticas e Acéticas com as leveduras de S. cerevisiae em fermentações semi-industriais em batelada alimentada (\"Melle-Boinot\") com tratamento ácido e reciclo de células. Três condições experimentais foram avaliadas: (i) fermentações contendo apenas leveduras de S. cerevisiae CAT-1, (ii) fermentações contendo leveduras de S. cerevisiae CAT-1 e bactérias de Lactobacillus sp. I-2, e (iii) fermentações contendo leveduras de S. cerevisiae CAT-1 e bactérias de Acetobacter sp. A-3. Por fim, os metabolomas das bactérias e leveduras da condição de coexistência nos ensaios fermentativos foram obtidos por metodologias de cromatografia gasosa acoplada a espectrometria de massas (GC-MS). Foram identificados 3056, 2112 e 3557 genes nos genomas de Lactobacillus sp. L-10, Lactobacillus sp. I-2 e Acetobacter sp. A-3, respectivamente. As leveduras de S. cerevisiae, independente da condição experimental avaliada, consumiram totalmente os açúcares redutores totais (ART) presentes no melaço de cana-de-açúcar ao longo das fermentações em batelada alimentada. A glicina, aminoácido polar contendo apenas um hidrogênio na cadeia lateral, apresentou maior abundância durante as fermentações contaminadas com bactérias lácticas e acéticas em detrimento da condição controle sem contaminação bacteriana. Especula-se que o acúmulo intracelular deste aminoácido seja resultado do desvio de intermediários das vias Glicólise e Ciclo do Ácido Cítrico para a produção de compostos nitrogenados. Provavelmente, ambos os microrganismos, bactérias e leveduras, acumularam glicina no ambiente intracelular como alternativa a deficiência de nitrogênio no melaço de cana-de-açúcar. O sequenciamento dos genomas das bactérias e os ensaios fermentativos em biorreatores foram realizados no Laboratório Nacional de Biorrenováveis (LNBR) do Centro Nacional de Pesquisas em Energias e Materiais (CNPEM). As análises de metabolômica foram realizadas no Laboratório Max Feffer de Genética de Plantas da Escola Superior de Agricultura \"Luiz de Queiroz\" (ESALQ). Espera-se que os resultados apresentados neste trabalho agreguem mais informações a cerca das interações entre bactérias e leveduras e contribua, num futuro próximo, no apontamento de novas estratégias de controle bacteriano que sejam mais eficientes e sustentáveis que as usadas atualmente em fermentações industriais brasileiras. (AU)

• Processo FAPESP: 15/13431-5 - Avaliação dos efeitos causados por contaminações bacterianas em fermentações etanólicas de primeira geração utilizando metodologias multi-ômicas
• Beneficiário: Lucas Souza Lopes
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado