Mathematical modelling of cellulase production and continuous production of enzymes under carbon-limited conditions by Trichoderma harzianum P49P11

Autor(es)

Lucas Gelain

• Tipo de documento: Tese de Doutorado
• Imprenta: Campinas, SP.
• Instituição: Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia Química
• Data de defesa: 2020-02-24

Membros da banca

Aline Carvalho da Costa; Peter A Wieringa; Amit Deshmukh; Frank Hollmann; Patricia Osseweijer; Antonio Riul Júnior

• Orientador: Aline Carvalho da Costa; Jose Geraldo da Cruz Pradella

Resumo

Trichoderma harzianum P49P11 foi selecionado entre diversos micro-organismos no Laboratório Nacional de Biorenováveis (LNBR) e foi considerado promissor para a produção de celulase. Neste projeto, um modelo matemático e plataformas de simulação foram desenvolvidos como ferramentas para maximizar a produção de celulase no modo batelada alimentada (Capítulo 2). Estratégias de alimentação foram simuladas para maximizar a produção de celulase, inicialmente usando apenas celulose como substrato, em seguida, usando glicerol para crescimento celular e celulose para produção de celulase. Embora o modelo matemático e as plataformas de simulação foram construídos para uma cepa selvagem, essas ferramentas ajudam a prever dados e podem ser adaptadas para micro-organismos otimizados. O Capítulo 3 avalia a produção contínua de enzimas usando diferentes fontes de carbono em condições limitadas de carbono. Verificou-se que a glicose proporcionou uma influência positiva na produção de enzimas que podem catalisar a hidrólise do p-nitrofenil-?-D-glicopiranosídeo (PNPGase). A sacarose e a frutose parecem inibir a síntese da PNPGase, no entanto, esses substratos também podem ter uma influência positiva na síntese de outras enzimas que não foram avaliadas neste projeto. As células podem consumir glicose sem a necessidade de sintetizar enzimas extracelulares como a PNPGase. O aumento da produção de PNPGase durante a cultura contínua usando glicose como fonte de carbono indica a presença de indutores. A presença de polissacarídeos foi confirmada no sobrenadante de todas as condições usando glicose, frutose/glicose e sacarose (Capítulo 4 e Capítulo 5). Isto sugere que os possíveis indutores podem ter vindo de fragmentos dos polissacarídeos extracelulares. A análise de açúcares sugeriu a presença da gentiobiose no sobrenadante das condições usando glicose como fonte de carbono. Esse dissacarídeo pode ser um fragmento de polímeros liberados da parede celular. Gentiobiose pode ter atuado como um indutor de enzimas. Além disso, também foi proposto um mecanismo para a produção contínua de PNPGase em condições limitadas de glicose, assumindo que a PNPGase inclui beta-glicosidase (Capítulo 4). As fontes de carbono utilizadas em condições de carbono limitado influenciaram a produtividade da PNPGase e, possivelmente, todo o coquetel enzimático secretado pelo fungo. Por esse motivo, foram realizadas análises proteômica por shotgun e SDS-PAGE para as proteínas presentes no sobrenadante das condições, usando glicose, frutose/glicose e sacarose (Capítulo 4). A análise proteômica sugeriu que as diferentes fontes de carbono utilizadas proporcionaram a produção de diferentes proteínas extracelulares, incluindo diversas proteínas não caracterizadas. Isso traz a possibilidade de criar uma hipótese de que diferentes fontes de carbono, facilmente assimiláveis ??pelas células, podem levar à síntese de diferentes indutores (fragmentos de polissacarídeos extracelulares), que podem induzir a síntese de diferentes enzimas em condições limitadas de carbono. Polissacarídeos extracelulares foram os subprodutos descobertos neste projeto durante a produção de enzimas em condições limitadas de carbono. O comportamento dos metabólitos intracelulares (glicólise, ciclo do ácido cítrico, via das pentoses fosfato e nucleotídeos) foi avaliado em quatro condições diferentes em duplicata durante a produção de polissacarídeos extracelulares por Trichoderma harzianum em condições limitadas de carbono (Capítulo 5). Este capítulo forneceu o primeiro passo para a otimização da produção de polissacarídeos extracelulares e as informações sobre o comportamento dos metabólitos intracelulares usando essa cepa selvagem são essenciais para o desenvolvimento de cepas ótimas (AU)

• Processo FAPESP: 14/22537-9 - Modelagem matemática da produção de enzimas pelo Trichoderma harzianum em fermentação submersa
• Beneficiário: Lucas Gelain
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado