Fungi isolated from brasilian marine macro-organism : genetic diversity and biotechnological potential

Orientadores: Lucia Regina Durrant, Lara Durães SetteTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de AlimentosResumo: Os ecossistemas marinhos representam uma fonte potencial de recursos genéticos para diversas aplicações biotecnológicas. Neste sentido, os fungos filamentosos derivados do ambiente marinho podem ser considerados estratégicos para a produção de compostos naturais bioativos e para aplicações em processos industriais que requerem tolerância às condições salinas. Neste contexto, o presente trabalho teve como objetivo geral avaliar a diversidade genética de fungos derivados de macro-organismos marinhos (cnidários e esponjas) e o potencial destes isolados para a biorremediação de poluentes ambientais. A caracterização da diversidade dos fungos isolados de cnidários marinhos demonstrou que a maioria dos isolados pertencem ao filo Ascomycota, sendo identificado apenas um único isolado do filo Zygomycota (gênero Mucor). Diversos fungos filamentosos isolados dos cnidários marinhos apresentaram potencial biotecnológico para produção das enzimas ligninolíticas. Entretanto, os fungos Aspergillus sclerotiorum CBMAI 849, Cladosporium cladosporioides CBMAI 857 (Ascomycota) e o Mucor racemosus CBMAI 847 (Zygomycota) foram selecionados devido à capacidade de produção de quantidades significativas de enzimas ligninolíticas na triagem inicial. Esses três isolados foram submetidos à avaliação de diferentes fatores (fonte de carbono, farelo de trigo e salinidade) envolvidos na atividade ligninolítica. A atividade da lacase e MnP foi ampliada quando a glicose foi utilizada como fonte de carbono, contudo LiP foi produzida apenas no meio contendo extrato de malte. A adição do farelo de trigo não influenciou a produção das enzimas, contudo, a salinidade foi o fator mais importante na atividade ligninolítica. Valores mais altos de MnP e lacase foram produzidos por M. racemosus CBMAI 847 em 12,5% e 23% de salinidade, sendo o primeiro relato da atividade ligninolítica para o gênero Mucor. Levando-se em consideração que os fungos basidiomicetos são os principais produtores de enzimas ligninolíticas, três basidiomicetos isolados de esponjas marinhas, identificados como Marasmiellus sp. CBMAI 1062, Tinctoporellus sp. CBMAI 1061 e Peniophora CBMAI 1063 foram investigados quanto à atividade de LiP, MnP e Lac, diversidade dos genes que codificam para a atividade extracelular da lacase e degradação do corante Remazol Brilhante Blue R (RBBR). A atividade enzimática foi altamente significativa para os três basidiomicetos derivados marinhos em meio contendo extrato de malte como fonte de carbono (condição não salina) e em meio formulado com água do mar artificial (condição salina). A atividade ligninolítica aumentou quando o farelo de trigo e CuSO4 foram adicionados ao meio de cultivo contendo glicose como fonte de carbono. Uma elevada diversidade de genes que codificam para a lacase foi encontrada nos três basidiomicetos estudados, sugerindo a detecção de novas lacases, que podem apresentar características diferentes das produzidas por micro-organimos terrestres. Em adição, os três basidiomicetos estudados apresentaram capacidade significativa de descoloração do corante RBBR. O fungo Tinctoporellus sp. CBMAI 1061 foi o mais eficiente na degradação do corante RBBR, com 100% de degradação após 3 dias de cultivo e a MnP foi a principal enzima produzida durante a descoloração do corante por este fungo. Os resultados obtidos no presente estudo demonstram o potencial biotecnológico dos fungos derivados de ambientes marinhos pertencentes a diferentes grupos taxonômicos (ascomicetos, zigomicetos e basidiomicetos), principalmente na degradação de poluentes por enzimas ligninolíticas em ambiente ou processos salinos, como na biorremediação de Hidrocarbonetos Policíclicos Aromáticos (HPAs) e vários compostos aromáticos derivados do derramamento de petróleo nos oceanos e mares ou no tratamento de efluentes têxteis, os quais contêm altas concentrações de saisAbstract: Marine ecosystems represent potential genetic resources for various biotechnological applications. In this sense, the fungi derived from marine environments can be considered strategic for the production of natural bioactive compounds and for applications in industrial processes that require tolerance to saline conditions. In this context, this study aimed to evaluate the biotechnological potential of fungi derived from marine macroorganisms (cnidarians and sponges) on the degradation of environmental pollutants, as well as to characterize the diversity of isolates derived from such samples. Our results showed that most marine-derived fungal isolates belong to the phylum Ascomycota, and only one isolate was identified as representative of the genus Mucor, phylum Zigomycota. Several filamentous fungi isolated from marine cnidarians showed potential for industrial applications. However, Aspergillus sclerotiorum CBMA 849, Cladosporium cladosporioides CBMA 857 (Ascomycota) and Mucor racemosus CBMAI 847 (Zygomycota) were selected for their ability to produce significant amounts of ligninolytic enzymes in the initial screening. These three isolates were submitted to experiments related to the influence of different variable parameters (carbon source, wheat bran and salinity) on ligninolytic activity. Lac and MnP activities were enhanced when glucose was used as carbon source. However LiP was produced only in medium containing malt extract. According to the statistical analysis, the addition of wheat bran did not influence the enzyme productions, but the salinity was the most important parameter on the ligninolytic activities. The highest amounts of MnP and laccase were produced by M. racemosus CBMAI 847 in 12.5% and 23% salinity and this was the first report related to ligninolytic activity for the genus Mucor. Taking into account that basidiomycetes are the major producers of ligninolytic enzymes, three basidiomycetes isolates from marine sponges identified as Marasmiellus sp. CBMAI 1062, Tinctoporellus sp. CBMAI 1061 and Peniophora sp. CBMAI 1063 were investigated in relation to LiP, MnP and Lac activities, as well as the diversity of extracellular laccase genes and the decolorization of Remazol Brilliant Blue R (RBBR) dye. The enzyme activity was highly significant for the three marine-derived basidiomycetes in medium containing malt as carbon source (non-saline condition) and in medium formulated with artificial seawater (saline condition). Ligninolytic activity was enhanced when wheat bran and CuSO4 were added to the culture medium containing glucose as carbon source. A high diversity of Lac genes was found in the three basidiomycetes studied, suggesting the detection of new laccase, which may present different characteristics from those produced by terrestrial microorganisms. In addition, the three basidiomycetes studied showed significant capacity to decolorize the RBBR dye. Tinctoporellus sp. CBMAI 1061 was the most efficient fungus in the dye decolorization, presenting 100% degradation after 3 days of cultivation in liquid medium, and MnP was the main enzyme produced during RBBR decolorization by the three marine-derived fungi. Results from our study revealed the biotechnology potential of marine-derived fungi belonging to different taxonomic groups (ascomycetes, zygomycetes and basidiomycetes), in the degradation of pollutants by ligninolytic enzymes in saline environments and/or processes, such as the bioremediation of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs) derived from oil spills in the ocean or in the treatment of industrial (textile) colored effluents, which contain high concentrations of salts. Os ecossistemas marinhos representam uma fonte potencial de recursos genéticos para diversas aplicações biotecnológicas. Neste sentido, os fungos filamentosos derivados do ambiente marinho podem ser considerados estratégicos para a produção de compostos naturais bioativos e para aplicações em processos industriais que requerem tolerância às condições salinas. Neste contexto, o presente trabalho teve como objetivo geral avaliar a diversidade genética de fungos derivados de macro-organismos marinhos (cnidários e esponjas) e o potencial destes isolados para a biorremediação de poluentes ambientais. A caracterização da diversidade dos fungos isolados de cnidários marinhos demonstrou que a maioria dos isolados pertencem ao filo Ascomycota, sendo identificado apenas um único isolado do filo Zygomycota (gênero Mucor). Diversos fungos filamentosos isolados dos cnidários marinhos apresentaram potencial biotecnológico para produção das enzimas ligninolíticas. Entretanto, os fungos Aspergillus sclerotiorum CBMAI 849, Cladosporium cladosporioides CBMAI 857 (Ascomycota) e o Mucor racemosus CBMAI 847 (Zygomycota) foram selecionados devido à capacidade de produção de quantidades significativas de enzimas ligninolíticas na triagem inicial. Esses três isolados foram submetidos à avaliação de diferentes fatores (fonte de carbono, farelo de trigo e salinidade) envolvidos na atividade ligninolítica. A atividade da lacase e MnP foi ampliada quando a glicose foi utilizada como fonte de carbono, contudo LiP foi produzida apenas no meio contendo extrato de malte. A adição do farelo de trigo não influenciou a produção das enzimas, contudo, a salinidade foi o fator mais importante na atividade ligninolítica. Valores mais altos de MnP e lacase foram produzidos por M. racemosus CBMAI 847 em 12,5% e 23% de salinidade, sendo o primeiro relato da atividade ligninolítica para o gênero Mucor. Levando-se em consideração que os fungos basidiomicetos são os principais produtores de enzimas ligninolíticas, três basidiomicetos isolados de esponjas marinhas, identificados como Marasmiellus sp. CBMAI 1062, Tinctoporellus sp. CBMAI 1061 e Peniophora CBMAI 1063 foram investigados quanto à atividade de LiP, MnP e Lac, diversidade dos genes que codificam para a atividade extracelular da lacase e degradação do corante Remazol Brilhante Blue R (RBBR). A atividade enzimática foi altamente significativa para os três basidiomicetos derivados marinhos em meio contendo extrato de malte como fonte de carbono (condição não salina) e em meio formulado com água do mar artificial (condição salina). A atividade ligninolítica aumentou quando o farelo de trigo e CuSO4 foram adicionados ao meio de cultivo contendo glicose como fonte de carbono. Uma elevada diversidade de genes que codificam para a lacase foi encontrada nos três basidiomicetos estudados, sugerindo a detecção de novas lacases, que podem apresentar características diferentes das produzidas por micro-organimos terrestres. Em adição, os três basidiomicetos estudados apresentaram capacidade significativa de descoloração do corante RBBR. O fungo Tinctoporellus sp. CBMAI 1061 foi o mais eficiente na degradação do corante RBBR, com 100% de degradação após 3 dias de cultivo e a MnP foi a principal enzima produzida durante a descoloração do corante por este fungo. Os resultados obtidos no presente estudo demonstram o potencial biotecnológico dos fungos derivados de ambientes marinhos pertencentes a diferentes grupos taxonômicos (ascomicetos, zigomicetos e basidiomicetos), principalmente na degradação de poluentes por enzimas ligninolíticas em ambiente ou processos salinos, como na biorremediação de Hidrocarbonetos Policíclicos Aromáticos (HPAs) e vários compostos aromáticos derivados do derramamento de petróleo nos oceanos e mares ou no tratamento de efluentes têxteis, os quais contêm altas concentrações de saisDoutoradoDoutor em Ciência de Alimento

Aislamiento e identificación de hongos de la región del Parque Nacional de Iguazú - Paraná

Anais do V Encontro de Iniciação Científica e I Encontro Anual de Iniciação ao Desenvolvimento Tecnológico e Inovação – EICTI 2016 - 05 e 07 de outubro de 2016 – Sessão BiológicasA pesar que los hongos desempeñan un rol esencial en el reciclaje de materia orgánica, dentro de los procesos ecosistémicos, según estimativas mundiales de cada 15 especies fúngicas apenas una ha sido descrita (Rodrígues et al., 2010). Consecuentemente, existe una gran necesidad de estudiar la diversidad fúngica en ambientes naturales (Rodrígues et al., 2010); aún más en los ambientes mínimamente impactados como el Parque Nacional de Iguazú (PNI), la mayor área remanente del Bosque Atlántico Estacional Semidecíduo del sur de Brasil, donde la microbiota es prácticamente desconocida. En ese sentido, el objetivo del presente proyecto es evaluar la diversidad de hongos del PNI – Paraná e identificar el impacto del estado de conservación del ambiente frente a diversidad microbiana. El foco de esta investigación son los hongos de suelo, mineralizadores de las macromoléculas provenientes de residuos orgánicos. Su actividad se ve afectada por innumerables factores bióticos y abióticos, tal como la gran proporción de hierro del suelo del PNI. Dicha variable, al funcionar como recurso o condición, podría ser clave para albergar una diversidad fúngica diferenciada en este ambiente, al afectar la producción de metabolitos secundarios esenciales en su sobrevivencia, una situación poco evaluada hasta ahora. Los resultados obtenidos abrirán espacios para futuras investigaciones en diferentes áreas microbiológicas, biotecnológicas y ecológicas

Aislamiento, identificación y potencial enzimático de hongos de la región del Parque Nacional de Iguazú - Paraná

Anais do VI Encontro de Iniciação Científica e II Encontro Anual de Iniciação ao Desenvolvimento Tecnológico e Inovação – EICTI 2017 - 04 a 06 de outubro de 2017 - temática OutrosEl Parque Nacional Iguazú (PNI), el mayor remanente forestal del Bosque Atlántico, está básicamente formado por suelos arcillosos con alto contenido de hierro (Schobbenhaus et al, 2002). Esta variable ambiental puede haber propiciado la adaptación de microorganismos que puedan proporcionar ventajas biotecnológicas en relación a otros ya descritos; no obstante, la incalculable diversidad fúngica es prácticamente desconocida en el PNI. Por otro lado, la acelerada degradación de los ambientes naturales y la notable eficiencia de la bioprospección a partir de microbiota han intensificado el estudio de esta última en diversos hábitats, a nivel morfológico, molecular y funcional. Las enzimas fúngicas, de hecho, son de interés por su potencial uso en aplicaciones biotecnológicos e industriales; por ejemplo, las lacasas, un tipo de ligninasas, son las principales catalizadoras de la lignina y de una amplia gama de sustratos problemáticos para el medio ambiente. En ese sentido, el presente trabajo tiene como objetivo evaluar la diversidad estructural, funcional y biotecnológica de los hongos de la región del PNI. Los resultados obtenidos servirán de base para futuras investigaciones biotecnológicasUniversidade Federal da Integração Latino-Americana (Unila); Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq); Fundação Araucária; Parque Tecnológico Itaipu (PTI) e Companhia de Saneamento do Paraná (SANEPAR

Avaliação funcional de fungos da região do Parque Nacional do Iguaçu - Paraná

Anais do V Encontro de Iniciação Científica e I Encontro Anual de Iniciação ao Desenvolvimento Tecnológico e Inovação – EICTI 2016 - 05 e 07 de outubro de 2016 – Sessão BiológicasNo estudo da diversidade estrutural e funcional de fungos do solo com potencial para a degradação vegetal a atividade de enzimas têm sido cada vez mais usada como marcadores funcionais. Além de marcadores a tecnologia enzimática é hoje um dos campos mais promissores na síntese de compostos biocatalíticos de alto valor agregado. Neste sentido, enzimas fúngicas vêm ganhando destaque e dentre a gama de enzimas, a lacase, uma enzima do grupo das ligninolíticas, ganha destaque por apresentar diversas aplicações biotecnológicas e é uma das principais enzimas envolvidas na degradação da lignina, segundo componente mais abundante no material vegetal em decomposição (Baldrian, 2006). O Parque Nacional do Iguaçu (PNI) no estado do Paraná tem sido alvo de trabalhos de pesquisas há vários anos, sobretudo de conservação ambiental. No entanto, trabalhos sobre a microbiota do solo e sua importância ecológica são escassos na literatura ou mesmo inexistentes. Além disto, por conta da grande presença de ferro e outros minerais nos solos do PNI (Schobbenhaus et al, 2002), o estudo de sua microbiota merece destaque. Pode-se esperar, por exemplo, que enzimas fúngicas possam possivelmente apresentar alguma adaptação natural proporcionando vantagens biotecnológicas em relação a enzimas de micro- organismos já descritos. Neste cenário, o presente trabalho teve como objetivo avaliar a atividade de enzima ligninolíticas de fungos isolados do solo do PNI visando o conhecimento da atividade funcional e o impacto do estado de conservação do ambiente frente a atividade. Em adição, a seleção de fungos com atividade enzimática permitirá avaliações futuras de possíveis aplicações biotecnológicas

Ciência e Biotecnologia no Cotidiano

A utilização da biotecnologia no cotidiano e nas práticas humanas não é algo exclusivo da atualidade, porém muitas dessas atividades, como a fabricação de bebidas fermentadas, alimentos ou a utilização de produtos naturais para a fabricação de medicamentos, não foram, ao longo da história, devidamente destacados como produtos biotecnológicos. Esta área representa um conhecimento atual e vai além dos aspectos científicos e tecnológicos, atingindo uma dimensão social e ambiental. O presente projeto visou contribuir com a disseminação do conhecimento científico e tecnológico, mostrando a aplicação da ciência e da biotecnologia no dia a dia da sociedade. Para tanto, três diferentes temas foram abordados durante as palestras realizadas aos alunos do ensino médio da região: introdução à biotecnologia, biotecnologia no meio ambiente e biotecnologia na saúde e pesquisa. As palestras foram avaliadas através de enquetes semiestruturadas realizadas pelos participantes

Produção de álcool glicerinado como ferramenta no combate a COVID-19, uma ação de extensão da Unila.

Diante da situação de pandemia de Covid-19, decretada em março de 2020, a comunidade acadêmica da UNILA iniciou diferentes ações de enfrentamento, dentre as quais se destaca aqui a produção de álcool glicerinado 80% com o objetivo de atender a demanda de órgãos públicos de saúde e escolas da região. Utilizando protocolo disponibilizado pela OMS, foram produzidos 6530 litros de álcool glicerinado 80%, dos quais 5613,95 L já haviam sido doados para os órgãos de saúde até o encerramento das atividades. Vale ressaltar que, antes do início das atividades, a   produção nas dependências da Universidade foi autorizada pela Vigilância Sanitária do município. A ação contou com o apoio financeiro e logístico de diferentes setores da Universidade e da comunidade externa. A equipe do projeto foi formada por professores, servidores técnicos e discentes de graduação e pós-graduação de diferentes cursos da Universidade. Superando objetivo inicial, as atividades desenvolvidas propiciaram aos integrantes da ação uma vivência além da oferecida em sala de aula, aliada a um engajamento e comprometimento social e profissional

Production, partial characterization, and immobilization in alginate beads of an alkaline protease from a new thermophilic fungus Myceliophthora sp.

Thermophilic fungi produce thermostable enzymes which have a number of applications, mainly in biotechnological processes. In this work, we describe the characterization of a protease produced in solidstate (SSF) and submerged (SmF) fermentations by a newly isolated thermophilic fungus identified as a putative new species in the genus Myceliophthora. Enzyme-production rate was evaluated for both fermentation processes, and in SSF, using a medium composed of a mixture of wheat bran and casein, the proteolytic output was 4.5-fold larger than that obtained in SmF. Additionally, the peak of proteolytic activity was obtained after 3 days for SSF whereas for SmF it was after 4 days. The crude enzyme obtained by both SSF and SmF displayed similar optimum temperature at 50A degrees C, but the optimum pH shifted from 7 (SmF) to 9(SSF). The alkaline protease produced through solid-state fermentation (SSF), was immobilized on beads of calcium alginate, allowing comparative analyses of free and immobilized proteases to be carried out. It was observed that both optimum temperature and thermal stability of the immobilized enzyme were higher than for the free enzyme. Moreover, the immobilized enzyme showed considerable stability for up to 7 reuses.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq

Xylarenones C-E from an Endophytic Fungus Isolated from Alibertia macrophylla

Xylarenones C-E (2-4), three new eremophilane sesquiterpenes, have been isolated from solid substrate cultures of a Camarops-like endophytic fungus isolated from Alibertia macrophylla. The structures were elucidated by analysis of spectroscopic data. Compounds were evaluated in subtilisin and pepsin protease assays, and compound 2 showed potent inhibitory activity against both proteases.Fundacao de Amparo a Pesquisa do Estado de Sao Paulo (FAPESP)Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)Biodiversity Virtual Institute ProgramBiodiversity Virtual Institute Program[03/02176-7]Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)FAPESPCoordenacao de Aperfeicoamento de Pessoal de nivel Superior (CAPES)Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES

Marine-derived fungi: diversity of enzymes and biotechnological applications

The ocean is considered to be a great reservoir of biodiversity. Microbial communities in marine environments are ecologically relevant as intermediaries of energy, and play an important role in nutrient regeneration cycles as decomposers of dead and decaying organic matter. In this sense, marine-derived fungi can be considered as a source of enzymes of industrial and/or environmental interest. Fungal strains isolated from different substrates, such as invertebrates, decaying wood, seawater, sediments and mangrove detritus, have been reported to be producers of hydrolytic and/or oxidative enzymes, with alginate lyase, amylase, cellulase, chitinase, glucosidase, inulinase, keratinase, ligninase, lipase, nuclease, phytase, protease and xylanase being among the enzymes produced by fungi of marine origin. These enzymes present temperature and pH optima ranging from 35 to 70 ºC, and 3.0 to 11.0, respectively. High-level production in bioreactors is mainly performed using submerged-state fermentation. Certain marine-derived fungal strains present enzymes with alkaline and cold-activity characteristics, and salinity is considered an important condition in screening and production processes. The adaptability of marine-derived fungi to oceanic conditions can be considered an attractive point in the field of fungal marine biotechnology. In this review, we focus on the advances in discovering enzymes from marine-derived fungi and their biotechnological relevance