Development of a biotreatment for delignification of sugarcane bagasse and production of laccases

Resumo: A valorização de agro-resíduos por rotas biológicas é uma tecnologia chave que contribui para o desenvolvimento de processos sustentáveis e para a geração de produtos de alto valor agregado. O bagaço de cana é um agro-resíduo lignocelulósico produzido em grandes quantidades pela indústria sucroalcooleira no Brasil. A utilização do bagaço de cana como matéria-prima tem sido limitada pela presença de lignina e hemiceluloses, que restringem a hidrólise eficiente da celulose. A deslignificação é um pré-tratamento necessário no processo de conversão da biomassa vegetal em açúcares fermentescíveis. A degradação biológica da lignina pode ser realizada pelos fungos da podridão branca, que produzem enzimas oxidativas, especialmente lacases, manganês peroxidases e lignina peroxidases. As lacases recebem muita atenção pois oxidam tanto compostos fenólicos como não fenólicos e usam oxigênio como aceptor final de elétrons. Elas apresentam muitas aplicações industriais relacionadas à oxidação de substâncias fenólicas. Os objetivos desta pesquisa foram: selecionar uma cepa de basidiomiceto capaz de degradar lignina e produzir lacase no bagaço de cana, e realizar sua identificação molecular por sequenciamento de DNA; otimizar a produção de lacase e determinar seu modelo matemático, pelo processo de fermentação sólida do bagaço de cana; avaliar o efeito de indutores e diferentes concentrações de nitrogênio no padrão de isoformas de lacases produzidas em fermentação sólida do bagaço de cana pela cepa selecionada; avaliar a cinética de deslignificação biológica do bagaço de cana pela cepa selecionada em fermentação sólida, sob condições otimizadas para a produção de lacase; recuperar e concentrar a lacase e realizar a deslignificação enzimática do bagaço de cana. Dentre 45 cepas de basidiomicetos, uma cepa de Pleurotus sp. apresentou atividade de lacase significativamente superior às demais cepas (183 U/L após 5 dias de crescimento em condição semi-sólida). A região ITS do rDNA fúngico foi amplificada por PCR e a cepa foi identificada como Pleurotus ostreatus pela análise da sequência ITS1-5.8rDNA-ITS2. A produção de lacase pela cepa selecionada de P. ostreatus foi avaliada em fermentação sólida do bagaço de cana e o pico de atividade enzimática foi atingido ao 5º dia de fermentação (2.05 U/g). Dentre oito variáveis, as concentrações de CuSO4 e (NH4)2SO4 demonstraram influenciar significativamente a produção de lacase. A substituição do sulfato de amônio por extrato de levedura e a adição de ácido ferúlico como indutor conferiram aumentos de 5,7 e 2,0 vezes, respectivamente, na produção de lacase. A otimização da produção de lacase como função das concentrações de extrato de levedura, sulfato de cobre e ácido ferúlico foi realizada pela metodologia da superfície de resposta e as concentrações ótimas foram 6,4 g/L, 172,6 ?M e 1,86 mM, respectivamente, e a atividade máxima de lacase prevista pelo modelo (R² 0,8753) foi de 161,3 U/g. Experimentalmente, a máxima atividade de lacase de 151,6 U/g foi produzida ao 5º dia de fermentação no estado sólido. Zimogramas indicaram a presença de seis isoformas de lacases (POXA1b, POXA3, POXC e três outras isoformas). Os resultados de identificação protéica por espectrometria de massa confirmaram a presença de POXC e POXA3 como as principais isoenzimas, e também identificaram uma glioxal oxidase e três galactose oxidases. O fato de a enzima POXA1b não ter sido identificada nas amostras analisadas pode ser possivelmente explicado por sua sensibilidade à degradação por proteases. O teor de lignina foi reduzido de 31,89% para 26,36% após 5 dias e para 20,79% após 15 dias pelo tratamento biológico de fermentação sólida. A hidrólise enzimática reduziu o teor de lignina de 31,89% para 14,98% em 12h

Biotecnologia florestal: aspectos econômicos e implicações na conservação

The importance of forest ecosystems for ecological balance and as a reservoir of genetic heritage and biodiversity is evident, the need for conservation is further exalted by the great anthropic pressure suffered by these ecosystems due to the increasing demand of the forest sector. The possibility of using biotechnological practices to combine conservation with sustainable economic development emerges as a promising alternative for the recovery and use of forest species, especially those threatened with extinction. The aims of the article is to demonstrate the main aspects of Forest Biotechnology with regard to conservation and the continuity of the supply of the demand of the economic sector. The central role of wood in economic development has led to the intense exploitation of forest ecosystems, which has resulted in the loss of biodiversity and reduced capacity to meet the demands of the sector. The tools of forest biotechnology, when employed in the optimization of conservation, allow a compatibilization with commercial production, acting as instruments of sustainable development. Forestry Biotechnology acts as an instrument to reconcile conservation with economic development, including forests at the heart of a strategy for a sustainable future.É evidente a importância dos ecossistemas florestais para a manutenção do equilíbrio ecológico e para a seguridade do patrimônio genético e biodiversidade. A necessidade da conservação desses ecossistemas é exaltada, ainda, pelas pressões antrópicas devido a crescente demanda de insumos vinda do setor florestal. A possibilidade de utilizar práticas biotecnológicas para combinar a conservação com o desenvolvimento econômico, surge como uma alternativa promissora para a recuperação e uso sustentável de espécies florestais, especialmente aquelas ameaçadas de extinção. O objetivo deste artigo é demonstrar os principais aspectos da Biotecnologia Florestal, no que diz respeito à conservação e a possibilidade de sua compatibilização com a continuidade do atendimento a demanda do setor econômico. O papel central da madeira no desenvolvimento humano e econômico impulsionou a intensa exploração dos ecossistemas florestais, o que resultou na perda da biodiversidade e na redução da capacidade de atender as demandas do setor. As ferramentas da biotecnologia florestal, quando empregadas na otimização da conservação e regeneração, permitem uma compatibilização com a produção comercial, atuando assim como um instrumento de desenvolvimento sustentável. A Biotecnologia Florestal atua como um instrumento de conservação da biodiversidade, por viabilizar a inclusão das florestas no centro de uma estratégia para um futuro sustentável

Large expert-curated database for benchmarking document similarity detection in biomedical literature search

Document recommendation systems for locating relevant literature have mostly relied on methods developed a decade ago. This is largely due to the lack of a large offline gold-standard benchmark of relevant documents that cover a variety of research fields such that newly developed literature search techniques can be compared, improved and translated into practice. To overcome this bottleneck, we have established the RElevant LIterature SearcH consortium consisting of more than 1500 scientists from 84 countries, who have collectively annotated the relevance of over 180 000 PubMed-listed articles with regard to their respective seed (input) article/s. The majority of annotations were contributed by highly experienced, original authors of the seed articles. The collected data cover 76% of all unique PubMed Medical Subject Headings descriptors. No systematic biases were observed across different experience levels, research fields or time spent on annotations. More importantly, annotations of the same document pairs contributed by different scientists were highly concordant. We further show that the three representative baseline methods used to generate recommended articles for evaluation (Okapi Best Matching 25, Term Frequency-Inverse Document Frequency and PubMed Related Articles) had similar overall performances. Additionally, we found that these methods each tend to produce distinct collections of recommended articles, suggesting that a hybrid method may be required to completely capture all relevant articles. The established database server located at https://relishdb.ict.griffith.edu.au is freely available for the downloading of annotation data and the blind testing of new methods. We expect that this benchmark will be useful for stimulating the development of new powerful techniques for title and title/abstract-based search engines for relevant articles in biomedical research.Peer reviewe

Proceedings of the 3rd Biennial Conference of the Society for Implementation Research Collaboration (SIRC) 2015: advancing efficient methodologies through community partnerships and team science

It is well documented that the majority of adults, children and families in need of evidence-based behavioral health interventionsi do not receive them [1, 2] and that few robust empirically supported methods for implementing evidence-based practices (EBPs) exist. The Society for Implementation Research Collaboration (SIRC) represents a burgeoning effort to advance the innovation and rigor of implementation research and is uniquely focused on bringing together researchers and stakeholders committed to evaluating the implementation of complex evidence-based behavioral health interventions. Through its diverse activities and membership, SIRC aims to foster the promise of implementation research to better serve the behavioral health needs of the population by identifying rigorous, relevant, and efficient strategies that successfully transfer scientific evidence to clinical knowledge for use in real world settings [3]. SIRC began as a National Institute of Mental Health (NIMH)-funded conference series in 2010 (previously titled the “Seattle Implementation Research Conference”; $150,000 USD for 3 conferences in 2011, 2013, and 2015) with the recognition that there were multiple researchers and stakeholdersi working in parallel on innovative implementation science projects in behavioral health, but that formal channels for communicating and collaborating with one another were relatively unavailable. There was a significant need for a forum within which implementation researchers and stakeholders could learn from one another, refine approaches to science and practice, and develop an implementation research agenda using common measures, methods, and research principles to improve both the frequency and quality with which behavioral health treatment implementation is evaluated. SIRC’s membership growth is a testament to this identified need with more than 1000 members from 2011 to the present.ii SIRC’s primary objectives are to: (1) foster communication and collaboration across diverse groups, including implementation researchers, intermediariesi, as well as community stakeholders (SIRC uses the term “EBP champions” for these groups) – and to do so across multiple career levels (e.g., students, early career faculty, established investigators); and (2) enhance and disseminate rigorous measures and methodologies for implementing EBPs and evaluating EBP implementation efforts. These objectives are well aligned with Glasgow and colleagues’ [4] five core tenets deemed critical for advancing implementation science: collaboration, efficiency and speed, rigor and relevance, improved capacity, and cumulative knowledge. SIRC advances these objectives and tenets through in-person conferences, which bring together multidisciplinary implementation researchers and those implementing evidence-based behavioral health interventions in the community to share their work and create professional connections and collaborations

Development of a biotreatment for delignification of sugarcane bagasse and production of laccases

Resumo: A valorização de agro-resíduos por rotas biológicas é uma tecnologia chave que contribui para o desenvolvimento de processos sustentáveis e para a geração de produtos de alto valor agregado. O bagaço de cana é um agro-resíduo lignocelulósico produzido em grandes quantidades pela indústria sucroalcooleira no Brasil. A utilização do bagaço de cana como matéria-prima tem sido limitada pela presença de lignina e hemiceluloses, que restringem a hidrólise eficiente da celulose. A deslignificação é um pré-tratamento necessário no processo de conversão da biomassa vegetal em açúcares fermentescíveis. A degradação biológica da lignina pode ser realizada pelos fungos da podridão branca, que produzem enzimas oxidativas, especialmente lacases, manganês peroxidases e lignina peroxidases. As lacases recebem muita atenção pois oxidam tanto compostos fenólicos como não fenólicos e usam oxigênio como aceptor final de elétrons. Elas apresentam muitas aplicações industriais relacionadas à oxidação de substâncias fenólicas. Os objetivos desta pesquisa foram: selecionar uma cepa de basidiomiceto capaz de degradar lignina e produzir lacase no bagaço de cana, e realizar sua identificação molecular por sequenciamento de DNA; otimizar a produção de lacase e determinar seu modelo matemático, pelo processo de fermentação sólida do bagaço de cana; avaliar o efeito de indutores e diferentes concentrações de nitrogênio no padrão de isoformas de lacases produzidas em fermentação sólida do bagaço de cana pela cepa selecionada; avaliar a cinética de deslignificação biológica do bagaço de cana pela cepa selecionada em fermentação sólida, sob condições otimizadas para a produção de lacase; recuperar e concentrar a lacase e realizar a deslignificação enzimática do bagaço de cana. Dentre 45 cepas de basidiomicetos, uma cepa de Pleurotus sp. apresentou atividade de lacase significativamente superior às demais cepas (183 U/L após 5 dias de crescimento em condição semi-sólida). A região ITS do rDNA fúngico foi amplificada por PCR e a cepa foi identificada como Pleurotus ostreatus pela análise da sequência ITS1-5.8rDNA-ITS2. A produção de lacase pela cepa selecionada de P. ostreatus foi avaliada em fermentação sólida do bagaço de cana e o pico de atividade enzimática foi atingido ao 5º dia de fermentação (2.05 U/g). Dentre oito variáveis, as concentrações de CuSO4 e (NH4)2SO4 demonstraram influenciar significativamente a produção de lacase. A substituição do sulfato de amônio por extrato de levedura e a adição de ácido ferúlico como indutor conferiram aumentos de 5,7 e 2,0 vezes, respectivamente, na produção de lacase. A otimização da produção de lacase como função das concentrações de extrato de levedura, sulfato de cobre e ácido ferúlico foi realizada pela metodologia da superfície de resposta e as concentrações ótimas foram 6,4 g/L, 172,6 ?M e 1,86 mM, respectivamente, e a atividade máxima de lacase prevista pelo modelo (R² 0,8753) foi de 161,3 U/g. Experimentalmente, a máxima atividade de lacase de 151,6 U/g foi produzida ao 5º dia de fermentação no estado sólido. Zimogramas indicaram a presença de seis isoformas de lacases (POXA1b, POXA3, POXC e três outras isoformas). Os resultados de identificação protéica por espectrometria de massa confirmaram a presença de POXC e POXA3 como as principais isoenzimas, e também identificaram uma glioxal oxidase e três galactose oxidases. O fato de a enzima POXA1b não ter sido identificada nas amostras analisadas pode ser possivelmente explicado por sua sensibilidade à degradação por proteases. O teor de lignina foi reduzido de 31,89% para 26,36% após 5 dias e para 20,79% após 15 dias pelo tratamento biológico de fermentação sólida. A hidrólise enzimática reduziu o teor de lignina de 31,89% para 14,98% em 12h

Pretreatment strategies for delignification of sugarcane bagasse: a review

The valorization of agro-residues by biological routes is a key technology that contributes to the development of sustainable processes and the generation of value-added products. Sugarcane bagasse is an agro-residue generated by the sugar and alcohol industry in Brazil (186 million tons per year), composed essentially of cellulose (32-44%), hemicellulose (27-32%) and lignin (19-24%). The conversion of sugarcane bagasse into fermentable sugars requires essentially two steps: pretreatment and hydrolysis. The aim of the pretreatment is to separate the lignin and break the structure of lignocellulose, and it is one of the most critical steps in the process of converting biomass to fermentable sugars. The aim of this review is to describe different pretreatment strategies to promote the delignification of the sugarcane bagasse by thermo-chemical and biological processes