Bioprospecção e caracterização de bactérias anaeróbicas como fonte de enzimas industriais

Abstract

O mercado de enzimas industriais tem um grande impacto na economia mundial. Microrganismos (bactérias, leveduras e fungos) são a fonte principal de enzimas para aplicação em diferentes processos industriais. Diferentes biomas podem ser explorados como fonte de microrganismos visando sua exploração biotecnológica, principalmente aqueles naturalmente enriquecidos para uma determinada função. Como por exemplo, o rúmen, naturalmente enriquecido com microbiota capaz de hidrolisar biomassa vegetal como lignocelulose e amido. Este trabalho teve como objetivo a prospecção e caracterização de bactérias anaeróbicas isoladas de rúmen bovino como fonte de enzimas para aplicação industrial. Amostras de conteúdo ruminal bovino foram inoculadas em meio líquido redutor contendo celulose ou amido como fonte de carbono sob atmosfera anaeróbica e posteriormente utilizadas para isolamento por cultivo a 37, 50 ou 60°C em meio sólido contendo carboximetilcelulose, celulose ou amido como fontes de carbono. Foram obtidos 46 isolados bacterianos e destes sete apresentaram valores superiores de atividade de endo-1,4-β-glucanase e endo-1,4-β-xilanase, e 4 apresentaram atividade de α-amilase. O isolado A1_50L2 identificado pela sequência de 16S rDNA como da espécie Paenibacillus barengoltzii foi selecionado para caracterização quanto à produção de holocelulases e α-amilase. Paenibacillus barengoltzii A1_50L2 cresceu em meios contendo celulose, farelo de trigo e bagaço de cana de açúcar como fonte de carbono, e secretou celulases, xilanases, mananases e pectinases. A análise de zimograma mostrou três isoformas de endo-1,4-β-glucanase (42, 45 e 63 kDa), seis isoformas de endo-1,4-β-xilanase (21, 23, 43, 60, 85 e 105 kDa) e apenas 1 banda de 62 kDa com atividade de mananase. O secretoma de P. barengoltzii A1_50L2 obtido pelo crescimento em farelo de trigo, (PbEC) apresentou atividade ótima de endo-1,4-β-glucanase, exo-1,4-β-glucanase, β-glicosidase, endo-1,4-β-xilanase e mananase na faixa de pH 4 a 7 e temperatura ótima a 50 °C. PbEC foi resistente a compostos fenólicos como ácido gálico, ácido ferúlico, ácido cinâmico e ácido cumárico mantendo atividade residual acima de 70 %, e 60% mesmo após 5 dias de incubação. PbEC mostrou sinergismo com a mistura comercial Viscozyme, incrementando em 72% a liberação de açúcares redutores de resíduos lignocelulósicos incluindo bagaço de cana de açúcar, farelo de trigo, engaço de bananeira, sabugo e palha de milho e casca de soja. Adicionalmente, a α-amilase do secretoma de P. barengoltzii A1_50L2 obtida pelo crescimento em amido, apresentou atividade em pH de 6 a 10 e temperatura ótima a 60°C. A análise de zimograma revelou 1 banda de 66 kDa com atividade de α-amilase que manteve atividade enzimática acima de 60% a 50°C por 96 horas. Em conclusão, os resultados desse trabalho demostraram que os 46 isolados bacterianos obtidos do rúmen bovino apresentam atividades enzimáticas que apontam sua aplicação em processos industriais de biomassa vegetal, destacando-se as enzimas amilases e holocelulases de Paenibacillus barengoltzii A1_50L2 na hidrólise de amido e biomassa lignocelulósica. Essas informações podem ser utilizadas para desenvolvimento de novas misturas enzimáticas mais baratas e eficientes aplicadas à processos de biorefinaria.