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ORCID:  http://orcid.org/0000-0002-6159-0724
Document type: Dissertação
Access type: Acesso Embargado
Embargo Date: 2027-02-25
Title: Identificação e caracterização in silico e in vitro de celulases em bactérias do filo acidobacteriota
Alternate title (s): Identification and characterization in silico and in vitro of cellulases in bacteria of the phylum acidobacteriota
Author: Sousa, Thais Gonzaga Gontijo de
First Advisor: Barreto, Cristine Chaves
First member of the Committee: Nicolau Junior, Nilson
Second member of the Committee: Costa, Rosiane Andrade da
Summary: As Glicosil Hidrolases (GH) são enzimas de potencial biotecnológico significativo, com aplicações que vão desde a indústria de alimentos até a produção de biocombustíveis. Esta família hidrolisa ligações glicosídicas e, por isso, são capazes de descontruir o polímero mais abundante em terra do planeta, a celulose. Devido as constantes demandas em otimizar processos e desenvolver novas tecnologias para a indústria, descobrir novas celulases, com novos atributos, é uma estratégia prioritária. Estudos genômicos de bactérias do filo Acidobacteriota mostraram que elas podem superar em número os genes de bactérias degradadoras de lignocelulose bem estudadas. Muitos desses genomas não possuem demonstração biológica suficiente da atividade dos genes envolvidos na degradação da celulose. No presente trabalho estudamos a capacidade de degradação da celulose por duas cepas de Acidobactérias utilizando genômica e culturômica. A metodologia incluiu análises in silico para filogenia, tamanho da proteína, conservação e distribuição de domínios com homólogos, juntamente com ensaios de crescimento em derivados de celulose, utilizando diferentes associações de fontes de carbono, como celobiose e CMC, em diversas concentrações. No total, foram identificadas 32 prováveis GHs de 9 famílias diferentes. Entre elas 5 GHs pertencentes às famílias GH5, 8, 9 e 44 foram priorizadas, por serem enzimas anotadas possíveis endo/exoglucanases. As enzimas, apresentam as características básicas encontradas em celulases de outras bactérias, apesar de mutações indels, há indícios de manutenção de função parcial. Os resultados das análises in vitro foram semelhantes entre as duas cepas, com a formação de colônias em meio sólido com xilana a 0,05%, mas não em CMC, MCC ou Avicel®, a menos que fossem combinados com celobiose, indicando que esses substratos não são inibidores de crescimento em baixas concentrações. Embora colônias não tenham crescido em placas com CMC, a coloração com Congo Red revelou um halo de degradação revelando atividade exoglucanases parcial. Porém, o ensaio de degradação não pôde oferecer informações sobre a atividade da endocelulase. Esse estudo demostra pela primeira vez a degradação de CMC por uma Acidobacteria em meio quimicamente definido, mas não apresenta resultados que indiquem que essas cepas sejam adequadas para aplicações industriais como bactérias celulolíticas. No entanto, adaptada a diferentes ambientes extremos, as acidobacterias representam uma fonte de diversidade biológica que ainda não foi explorada, oferecendo novas oportunidades de exploração que podem auxiliar na obtenção de outros novos bioprodutos.
Abstract: Glycosyl Hydrolases (GH) are significant biotechnological enzymes, with applications ranging from the food industry to the production of biofuels. This family hydrolyzes glycosidic bonds and is therefore capable of deconstructing the most abundant land-based polymer on the planet, cellulose. Due to the constant demands to optimize processes and develop new technologies for the industry, discovering new cellulases, with new attributes, is a priority. Genomic studies of bacteria in the phylum Acidobacteriota have shown that they generally outnumber the known genes of lignocellulose-degrading bacteria. Many of these genomes do not have sufficient biological demonstration of the activity of these genes involved in cellulose degradation. In the present work we studied the cellulose degradation capacity of two strains of Acidobacteriota members using genomics and culturomics. The methodology included in silico analyzes for phylogeny, protein size, conservation and distribution of domains with homologues, together with growth assays on cellulose derivatives, using different associations of carbon sources, such as cellobiose and CMC, at different concentrations. In total, 32 probable GHs from 9 different families were identified. Among them, 5 GHs belonging to the GH5, 8, 9 and 44 families were prioritized, as they are enzymes noted as possible endo/exoglucanases. The enzymes present basic characteristics found in cellulases from other bacteria, although indel mutations were found, the enzymes may conserve its function. The results of in vitro analyses were similar between the two strains, with the formation of colonies on solid medium with 0.05% xylan, but not on CMC, MCC or Avicel®, unless they were combined with cellobiose, demonstrating that these substrates are not growth inhibitors at low concentrations. Although colonies did not grow on plates with CMC, Congo Red staining revealed a manipulation halo indicating partial exoglucanase activity. However, the manipulation assay could not provide information on endocellulase activity. This study demonstrates for the first time the growth of an Acidobacteria in a chemically defined medium enriched with CMC, but the results do not indicate that these strains are suitable for industrial applications as cellulolytic bacteria. However, adapted to different extreme environments, Acidobacteria represent a source of biological diversity that has not yet been explored, offering new opportunities for exploration that can help in obtaining other new bioproducts.
Keywords: Acidobacteriota
Acidobactérias
Celulase
Glicosil Hidrolases
CAZymes
Area (s) of CNPq: CNPQ::CIENCIAS BIOLOGICAS::MICROBIOLOGIA::BIOLOGIA E FISIOLOGIA DOS MICROORGANISMOS
Subject: Biotecnologia
Ciências da vida
Enzimas - Aplicações industriais
Celulose
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Biotecnologia
Quote: SOUSA, Thaís Gonzaga Gontijo de. Identificação e caracterização in silico e in vitro de celulases em bactérias do filo acidobacteriota. 2025. 112 f. Dissertação (Mestrado em Biotecnologia) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2025. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2025.5051.
Document identifier: http://doi.org/10.14393/ufu.di.2025.5051
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/45082
Date of defense: 26-Feb-2025
Sustainable Development Goals SDGs: ODS::ODS 7. Energia limpa e acessível - Garantir acesso à energia barata, confiável, sustentável e renovável para todos.
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