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Type: TESE DIGITAL
Title: Estudos genômicos da expressão gênica global de "Aspergillus niger" crescido em bagaço e colmo de cana-de-açúcar = Global gene expression of "Aspergillus niger" grown on bagasse and culm of sugarcane
Title Alternative: Global gene expression of "Aspergillus niger" grown on bagasse and culm of sugarcane
Author: Sanchez, Camila Cristina, 1983-
Advisor: Squina, Fabio Marcio
Abstract: Resumo: O aumento pela demanda de utilização de energia e o consenso crescente sobre a necessidade de se reduzir significativamente as emissões de gases do efeito estufa e a dependência de combustíveis fósseis vem impulsionando o desenvolvimento e melhoramento da produção de biocombustíveis. O etanol é o biocombustível atualmente mais utilizado, sendo obtido a partir da fermentação dos açúcares extraídos principalmente da cana-de-açúcar (Brasil) e do milho (EUA), e estes dois países são responsáveis por aproximadamente 83% da produção mundial. A safra brasileira de cana-de-açúcar de 2015/2016 foi estimada em 655 milhões de toneladas, e deste total, aproximadamente 366 milhões foram destinados a produção de etanol (cerca de 28 bilhões de litros). Apesar desta grande produção, para atender a demanda mundial por biocombustível, grandes esforços vêm sendo feitos para aumentar estes números, e uma das opções seria a produção do denominado etanol de segunda geração (2G). Este etanol é produzido através da fermentação de açúcares liberados de polissacarídeos complexos encontrados na biomassa vegetal. Neste sentido, como subproduto do setor sucro-energético, estima-se que anualmente sejam gerados cerca de 178 milhões de toneladas de bagaço, o resíduo agroindustrial produzido em maior abundância no Brasil. E estudos sugerem que se 8% do bagaço for destinado à produção de etanol, o Brasil poderia aumentar cerca de 40% a produção deste biocombustível. Mas para a utilização deste bagaço e consequente produção do etanol 2G é necessário que diversos desafios biotecnológicos sejam superados, principalmente para diminuir o custo da hidrólise deste material. Deste modo, inúmeros estudos visam entender o metabolismo de micro-organismos que naturalmente evoluíram para utilizar os açúcares presentes na parede vegetal e as enzimas responsáveis pela quebra e modificação desses polissacarídeos (denominadas CAZymes) que são produzidas por eles. O fungo "Aspergillus niger" destaca-se como um ótimo produtor e secretor destas enzimas, e embora vários estudos já tenham sido realizados, pouco ainda é conhecido sobre seu metabolismo. Assim, o presente trabalho realizou estudos de transcriptômica (utilizando a abordagem de RNA-seq) e secretômica (através de espectrometria de massa) de "A. niger" crescido em colmo e bagaço por 6, 12 e 24 horas. Os resultados mostraram que a hidrólise dos substratos já se inicia logo após as 6 horas de inóculo, verificado através da presença de monômeros (principalmente xilose e glicose) nos sobrenadantes. Adicionalmente, foram observados 237 genes que codificam à CAZymes hiper-expressos, o que representa mais de 50% das CAZymes codificadas pelo genoma de A. niger, sendo cerca da metade encontrada no sobrenadante. As principais celulases, hemicelulases foram transcritas e secretadas, e de modo geral, os valores de expressão foram altos já nas primeiras seis horas de crescimento. A grande maioria dos genes que codificam às CAZymes foram hiper-expressos em colmo e bagaço, mas algumas diferenças quali e quantitativas foram verificadas, o que pode ser devido às diferenças na composição dos dois substratos utilizados. Além disso, foi verificado a hiper-expressão de diversos transportadores de açúcares e/ou putativos, fatores de transcrição e genes sem função conhecida, que podem estar relacionados direta ou indiretamente com o processo de sacarificação. Assim, este trabalho pode possibilitar a descoberta de novas proteínas relacionadas a degradação da biomassa vegetal, resultando na melhoria dos coquetéis enzimáticos e na redução do custo de produção do etanol 2G

Abstract: The increased energy demand and the increasing consensus on the reduce emissions of greenhouse gases and dependence on fossil fuels is boosting the development and improvement of biofuels production. Currently, ethanol is the most widely used biofuel and it is obtained from the fermentation of sugars mainly extracted from sugarcane (Brazil) and corn (US), and these two countries account for approximately 83% of world production. The Brazilian harvest of sugarcane in 2015/2016 was estimated at 655 million tons, and approximately 366 million was destined to ethanol production (yielding about 28 billion liters). Despite this large production, to meet the global demand for biofuel, pronounced efforts are being made to increase these numbers, and one of the options is the production of so-called second-generation (2G) ethanol. This ethanol is produced by fermentation of sugars released from complex polysaccharides found in plant biomass. In this sense, as a byproduct of the sugar-energy sector, it is estimated to be generated about 178 million tons of bagasse annually, the agro-industrial waste produced in larger abundance in Brazil. And studies suggest that 8% are used to produce ethanol, Brazil could increase about 40% of this biofuel production. However, is necessary that several biotechnological challenges are overcome to use this bagasse and increase 2G ethanol production, especially reducing the cost of the hydrolysis of this material. Accordingly, many studies aiming to understand the metabolism of microorganisms which naturally evolved to use plant cell wall as carbon source, and to know the enzymes involved in breaking down polysaccharides (called CAZymes) produced by them. The fungus "Aspergillus niger" stands out as a great producer and secretor of these enzymes, and although several studies have already been performed, little is known about its metabolism. Thus, the present work studies the transcriptome (using RNA-Seq) and secretome (by mass spectrometry) of "A. niger" grown in culm in natura and pretreated bagasse for 6, 12 and 24 hours. The results showed that the hydrolysis of substrates begins within 6 hours after inoculation, observed through the presence of monomers (mainly xylose and glucose) in the supernatants. In addition, 237 genes encoding CAZymes were found up-regulated, which represents more than 50% of CAZymes encoded by the A. niger genome. Besides, about half of CAZymes up-regulated were found in the supernatant. The main cellulases, hemicellulases were transcribed and secreted, and in general, the expression levels were already highest in initial growth points. Most of the genes encoding the CAZymes were up-regulated in both substrates, but some qualitative and quantitative differences were observed, which may be due to differences in the composition of the culm and bagasse. Furthermore, it was found up-regulated several transporters of sugars, putative transcription factors and genes without known function, and the product of these genes can be directly or indirectly related to the saccharification process. This work may enable the discovery of novel proteins related to the degradation of plant biomass, which can result in the improvement of enzyme cocktail, reducing the production cost of 2G ethano
Subject: Aspergillus niger
RNA-seq
Celulose
Hemicelulose
Editor: [s.n.]
Date Issue: 2016
Appears in Collections:IB - Tese e Dissertação

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