Produção e identificação de ácido chiquímico por fermentação utilizando Paenibacillus sp.

Abstract

O ácido chiquímico é um intermediário metabólico essencial na via do chiquimato, presente em plantas, fungos, bactérias e outros organismos, mas ausente em animais. Essa via metabólica é crucial para a biossíntese de metabólitos secundários, como aminoácidos aromáticos (fenilalanina, triptofano e tirosina), além de compostos fenólicos, alcaloides e outros metabólitos de relevância biológica e industrial. Esta tese objetivou a produção de ácido chiquímico por meio da fermentação submersa utilizando um isolado de Paenibacillus sp. JAB-Hum. isolado do solo avaliando a influência de diferentes meios de cultivo. A pesquisa foi conduzida em quatro eixos principais: (i) análise de isolados por meio de ensaios de fermentação e sequenciamento do gene 16S rRNA; (ii) estudo da produção de ácido chiquímico em diferentes meios de cultivo; (iii) quantificação do ácido chiquímico por Cromatografia Líquida de Alta Eficiência (HPLC) e (iv) identificação do composto por Ressonância Magnética Nuclear (RMN). Os resultados demonstraram que o isolado de Paenibacillus sp. JAB-Hum é capaz de produzir ácido chiquímico em concentrações de aproximadamente 18 g/L após 20 horas de fermentação no meio Horikoshi. Além disso, experimentos realizados com modificações no meio Horikoshi ou com a adição de substratos como ácido ferúlico não inibiram o crescimento do isolado não afetaram a produção de ácido chiquímico. Por fim, a combinação das análises de HPLC e RMN permitiu a quantificação e a confirmação da produção de ácido chiquímico pelo isolado de Paenibacillus sp. JAB-Hum. Portanto, do ponto de vista tecnológico o estudo apresenta potencial para a produção de ácido chiquímico, devido à presença de genes que codificam as enzimas essenciais da via metabólica responsável por sua síntese.

Shikimic acid is an essential metabolic intermediate in the shikimate pathway, present in plants, fungi, bacteria, and other organisms, but absent in animals. This metabolic pathway is crucial for the biosynthesis of secondary metabolites, such as aromatic amino acids (phenylalanine, tryptophan, and tyrosine), as well as phenolic compounds, alkaloids, and other biologically and industrially relevant metabolites. This thesis aimed to produce shikimic acid through submerged fermentation using an isolate of Paenibacillus sp. JAB-Hum, obtained from soil, by evaluating the influence of different culture media. The research was conducted across four main axes: (i) analysis of isolates through fermentation assays and 16S rRNA gene sequencing; (ii) study of shikimic acid production in different culture media; (iii) quantification of shikimic acid by High-Performance Liquid Chromatography (HPLC); and (iv) compound identification by Nuclear Magnetic Resonance (RMN). The results demonstrated that the Paenibacillus sp. JAB-Hum isolate can produce shikimic acid at concentrations of approximately 18 g/L after 20 hours of fermentation in Horikoshi medium. Furthermore, experiments conducted with modifications to the Horikoshi medium or with the addition of substrates such as ferulic acid did not inhibit the growth of isolation and did not affect shikimic acid production. Finally, the combination of HPLC and NMR analyses enabled the quantification and confirmation of shikimic acid production by the Paenibacillus sp. JAB-Hum isolate. Therefore, from a technological perspective, this study presents potential for shikimic acid production due to the presence of genes encoding the essential enzymes of the metabolic pathway responsible for its synthesis.