Estudo do Transporte e Assimilação de Pentoses, Crescimento das Células e Detecção da Produção de Ácidos Orgânicos por Leveduras

Abstract

O conhecimento das propriedades inerentes aos microrganismos assimiladores de pentoses deve ser obtido para que se desenvolva novas possibilidades de aplicação da biomassa lignocelulósica. A hemicelulose (polissacarídeo rico em pentoses) corresponde em média 25 % da massa da biomassa vegetal e sua hidrólise gera uma mistura de xilose e arabinose. Muitas leveduras, que utilizam pentoses como fonte de carbono, poderiam ser utilizadas direta ou indiretamente (através da expressão heteróloga de seus genes) na bioconversão dessas pentoses em combustível ou em outros produtos de elevado valor mercadológico. Portanto, o objetivo desse trabalho foi avaliar o potencial das cepas Sporidiobolus pararoseus U3, Pichia terricola G20 e Metschnikowia koreensis G18 de crescerem em xilose e arabinose nos pHs 4,5, 6,5 e 8,5, nas temperaturas 29 e 32 °C, na presença de compostos potencialmente tóxicos (8 compostos em três concentrações cada) e em hidrolisados de bagaço de cana. Dados sobre o efeito do pH, nutrientes e oxigenação e fontes de nitrogênio (nitrato de amônio, sulfato de amônio e ureia) em diferentes concentrações no crescimento e produção de ácidos orgânicos foram obtidos para da cepa M. koreensis G18. Todas as leveduras foram capazes de crescer em todos os pHs testados, com destaque as cepas M. koreensis G18 e P. terricola G20, uma vez que a primeira cresceu consideravelmente tanto em 29 °C como em 32 °C e a segunda por crescer mais rápido com arabinose, embora somente a 32 °C. A melhor assimiladora de pentose e resistente a inibidores foi a P. terricola G20, já que consumiu 100 % da xilose disponível e 30 % de arabinose e cresceu na presença de todos os compostos potencialmente tóxicos testados e em hidrolisados de bagaço de cana sem tratamento com carvão ativado. A levedura M. koreensis G18 foi capaz de produzir ácidos cítrico, lático, fumárico e acético utilizando xilose como fonte de carbono, nitrato de sódio como fonte de nitrogênio, pH inicial de 7,0 e em aerobiose. Foi observado consumo simultâneo de glicose e xilose pela cepa M. koreensis G18 e os dados estudo do transporte de açúcares demonstrou que esse consumo é possível devido a presença de proteínas de transporte de alta afinidade a pentoses que não sofrem inibição pela glicose.

The knowledge of the properties inherent to the pentoses assimilating microorganisms must be obtained in order to develop new possibilities for the application of lignocellulosic biomass. The hemicellulose (polysaccharide rich in pentoses) corresponds in average 25 % of the mass of the vegetal biomass and its hydrolysis generates a mixture of xylose and arabinose. Many yeasts, which use pentoses as a carbon source, could be used directly or indirectly (through the heterologous expression of their genes) in the bioconversion of these pentoses to fuel or other products of high market value. Therefore, the aim of this work was to evaluate the growth potential of strains Sporidiobolus pararoseus U3, Pichia terricola G20 and Metschnikowia koreensis G18 to grow in xylose and arabinose at pHs 4.5, 6.5 and 8.5 at temperatures of 29 and 32 °C in the presence of potentially toxic compounds (8 compounds in three concentrations each) and sugar cane bagasse hydrolysates. Data on the effect of pH, nutrients and oxygenation and sources of inorganic nitrogen (ammonium nitrate, ammonium sulfate and urea) at different concentrations in the growth and production of organic acids were obtained for the strain M. koreensis G18. All yeasts were able to grow in all tested pHs, with emphasis on the M. koreensis G18 and P. terricola G20 strains, since the former grow considerably both at 29 °C and at 32 °C and the second grow at a faster rate with arabinose, although only at 32 °C. The best pentose and inhibitor resistant assimilator was the P. terricola G20 as it consumed 100 % of the available xylose and 30% of the arabinose and grew in the presence of all potentially toxic compounds tested and in untreated cane bagasse hydrolysates with activated charcoal. M. koreensis G18 was able to produce citric, lactic, fumaric and acetic acids using xylose as carbon source, sodium nitrate as nitrogen source, at initial pH 7.0 and aerobiosis. Simultaneous consumption of glucose and xylose by the M. koreensis G18 strain was observed and the data on the transport of sugars demonstrated that this consumption is possible due to the presence of transport proteins of high affinity to pentoses that are not inhibited by glucose.