PAHs degradation and ligninolytic enzymes production by marine-sponge-derived basidiomycetes fungi

Autor: Mariana Juventina Magrini
Přispěvatelé: Sette, Lara Durães, 1971, Santos, Rafaella Costa Bonugli, 1983, Silva, Isis Serrano, Vasconcellos, Suzan Pantaroto de, Universidade Estadual de Campinas. Instituto de Biologia, Programa de Pós-Graduação em Genética e Biologia Molecular, UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS
Jazyk: portugalština
Rok vydání: 2012
Předmět:
Zdroj: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
instacron:UNICAMP
Popis: Orientadores: Lara Durães Sette, Rafaella Costa Bonugli Santos Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia Resumo: Hidrocarbonetos Policíclicos Aromáticos (HPAs) são poluentes ambientais oriundos de fontes naturais e antropogênicas, caracterizados por suas propriedades mutagênicas e carcinogênicas e persistência no ambiente. Fungos basidiomicetos de degradação branca têm sido extensivamente estudados devido à sua habilidade em degradar uma ampla variedade de compostos xenobióticos por meio do sistema ligninolítico, composto por enzimas de baixa especificidade ao substrato, como as Lacases, Manganês peroxidases (MnP) e Lignina peroxidases (LiP). Considerando que os estudos relacionados à degradação de poluentes por fungos marinhos ainda são escassos, o presente trabalho visou à avaliação da degradação dos HPAs pireno e BaP e da atividade ligninolítica de três basidiomicetos isolados de esponjas marinhas. Durante a etapa de seleção do fungo mais eficiente, os três basidiomicetos foram capazes de degradar os HPAs (0,02 e 0,04 mg mL-1 de BaP e pireno, respectivamente) após 7, 14 e 21 dias de incubação, apresentando atividade ligninolítica, sobretudo de Lacase, que possui uma ampla aplicação tecnológica. O fungo Marasmiellus sp. CBMAI 1062 degradou mais de 90% da quantidade inicial de ambos os HPAs após 7 dias de incubação. O crescimento dos basidiomicetos não foi influenciado pelos HPAs, com exceção do Marasmiellus sp. CBMAI 1062, que apresentou maior crescimento micelial em presença dos mesmos. A atividade ligninolítica não apresentou correlação com a degradação nem com o crescimento micelial, para todos os basidiomicetos estudados. Entretanto, os resultados sugerem que na presença dos HPAs pode ter havido indução da produção das enzimas Lacase e MnP. O fungo Marasmiellus sp. CBMAI 1062 foi selecionado para as etapas posteriores devido a sua produção enzimática, crescimento em presença dos HPAs e altas porcentagens de degradação. Após 7 dias de cultivo em presença dos HPAs em meio mineral, este fungo apresentou atividade das enzimas LiP, MnP e Lacase, elevadas taxas de degradação (79,9% de pireno e 95,2% de BaP) e aumento de biomassa, o que sugere o consumo, ao menos em parte, dos HPAs e/ou de seus produtos de degradação como fontes de carbono e energia. Nos experimentos de análise qualitativa de metabólitos formados, foram identificados quatro metabólitos: 1-hidroxipireno, pireno dihidrodiol e dihidroxipireno, derivados da degradação do pireno, e hidroxibenzo[a]pireno, derivado da degradação do BaP. Tais compostos sugerem a degradação dos HPAs via sistema enzimático CYP e epóxido hidrolases. Elevadas porcentagens de degradação foram obtidas em meio com 35 ppm (3,5%) de salinidade e pH 9,0. Contudo, nestas condições, a atividade ligninolítica de Lacase, LiP e MnP foi ausente. O aumento da concentração dos HPAs não diminuiu as taxas de degradação nem o crescimento micelial. De modo geral, as maiores porcentagens de degradação foram alcançadas sob elevada concentração de nutrientes. Através dos experimentos de degradação de BaP, foi possível propor um modelo matemático derivado da regressão múltipla do Delineamento Composto Central Rotacional (DCCR) para dois fatores. Os resultados do presente trabalho evidenciam o potencial do fungo Marasmiellus sp. CBMAI 1062 para remediação de ambientes salinos e/ou alcalinos bem como para a aplicação biotecnológica de suas enzimas ligninolíticas Abstract: Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs) are environmental pollutants from natural and anthropogenic sources, characterized by their mutagenic and carcinogenic properties and persistence in the environment. White-rot basidiomycetes have been extensively studied due to the ability to degrade a wide variety of xenobiotic compounds using their ligninolytic system, constituted by enzymes with low substrate specificity, such as Laccases, Manganese peroxidase (MnP) and Lignin peroxidases (LiP). Since the studies related to the degradation of pollutants by marine-derived fungi are scarce, the present study aimed to evaluate the degradation of PAHs pyrene and BaP and the ligninolytic activity of three basidiomycetes isolated from marine sponges. During the selection of the most efficient fungus, the three basidiomycetes were able to degrade PAHs (0.02 to 0.04 mg mL-1 BaP and pyrene, respectively) after 7, 14 and 21 days of incubation, presenting ligninolytic activity, especially Laccase, which has a wide technological application. The fungus Marasmiellus sp. CBMAI 1062 degraded more than 90% of the initial amount of both PAHs after 7 days of incubation. The growth of basidiomycetes was not affected by PAHs, except Marasmiellus sp. CBMAI 1062, which showed the highest mycelial growth in their presence. The ligninolytic activity was not correlated with the degradation nor with the mycelial growth, for all basidiomycetes studied. However, the results suggest that the presence of PAHs may have induced the Laccase and MnP production. Marasmiellus sp. CBMAI 1062 was selected for the subsequent assays due to its enzyme production, growth in the presence of PAHs and high degradation rates. After 7 days of growth in the presence of PAHs in mineral medium, this fungus showed activity of LiP, MnP and Laccase, high degradation rates (79.9% of pirene and 95.2% of BaP) and increased biomass, suggesting consumption, at least in part, of PAHs and/or their degradation products as carbon and energy sources. In qualitative analysis of the metabolites produced, four metabolites were identified: 1-hydroxypyrene, pyrene dihydrodiol and dihydroxypyrene, derived from the pyrene degradation, and hydroxybenzo[a]pyrene derived from BaP degradation. Such compounds suggest PAHs degradation via CYP enzyme system and epoxide hydrolases. High degradation percentages were obtained in medium with 35 ppt salinity (3.5%) and pH 9.0. However, under these conditions, the activity of ligninolytic Laccase, LiP and MnP was absent. Increasing the concentration of PAHs has not decreased rates of degradation or mycelial growth. In general, the major degradation percentages were achieved at higher nutrient concentration. Through the degradation of BaP assays, was possible to propose a mathematical model derived from multiple regression Central Composite Rotatable Design (CCRD) with two factors. The results of this study highlight the potential of fungus Marasmiellus sp. CBMAI 1062 for remediation of saline and/or alkali environments as well as for biotechnological application of their ligninolytic enzymes Mestrado Microbiologia Mestre em Genética e Biologia Molecular
Databáze: OpenAIRE
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