Bioprospecção e caracterização de bactérias produtoras de celulase a partir do solo do Cerrado brasileiro
DOI:
https://doi.org/10.33448/rsd-v10i8.17426Palavras-chave:
Screening; Enzima; Bacillus; Biotecnologia.Resumo
Este trabalho descreve a bioprospecção e a caracterização de bactérias produtoras de celulase isoladas de solo obtido em uma região preservada do bioma Cerrado, em Uberaba, Brasil. A atividade celulolítica foi confirmada em 14 das 84 linhagens bacterianas isoladas. De acordo com a quantificação enzimática, cinco isolados foram selecionados como os melhores produtores de celulase e com base no sequenciamento parcial do gene 16S rRNA foram identificadas como Bacillus siamensis (isolado AB-9; 5.000U/mL), Bacillus toyonensis (isolado AB-1; 4.630U/mL), Bacillus methylotrophicus (isolados MB-3; 4.236U/mL e MP-7; 4.282U/mL) e Bacillus drentensis (isolado ME-2; 4.444U/mL). O extrato enzimático obtido de B. siamensis AB-9 foi o mais estável em diferentes valores de pH (2-8), mantendo sua atividade celulolítica, enquanto B. toyonensis AB-1 e B. methylotrophicus MP-7 produziram celulases com atividade máxima em pH 7 e 8. As celulases produzidas por B. siamensis AB-9 e B. toyonensis AB-1 apresentaram alta atividade enzimática em todas as temperaturas analisadas (10-80°C), enquanto as celulases de B. methylotrophicus MB-3 apresentaram atividade máxima na faixa de 20-70°C. Até o momento, esta é a primeira vez que bactérias produtoras de celulase isoladas do bioma Cerrado brasileiro na região do Triângulo Mineiro com potencial aplicação biotecnológica são descritas.
Referências
Apun, K., Jong, B. C., & Salleh, M .A. (2000). Screening and isolation of a cellulolytic and amylolytic Bacillus from sago pith waste. Journal of General and Applied Microbiology, 46 (5), 263-267.
Asha, B. M., Revathi, M., Yadav, A., & Sakthivel, N. (2012). Purification and characterization of a thermophilic cellulase from a novel cellulolytic strain. Paenibacillus barcinonensis. Journal of Microbiology and Biotechnology, 22 (11), 1501-1509.
Awasthi, M. K., Wong, J. W. C., Kumar, S., Awasthi, S.K., Wang, Q., Wang, M., Ren, X., Zhao, J., Chen, H., & Zhang, Z. (2018). Biodegradation of food waste using microbial cultures producing thermostable α-amylase and cellulase under different pH and temperature. Bioresource Technology, 248, 160-170.
Azadian, F., Badoei-dalfard, A., Namaki-Shoushtari, A., Karami, Z., & Hassanshahian, M. (2017). Production and characterization of an acido-thermophilic, organic solvent stable cellulase from Bacillus sonorensis HSC7 by conversion of lignocellulosic wastes. Journal of Genetic Engineering and Biotechnology, 15 (1), 187-196.
Behera, B. C., Sethi, B. K., Mishra, R. R., Dutta, S. K., & Thatoi, H. N. (2017). Microbial cellulases – Diversity & biotechnology with reference to mangrove environment: A review. Journal of Genetic Engineering and Biotechnology, 15 (1), 197-210.
Bhat, M. K. (2000). Cellulases and related enzymes in biotechnology. Biotechnology Advances, 18 (5), 355-383.
Cheng, J., Huang, S., Jiang, H., Zhang, Y., Li, L., Wang, J., & Fan, C. (2016). Isolation and characterization of a non-specific endoglucanase from a metagenomic library of goat rumen. World Journal of Microbiology and Biotechnology, 32 (1), 12.
Dehghanikhah, F., Shakarami, J., & Asoodeh, A. (2020). Purification and biochemical characterization of alkalophilic cellulase from the symbiotic Bacillus subtilis BC1 of the leopard moth, zeuzera pyrina (L.) (Lepidoptera: Cossidae). Current Microbiology, 77 (7), 1254-1261.
Dienes, D., Egyházi, A., & Réczey, K. (2004). Treatment of recycled fiber with Trichoderma cellulases. Industrial Crops Products, 20 (1), 11-21.
Elhameed, E. A., Sayed, A.R.M., Radwan, T. E. E., & Hassan, G. (2020). Biochemical and molecular characterization of five Bacillus isolates displaying remarkable carboxymethyl cellulase activities. Current Microbiology, 77 (10), 3076-3084.
Endo, K., Hakamada, Y., Takizawa, S., Kubota, H., Sumitomo, N., Kobayashi, T., & Ito, S. (2001). A novel alkaline endoglucanase from an alkaliphilic Bacillus isolate: enzymatic properties, and nucleotide and deduced amino acid sequences. Applied Microbiology and Biotechnology, 57 (1-2), 109-16.
Goyal, V., Mittal, A., Bhuwal, A. K., Singh, G., Yadav, A., & Aggarwal, N. K. (2014). Parametric optimization of cultural conditions for carboxymethyl cellulase production using pretreated rice straw by Bacillus sp. 313SI under stationary and shaking conditions. Biotechnology Research International, 2014, 651839.
Gupta, M., Sharma, M., & Singh, S. (2015). Enhanced production of cellulase from Bacillus licheniformis K-3 with potential for saccharification of rice straw. Energy Technology, 3, 216–224.
Gupta, R., Khasa, Y. P., & Kuhad, R. C. (2011). Evaluation of pretreatment methods in improving the enzymatic saccharification of cellulosic materials. Carbohydrate Polymers, 84 (2011), 1103–1109.
Hankin, R., & Anagnostakis, S. L. (1975). The use of solid media for detection of enzymes production by fungi. Mycology, 67 (3), 596-607.
Huang, S., Deng, G., Yang, Y., Wu, Z., & Wu, L. (2015). Optimization of endoglucanase production from a novel bacterial isolate, Arthrobacter sp. HPG166 and characterization of its properties. Brazilian Archives of Biology Technology, 58 (5), 692-701.
Irfan, M., Tayyab, A., Hasan, F., Khan, S., Badshah, M., & Shah, A. A. (2017). Production and characterization of organic solvent-tolerant cellulase from Bacillus amyloliquefaciens AK9 isolated from hot spring. Applied Biochemistry and Biotechnology, 182 (4), 1390–1402.
Kuhad, R. C., Gupta, R., & Singh, A. (2011). Microbial Cellulases and their industrial applications. Enzyme Research, 2011, 280696.
Liu, X., Jiang, Z., Liu, Y., You, X., Yang, S., & Yan, Q. (2019). Biochemical characterization of a novel exo-oligoxylanase from Paenibacillus barengoltzii suitable for monosaccharification from corncobs. Biotechnology for Biofuels, 12, 190.
Ma, L., Aizhan, R., Wang, X., Yi, Y., Shan, Y., Liu, B., Zhou, Y., & Lü, X. (2020). Cloning and characterization of low-temperature adapted GH5-CBM3 endo-cellulase from Bacillus subtilis 1AJ3 and their application in the saccharification of switchgrass and coffee grounds. AMB Express, 10 (1), 42.
Meng, F., Ma, L., Ji, S., Yang, W., & Cao, B. (2014). Isolation and characterization of Bacillus subtilis strain BY-3, a thermophilic and efficient cellulase-producing bacterium on untreated plant biomass. Letters Applied Microbiology, 59 (3), 306-312.
Miller, G. L. (1959). Use of dinitrosalicylic acid reagent for determination of reducing sugar. Analytical Chemistry, 31 (3), 426–428.
Mukhtar, S., Mehnaz, S., Mirza, M. S., & Malik, K. A. (2019). Isolation and characterization of bacteria associated with the rhizosphere of halophytes (Salsola stocksii and Atriplex amnicola) for production of hydrolytic enzymes. Brazilian Journal of Microbiology, 50 (1), 85-97.
Niu, Q., Zhang, G., Zhang, L., Ma, Y., Shi, Q., & Fu, W. (2016). Purification and characterization of a thermophilic 1,3-1,4-β-glucanase from Bacillus methylotrophicus S2 isolated from booklice. Journal of Bioscience and Bioengeneering, 121 (5), 503-508.
Paudel, Y. P., & Qin, W. (2015). Characterization of novel cellulase-producing bacteria isolated from rotting wood samples. Applied Biochemical Biotechnology, 177 (5), 1186-98.
Potprommanee, L., Wang, X. Q., Han, Y. J., Nyobe, D., Peng, Y. P., Huang, Q., Liu, J. Y., Liao, Y. L., & Chang, K. L. (2017). Characterization of a thermophilic cellulase from Geobacillus sp. HTA426, an efficient cellulose producer on alkali pretreated of lignocellulosic biomass. PLoS ONE, 12 (4), 0175004.
Teather, R. M., & Wood, P. J. (1982). Use of Congo red-polysaccharide interactions in enumeration and characterization of cellulolytic bacteria from the bovine rumen. Applied Environmental Microbiology, 43 (4), 777–780.
Tiwari, R., Singh, P. K., Singh, S., Nain, P. K. S., Nain, L., & Shukla, P. (2017). Bioprospecting of novel thermostable β-glucosidase from Bacillus subtilis RA10 and its application in biomass hydrolysis. Biotechnology Biofuels, 10, 246.
Wu, B., Zheng, S., Pedroso, M. M., Guddat, L. W., Chang, S., He, B., & Schenk, G. (2018). Processivity and enzymatic mechanism of a multifunctional family 5 endoglucanase from Bacillus subtilis BS-5 with potential applications in the saccharification of cellulosic substrates. Biotechnology for Biofuels, 11, 20.
Zarafeta, D., Kissas, D., Sayer, C., Gudbergsdottir, S. R., Ladoukakis, E., Isupov, M. N., Chatziioannou, A., Peng, X., Littlechild, J. A., Skretas, G., & Kolisis, F. N. (2016). Discovery and characterization of a thermostable and highly halotolerant GH5 cellulase from an icelandic hot spring isolate. PLoS One, 11 (1), 0146454.
Zvereva, E. A., Fedorova, T. V., Kevbrin, V. V., Zhilina, T. N., & Rabinovich, M. L. (2006). Cellulase activity of a haloalkaliphilic anaerobic bacterium, strain Z-7026. Extremophiles, 10 (1), 53-60
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