Identificação e potencial biotecnológico de rizobactérias produtoras de celulases da rizosfera amazônica

Autores

DOI:

https://doi.org/10.33448/rsd-v15i1.50531

Palavras-chave:

Rizobactéria, Amazônia, Celulose, Celulases, Enzimas.

Resumo

A Amazônia abriga uma elevada diversidade microbiana com expressivo potencial biotecnológico ainda pouco explorado. Este estudo teve como objetivo identificar e avaliar rizobactérias produtoras de endoglucanases, exoglucanases e beta-glucosidases  isoladas da rizosfera de Pueraria phaseoloides e Inga edulis, visando sua aplicação na conversão de biomassa lignocelulósica. Cinquenta isolados rizobacterianos foram reativados e submetidos à triagem da atividade celulolítica em meio sólido contendo carboximetilcelulose (CMC). Desses, 31 isolados (62%) apresentaram halos de degradação, sendo que 22 exibiram índice enzimático (IE) ≥ 2,0, indicando elevado potencial celulolítico. A análise estatística demonstrou diferenças significativas entre as plantas hospedeiras, com maior eficiência média dos isolados provenientes de P. phaseoloides. A identificação molecular dos isolados mais ativos revelou a predominância do gênero Bacillus, incluindo Bacillus subtilis e Bacillus velezensis. O isolado B. subtilis INPA R-583, que apresentou o maior IE, foi selecionado para caracterização enzimática. As análises cinéticas indicaram produção consistente de endoglucanase (CMCase), aumento tardio da atividade de β-glucosidase e baixa atividade celulase total (FPase). Os resultados evidenciam um sistema celulolítico funcional, porém incompleto, com elevado potencial para aplicações biotecnológicas que demandem endoglucanases. O estudo destaca a rizosfera amazônica como uma importante fonte de microrganismos nativos com potencial para processos sustentáveis de bioconversão.

Referências

Abolore, R. S., Jaiswal, S., & Jaiswal, A. K. (2024). Green and sustainable pretreatment methods for cellulose extraction from lignocellulosic biomass and its applications: A review. Carbohydrate Polymer Technologies and Applications, 7, 100396.

Altschul, S. F., Gish, W., Miller, W., & Myers, E. W. (1990). Basic local alignment search tool. Journal of Molecular Biology, 215, 403–410.

Ansiliero, R., Candiago, N. T., & Gelinski, J. L. N. (2018). Caracterização bioquímica e potencial de biocontrole de rizobactérias de feijão preto (Phaseolus derasus) contra patógenos bacterianos: Um estudo preliminar. Anuário Pesquisa e Extensão Unoesc Videira, 3, e19684.

Belmont-Montefusco, E. L., Nacif-Marcal, L., Assunção, E. N. D., Hamada, N., & Nunes-Silva, C. G. (2020). Cultivable cellulolytic fungi isolated from the gut of Amazonian aquatic insects. Acta Amazonica, 50(4), 346–354.

Badri, D. V., & Vivanco, J. M. (2009). Regulation and function of root exudates. Plant, Cell & Environment, 32(6), 666–681.

Bais, H. P., Weir, T. L., Perry, L. G., Gilroy, S., & Vivanco, J. M. (2006). The role of root exudates in rhizosphere interactions. Annual Review of Plant Biology, 57, 233–266.

Berendsen, R. L., Pieterse, C. M. J.,& Bakker, P. A. H. M. (2012). The rhizosphere microbiome and plant health. Trends in Plant Science, 17(8), 478–486.

Cáuper, L. L. D. B. Degradação de petróleo e derivados por isolados de rizobactérias e Trichodermas spp. Tese doutorado em biotecnologia – UFAM. 2018.

Chapaval, L., Moon, D. H., Gomes, J. E., Duarte, F. R., & Tsai, S. M. (2008). An alternative method for Staphylococcus aureus DNA isolation. Arquivo Brasileiro de Medicina Veterinária e Zootecnia, 60(2), 299–306. doi: 10.1590/S0102-09352008000200004

Costa, S. C. F. D. C. Seleção de Rizobactérias capazes de degradar a farinha do mesocarpo do Babaçu para fins Biotecnológicos. Dissertação mestrado em Biotecnologia- Ufam. 2017.

Cragg, S. M., Beckham, G. T., Bruce, N. C., Bugg, T. D. H., Distel, D. L., Dupree, P., Etxabe, A. G., Goodell, B. S., Jellison, J., McGeehan, J. E., McQueen-Mason, S. J., Schnorr, K., Walton, P. H., Watts, J. E. M., & Zimmer, M. (2015). Lignocellulose degradation mechanisms across the tree of life. Current Opinion in Chemical Biology, 29, 108–119.

Dakora, F. D., & Phillips, D. A. (2002). Root exudates as mediators of mineral acquisition in low-nutrient environments. Plant and Soil, 245, 35–47.

Dai, J., Dong, A., Xiong, G., Liu, Y., Hossain, M. S., Liu, S., Gao, N., Li, S., Wang, J., & Qiu, D. (2020). Production of highly active extracellular amylase and cellulase from Bacillus subtilis ZIM3 and a recombinant strain with a potential application in tobacco fermentation. Frontiers in Microbiology, 11, 1539. doi: 10.3389/fmicb.2020.01539

Davies, G., & Henrissat, B. (1995). Structures and mechanisms of glycosyl hydrolases. Structure, 3, 853–859.

Das, K., & Mukherjee, A. K. (2007). Comparison of lipopeptide biosurfactants production by Bacillus subtilis strains in submerged and solid-state fermentation systems. Process Biochemistry, 42(8), 1191–1199.

Dias, M. (2012). Diversidade e produção de celulases por bactérias epifíticas de frutos típicos do cerrado mineiro (Dissertação de mestrado). Universidade Federal de Lavras.

Ega, S. L., Drendel, G., Petrovski, S., Egidi, E., Franks, A. E., & Muddada, S. (2020). Comparative analysis of structural variations due to genome shuffling of Bacillus subtilis VS15 for improved cellulase production. International Journal of Molecular Sciences, 21(4), 1299. doi: 10.3390/ijms21041299

Ejaz, U., Sohail, M., & Ghanemi, A. (2021). Cellulases: From bioactivity to a variety of industrial applications. Biomimetics, 6(3), 44.

Etale, A., Onyianta, A. J., Turner, S. R., & Eichhorn, S. J. (2023). Cellulose: A review of water interactions, applications in composites, and water treatment. Chemical Reviews, 123(5), 2016–2048.

Gaete, A. V., de Souza Teodoro, C. E., & Martinazzo, A. P. (2020). Utilização de resíduos agroindustriais para produção de celulase: Uma revisão. Research, Society and Development, 9(8), doi:10.33448/rsd-v9i8.5785

Ghose, T. K. (1987). Measurement of cellulase activities. Pure and Applied Chemistry, 59(2), 257–268.

Hankin, L., & Anagnostakis, S. L. (1975). The use of solid media for detection of enzyme production by fungi. Mycologia, 67(3), 597–607.

Horn, S. J., Vaaje-Kolstad, G., Westereng, B., & Eijsink, V. G. H. (2012). Novel enzymes for the degradation of cellulose. Biotechnology for Biofuels, 5, 45.

Jesus, E., Marsh, T. L., Tiedje, J. M., & Moreira, F. M. S. (2009). Changes in land use alter the structure of bacterial communities in Western Amazon soils. The ISME Journal, 3(1004–1011). doi: 10.1038/ismej.2009.47

Koeck, D. E., Pechtl, A., Zverlov, V. V., & Schwarz, W. H. (2014). Genomics of cellulolytic bacteria. Current Opinion in Biotechnology, 29, 171–183. doi: 10.1016/j.copbio.2014.07.002

Kuhad, R. C., Gupta, R., & Singh, A. (2011). Microbial cellulases and their industrial applications. Enzyme Research, 2011, doi: 10.4061/2011/280696

Lealem, F., & Gashe, B. A. (1994). Amylase production by a gram-positive bacterium isolated from fermenting tef (Eragrostis tef). Journal of Applied Bacteriology, 77, 348–352. doi: 10.1111/j.1365-2672.1994.tb03084.x

Lo, N., Watanabe, H., & Sugimura, M. (2003). Evidence for the presence of a cellulase gene in the last common ancestor of bilaterian animals. Proceedings of the Royal Society B, 270, S69–S72. doi: 10.1098/rsbl.2003.0016

Lopes, M. J. S., Cardoso, A. F., Dias Filho, M. B., Gurgel, E. S. C., & Barata da Silva, G. (2025). Brazilian Amazonian microorganisms: a sustainable alternative for plant development. AIMS Microbiology, 11(1), 150–166. Doi: 10.3934/microbiol.2025008

Liu, S., Quan, L., Yang, M., Wang, D., & Wang, Y. Z. (2024). Regulation of cellulase production via calcium signaling in Trichoderma reesei under PEG8000 stress. Applied Microbiology and Biotechnology, 108(178). doi: 10.1007/s00253-023-12901-w

Lynd, L. R., Weimer, P. J., van Zyl, W. H., & Pretorius, I. S. (2002). Microbial cellulose utilization. Microbiology and Molecular Biology Reviews, 66(3), 506–577. doi: 10.1128/mmbr.66.3.506-577.2002

Lynd, L. R., Laser, M. S., Bransby, D., Dale, B. E., Davison, B., Hamilton, R., Himmel, M., Keller, M., McMillan, J. D., Sheehan, J., & Wyman, C. E. (2008). How biotech can transform biofuels. Nature Biotechnology, 26(2), 169–172. doi.org/10.1038/nbt0208-169

Mendes, R., Garbeva, P., & Raaijmakers, J. M. (2013). The rhizosphere microbiome: significance of plant beneficial, plant pathogenic, and human pathogenic microorganisms. FEMS Microbiology Reviews, 37(5), 634–663. doi: 10.1111/1574-6976.12028

Miller, G. L. (1959). Use of dinitrosalicylic acid reagent for determination of reducing sugar. Analytical Chemistry, 31(3), 426–428.

Navarrete, A. A., Tsai, S. M., Mendes, L. W., Faust, K., de Hollander, M., Cassman, N. A., Raes, J., van Veen, J. A., Kuramae, E. E. (2015). Soil microbiome responses to the short-term effects of Amazonian deforestation. Molecular Ecology, 24(10), 2433–2448. doi: 10.1111/mec.13172

Nogueira, E. B. S., & Cavalcanti, M. A. Q. (1996). Cellulolytic fungi isolated from processed oats. Revista de Microbiologia, 27, 7–9.

Oliveira, T. C., Minelli-Oliveira, C., Menezes, N. C., Rodrigues, S. P.; Da Silva, J. C. I., & De Oliveira, L. A. Atividades amilolíticas de rizobactérias amazônicas em meios de cultura contendo amido de milho (Zea mays L.) ou farinha de babaçu (Orbignya phalerata Mart). Research, Society and Development, 11(5), 2022.

Philippot, L., Raaijmakers, J. M., Lemanceau, P., & van der Putten, W. H. (2013). Going back to the roots: the microbial ecology of the rhizosphere. Nature Reviews Microbiology, 11, 789–799. doi: 10.1038/nrmicro3109

Pramanik, S. K., Mahmud, S., Paul, G. K., Jabin, T., Naher, K., Uddin, M. S., Zaman, S., & Saleh, M. A. (2021). Fermentation optimization of cellulase production from sugarcane bagasse by Bacillus pseudomycoides and molecular modeling study of cellulase. Current Research in Microbial Sciences, 2, 100013. doi: 10.1016/j.crmicr.2020.100013

Rodrigues, R. de S., de Souza, A. Q. L., Barbosa, A. N., Santiago, S. R. S. da S., Vasconcelos, A. D. S., Barbosa, R. D., Alves, T. C. L., Cruz, J. C. da, Silva, G. F., Bentes, J. L. da S., & de Souza, A. D. L. (2024). Biodiversity and antifungal activities of Amazonian actinomycetes isolated from rhizospheres of Inga edulis plants. Frontiers in Bioscience (Elite Edition), 16(4), 39. doi: 10.31083/j.fbe1604039

Ruegger, M. J. S., & Tauk-Tornisielo, S. M. (2004). Atividade da celulase de fungos isolados do solo da Estação Ecológica de Juréia-Itatins, São Paulo, Brasil. Revista Brasileira de Botânica, 27, 205–211. doi: 10.1590/S0100 84042004000200001

Schallmey, M., Singh, A., & Ward, O. P. (2004). Developments in the use of Bacillus species for industrial production. Canadian Journal of Microbiology, 50(1), 1–17. doi :10.1139/w03 076

Soares, R. de S., Reis, L. G. V. dos, Araújo, M. V. F., Rodrigues, A. A., & Vieira, J. D. G. (2017). Triagem do potencial de promoção do crescimento vegetal de rizobactérias isoladas de alface. Agrarian Academy, 4(7), 428–438.

Somasegaran, P., & Hoben, H. J. (1985). Methods in legume-Rhizobium technology. University of Hawaii.

Vaz, L. P. N. Obtenção de isolados de rizóbios com características agronômicas desejáveis provenientes de solos da região do Amazonas, Dissertação em biotecnologia- UFAM, 2013.

Vincent, J. M. (1970). A manual for the practical study of root nodule bacteria. Blackwell Scientific Publications.

Vieira Júnior, J. R., Fernandes, C. de F., Antunes Júnior, H., Silva, M. S. da, Gomes da Silva, D. S., & Silva, U. O. da (2013). Rizobactérias como agentes de controle biológico e promotores de crescimento de plantas. Embrapa Rondônia. Documentos, 155, 15 p.

Watanabe, H., & Tokuda, G. (2010). Cellulolytic systems in insects. Annual Review of Entomology, 55, 609–632.

Wedage, W. M. M., Aberathne, A. H. M. N. R., & Harischandra, I. N. (2019). A nodulation-proficient nonrhizobial inhabitant of Pueraria phaseoloides. The Scientific World Journal, doi: 10.1155/2019/9782684

Wilson, D. B. (2011). Microbial diversity of cellulose hydrolysis. Current Opinion in Microbiology, 14(3), 259–263. doi:10.1016/j.mib.2011.04.004

Zhang, T., Wei, S., Liu, Y., Cheng, C., Ma, J., Yue, L., Gao, Y., Cheng, Y., Ren, Y., Su, S., Zhao, X., & Lu, Z. (2023). Screening and genome wide analysis of lignocellulose degrading bacteria from humic soil. Frontiers in Microbiology, 14, 1167293. doi: 10.3389/fmicb.2023.1167293

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Publicado

2026-01-17

Edição

Seção

Ciências Agrárias e Biológicas

Como Citar

Identificação e potencial biotecnológico de rizobactérias produtoras de celulases da rizosfera amazônica. Research, Society and Development, [S. l.], v. 15, n. 1, p. e3315150531, 2026. DOI: 10.33448/rsd-v15i1.50531. Disponível em: https://rsdjournal.org/rsd/article/view/50531. Acesso em: 23 jan. 2026.