Biodiversidade de leveduras derivadas de ecossistemas Antárticos marinhos e terrestres e prospecção de lipases

O ambiente Antártico é caracterizado por condições ambientais restritivas de clima, hábitat e biogeografia. Os principais organismos adaptados a estas condições ambientais são os micro- organismos, em particular as leveduras, com potencial aplicação em diferentes processos biotecnológicos. Entre o arsenal enzimático dos fungos, estão as lipases (EC. 3.1.1.3), hidrolases que possuem ampla aplicação industrial devido a versatilidade em sua estrutura molecular e em suas propriedades catalíticas. Além disto, a diversidade microbiana neste ambiente econtra-se em estágio inicial de descoberta. Neste sentido, o objetivo deste estudo foi avaliar a diversidade de leveduras em amostras marinhas e terrestres do ambiente Antártico, bem como prospectar lipases que atuem em processos que requerem temperaturas baixas e moderadas. Para isto, os objetivos específicos foram: i) Identificar as leveduras recuperadas de diferentes amostras (marinhas e terrestres, coletadas durante a OPERANTAR XXVIII – março de 2010) do ambiente Antártico por meio de isolamento e cultivo; ii) Prospectar lipases produzidas a baixas e moderadas temperaturas pelas leveduras derivadas do ambiente Antártico; iii) Otimizar a produção de lipase produzida por Cryptococcus laurentii L59 e Leucosporidium scottii L117 (por meio do delineamento experimental); iv) Caracterizar o sobrenadante “extrato bruto” de lipase de L. scottii L117; v) Extrair por Sistema de Duas Fases Aquosas a lipase produzida por L. scottii L117; vi) Avaliar a diversidade de leveduras recuperadas de macroalgas e liquens do ambiente Antártico (coletadas durante a OPERANTAR XXXII – Dezembro de 2013). De acordo com os resultados obtidos, 97 leveduras foram recuperadas por semeadura em meio de cultura Extrato de Malte Ágar e Ágar Dextrose Batata (PDA) a partir de diferentes amostras coletadas na OPERANTAR XXVIII, das quais foram identificados 12 gêneros e 21 espécies. Este total foi submetido a triagem de lipase e 45 apresentaram atividade enzimática, sendo duas leveduras selecionadas para os ensaios de otimização da produção enzimática: Cryptococcus laurentii L59 e Leucosporidium scotti L117. A produção de lipase pelos isolados C. laurentii L59 e L. scottii L117 aumentou 6,2 vezes (0,143 para 0,887 U.mL-1) e 9 vezes (0,230 para 2,07 U.mL-1), respectivamente, após a condução do delineamento experimental. A lipase de L. scottii L117 foi avaliada por Sistema de Duas fases Aquosas e o sistema micelar utilizando o surfactante Triton X-114 foi o mais eficiente para purificação parcial desta enzima, sendo as condições de extração otimizadas com um aumento do coeficiente de partição de 0,75 para 7,7. A avaliação da diversidade das 405 leveduras recuperadas de macroalgas (n = 205) e liquens (n = 200) revelou a ocorrência de 24 táxons recuperados de macroalgas e 18 táxons de recuperados de liquens, sendo apenas cinco táxons comuns a estes dois substratos. A comunidade de leveduras recuperadas de macroalgas apresentou maior diversidade (Fisher-α) e riqueza de espécies (Margalef) quando comparada com a comunidade de leveduras recuperadas de liquens. Ademais, 6 táxons de leveduras recuperadas de liquens e 4 táxons de leveduras recuperadas de macroalgas apresentaram baixa similaridade de sequência quando comparada com espécies conhecidas, podendo assim serem espécies novas. Considerando que o ambiente Antártico é uma rica fonte de recursos genéticos com propriedades específicas (extremófilos), a coleção de leveduras obtidas no presente estudo poderá ser utilizada em estudos futuros que visem o entendimento de mecanismos de adaptação a baixas temperaturas; produção de compostos naturais para aplicação biotecnológica, bem como descrição de possíveis novas espécies desconhecidas para a ciência. 

The Antarctic continent is characterized by restrictive environmental conditions of climate, habitats and biogeography. The main organims adapted to the conditions of this environment are the micro-organims, in particular the yeasts, with potencial application in several biotechnological processes.Among the enzymatic arsenal of fungal strains we can found lipases (EC. 3.1.1.3), hydrolases whichhave wide industrial aplications because of the versatility in it molecular structure and their catalytic properties. Moreover, the microbial diversity in this enviroment is only in early stages of knowledge.In this sense, the objective of this study was to evaluate the diversity of yeasts in marine and terrestrial samples oft he Antarctic environments, as well as the propspecting of lipases that can act in proceses that require low and moderate temperatures. For this, the specific objectives were: i) to assess the taxonomic identity of yeasts from different samples (marine and terrestrial, collected during OPERANTARXXVIII)of the Antarctic continent based on isolation and cultivation; ii)to prospect lipase at low and moderate temperatures produced by yeasts derived from the Antarcticcontinent; iii) to optimize the lipase production by Cryptococcus laurentii L59 and Leucosporidiumscottii L117 (by experimental design); iv) to characterize the supernatant “brute extract” of lipase L.scottii L117; v) to extract the lipase produced by L. scottii L117; vi) to evaluate the diversity of yeastsisolated from lichens and seaweeds from Antarctic (collected during OPERANTAR XXXII). According to the results, 97 yeasts were recovered from different samples collected in OPERANTAR XXVIII (summer 2010), representing 21 different species. Among them, 45 showed lipase activity and twowere selected for the optimization of enzyme production: C. laurentii L59 and L. scotti L117. Lipaseproduction by L59 and L117 increased 6.2 fold (0.143 to 0.887 U.mL-1) and 9 fold (0.230 to 2.07 U.mL-1) respectively, after the application of experimental design. Extraction of L. scottii L117 lipase wasassessed by Aqueous Two-Phase System and the micellar system TX-114 was the most efficient for partial enzyme purification. The diversity evaluation of 405 isolates from sea weeds and lichens (collected in XXXII OPERANTAR, summer of 2013) revealed the occurrence of 24 taxa from macroalgae samples and 18 taxa from lichens samples, being only five substrates common to these two substrata. The communities of yeasts recovered from macroalgae showed greater diversity (Fisher-α) and species richness (Margalef) compared to the communities of yeasts recovered fromlichens. In addition, 6 taxa of yeasts recovered from lichens and 4 taxa of yeasts recovered from macroalgae showed low similarities in D1/D2 26S rDNA sequence with reported species possibly being putative new ‘‘species’’. Considering that the Antarctic environment is a rich source of genetic resources with specific properties (extremophiles), the yeast collection obtained in this study could be used in future studies aimed at understanding the mechanisms of adaptation to low temperatures; production of natural compounds for biotechnological applications, as well as description of possible new unknown species. 

Referência

DUARTE, Alysson Wagner Fernandes. Biodiversidade de leveduras derivadas de ecossistemas Antárticos marinhos e terrestres e prospecção de lipases. 2015. Tese (Doutorado em Biotecnologia) - Programa de Pós-Graduação Interunidades em Biotecnologia, Instituto de Pesquisas Tecnológicas, Instituto Butantan, Universidade de São Paulo, São Paulo, 2015.