Tese de Doutoramento em Ciências Veterinárias na especialidade Produção Animal The biodegradation of plant cell wall (PCW) carbohydrates is performed by microbial enzymes that are generally referred to as CAZymes. In animal nutrition, it is now well established that the monogastric animals produce a limited repertoire of CAZymes and as such cannot use efficiently some dietary ingredients that sometimes display antinutritional properties. The dietary supplementation with exogenous CAZymes improves the nutritive value of diets and increases animal’s performance. In particular, this study demonstrated that 1,3-1,4-β-glucanases and not cellulases improve the nutritive value of β-glucan-containing diets for monogastric animals. In addition, it was revealed that exogenous enzyme supplementation with β-xylanases improved the nutritive value of diets incorporating wheat lots with high viscosity and low endogenous endo-1,4-β-xylanase activity. In contrast, when the wheat lot showed lower viscosity and higher levels of endogenous endo-1,4-β-xylanase activity, broiler response was clearly diminished. Moreover, the data revealed that xylo-oligosaccharides released by xylanases acting on cereal arabinoxylans display a pre-biotic and positive effect in broiler chicks. However, although we observe an exponential accumulation of genomic and metagenomic information, knowledge on CAZYmes with potential to be used in animal nutrition is limited. This work also aimed to develop high-throughput (HTP) methodologies to isolate and characterize potentially important enzymes for animal nutrition. Thus, 1476 recombinant enzymes were selected and produced recombinantly. The data revealed that 79% of recombinant proteins were produced in the soluble form in Escherichia coli. Factors, such as, organism of origin, gene production strategy, fusion with solubility tags, protein molecular weight and amino acids composition of primary sequences may be used to justify and predict levels of solubility. The establishment of a high-throughput pipeline for recombinant enzyme production was used to obtain a library of feruloyl esterases (FAEs) and glucuronoyl esterases (GEs), enzymes which remove the side chains and break crosslinks between hemicellulosic carbohydrates and lignin. Thus 480 putative FAEs and 20 GEs were produced and biochemically characterized. Following gene isolation, 372 FAEs and 11 GEs were produced in a soluble form in E. coli. Activity results showed that 50% of the enzymes produced retained significant levels of activity and stability. The library of innovative FAEs and GEs produced during this project will be used to develop a novel generation of enzymes for animal nutrition, in particular to exploit the release of cellulose and hemicellulose from lignin. RESUMO - Na natureza, a biodegradação dos hidratos de carbono da parede celular vegetal é realizada por enzimas microbianas, geralmente conhecidas como CAZymes. Os animais monogástricos produzem um reportório limitado de enzimas para degradação destes hidratos de carbono, não conseguindo usar eficientemente alguns ingredientes da dieta, que muitas vezes manifestam propriedades anti nutritivas. Assim, é sabido que a suplementação com CAZymes exógenas melhora o valor nutritivo das dietas e aumenta o desempenho produtivo dos animais. Este trabalho revelou que as enzimas mais apropriadas para suplementar dietas ricas em 1,3-1,4-β-glucanos são as 1,3-1,4-β-glucanases e não as celulases. Além disso, verificou-se que a suplementação com β-xilanases melhorou o valor nutritivo de dietas que continham variedades de trigo com maior viscosidade e menor atividade endógena de endo-1,4-β-xilanase. Em oposição, quando o lote de trigo apresentou menor viscosidade e maiores níveis de atividade endógena de endo-1,4-β-xilanase, a resposta dos animais à adição das enzimas foi menor. Este trabalho mostra, igualmente, que os xilo-oligossacarídeos, resultantes da degradação de arabinoxilanos por xilanases exógenas, possuem uma ação pré-biótica na alimentação de frangos, promovendo a melhoria do desempenho zootécnico. Contudo, apesar de estarem descritas uma grande diversidade CAZymes, poucas são as estudadas com potencial para serem usadas em alimentação animal. Portanto, este trabalho pretendeu, também, desenvolver metodologias para isolar e caracterizar enzimas potencialmente importantes em larga escala. Foram selecionadas, produzidas e expressas na forma recombinante 1476 CAZymes. Os dados revelaram que 79% das proteínas recombinantes foram produzidas na forma solúvel em Escherichia coli. Verificou-se, ainda, que fatores como o organismo de origem, a estratégia de produção, a fusão com marcadores de solubilidade, o peso molecular da proteína e composição de aminoácidos das sequências primárias, parecem justificar os resultados da solubilidade. Estes ensinamentos foram utilizados para produzir enzimas, tais como ferulolil esterases (FAEs) e glucuronil esterases (GEs), que removem as cadeias laterais e quebram as ligações cruzadas entre hidratos de carbono hemicelulósicos e a lenhina. Assim sendo, foram selecionadas 480 FAEs e 20 GEs para produção recombinante e caracterização bioquímica. Cerca de 372 FAEs e 11 GEs foram produzidos em forma solúvel em E. coli e aproximadamente 50% das enzimas produzidas mantiveram níveis significativos de atividade e estabilidade. Com isto, foi possível identificar e produzir um número significativo de FAEs e GEs com potencial para alimentação animal, em especial as que libertam celulose e hemicelulose da lenhina. N/A