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Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Departamento de Biologia Celular, Instituto de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Biologia Molecular, 2018. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES). Nesta tese foram feitos estudos mais aprofundados de enzimas produzidas pelo fungo Aspergillus tamarii em diferentes contextos de degradação de biomassa lignocelulósica. O primeiro trabalho avaliou a influência de condições de cultivo na ação de celulases e xilanases e demonstrou que ferramentas estatísticas (CCD e CCRD) são necessárias para avaliar o comportamento da enzima em diferentes condições. Os resultados demonstraram que utilização de triptona como fonte de nitrogênio inibiu fortemente a atividade das celulases, enquanto aumentou das xilanases. Além disso, a suplementação com CuSO4 aumentou a atividade de todas as enzimas. Sugere-se que influência dos componentens do meio de culturam devem ser considerados ao fazer um planjamento de coquetel enzimático de fungo. O segundo trabalho avaliou os parâmetros termodinâmicos de uma xilanase pura de baixa massa molecular (22 kDa) de A. tamarii ativa em ácido ferúlico. Após análise de molecular docking de uma xilanase de A. niger com ácido ferúlico, identificou-se que o possível sítio de ligação do ácido ferúlico é no sítio catalítico da enzima. Baseado nisso, foi feita uma avaliação dos parâmetros termodinâmicos de ligação do ácido ferúlico na xilanase de A. tamarii e demonstrou-se que há uma mudança conformacional da enzima na presença do ácido ferúlico, que influencia no encaixe do substrato no sítio catalítico, e dessa forma a enzima se torna ativa ou tolerante. Por fim, dois genes de LPMOs da família AA9 foram clonadas e expressas em Pichia pastoris da linhagem PichiaPink™. As enzimas foram expressas apenas com seus domínios catalíticos. As duas AA9, nomeadas AtAA9.1_SD e AtAA9.2_SD, foram caracterizadas em função da regioseletividade e especificidade ao substrato. AtAA9.1_SD é uma AA9 com oxidação na posição C4 que possui atividade em celulose (PASC), celopentose, xiloglucana e possivelmente xilana e liquenana. AtAA9.2_SD é uma AA9 com oxidação na posição C1/C4 e que possui atividade em celulose (PASC), xiloglucana e possivelmente xilana. Utilizando o fungo A. tamarii como objeto de estudo, mostrou-se que ele possui potencial na aplicação da degradação da biomassa por possuir enzimas com características únicas. This thesis discusses in-deep studies from enzymes produced by Aspergillus tamari in different contexts of lignocellulose biomass degradation. The first part of this work evaluated the influence of different conditions in cellulase and xylanase activity. Statistic tools (CCD and CCRD) demonstrated their importance to evaluate the behavior of these enzymes in different conditions. The results showed that the use of tryptone as a nitrogen source inhibited cellulase activity while activated xylanase activity. Supplementation with CuSO4 increased activity of both enzymes. The influence of culture medium composition in the enzymatic activity might be considered when designing enzymatic cocktail from fungi. The second part of this work evaluated thermodynamic parameters of a pure low molecular-weight xylanase (22 kDa) from A. tamarii that was active in the presence of ferulic acid. Molecular docking of a xylanase from A. niger with ferulic acid displayed that most probably the ligand interacts with the catalytic site of the enzyme. Based on this, thermodynamic parameters of the xylanase from A. tamarii with ferulic acid were assessed. The results indicated that there was a conformational change of the enzyme in the presence of ferulic acid, and this influenced the fitting of the substrate in the catalytic site, making the enzyme active in or tolerante to the presence of ferulic acid. The last part of this work studied two AA9 LPMOs from A. tamarii. They were cloned and expressed in PichiaPink™. These two enzymes were expressed in a truncated version, with only the catalytic domain, because the vector could not express the proteins’s full length. They were named AtAA9.1_SD and AtAA9.2_SD and were characterized based on their regioselectivity and specificity to substrate. AtAA9.1_SD is a C4-oxidizer with activity in cellulose (PASC), cellopentaose, xyloglucan and probably xylan and lichenan. AtAA9.2_SD is a C1/C4-oxidizer with activity in cellulose (PASC), xyloglucan and probably xylan. This thesis showed that A. tamarii has potential in biomass degradation mainly due to its enzymes with exclusive features.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Departamento de Biologia Celular, 2014. No presente estudo, multi-formas de xilanases, produzidas pelo fungo A. oryzae crescido em quatro resíduos têxteis – piolho de algodão limpo tratado e não tratado, e pó de filtro tratado e não tratado - foram purificadas e caracterizadas. A curva de indução enzimática do fungo nos resíduos indicou alta atividade xilanolítica a partir do segundo dia, mantendo-se constante ao longo de 14 dias. A suplementação com sulfato de amônio como fonte de nitrogênio, e utilização dos resíduos pré-tratados, aumentou a atividade das xilanases. Como os ultrafiltrados apresentaram maior atividade específica xilanolítica, deu-se continuidade com a purificação a partir destas frações. A xilanase xyl-1 foi purificada em apenas uma etapa cromatográfica, identificada por espectrometria de massa como endo-β-1,4-xilanase de tamanho 35,55 kDa. As outras xilanases foram parcialmente purificadas em uma etapa cromatográfica e por SDS-PAGE apresentaram massa molecular estimada entre 35 kDa e 22 kDa. O espalhamento de luz dinâmico (ELD) se apresentou como uma ferramenta eficaz em avaliar o grau de pureza das amostras, a presença de agregações e tamanho das enzimas. Como as leituras de ELD mostraram agregações enzimáticas, foi adicionado Tween-80 0,1%, que foi eficaz em desagregar as xilanases, além de não influenciar na atividade enzimática. Xyl-1 apresentou atividade catalítica máxima em pH 6,0, 50ºC, retendo 50% de sua atividade enzimática na faixa de pH 3,5-9,0. Xyl-1 também obteve maior afinidade ao substrato (fração solúvel de xilana de aveia) em comparação às outras estudadas (KM 4,45 mg/mL; VMáx 0,240 UI/mL). Além disso, as xilanases foram incubadas na presença de inibidores fenólicos provenientes da lignina e apresentaram ativação no lugar da inibição. E na presença do licor de auto-hidrólise de sabugo de milho também apresentaram ativação. Os resultados indicam que essas multi-formas de xilanase de A. oryzae possuem potencial para várias aplicações biotecnológicas. __________________________________________________________________________________ ABSTRACT In this study, multiple-forms of xylanases produced by A. oryzae when grown in four textile wastes were purified and characterized. Wastes comprised–pre treated and untreated clean cotton and filter dust. The fungus displayed high amounts of xylanolytic activity from the second day onward, remaining constant up to 14 days. Growth media supplemented with ammonium sulfate as nitrogen source and with pre-treated residues increased the xylanase activity. Xylanase xyl-1 was purified in a single chromatographic step and identified as endo-β-1,4-xylanase by mass spectrometry with a molecular mass of 35.55 kDa. Other xylanases were partially purified in one chromatographic step. Based on zymograme, xyl-8 and xyl-9 presented a molecular mass of 35 kDa whilst xyl-6, xyl-7, xyl-9 and xyl-11 presented a mass of 22 kDa. Dynamic light scattering (DLS) was effective in evaluating the degree of purity of the samples, the presence of aggregations and size of the enzymes. As DLS showed enzyme aggregates, Tween-80 0.1% was added, which proved to be an efficient disintegrator agent and did not influence enzyme activity. Xyl-1 presented the highest catalytic activity at pH 6.0, 50°C, and retaining 50% of its enzymatic activity at pH 3,5-9,0. Xyl-1 also showed higher affinity to the substrate (soluble fraction of xylan oatspelt) compared to the others (KM 4,45 mg/mL; VMáx 0,240 UI/mL). Furthermore, the xylanases were incubated with phenolic inhibitors from lignin and displayed activation. The presence of an auto-hydrolysis liquor of corncob also showed activation. These findings indicate that multiple-forms of xylanases from A. oryzae offer potential in different biotechnological applications.