Biodiversidade microbiana e prospecção metagenômica em amostras de tratamentos de resíduos pecuários

Orientadora: Prof.ª Dr.ª Leda Satie ChubatsuTese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Bioquímica. Defesa : Curitiba, 31/07/2018Inclui referênciasResumo: Dada a dimensão da indústria pecuária de aves e suínos no Brasil, é fundamental destinar os resíduos produzidos pela mesma de forma adequada. Uma das formas de tratamento é através da compostagem do material. De forma tradicional em pilha ou em rotoacelerador, a compostagem é um processo realizado principalmente por microrganismos transformando a matéria orgânica em composto nutriente útil como adubo. Para este trabalho, foram analisadas amostras de compostagem de 5 granjas comerciais, através da extração e sequenciamento do DNA metagenômico para análise de biodiversidade por amplificação do gene 16S rDNA ou do DNA total por sequenciamento "shotgun", ambos utilizando a plataforma Illumina MiSeq. Constatouse que o filo Firmicutes foi o mais abundante em todas as amostras, seguido de Actinobacteria, Proteobacteria e Bacteroidetes. O gênero Nasocomiicoccus foi encontrado associado às amostras que continham resíduos de frango enquanto o gênero Bacillus às amostras de resíduos de suínos. Quando comparadas as amostras tratadas em pilha tradicional e em rotoacelerador não foi encontrada diferença significativa na estrutura microbiológica, concluindo que tratando os resíduos em equipamento acelerado, uma vez que o processo de compostagem acontece de forma mais rápida e limpa, trazendo vantagens para as granjas comerciais dessa indústria crescente. Outra parte deste trabalho envolveu a identificação de uma nova enzima com potencial aplicação biotecnológica através do sequenciamento de bibliotecas metagenômicas construídas a partir de amostras de uma lagoa de descarte de indústria agropecuária. Nesta etapa a lipase Lip720E foi identificada por análise in silico, expressa em Escherichia coli e testada para atividade lipase com diferentes substratos de ácidos graxos. Esta análise permitiu comparar a estratégia de identificação por análise baseada na função de outra lipase apresentada na mesma biblioteca. Palavras-chave: compostagem, biodiversidade bacteriana, lipases bacterianas, metagenômica.Abstract: Due to the relevance of the poultry and swine husbandry industry in Brazil, proper waste destination gains importance. One of the possible treatments is composting, and it can be carried out using a traditional static pile or a roto-accelerator. This process is performed mainly by microorganisms transforming organic matter in nutrient compost for crops. In this work, composting samples of 5 commercial farms were analyzed by extracting and sequencing metagenomic DNA using the 16S rRNA biodiversity approach or the whole DNA sequencing by "shotgun", both using the Illumina MiSeq platform. Phylum Firmicutes was found as the most abundant one in all samples, followed by Actinobacteria, Proteobacteria and Bacteroidetes. Genus Nasocomiicoccus was found associated with poultry waste samples and Bacillus genus with swine waste samples. When compared samples treated in traditional pile with those from rotoaccelerator no difference in microbial structure was found, concluding that treatment in accelerated equipment may represent an advantage for a faster and cleaner composting process in a growing number of commercial farms. This work also included the identification of a new enzyme with potential biotechnological application through the sequencing of metagenomic libraries from samples of a waste lagoon of husbandry industry. In this section the lipase Lip720 was identified by in silico analyses, expressed in Escherichia coli and tested for lipase activity with different substrates for fatty acids. This analysis allowed comparison of identification strategy function based with another lipase from the same library. Key-words: composting, bacterial biodiversity, bacterial lipase, metagenomics.Resumen: Dada la dimensión de la industria pecuaria de aves y cerdos en Brasil, es fundamental dar un destino adecuado a sus residuos producidos. Una de las formas de tratamiento es a través del compostaje, que puede ser de forma tradicional en pila estática o en rotoacelerador. Este proceso es realizado principalmente por microorganismos transformando la materia orgánica en compost útil para cultivos. En este trabajo, fueron analizadas muestras de compostaje de 5 granjas comerciales a través de la extracción y secuenciamiento de ADN metagenómico para análise de biodiversidad por amplificación del gen 16S ADNr o del ADN total por secuenciamiento "shotgun", ambos utilizando la plataforma Illumina MiSeq. Se encontró que el phylum Firmicutes fue el más abundante en todas las muestras, seguido de Actinobacteria, Proteobacteria y Bacteroidetes. Se encontró que el género Nasocomiicoccus estaba asociado a muestras de residuos de aves, mientras que el género Bacillus a muestras de residuos porcinos. Al comparar muestras tratadas en pila tradicional y en rotoacelerador, no se encontró diferencia en la composición microbiana, permitiendo concluir que el tratamiento en equipamento acelerado tiene más ventajas para el número creciente de granjas comerciales al ser un proceso más rápido y limpio. Otra parte de este trabajo implicó la identificación de una nueva enzima con potencial aplicación biotecnológica a través del secuenciamiento de bibliotecas metagenómicas construidas a partir de muestras de una laguna de descartes de industria agropecuaria. En esta etapa se identificó la lipasa Lip720E por análisis in silico, se expresó en Escherichia coli y se analizó para actividad lipasa con diferentes sustratos de ácidos grasos. Este análisis permitió comprar la estrategia de identificación por análisis basado en la función de otra lipasa contenida en la misma biblioteca. Palabras claves: compostaje, biodiversidad bacteriana, lipasas bacterianas, metagenómica