Crisotila como suporte para Saccharomyces cerevisiae : origem fisico-quimica da preservação da vitalidade

Saccharomyces cerevisiae imobilizado em crisotila mostrou ser um excelente biocatalisador no processo de produção de etanol, aumentando o rendimento do processo em cerca de 26%, quando comparado às células livres. A levedura imobilizada mostrou maior resistência a variações de temperatura e atividade 1 ano após ter sido imobilizada. Para entender a natureza da interação entre a crisotila e o Saccharomyces cerevisiae, foram utilizadas técnicas de microscopia eletrônica de varredura (MEV) e transmissão (MET) e microscopia de varredura a laser confocal. Foram preparados sistemas crisatila/Saccharomyces cerevisiae na proporção de 19 de crisotila para 0,6g de células e armazenados em refrigerador. Foram preparados também sistemas utilizando crocidolita e crisotila lixiviada e outros microrganismos (fungos e bactérias). Os sistemas foram analisados imediatamente após o preparo e a cada 30 dias, até o período de 3 anos. A MEV mostrou que a levedura adere preferencialmente às fibrilas de crisotila. As fibrilas são moldadas às células, em função do tempo, resultando no enovelamento até o completo recobrimento da superfície da célula. Após 4 meses de armazenamento as células aderidas em crisotila mostraram um período de indução superior a 8h para iniciar a fermentação. Os sistemas armazenados por períodos longos (3 anos) mostraram células vivas, totalmente enoveladas. Os resultados de MET mostraram que as fibrilas estão aderidas apenas na camada externa da parede celular e não atravessam a parede celular, portanto não danificam sua estrutura. Não foram encontradas fibrilas no interior da célula. Fibrilas enoveladas foram observadas por MET como "novelos. individuais, bem preservados, embora as células não tenham sido fixadas quimicamente. Não foi observada degradação das fibrilas de crisotila aderida. A microscopia confocal mostrou, em tempo real, que as células em contato com a crisatila permanecem viáveis em maior proporção que as células livres. A crocidolita e a crisotila lixiviada aderem as leveduras, mas não se enovelam. Os fungos e bactérias também aderem à crisatila, mas somente os fungos são enovelados. Ensaios utilizando sílica tratada com glucan mostraram que a crisotila adere à silica, recobrindo toda sua superfície. O mecanismo proposto para interação se inicia com a rápida adesão, devido à interações eletrostáticas favoráveis entre o Saccharomyces cerevisiae e as fibrilas de crisatila. O enovelamento das fibrilas sobre a parede celular da levedura ocorre por interações tipo van der Waals entre a fibrila e os grupos funcionais dos polissacarídeos da parede celular, em especial os glucans. A flexibilidade da crisotila e a geometria do sistema (tamanho das células e das fibrilas) são responsáveis pelo enovelamento. As células enoveladas entram em estado de latência, no qual podem usar Mg para minimizar o estresse durante o armazenamento.Saccharomyces cerevisiae supported on Brazilian chrysotile has been described as an excellent biocatalyst for ethanol production, rendering an ethanol yield up to 26% higher than the free cells. The supported biocatalyst shows increased thermotolerance, and is active for at least one year. To understand the nature of the interaction between both materials, we used scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM) and confocal laser scanning microscopy. Yeast/chrysotile systems were prepared in the ratio 1g(chrysotile)/0,6g(cells), and stored in a refrigerator. For comparison, systems were also prepared using crocidolite and leached chrysotile, and some fungi and bacteria. Saccharomyces cerevisiae/chrysotile systems were analyzed immediately after prepared and at each 30 days, until 3 years. SEM showed that Saccharomyces cerevisiae adheres to the fibrils of chrysotile. Along the storage time, the fibrils were molded to the cells resulting in entrapment, until full cell surface coverage. After 4 months of storage, supported Saccharomyces cerevisiae showed an induction period of 8h until starting fermentation. Systems stored for long periods showed living cells totally entrapped. Adhered chrysotile fibrils did not penetrate the cell. TEM results showed that the fibrils are adhered only to the external celular wall layer, and that no damage is caused to the cell wall structure. No fibrils were ever found inside the cells. The entrapping fibrils could be observed as a distinctive, well preserved silk nest in preparations in which the cells were not fixed chemically. No degradation of the chrysotile adhered fibrils was observed. Confocal microscopy showed that the cells in contact with chrysotile remain viable, in quantities quite superior to the free cells. Crocidolite and leached chrysotile also adhered to the yeast cells, but did not entrap them. Bacteria and fungi also adhered to chrysotile. All fungi tested showed entrapment. Yeast extracted glucan was adsorbed onto silica, total surface coverage with chrysotile fibrils was observed. The following mechanism is proposed for the interaction. Fast adhesion due to favorable electrostatic interactions between the Saccharomyces cerevisiae and chrysotile fibrils is the initial step. Fibril entrapment of the cells depends on the formation of van der Waals type bonds with cell wall polysaccharides, especially glucans. Chrysotile flexibility and geometry of the systems (relative size of the cells and the fibrils) are responsible for the entrapment. Once entrapped, the cells enter in a latency stage, in which they may use Mg to mínimize storage stress