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Apr 04, 2023

Avaliação da síntese de polihidroxialcanoato (PHA) por Pichia sp. Levedura TSLS24 isolada no Vietnã

Relatórios Científicos volume 13,

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 3137 (2023) Citar este artigo

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Seguindo a crescente preocupação com as questões ambientais causadas por plásticos convencionais de base fóssil e esgotando os recursos de petróleo bruto, os polihidroxialcanoatos (PHAs) são de grande interesse pelos cientistas e pelo mercado de polímeros biodegradáveis ​​devido às suas excelentes propriedades, que incluem alta biodegradabilidade em várias condições e flexibilidade de processamento. Muitos microrganismos sintetizadores de polihidroxialcanoato, incluindo bactérias normais e halofílicas, bem como algas, foram investigados quanto ao seu desempenho na produção de polihidroxialcanoato. No entanto, até onde sabemos, ainda há estudos limitados sobre leveduras marinhas produtoras de PHAs. No presente estudo, uma cepa de levedura halofílica isolada da Ilha Spratly no Vietnã foi investigada quanto ao seu potencial na biossíntese de polihidroxialcanoato, crescendo a levedura em meio de ágar marinho Zobell (ZMA) contendo corante vermelho do Nilo. A cepa foi identificada por análise de 26S rDNA como Pichia kudriavzevii TSLS24 e registrada no banco de dados Genbank sob o código OL757724. A quantidade de polihidroxialcanoatos sintetizados foi quantificada medindo os materiais intracelulares (previsto como poli(3-hidroxibutirato) -PHB) pelo método gravimétrico e posteriormente confirmado por análises espectroscópicas de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) e ressonância magnética nuclear (RMN). Sob condições ótimas de crescimento de 35 °C e pH 7 com suplementação de glicose e extrato de levedura a 20 e 10 gL−1, a cepa isolada atingiu teor de poli(3-hidroxibutirato) e concentração de 43,4% e 1,8 gL−1 após 7 dias de cultivo. O poli(3-hidroxibutirato) produzido demonstrou excelente biodegradabilidade com taxa de degradação de 28% após 28 dias de incubação em água do mar.

Plásticos biodegradáveis ​​são produtos plásticos que podem ser degradados por organismos vivos como leveduras, fungos, bactérias, actinomicetos e outros sob certas condições ao serem liberados em ambientes naturais. Atualmente, a demanda por plásticos biodegradáveis ​​está aumentando devido à sua capacidade promissora de mitigar os problemas de poluição causados ​​por plásticos de petróleo convencionais. Portanto, muitos estudos sobre bioplásticos, incluindo ácido polilático (PLA) e polihidroxialcanoatos (PHAs), foram relatados. Entre vários tipos de bioplásticos, os PHAs podem ser biologicamente sintetizados e completamente degradados por microorganismos, mesmo em condições salinas, como na água do mar1. Além de sua biodegradabilidade e propriedades compostáveis, os PHAs têm um potencial promissor de produção em escala industrial, pois podem ser facilmente convertidos em diferentes formas com características desejadas devido à sua grande variabilidade em estrutura2. Eles demonstraram potencial promissor em aplicações médicas e produção de adesivos, filmes, produtos moldados, revestimentos de papel, embalagens, tecidos não tecidos e aditivos de desempenho3.

Na natureza, os PHAs são acumulados principalmente no interior dos microrganismos na forma de partículas insolúveis no citoplasma. Após o desequilíbrio de nutrientes devido ao excesso de fontes de carbono ou deficiência de fontes de nutrientes, como nitrogênio, fósforo, enxofre ou mesmo oxigênio, os PHAs com alto peso molecular (contendo 103–104 monômeros, 0,2–0,5 µm de tamanho e o número de partículas é de 5–13 partículas/célula) seria formado pelo sistema enzimático intracelular através da transferência de fonte de carbono4. Essas partículas insolúveis servem como estoque de carbono e reserva energética da célula, o que não influencia a pressão osmótica celular mesmo quando acumulada em altas concentrações1. Existem muitos estudos sobre vários tipos de bactérias produtoras de PHA, incluindo Pseudomonas, Bacillus, Alcaligenes, Azotobacter, Burkholderia, bem como bactérias halofílicas como Halomonas, Haloferix5,6.

As leveduras são hospedeiras potenciais para a produção de polímeros de PHA, pois podem utilizar substratos baratos como fontes de carbono e podem ser facilmente manipuladas geneticamente7. Além disso, eles também têm boa tolerância a altas concentrações de açúcares e ácidos orgânicos. Foi relatado que a levedura Saccharomyces cerevisiae, Yarrowia lipolytica e Pichia pastoris são capazes de sintetizar PHAs de cadeia curta (como poli(hidroxibutirato), PHB) e de cadeia média a partir da glicose5,6,8,9, 10. Além disso, também existem estudos sobre linhagens de leveduras geneticamente modificadas para a produção de PHA, incluindo Y. lipolytica11,12, S. cerevisiae13,14,15, Rhodotorula minuta RY411, Kebeckera spp.16 e P. pastoris17, embora os rendimentos sejam insatisfatória para produção em larga escala. Os micróbios podem acumular PHA em até 90% de seu peso celular seco e aumentar a produção de PHA, e as características podem ser alcançadas por modificações nos tipos de substratos, estratégias de alimentação, condições de cultivo e/ou manipulações genéticas18 No entanto, não há muitos estudos sobre PHAs produção por linhagens de leveduras selvagens, especialmente leveduras halofílicas10. Portanto, é necessário investigar o potencial de cepas de leveduras halofílicas isoladas do ambiente marinho como hiperprodutoras de PHAs.