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dc.contributor.authorSandri, Juliana Passamani
dc.date.accessioned2019-04-18T18:35:06Z
dc.date.available2019-04-18T18:35:06Z
dc.date.issued2019-02-22
dc.identifier.citationSANDRI, Juliana Passamani. Obtenção e caracterização de levedura recombinante com elevada tolerância a etanol por engenharia evolutiva. 2019. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2019. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/11274.*
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/11274
dc.description.abstractThe utilization of the hemicellulosic fraction of the biomass is important for the economic viability of the industrial production process for second generation bioethanol. Wild strains of Saccharomyces cerevisiae do not metabolize xylose, but there are recombinant strains of this yeast which are capable of efficiently assimilating this sugar under fermentative conditions are available. However, the implementation of an industrial process for the production of 2G ethanol using recombinant strains depends on the development of fermentation strategies suitable for obtaining ethanol at high concentrations from concentrated hemicellulose hydrolysates containing inhibitor compounds. The objective of this study was to use Evolutionary Engineering techniques to adapt the genetically modified strain of S. cerevisiae MDS 130, under fermentative conditions, to a culture medium containing detoxified hemicellulose (DH) hydrolysate and ethanol concentrations higher than 50 g.L-1. The chosen experimental strategy comprised 3 mains steps. In Step 1, the parental lineage was characterized in relation to its tolerance towards ethanol and inhibitors. In Step 2, the Adaptive Evolution experiments were performed using the methodology of successive transfers to media gradually enriched with ethanol and DH. In Step 3, the characterization of the evolved strain was performed in experiments which were similar to those carried out in Step 1. The experiments were followed by the loss of mass associated with CO2 release. The suspension obtained at the end of each fermentation was characterized in terms of optical density (600 nm) and cell viability. The concentrations of sugars and products present in the filtered samples were determined by high performance liquid chromatography. The results of characterization of the MDS 130 parent strain showed 60 and 50% reduction in ethanol productivity when it was cultured in DH formulated medium and in YPX medium (yeast extract, peptone and xylose) supplemented with 40 g.L-1 of ethanol, respectively. After 4 months and 200 generations, the Adaptive Evolution experiments were completed. The obtained evolved population presented better tolerance to ethanol and inhibitors, maintaining final viability of 80% in media formulated with DH only and containing up to 70 g.L-1 of ethanol. In the characterization experiments, evolved cells showed superior performance in all evaluated aspects. Values of yield, productivity and viability of 0.42 g.g-1; 0.11 g.L-1.h-1 e 90%, respectively, were achieved in cultivation using YPX medium supplemented with 60 g.L-1 of initial ethanol OD600 of 0.1. For initial OD600 3 a productivity as high as 3.18 g.L-1.h-1 from xylose 120 g.L-1, which corresponds to 3-fold the value observed with the parental strain at the same condition. The ethanol tolerance was accessed by incubating the suspensions of parental or evolved cells in the presence of 60 g.L-1. The evolved strain presented high viability up to 60 hours of incubation, while the parental strain suffered from intense viability loss after 20 hours. Thus, in addition to obtaining a strain that is more suitable for industrial fermentations, the present work contributed to the development of an Adaptive Evolution methodology that is easy to apply and follow, allowing the maintenance of fermentative conditions in each batch.eng
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)por
dc.description.sponsorshipFundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)por
dc.language.isoporpor
dc.publisherUniversidade Federal de São Carlospor
dc.rights.uriAcesso restritopor
dc.subjectLevedura recombinantepor
dc.subjectTolerância à etanolpor
dc.subjectHidrolisado de hemicelulosepor
dc.subjectEvolução adaptativapor
dc.subjectRecombinant yeasteng
dc.subjectEthanol toleranceeng
dc.subjectHemicellulose hydrolysateeng
dc.subjectAdaptive evolutioneng
dc.titleObtenção e caracterização de levedura recombinante com elevada tolerância a etanol por engenharia evolutivapor
dc.typeDissertaçãopor
dc.contributor.advisor1Zangirolami, Teresa Cristina
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/4546701843297248por
dc.description.resumoO aproveitamento da fração hemicelulósica da biomassa é importante para viabilizar economicamente a produção industrial de bioetanol de segunda geração (2G). Linhagens selvagens de Saccharomyces cerevisiae não metabolizam xilose, mas estão disponíveis linhagens recombinantes dessa levedura capazes de assimilar eficientemente esse açúcar em condições fermentativas. No entanto, a implementação de um processo industrial de produção de etanol 2G utilizando linhagens recombinantes depende do desenvolvimento de estratégias de fermentação adequadas para a obtenção de etanol em altas concentrações a partir de hidrolisados de hemicelulose concentrados, contendo compostos inibidores. O objetivo deste estudo foi utilizar técnicas de Engenharia Evolutiva para adaptar a linhagem geneticamente modificada da levedura S. cerevisiae MDS 130, em condições fermentativas, a meio de cultivo contendo hidrolisado de hemicelulose destoxificado (HD) e concentrações de etanol superiores a 50 g.L-1. A estratégia experimental adotada foi distribuída em 3 etapas principais. Na etapa 1, a linhagem parental foi avaliada em relação à tolerância ao etanol e aos inibidores. Na etapa 2, foram conduzidos os experimentos de Evolução Adaptativa, empregando-se a metodologia de transferências sucessivas para meios gradualmente enriquecidos com etanol e HD. Na etapa 3 fez-se a caracterização da linhagem evoluída, em experimentos similares aos da Etapa 1. Os experimentos foram acompanhados pela perda de massa associada à liberação de CO2. A suspensão obtida ao final de cada fermentação foi caracterizada em termos de densidade ótica (600 nm) e viabilidade. As concentrações de açúcares e produtos presentes nas amostras filtradas foram determinadas por cromatografia líquida de alta eficiência. A linhagem parental MDS 130 mostrou redução de 60 e 50 % na produtividade em etanol quando foi cultivada em meio formulado com HD e em YPX (extrato de levedura, peptona e xilose) suplementado com 40 g.L-1 de etanol, respectivamente. Após 4 meses e 200 gerações, os experimentos de Evolução Adaptativa foram concluídos. As linhagens mutantes obtidas apresentaram melhor tolerância ao etanol e aos inibidores, mantendo viabilidade final de 80 % em meios formulados apenas com HD e contendo até 70 g.L-1 de etanol. Nos experimentos de caracterização, as células evoluídas apresentaram desempenho superior à linhagem parental em todos os aspectos avaliados. Valores de rendimento, produtividade e viabilidade de 0,42 g.g-1; 0,11 g.L-1.h-1 e 90%, respectivamente, foram obtidos em cultivo em YPX suplementado com 60 g.L-1 de etanol (DO600 inicial de 0,1). Para DO600 inicial 3, foi alcançada produtividade de 3,18 g.L-1.h-1 em meio xilose 120 g.L-1, correspondendo ao triplo da observada com a linhagem parental na mesma condição. A tolerância ao etanol foi avaliada por meio da incubação de suspensões de células parentais ou evoluídas na presença de 60 g.L-1 de etanol. A linhagem evoluída apresentou alta viabilidade por até 60 horas de incubação, enquanto a linhagem parental sofreu elevada perda de viabilidade a partir de 20 horas de exposição. Desta forma, além da obtenção de uma linhagem mais apta para fermentações industriais, o presente trabalho contribuiu para o desenvolvimento de uma metodologia de Evolução Adaptativa de fácil aplicação e acompanhamento, que permite a manutenção de condições fermentativas em cada batelada.por
dc.publisher.initialsUFSCarpor
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Química - PPGEQpor
dc.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS INDUSTRIAIS DE ENGENHARIA QUIMICApor
dc.description.sponsorshipIdCAPES: Código de financiamento 001por
dc.description.sponsorshipIdFAPESP: 2016/10636-8por
dc.ufscar.embargo12 meses após a data da defesapor
dc.publisher.addressCâmpus São Carlospor
dc.contributor.authorlatteshttp://lattes.cnpq.br/1321022414321714por


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