Novas abordagens para aumentar a sobrevivência e eficiência de cepas de Bacillus solubilizadoras de fosfato
| dc.contributor.advisor-co1 | Badino, Alberto Colli | |
| dc.contributor.advisor-co1Lattes | http://lattes.cnpq.br/6244428434217018 | por |
| dc.contributor.advisor-co1orcid | https://orcid.org/0000-0001-8350-9846 | por |
| dc.contributor.advisor1 | Farinas, Cristiane Sanchez | |
| dc.contributor.advisor1Lattes | http://lattes.cnpq.br/9933650905615452 | por |
| dc.contributor.advisor1orcid | https://orcid.org/0000-0002-9985-190X | por |
| dc.contributor.author | Velloso, Camila Cristina Vieira | |
| dc.contributor.authorlattes | http://lattes.cnpq.br/1141170891615232 | por |
| dc.contributor.authororcid | https://orcid.org/0000-0002-5994-9726 | por |
| dc.date.accessioned | 2024-07-15T17:52:24Z | |
| dc.date.available | 2024-07-15T17:52:24Z | |
| dc.date.issued | 2024-04-12 | |
| dc.description.abstract | NEW APPROACHES TO INCREASE THE SURVIVAL AND EFFICIENCY OF PHOSPHATE- SOLUBILIZING BACILLUS STRAINS. In a context where global population growth and the exacerbated impacts of climate change pose critical challenges to food security and environmental sustainability, the adoption of sustainable agricultural practices emerges as an urgent necessity. In this scenario, species of the genus Bacillus, notable for their resilience and ability to promote plant growth through, for example, the solubilization of nutrients such as phosphorus, are explored as microbial inoculants, due to their potential to increase agricultural productivity. However, the variability of environmental conditions highlights challenges regarding the survival and efficiency of these inoculants, demanding strategic innovations. This research proposes an integrated methodology aiming to enhance the survival and efficacy of phosphorus-solubilizing Bacillus strains, thus establishing a sustainable and ecologically responsible alternative to conventional chemical fertilizers. This approach was outlined through three strategic axes: 1) optimizing cultivation conditions to increase the microorganisms' resistance to environmental stresses; 2) encapsulation in biopolymeric matrices to ensure controlled release and protection of the inoculants; 3) the application of Laboratory Adaptive Evolution (ALE) to select strains with improved salinity and drought resistance and growth-promoting capabilities. Adjustments in the cultivation process parameters, such as pH and temperature, along with production scale, resulted in a significant increase in the production of resistant microbial spores, reaching a concentration of 1.31·1012 CFU/mL in a bubble column bioreactor, with a sporulation efficiency of 100%, heat resistance of 78.4%, and an energy efficiency 4.83·1010 CFU/J. The encapsulation technique, employing starch-based biopolymeric matrices with additives like maltodextrin, cellulose, and bentonite, demonstrated protection of the inoculants against environmental stressors, such as UV and extreme temperatures. Different release profiles were observed among the modified films, with variations in initial and prolonged release rates, demonstrating the influence of material properties on the diffusion of microorganisms. While the addition of maltodextrin accelerated the release of microorganisms, cellulose and bentonite increased retention and allowed for gradual release. The application of ALE resulted in the development of Bacillus strains with greater tolerance to saline and water stress, capable of solubilizing phosphorus, producing exopolysaccharides, and forming biofilms. This research offers a significant contribution to the advancement of sustainable agricultural practices by improving the viability and functionality of microbial inoculants, representing an alternative in the face of contemporary challenges of food security and environmental sustainability. | eng |
| dc.description.resumo | NOVAS ABORDAGENS PARA AUMENTAR A SOBREVIVÊNCIA E EFICIÊNCIA DE CEPAS DE BACILLUS SOLUBILIZADORAS DE FOSFATO. Em um contexto em que o crescimento populacional global e os impactos exacerbados das mudanças climáticas impõem desafios críticos à segurança alimentar e à sustentabilidade ambiental, a adoção de práticas agrícolas sustentáveis surge como uma necessidade premente. Nesse cenário, as espécies do gênero Bacillus, notáveis por sua resiliência e capacidade de promover o crescimento vegetal através, por exemplo, da solubilização de nutrientes como o fósforo, são exploradas como inoculantes microbianos, devido ao seu potencial em aumentar a produtividade agrícola. Entretanto, a variabilidade das condições ambientais destaca desafios quanto à sobrevivência e eficiência desses inoculantes, demandando inovações estratégicas. A presente pesquisa propõe uma metodologia integrada visando potencializar a sobrevivência e a eficácia de cepas de Bacillus solubilizadoras de fósforo, estabelecendo assim, uma alternativa sustentável e ecologicamente responsável aos fertilizantes químicos convencionais. Esta abordagem foi delineada através de três eixos estratégicos: 1) a otimização das condições de cultivo para aumentar a resistência dos microrganismos a estresses ambientais; 2) a encapsulação em matrizes biopoliméricas para assegurar a liberação controlada e a proteção dos inoculantes; 3) a aplicação da técnica de Evolução Adaptativa de Laboratório (ALE) para selecionar cepas resistentes à salinidade e seca, com capacidades promotoras de crescimento melhoradas. Ajustes nos parâmetros do processo de cultivo, como pH e temperatura, juntamente com a escala de produção, resultaram em um aumento significativo na produção de esporos microbianos resistentes, atingindo uma concentração de 1.31·1012 UFC/mL em um biorreator de coluna de bolhas, com uma eficiência de esporulação de 100%, resistência ao calor de 78.4%, e uma eficiência energética de 4.83·1010 UFC/J. A técnica de encapsulação, empregando matrizes biopoliméricas baseadas em amido com aditivos como maltodextrina, celulose e bentonita, demonstrou proteger os inoculantes contra estressores ambientais, tais como UV e temperaturas extremas. Diferentes perfis de liberação foram observados entre os filmes modificados, com variações nas taxas de liberação inicial e prolongada, demonstrando a influência das propriedades dos materiais na difusão dos microrganismos. Enquanto a adição de maltodextrina acelerou a liberação de microrganismos, a celulose e a bentonita aumentaram a retenção e permitiram uma liberação gradual. A aplicação de ALE resultou no desenvolvimento de cepas de Bacillus com maior tolerância ao estresse salino e à hídrico, capazes de solubilizar fósforo, produzir exopolissacarídeos e formar biofilmes. Esta pesquisa oferece uma contribuição significativa para o avanço de práticas agrícolas sustentáveis, ao melhorar a viabilidade e a funcionalidade de inoculantes microbianos, representando uma alternativa frente aos desafios contemporâneos de segurança alimentar e sustentabilidade ambiental. | por |
| dc.description.sponsorship | Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) | por |
| dc.description.sponsorship | Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) | por |
| dc.description.sponsorshipId | Processo 88887.498022/2020- 00, Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) | por |
| dc.description.sponsorshipId | Processo 200306/2022-7, Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) | por |
| dc.identifier.citation | VELLOSO, Camila Cristina Vieira. Novas abordagens para aumentar a sobrevivência e eficiência de cepas de Bacillus solubilizadoras de fosfato. 2024. Tese (Doutorado em Engenharia Química) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2024. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/19970. | por |
| dc.identifier.uri | https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/19970 | |
| dc.language.iso | eng | por |
| dc.publisher | Universidade Federal de São Carlos | por |
| dc.publisher.address | Campus São Carlos | por |
| dc.publisher.initials | UFSCar | por |
| dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química - PPGEQ | por |
| dc.rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil | * |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/ | * |
| dc.subject | Engenharia de bioprocessos | por |
| dc.subject | Esporos de Bacillus resistentes ao calor | por |
| dc.subject | Eficiência de esporulação | por |
| dc.subject | Inoculante microbiano | por |
| dc.subject | Filmes à base de amido | por |
| dc.subject | Encapsulamento | por |
| dc.subject | Liberação controlada | por |
| dc.subject | Proteção contra estresses abióticos | por |
| dc.subject | Evolução adaptativa de laboratório | por |
| dc.subject | Agricultura sustentável | por |
| dc.subject | Bioprocess engineering | eng |
| dc.subject | Bacillus spore heat-resistance | eng |
| dc.subject | Sporulation efficiency | eng |
| dc.subject | Microbial inoculant | eng |
| dc.subject | Starch-based films | eng |
| dc.subject | Encapsulation | eng |
| dc.subject | Controlled-release | eng |
| dc.subject | Protection against abiotic stresses | eng |
| dc.subject | Adaptive laboratory evolution | eng |
| dc.subject | Sustainable agriculture | eng |
| dc.subject.cnpq | ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS INDUSTRIAIS DE ENGENHARIA QUIMICA | por |
| dc.subject.cnpq | ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA | por |
| dc.title | Novas abordagens para aumentar a sobrevivência e eficiência de cepas de Bacillus solubilizadoras de fosfato | por |
| dc.title.alternative | New approaches to increase the survival and efficiency of phosphate-solubilizing Bacillus strains | eng |
| dc.type | Tese | por |
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