Aislamiento enzimático de protoplastos a partir del mesófilo de vitroplantas de Gynerium sagittatum Aubl. Beauv. cv. "Criolla"

Gynerium sagittatum es una gramínea ampliamente utilizada en la costa Caribe colombiana como fuente de fibra natural para la elaboración de artesanías, particularmente por la comunidad Zenú. En la presente investigación se evaluó el efecto de diferentes concentraciones de enzimas: celulasa y macerozima a diferentes tiempos de incubación y sus interacciones en el aislamiento de protoplastos. Los protoplastos se obtuvieron del mesófilo foliar de vitroplantas de G. sagittatum expuesto a combinaciones enzimáticas de celulasa (1.5 y 2.0%), con macerozima (0.3, 0.6 y 0.9%), durante 3, 6 y 9 horas de incubación, para un total de 18 tratamientos con 5 réplicas cada uno. Los mayores números de protoplastos aislados correspondieron a T18 (2.0% celulasa, 0.9% macerozima), T12 (2.0% de celulasa, 0.3% macerozima), T3 (1.5% de celulasa, 0.3% de macerozima) y T6 (1.5% de celulasa, 0.6% de macerozima) por 9 horas de incubación cada uno, con valores de 88.625, 83.000, 75.000 y 53.375 protoplastos/mL respectivamente. El tiempo de incubación fue significativo en el aislamiento de los protoplastos (p<0.05). Las predicciones entre factores mostraron que una interacción de 2.0% de celulasa y 0.9% de macerozima permite obtener 44.302 protoplastos/mL, mientras que las interaciciones tiempo de incubación-celulasa y tiempo de incubación-macerozima mostraron que es posible obtener 72.073 y 71.212 protoplastos/mL con 2.0% de celulasa y 0.9% macerozima por 9 horas de incubación cada una respectivamente. Los resultados indican que la aplicación de estas enzimas permite obtener cantidades considerables de protoplastos de G. sagittatum a partir de explantes cultivados in vitro.

Gynerium sagittatum is a graminaceous plant widely used in the Caribbean coast of Colombia as a natural fiber source for the elaboration of handicrafts, particularly by the Zenú community. In the present investigation, the effect of different concentrations of cellulase and macerozyme enzymes at different incubation times and their interaction in the isolation of protoplasts was evaluated. Protoplasts were obtained from leaf mesophyll of G. sagittatum vitroplants exposed to enzymatic combinations of cellulase (1.5 and 2.0%), with macerozyme (0.3, 0.6 and 0.9%), for 3, 6 and 9 hours of incubation, for a total of 18 treatments with 5 replicates each. The highest numbers of isolated protoplasts corresponded to T18 (2.0% cellulase, 0.9% macerozyme), T12 (2.0% cellulase, 0.3% macerozyme), T3 (1.5% cellulase, 0.3% macerozyme) and T6 (1.5% cellulase, 0.6% macerozyme); at 9 hours incubation. The protoplast number for these treatments were: 88.625, 83.000, 75.000 and 53.375 protoplasts/mL respectively. Incubation time was significant in the isolation of protoplasts (p<0.05). The predictions between the factors showed that with an interaction of 2.0% cellulase and 0.9% macerozyme it is possible to obtain 44.302 protoplasts/mL, likewise, the incubation time-cellulase and incubation time-macerozyme interactions showed that it is possible to obtain 72.073 and 71.212 protoplasts/mL with 2.0% cellulase and 0.9% macerozyme for 9 hours of incubation respectively. The results indicate that the use of these enzymes and time, allows the isolation of of protoplasts from G. sagittatum in vitro plants.

Isolation of thermotolerant Bacillus subtilis DCH4 from Chancos hot spring (Carhuaz, Peru) with potential to degrade lignocellulosic agriculture wastes / Aislamiento de Bacillus subtilis DCH4 termotolerante de la fuente termal Chancos (Carhuaz, Perú) con potencial para degradar residuos lignocelulósicos agrícolas

Abstract It was isolated bacteria strains from three different types of samples: fresh water, in situ baits and ex situ enrichment. Serial dilutions were prepared and culture was carried at 50 °C using a Basal-Saline medium. Isolated strains were screened for endoglucanase and xylanase activities with qualitative (Congo Red) and quantitative (DNS) methods. Molecular 16S rDNA sequencing analysis was performed for taxonomic identification. It was isolated 31 strains of which 14 showed hydrolytic activities and belonged to Bacillus subtilis and Bacillus licheniformis species. Moreover, the strain B. subtilis DCH4 showed the highest endoglucanase activity at 45°C and pH 5, and xylanase activity at 55°C and pH 6. Then, DCH4 was cultivated by submerged fermentation with two different media supplemented with sugar cane bagasse, wheat straw, or quinoa stalk to evaluate its saccharification capability. Likewise, it was screening its xylanase and cellulase genes employing specific primers; the amplicons obtained were sequenced, and analyzed. It was found that, enzymatic extracts of DCH4 prepared with cane bagasse or quinoa stalk media achieved the highest endoglucanase and xylanase activities. According to molecular analysis of genes involved in the hydrolytic process, the endoglucanase and xylanase activities exhibited by DCH4 could be attributed to a bifunctional cellulase conformed by endo-beta-1,4-glucanase (GH5) joined to cellulose binding domain 3 (CBM3), and an endo-1,4-beta-xylanase (GH11), respectively. Further transcriptomic experiments would be considered to accomplish optimization strategies for biofuel production from lignocellulosic biomass.

Resumen Se aislaron cepas de bacterias provenientes de tres tipos de muestras: agua fresca, cebos enriquecidos in situ y ex situ. Se prepararon diluciones seriadas y el cultivo fue a 50 °C usando un medio Salino-Basal. Las cepas aisladas fueron tamizadas para las actividades endoglucanasa y xilanasa con métodos cualitativos (Rojo Congo) y cuantitativos (DNS). Se usó el análisis molecular 16S rDNA para la identificación taxonómica. Se aislaron 31 cepas, de las cuales 14 mostraron actividades hidrolíticas y pertenecían a Bacillus subtilis y Bacillus licheniformis. Además, B. subtilis DCH4 mostró la mayor actividad endoglucanasa a 45 °C y pH 5, y xilanasa a 55 °C y pH 6. Entonces, DCH4 se cultivó por fermentación sumergida con dos medios diferentes suplementado con bagazo de caña de azúcar, paja de trigo o tallo de quinua para evaluar su capacidad de sacarificación. También, se exploraron los genes de xilanasa y celulasa mediante cebadores específicos; los amplicones obtenidos fueron secuenciados y analizados. Se encontró que los extractos enzimáticos de DCH4 preparados con bagazo de caña o tallos de quinua mostraron las actividades endoglucanasa y xilanasa más elevadas. De acuerdo a los análisis moleculares de los genes involucrados en el proceso hidrolítico, las actividades de endoglunacasa y xilanasa exhibidas por DCH4 podrían atribuirse a una celulasa bifuncional conformada por una endo-beta-1,4-glucanasa (GH5) unida al dominio celulosa 3 (CBM3), y una endo-1,4-beta-xilanasa (GH11), respectivamente. Posteriores experimentos transcriptómicos podrían ser considerados para lograr estrategias de optimización para la producción de biocombustibles a partir de biomasa lignocelulósica.

Cellulolytic and lipolytic fungi isolated from soil and leaf litter samples from the Cerrado (Brazilian Savanna) / Hongos celulolíticos y lipolíticos aislados a partir de muestras de suelo y de hojarasca del Cerrado (Sabana brasileña)

Abstract The Brazilian savanna, known as the Cerrado, is a biome with a high degree of endemism, with the potential to house many microorganisms suitable for biotechnological exploitation, especially fungi. The Cerrado soil, which is usually acidic, is a favorable environment for the growth of fungi capable of degrading lignocellulosic materials. The aim of the present study was to isolate cellulolytic filamentous fungi native to the Cerrado. Samples of soil and leaf litter were collected in three points of Cerrado State Park, located in the South of Brazil, during the rainy season in September 2014. Samples were stored in sterile plastic bags, transported at room temperature and kept at 4 ºC for three days. Filamentous fungi were isolated by successive inoculations in PDA (maintained at 30 ºC). Cellulase activity was tested in CMC (carboxymethyl cellulose) medium and lipase activity was assessed in medium containing phenol red and tween 20 (incubated at 37 °C), and in medium supplemented with Rhodamine B (kept at 30 °C). We isolated a total of 28 strains, 25 produced cellulase, detected with lugol in strains grown in CMC medium. The isolates were identified morphologically (color, form of growth) and by sequencing of the 18S rRNA region, with both techniques producing congruent results. One strain of Colletotrichum boninense and one strain of Trichoderma sp., both isolated from soil samples, presented the highest cellulolytic activity. All strains exhibited lipolytic activity, with enzyme production and activity influenced by temperature. The present study revealed new strains of known filamentous fungi that can be applied in biomass degradation. These strains are suitable for optimization of culture conditions, which could lead to the economic feasibility of the process. Rev. Biol. Trop. 66(1): 237-245. Epub 2018 March 01.

Resumen La sabana brasileña conocida como Cerrado, es un bioma con alto grado de endemismo con el potencial de albergar muchos microorganismos de alto interés biotecnológico. Los hongos producen muchas enzimas que se aplican ampliamente en procesos industriales. El suelo del Cerrado, que suele ser ácido, es un ambiente favorable para el crecimiento de hongos capaces de degradar materiales lignocelulósicos. El objetivo del presente estudio fue aislar los hongos celulolíticos filamentosos nativos del Cerrado. Muestras de suelo y de hojarasca fueron recolectadas en el Parque Estatal del Cerrado, ubicado en el sur de Brasil. De 28 cepas aisladas, 25 produjeron celulasa que fue detectada con lugol. Las cepas fueron cultivadas en medio CMC (carboximetilcelulosa). Los aislados fueron identificados morfológicamente (color, forma de crecimiento) y por secuenciación de la región 18S rRNA, produciendo resultados congruentes. Una cepa de Colletotrichum boninense y una cepa de Trichoderma sp., ambas aisladas de muestras de suelo, presentaron la mayor actividad celulolítica. Todas las cepas mostraron actividad lipolítica, la producción y la actividad se vieron influidos por la temperatura. El presente estudio revela nuevas cepas de hongos filamentosos conocidos con potencial de aplicación en la degradación de la biomasa, sin embargo, la optimización de las condiciones de cultivo es necesaria para lograr la viabilidad económica.

Detection of manganese peroxidase and other exoenzymes in four isolates of Geastrum (Geastrales) in pure culture.

Knowledge regarding the enzymatic machinery of fungi is decisive to understand their ecological role. The species of the genus Geastrum are known to grow extremely slowly in pure culture, which makes it difficult to evaluate physiological parameters such as enzyme activity. Qualitative assays were performed on isolates of four species of this genus, showing evidence of laccase, cellulase, pectinase, amylase and lipase activity and suggesting that a wide range of carbon sources can be exploited by these species. For the first time in this genus, quantitative assays verified manganese peroxidase activity (up to 0.6mU/g) in 30-day old cultures, as well as laccase, ß-glycosidase and ß-xylosidase activities.

Detección de manganeso peroxidasa y otras exoenzimas en 4 aislamientos de Geastrum (Geastrales) en cultivo puro / Detection of manganese peroxidase and other exoenzymes in four isolates of Geastrum (Geastrales) in pure culture

Knowledge regarding the enzymatic machinery of fungi is decisive to understand their ecological role. The species of the genus Geastrum are known to grow extremely slowly in pure culture, which makes it difficult to evaluate physiological parameters such as enzyme activity. Qualitative assays were performed on isolates of four species of this genus, showing evidence of laccase, cellulase, pectinase, amylase and lipase activity and suggesting that a wide range of carbon sources can be exploited by these species. For the first time in this genus, quantitative assays verified manganese peroxidase activity (up to 0.6 mU/g) in 30-day old cultures, as well as laccase, β-glycosidase and β-xylosidase activities.

El conocimiento de la maquinaria enzimática de un hongo es decisivo para entender su rol ecológico. Las especies del género Geastrum son conocidas por su crecimiento extremadamente lento en cultivos puros, lo que hace difícil la evaluación de parámetros fisiológicos como las actividades enzimáticas. Se realizaron ensayos cualitativos sobre aislamientos de 4 especies de este género, mostrando evidencias de actividades lacasa, celulasa, pectinasa, amilasa y lipasa, mostrando el amplio rango de fuentes de carbono que pueden ser explotadas por estas especies. Ensayos cuantitativos verificaron por primera vez en este género la actividad manganeso peroxidasa (hasta 0,6 mU/g) en cultivos de 30 días, así como también β-glucosidasa y β-xilosidasa.

Caracterización de enzimas hidrolíticas de Aspergillus ficuum producidas en fermentación sólida sobre torta de canola / Characterization of Aspergillus ficuum hydrolytic enzymes produced in solid state fermentation of cold-pressed canola cake

En el presente trabajo, se describe la caracterización respecto al pH y temperatura de extractos semipurificados mediante ultrafiltración escalonada de las enzimas fitasa, celulasa y xilanasa de Aspergillus ficuum cepa DSM 932 producidos en fermentación en estado sólido (en adelante SSF) y usando torta de canola como sustrato. La fitasa presentó un pH y una temperatura óptima de 5.0 y 60ºC respectivamente, en tanto que la celulasa presentó un pH óptimo de 7.0 con una temperatura óptima de 60°C y el extracto de xilanasa un pH óptimo de 5.4 y una temperatura óptima de 45°C.(

This paper, describes the characterization respect to pH and temperature of semi-purified extracts by ultrafiltration step of the enzymes phytase, cellulase and xylanase produced by Aspergillus ficuum DSM 932 strain, in solid state fermentation (SSF) using cold-pressed canola cake as substrate. Phytase showed the optimal pH and temperature 6.0 and 60°C, respectively, while cellulase showed a pH optimal of 7.0 with an optimal temperature of 60°C and xylanase extract an optimal pH of 5.4 and an optimal temperature of 45°C.

Influencia de la concentración de inóculo en la producción de celulasa y xilanasa por aspergillus niger / Influence of inoculum concentration on the cellulase and xylanase production by aspergillus niger

Existe un gran interés por el uso de enzimas lignocelulolíticas en varias industrias, y en la biodegradación de biomasa para la producción de biocombustibles y otras aplicaciones. Entre las fuentes microbianas de enzimas, Aspergillus niger es uno de los microorganismos más utilizados en la producción de enzimas industriales, debido a sus niveles altos de secreción de proteína y a su condición GRAS (generally regarded as safe). El objetivo del presente estudio fue evaluar la influencia de la concentración de inóculo en la morfología y producción de celulasas y xilanasas con A. niger en cultivo sumergido. Para ello, fueron inoculados matraces de 250 mL con 40 mL de medio con 3% (v/v) de una suspensión de 104 o 108 esporas por mililitro e incubados a 28 ºC y 175 rpm durante 120 horas. Se utilizaron 10 g*L-1 de lactosa como fuente de carbono. En cada caso se determinó la cantidad de biomasa, la proteína extracelular soluble, lactosa residual, actividad celulasa total y xilanasa cada 24 horas. Aunque no hubo un efecto notorio en la morfología de crecimiento, salvo en el color y el diámetro de pellets obtenidos, sí se afectó la µmax (0,06 y 0,03 h-1 para 104 y 108 esporas*mL-1, respectivamente) y la concentración máxima de biomasa. Además, mientras que las productividades volumétricas de celulasa (ΓFPA) (8,2 y 8,0 UI.*L-1*h-1 para 104 y 108 esporas*mL-1, respectivamente) fueron similares para ambos inóculos, la productividad de xilanasa (ΓXIL) fue mayor para el inóculo más concentrado (29,7 y 33,4 UI¨*L-1*h-1 para 104 y 108 esporas*mL-1, respectivamente). Los resultados indican que la productividad de celulasas y xilanasas está estrechamente relacionada con la concentración de inóculo.

There is a great interest for the use of lignocellulolytic enzymes in several industries and in biomass degradation for production of biofuels and other applications. Among the microbial sources of enzymes, Aspergillus niger is one of the most used microorganisms in the production of industrial enzymes due to its high levels of protein secretion and its GRAS (generally regarded as safe) condition. The aim of the present study was to evaluate the influence of A. niger inoculum concentration in the morphology and production of cellulases and xylanases in submerged cultures. For this, 250 mL flasks containing 40 mL culture medium were inoculated with a 3% (v/v) of either 104 or 108 spores per milliliter suspension and incubated at 28 º C and 175 rpm during 120 hours. Lactose (10 g*L-1) was used as the carbon source. In each case, the amount of biomass, the extracellular soluble protein, residual lactose, total celullase activity and xylanase activity were determined every 24 hours. Even thought there was not a notorious effect on the growth morphology, except in color and diameter of pellets; µmax was affected (0.06 and 0.03 h-1 for 104 and 108 spores*mL-1, respectively) as well as maximum biomass concentration. In addition, while the volumetric productivity of cellulase (8.2 and 8.0 UI*L-1*h-1 for 104 and 108 spores*mL-1, respectively) were similar for both inocula, the productivity of xylanase was greater for the more concentrated inoculum (29.7 and 33.4 UI*L-1*h-1 for 104 and 108 spores*mL-1, respectively).The results show that cellulase and xylanase productivities are closely related to the inoculum concentration.

BÚSQUEDA DE LAS MEJORES CONDICIONES PARA LA EXTRACCIÓN Y MEDIDA DE ACTIVIDAD DE CELULASA Y XILANASA EXTRAÍDAS DE LA CORTEZA DE PITAYA AMARILLA (Acanthocereus pitajaya) / Searching the Best Conditions for the Extraction and Activity Measurement of Cellulase and Xylanase Extracted from the Yellow Pitaya Fruit Peel (Acanthocereus pitajaya)

Para pitaya amarilla (Acanthocereus pitajaya) se ha encontrado que el ablandamiento excesivo de la cáscara contribuye al deterioro del fruto, al aplicar diferentes técnicas de conservación en fresco. Dado que tanto la celulasa como la xilanasa se han vinculado con el ablandamiento de la cáscara de frutos, este trabajo se basó en la búsqueda de las mejores condiciones de extracción y medida de actividad de celulasa y xilanasa. El mejor sistema de extracción fue buffer fosfato 20 mM, NaCl 0,5 M, pH 7,0. Para la medida de actividad de celulasa es necesario incubar durante 60 min a 37 ºC, con un volumen de extracto enzimático crudo de 30 µL, empleando buffer acetato 100 mM a pH 5,0; los valores de constante aparente de Michaelis Menten (K M aparente) y velocidad máxima (V MÁX) fueron 0,279 mg/mL y 0,00014 nmol glucosa/min, respectivamente. Para determinar la actividad de xilanasa se establecieron 15 min de tiempo de incuba-ción, a 50 ºC, empleando 30 µL de extracto enzimático crudo a pH 4,0 (buffer acetato 100 mM); los valores de K M aparente y V MÁX para xilanasa fueron 0,073 mg/mL y 0,0011 nmol glucosa/min, respectivamente.

By applying different conservation techniques on yellow pitaya fruit (Acanthocereus pitajaya) it has been found that excessive softening of the peel contributes to the deterioration of the fruit. Due to that both cellulase and xylanase have been related to the softening of the fruit's peel; this work was based on the search of the best conditions not only for the extraction, but also for the activity measurement of both cellulase and xylanase. The best extraction system for both enzymes was 20 mM buffer phosphate, 0.5 M NaCl, pH 7.0. For the cellulase activity measurement it was necessary to incubate during 60 min at 37 ºC, with a volume of raw enzymatic extract of 30 µL, using buffer acetate 100 mM at pH 5,0; the values of apparent K M and V MÁX were 0.279 mg/mL and 0.00014 nmol glucose/min, respectively. To determine the xylanase activity it was necessary to incubate during 15 min, at 50 ºC, using 30 µL of raw enzymatic extract at pH 4.0 with 100 mM buffer acetate; the values of apparent K M and V MÁX for this enzyme were 0.073 mg/mL and 0.0011 nmol glucose/min, respectively.