Copper influence on polyphosphate metabolism of Cunninghamella elegans

The aim of this work was to evaluate the physiological aspects of polyphosphate metabolism of Cunninghamella elegans grown in presence of copper. The growth profile was obtained by means of biomass yields, orthophosphate consumption, polyphosphate accumulation and phosphatases activities. The results revealed the influence of copper on the growth, observed by biomass yields. Orthophosphate consumption was faster in cells grown in the presence of copper. The presence of copper in the culture medium induced polyphosphate accumulation. The polyphosphate level was almost constant in the beginning of control culture growth, and could be related to the exponential growth phase. On the other hand, the copper treated cultures exhibited a significant reduction in the polyphosphate levels, indicating an active metabolization of the polymer. Acid phosphatase activity was not detected in the conditions studied, but alkaline phosphatase activity was significantly lower in the treated cultures. The results suggest the potential use of Cunninghamella elegans isolate in bioremediation and biosorption applied to environments polluted by copper.

O presente trabalho teve como finalidade avaliar os aspectos fisiológicos do metabolismo do polifosfato em Cunninghamella. elegans cultivada em meio contendo cobre. O perfil de crescimento foi estabelecido em função da produção de biomassa, consumo de ortofosfato, acumulação de polifosfato e atividade das fosfatases. Os resultados obtidos indicaram a influência do metal pesado sobre o crescimento, como observado pelo rendimento da biomassa. O consumo da fonte de fósforo durante as primeiras 24 horas de crescimento na cultura tratada com cobre foi maior que na cultura controle. A acumulação de polifosfato permitiu verificar comportamentos distintos na ausência e presença do metal. A análise do polifosfato celular revelou que, nas amostras tratadas, o polímero é significativamente metabolizado durante o início do cultivo quando em presença do cobre. O isolado analisado não exibiu atividade para a fosfatase ácida. Contudo, o cultivo em presença de cobre induziu variações na expressão da enzima fosfatase alcalina. Uma diminuição significativa da atividade enzimática foi observada para a cultura tratada com o íon metálico. Os estudos demonstram o potencial de Cunninghamella elegans para biorremediação de ambientes contaminados com cobre.

Heavy metal biosorption by chitin and chitosan isolated from Cunninghamella elegans (IFM 46109)

Chitin and chitosan were extracted from mycelial biomass of Cunninghamella elegans and the performance for copper, lead and iron biosorption in aqueous solution was evaluated. The growth curve of C. elegans was accomplished by determination of biomass, pH, glucose and nitrogen consumption. Chitin and chitosan were extracted by alkali-acid treatment and the yields were 23.8 and 7.8%, respectively. For the adsorption analysis, the process of heavy uptake metal sorption was evaluated using polysaccharides solutions (1% w/v). The rate of metallic biosorption was dependent upon the concentration and pH of metal solutions, and the best results were observed with pH 4.0. Chitosan showed the highest affinity for copper and chitin for iron adsorption. The results suggest that C. elegans (IFM 46109) is an attractive source of production of chitin and chitosan, with a great potential of heavy metals bioremediation in polluted environments.

Quitina e quitosana foram extraídas a partir da massa micelial de Cunninghamella elegans (IFM 46109) e avaliou-se a aplicação destes polissacarídeos na remoção dos metais pesados cobre, chumbo e ferro preparados em solução aquosa. O crescimento de C. elegans foi acompanhado através da determinação de biomassa, pH, consumo de glicose e de nitrogênio. A extração de quitina e quitosana realizou-se através de tratamento álcali-ácido e a produção dos polissacarídeos foi de 23,8 e 7,8 %, respectivamente. A avaliação do processo de remoção dos metais pesados foi realizada utilizando-se os polissacarídeos em solução a 1% (p/v). Os níveis de biossorção de metais foram dependentes da concentração e do pH das soluções. Os melhores resultados foram obtidos em pH 4,0. A quitosana mostrou maior índice de biossorção para o íon cobre e a quitina para o ferro. Os resultados sugerem que C.elegans pode ser considerada uma fonte atrativa para a produção alternativa de quitina e quitosana, e que demonstra grande potencial de biossorção de metais pesados em ambientes poluídos.

Effects of phosphorus on polyphosphate accumulation by Cunninghamella elegans

The content of inorganic polyphosphate and the polymeric degree of these compounds were evaluated during the growth of Cunninghamella elegans in medium containing varying orthophosphate (Pi) concentrations. For this purpose, a combination of chemical methods for polyphosphate extraction and ultrastructural cytochemistry were used. The orthophosphate and glucose consumption was also determined during the fungal cultivation. At Pi concentrations of 0.5, 2.5 and 0.0 g/L, the maximum amounts of biomass were 3.18, 3.29 and 0.24 g/L, respectively. During growth the cells accumulated Pi from the medium. At three days of growth the biomass consumed up to 100 and 95% of Pi from the media at initial concentrations of 0.5 and 2.5 g/L, respectively. Polyphosphate was observed at different Pi concentrations in medium and at different stages of growth. Polyphosphate was assayed by the content of labile phosphorus in water, acid-insoluble and alkali-soluble fractions. The content of fractions changed according to phosphorus concentration in the media and growth phase. During growth on all three media used, the cytochecmical behavior of polyphosphate changed considerably. The results obtained in this study reveal a potential of Cunninghamella elegans in the polyphosphate accumulation, and suggest a future application in the biotechnological processes.

O crescimento, consumo de fosfato e glicose, bem como o conteúdo de fósforo, a distribuição, estrutura e localização de polifosfato foram avaliados no micélio de Cunninghamella elegans cultivado em meios contendo diferentes concentrações de fosfato. Os resultados permitiram verificar a influência dessas concentrações de fosfato sobre o crescimento do fungo estudado. A maior concentração de fosfato proporcionou maior rendimento da biomassa ao longo do crescimento. Uma relação entre consumo de fosfato e glicose do meio foi observada em relação ao crescimento e a quantidade de polifosfato total nos micélios cultivados nos diferentes meios de cultivo. Distintos métodos de extração permitiram identificar e quantificar as diferentes frações do polifosfato celular de Cunninghamella elegans. A citoquímica ultrastrutural foi utilizada com sucesso para identificar a localização e a distribuição de polifosfato em Cunninghamella elegans. Os resultados revelaram diferenças no padrão de marcação citoquímica nas diferentes fases do crescimento e meios de cultivo. Uma marcação uniforme do polifosfato foi observada sobre a superfície celular, em especial, na parede celular e na membrana citoplasmática. Produtos de reação resultantes da marcação citoquímica foram também visualizados em estruturas trabeculares, vacuolares, vesiculares, sob a forma de corpos eletrondensos e grânulos dispersos no citoplasma. Os resultados demonstraram o potencial de Cunninghamella elegans na acumulação de polifosfato, sugerindo uma possível aplicação em processos biotecnológicos.

New bioemulsifiers produced by Candida lipolytica using D-glucose and babassu oil as carbon sources

Candida lipolytica IA 1055 produced extracellular biosurfactants with emulsification activity by fermentation using babassu oil and D-glucose as carbon sources. Natural seawater diluted at 50% supplemented with urea, ammonium sulfate, and phosphate was used as economic basal medium. The best results were achieved with the YSW-B2 medium, which contained urea, ammonium sulfate, and babassu oil and with YSW-B3 medium, which contained urea, ammonium sulfate, phosphate, and babassu oil, kept under fed batch fermentation for 60 hours with 5% of babassu oil. For the two media, the maximum specific growth rates were 0.02 h-1 and 0.04 h-1; the generation times were 34.6 h-1 and 17.3 h-1, and the emulsification activities were 0.666 and 0.158 units, respectively. The molecules of these new bioemulsifiers were contituted of carbohydrates, proteins and lipids.

Candida lipolytica IA 1055 produziu biosurfactantes extracelulares com atividade de emulsificação, através de fermentação utilizando óleo de babaçu e D-glicose como fontes de carbono. A água do mar diluída a 50% suplementada com uréia, sulfato de amônio e fosfato foi usada como meio basal. Os melhores resultados foram atingidos com os meios YSW-B2 (contendo uréia, sulfato de amônio e óleo de babaçu)e YSW-B3 (contendo uréia, sulfato de amônio, fosfato e óleo de babaçu), através de fermentação em batelada alimentada com 5% de óleo de babaçu. A velocidade específica de crescimento foi de 0,02 h-1 e 0,04 h-1; tempo de geração de 34,6 h-1 e 17,3 h-1 e atividade de emulsificação igual a 0,666 e 0,158 unidades, respectivamente. As moléculas dos novos bioemulsificantes demonstraram ser constituídas por carboidratos, proteínas e lipídeos.

Protoplast formation and regeneration from Streptomyces clavuligerus NRRL 3585 and clavulanic acid production

Protoplasts of the wild type Streptomyces clavuligerus NRRL 3585 (ATCC 27064) were formed from spores cultures obtained in the lag, exponential and stationary growth phases by using 0.5% glycine in the culture medium. The protoplasts were obtained by treatment of the cells with lysozyme (EC-3.2.1.17) 40,000 U (1mg/mL), in an osmotic solution for 90 min at 28ºC. The frequency of regenerated protoplasts in the lag phase was 1.7x10³ CFU/mL (28.97%), in the beginning of the exponential phase 0.4x10² CFU/mL (31.67%), in the exponential growth phase 2.5x10³ CFU/mL (46.30%) and 1.0x10(5) CFU/mL in stationary phase (48.45%). Antibiotic production and activity of regenerated protoplasts were observed in all phases, except in the lag phase. The protoplast formation and regeneration techniques resulted in a new isolate strain of Streptomyces clavuligerus that produced approximately 2.5 fold more clavulanic acid.

Protoplastos foram formados a partir de esporos da amostra selvagem de Streptomyces clavuligerus durante a fase lag, exponencial e estacionária de crescimento, utilizando glicina a 0.5% como meio de cultura. Os protoplastos foram obtidos pelo tratamento das células com lisozima (EC-3.2.1.17) 40.000 U (1mg/mL) em solução osmótica de sorbitol e TES, por 90 min a 28ºC. A freqüência de protoplastos regenerados na fase lag foi de 1,7x10³ UFC/mL (28,97%), no início da fase exponencial correspondeu a 0,4x10² UFC/mL (31,67%), no final da fase exponencial observou-se 2,5x10³ UFC/mL (46,30%) e para a fase estacionária de crescimento apresentou 1,0x10(5) UFC/mL (48,45%). A produção do antibiótico e a atividade antibiótica dos protoplastos regenerados foram observadas em todas as fases de crescimento, exceto na fase lag. As técnicas de formação de protoplastos e regeneração resultaram em uma nova linhagem de Streptomyces clavuligerus produzindo 2,5 vezes mais ácido clavulânico.

Polyphosphate in Zygomycetes: a cytochemical study

The inorganic phosphorus content, and distribution, structure and localization of polyphosphate in mycelia of zygomycetous fungi was evaluated. Ultrastructural cytochemistry was successfully used to identifying the localization and distribution of polyphosphate in Absidia cylindrospora, Gongronella butleri and Mucor javanicus. The results revealed differences in the cytochemical staining pattern in all species studied and a uniform labeling on the cellular surface (cell wall and citoplasmic membrane). Reaction products were observed in intracellular structures and cellular membrane. Intracellular staining was observed in trabecullar, vacuolar and vesicular structures, in dense bodies and in the cytoplasm. However, the cytochemical staining intensity varied during the cellular growth. Analytical procedure revealed the phosphorus content during cell growth. The results demonstrated that phosphorus content varied during cultivation time and could be related to the polyphosphate cytochemical staining. Polyhosphate functions such as storage and utilization are discussed.

O conteúdo de fósforo e a distribuição, estrutura e localização de polifosfato em micélios de Zygomycetes foram avaliados. A citoquímica ultrastrutural foi utilizada com sucesso para identificar a localização e a distribuição de polifosfato em Absidia cylindrospora, Gongronella butleri e Mucor javanicus. Os resultados obtidos revelaram diferenças no padrão de marcação citoquímica em todas as espécies estudadas, bem como, uma marcação uniforme sobre a superfície celular, correspondendo à parede celular e à membrana citoplasmática. Produtos de reação, resultantes da marcação citoquímica, foram também visualizados em estruturas intracelulares e na membrana celular. Estruturas trabeculares, vacuolares, vesiculares, sob a forma de corpos eletron densos e grânulos dispersos no citoplasma foram visualizadas. Adicionalmente, a marcação citoquímica variou durante as diferentes fases do crescimento celular. O conteúdo de fósforo variou ao longo do crescimento celular e do tempo de cultivo, possivelmente devido aos padrões da marcação citoquímica observados por meio da microscopia eletrônica de transmissão. São discutidas as funções do polifosfato como material de reserva e sua utilização.

Production of extracellular proteases by Mucor circinelloides using D-glucose as carbon source / substrate

Recently, some Mucorales species have been reported as protease producers. The production of extracellular proteases by Mucor circinelloides using glucose as substrate was studied. Experiments were carried out with different D-glucose concentrations (40, 60 and 80 g/L). Biomass, pH and protease activity were determined. Although biomass production had reached best yields for the medium containing D-glucose in a concentration of 80 g/L, the enzymatic production was higher when the substrate concentration was reduced to 40 g/L. The yield factor for product on cell growth and the yield factor for product on carbon substrate were higher when the microorganism grew in medium containing 40 g/L glucose. The kinetics parameters suggest that this strain seems to be promising as an alternative microorganism for protease production.

Recentemente, algumas espécies da ordem Mucorales têm sido reportadas como produtoras de proteases. Neste trabalho a produção de proteases extracelulares foi estudada em uma amostra de Mucor circinelloides utilizando D-glicose, em diferentes concentrações (40, 60 e 80 g/L), como substrato. A fermentação foi acompanhada com determinação de biomassa e pH, assim como pela determinação da atividade proteásica. Embora a produção de biomassa tenha alcançado melhores rendimentos na presença de 80 g/L de glicose, a produtividade enzimática aumentou quando a concentração do substrato foi reduzida para 40 g/L. Os fatores de rendimento de produção enzimática por biomassa, assim como o rendimento de glicose consumida em atividade proteásica foram superiores quando o cultivo do microrganismo ocorreu em meio contendo 40 g/L de D-glicose. As variáveis de resposta do bioprocesso sugerem que a linhagem estudada possa ser utilizada como microrganismo agente para a produção de protease.

Faster chitosan production by mucoralean strains in submerged culture

Production of chitosan was conducted using two Mucoralean strains, Mucor racemosus and Cunninghamella elegans. Chitosan was extracted from mycelia of M. racemosus and C. elegans at different growth phases on YPD medium. In both fungi, chitosan was rapidly produced, while highest yield of extractable chitosan was found in 24h of cultivation in submerged culture. The yield of chitosan isolated from dry mycelia of M. racemosus was about 40% higher than from C. elegans. The degree of N-acetylation of chitosan was 49% in M. racemosus and 20% in C. elegans, and the D-glucosamine contents were about 48% and 90%, respectively.

A produção microbiológica da quitosana foi realizada usando-se duas linhagens de Mucorales, Mucor racemosus and Cunninghamella elegans. Quitosana foi extraída a partir dos micélios de M. racemosus e C. elegans em diferentes fases de crescimento em meio YPD. Para ambos os fungos, quitosana foi rapidamente produzida, com rendimentos de quitosana mais elevados após 24h de cultivo em cultura submersa. O rendimento de quitosana isolada a partir de micélio seco de M. racemosus foi cerca de 40% maior do que de C. elegans. O grau de N-acetilação da quitosana foi 49% em M. racemosus e 20% em C. elegans, e os conteúdos de D-glicosamina foram cerca de 48 and 90%, respectivamente.