Microorganisms: the secret agents of the biosphere, and their key roles in biotechnology / Micro-organismos: os agentes secretos da biosfera, e seus papéis determinantes na biotecnologia

Abstract We present a survey of projects that have been funded by FAPESP under the BIOTA-Microorganisms program. These projects generated a wide variety of results, including the identification of novel antibacterial-producing microorganisms, the characterization of novel microbial enzymes for industrial applications, taxonomic classification of novel microorganisms in several environments, investigation of the soil and mangrove microbial ecosystems and its influence on endangered plant species, and the sequencing of novel metagenome-assembled genomes. The results surveyed demonstrate the importance of microorganisms in environments that play important roles in human activities as well as the potential that many of these microorganisms have in contributing to biotechnological applications crucial for human survival in the 21st century.

Resumo Apresentamos um levantamento comentado de projetos financiados pelo programa BIOTA-Micro-organismos. Estes projetos geraram uma variada gama de resultados, incluindo a identificação de novos micro-organismos produtores de compostos antibacterianos, a caracterização de novas enzimas microbianas para usos industriais, classificação taxonômica de novos micro-organismos presentes em diversos ambientes, investigação de ecossistemas microbianos em solos e mangues e sua influência sobre plantas ameaçadas, e o sequenciamento de vários novos genomas microbianos derivados de metagenomas. Os resultados descritos demonstram o papel-chave de micro-organismos em ecossistemas importantes para atividades humanas, assim como o potencial que vários desses micro-organismos tem de contribuir para aplicações biotecnológicas cruciais para a sobrevivência humana no século 21.

Proteolytic and lipolytic potential of Pseudomonas spp. from goat and bovine raw milk / Potencial proteolítico e lipolítico de espécies de Pseudomonas do leite cru caprino e bovino

Pseudomonas, the main genus of gram-negative microorganisms isolated from milk, is psychrotrophic, biofilm-forming, and thermo-resistant deteriorating enzyme producers. The aim of this study was to quantify Pseudomonas spp. in goat's and cow's milk produced in the Paraná state, Brazil, to evaluate the deteriorating activity of the isolates at mesophilic and psychrotrophic conditions and to identify, at the species level, the isolates with alkaline metalloprotease (aprX gene) production potential. Microbiological, biochemical and molecular methods were used for isolating, confirming and identifying of isolates. The mean counts were 1.6 (±6.3)x104 and 0.89(±3)x102 CFU/mL for goat and bovine milk samples, respectively, immediately after milking. Of the Pseudomonas colonies isolated from goat milk (n=60), 91.7% showed proteolytic potential when incubated at 35°C/48 h and 80% at 7°C/10 days, and lipolytic potential was observed in 95% of the isolates incubated in mesophilic and 78.3% at refrigeration conditions. From the isolates of bovine milk (n=20), 35% showed proteolytic activity only when incubated at 35°C/48 h, and lipolytic potential was observed in 25% of the isolates incubated at 7°C/10d and 35°C/48h. It was observed that 83.3% and 25% of the isolates genetically confirmed as Pseudomonas spp. of goat and bovine milk showed the potential for alkaline metalloprotease production, with the species P. azotoformans, P. koreensis, P. gessardii, P. monteilii and P. lurida being the most frequent in goat milk and P. aeruginosa the only species identified in cow milk.(AU)

Pseudomonas é o principal gênero de micro-organismos Gram negativos isolados do leite, são psicrotróficos, formadores de biofilmes e produtores de enzimas deteriorantes termodúricas. O objetivo do presente trabalho foi quantificar Pseudomonas spp. no leite de cabras e vacas produzido no estado do Paraná, Brasil, avaliar a atividade deteriorante em temperatura mesofílica e psicrotrófica e identificar, em nível de espécie, os isolados com potencial de produção de metaloprotease alcalina (geneaprX). Foram utilizados métodos microbiológicos, bioquímicos e moleculares para isolamento, confirmação e identificação dos isolados. As contagens médias foram de 1,6 (±6,3) x 104 e 0,9 (±3) x 102 UFC/mL para as amostras de leite caprino e bovino, respectivamente. Dos isolados de Pseudomonas do leite de cabra (n=60), 91,7% demonstraram potencial proteolítico quando incubadas a 35°C/48h e 80% a 7°C/10dias e lipolíticos em 95% dos isolados incubados em mesofilia e em 78,3% dos incubados em temperatura de refrigeração. Dos isolados do leite bovino (n=20), foi verificada atividade proteolítica de 35% apenas quando incubadas a 35°C/48h e lipolítica em 25% dos isolados incubados a 7°C/10d e 35°C/48h. Foi observado que 83,3% e 25% dos isolados confirmados geneticamente como Pseudomonas spp. do leite caprino e bovino, respectivamente, apresentaram o potencial de produção de metaloprotease alcalina, sendo as espécies P. azotoformans, P. koreensis, P. gessardii, P. monteilii e P. lurida as mais frequentes no leite de cabras e P. aeruginosa a única identificada do leite de vacas.(AU)

Microbial diversity in a bagasse-based compost prepared for the production of Agaricus brasiliensis / Diversidade microbiana em composto a base de bagaço de cana preparado para produção de Agaricus brasiliensis

Edible mushrooms are renowned for their nutritional and medicinal properties and are thus of considerable commercial importance. Mushroom production depends on the chemical composition of the basic substrates and additional supplements employed in the compost as well as on the method of composting. In order to minimise the cost of mushroom production, considerable interest has been shown in the use of agro-industrial residues in the preparation of alternative compost mixtures. However, the interaction of the natural microbiota present in agricultural residues during the composting process greatly influences the subsequent colonisation by the mushroom. The aim of the present study was to isolate and identify the microbiota present in a sugar cane bagasse and coast-cross straw compost prepared for the production of Agaricus brasilienses. Composting lasted for 14 days, during which time the substrates and additives were mixed every 2 days, and this was followed by a two-step steam pasteurisation (55 - 65ºC; 15 h each step). Bacteria, (mainly Bacillus and Paenibacillus spp. and members of the Enterobacteriaceae) were the predominant micro-organisms present throughout the composting process with an average population density of 3 x 10(8) CFU/g. Actinomycetes, and especially members of the genus Streptomyces, were well represented with a population density of 2 - 3 x 10(8) CFU/g. The filamentous fungi, however, exhibited much lower population densities and were less diverse than the other micro-organisms, although Aspergillus fumigatus was present during the whole composting process and after pasteurisation.

Os cogumelos comestíveis são apreciados pelas suas propriedades nutricionais e medicinais e, por essa razão, possuem alto valor econômico. A produção de cogumelos depende da composição química dos substratos básicos, dos suplementos utilizados e da preparação do composto no qual o fungo será cultivado. Considerando-se que os custos de produção precisam ser minimizados, os resíduos agroindustriais representam uma fonte alternativa e econômica para a preparação do composto. A interação da microbiota natural dos resíduos agrícolas durante o processo de compostagem influencia a subseqüente colonização do cogumelo. Visando-se a produção de A. brasiliensis, o presente trabalho objetivou isolar e identificar a microbiota presente no composto preparado a partir de bagaço de cana e capim coast-cross. O processo de compostagem durou 14 dias com reviragens da pilha a cada dois dias, o qual foi seguido de pasteurização (55 65 ºC) em duas fases por 15 h cada. As bactérias (principalmente Bacillus, Paenibacillus e espécies da família Enterobacteriaceae) foram os microrganismos predominantes durante todo o processo com uma densidade populacional média de 3.0 x 10(8) UFC/g. Os actinomicetos, principalmente os do gênero Streptomyces, estiveram bem representados, com uma densidade populacional de 2.0 a 3.0 x 10(8) UFC/g. Os fungos filamentosos foi a classe de microrganismos com menor densidade populacional e menor diversidade, embora a espécie Aspergillus fumigatus esteve presente durante todo o processo de compostagem e também após a pasteurização do composto.

Efetividade de rizóbios e caracterização fenotípica dos isolados que nodulam feijão-caupi em solos da Amazônia Central

Cowpea (Vigna unguiculata) is an important legume cultivated in central Amazonia, but its rhizobia have been little studied. The present study aimed to evaluate the effectiveness and to characterize phenotypically the population of indigenous rhizobia that infect cowpea in the region. The rhizobia population from Novo Ayrão soils provided the highest shoot, root and total dry matter yields, number of nodules and nodule dry weights in cowpea plants; however, they were not different from those found for the control treatment with N. Based on phenotypic criteria, it was possible to identify a wide diversity of populations of rhizobia contained in Amazonian soils.

O feijão-caupi (Vigna unguiculata) é uma cultura importante na Amazônia Central, mas os rizóbios associados a essa leguminosa são poucos estudados. O objetivo deste estudo foi avaliar a efetividade e caracterizar fenotipicamente os isolados de rizóbio que nodulam feijão-caupi na região. As populações de rizóbio de Novo Ayrão proporcionaram as maiores produções de matéria seca da parte aérea e total, raiz, número de nódulos e peso dos nódulos secos nas plantas de feijão-caupi; porém, não diferiram do tratamento testemunha com N. Com base nos critérios fenotípicos avaliados, foi possível identificar uma ampla diversidade de populações de rizóbios contidos nos solos da Amazônia.