Pesquisa
Influência da luz na produção de biomassa micelial, enzimas lignocelulolíticas e compostos antioxidantes por basidiomicetos em cultivo isolado e cocultivo
Doutorado em Biotecnologia Aplicada à Agricultura
Autor: Katielle Vieira Avelino
Orientador: Juliana Silveira do Valle
Defendido em: 16/06/2021
Resumo
Fungos basidiomicetos degradam todos os componentes da parede celular vegetal usando enzimas extracelulares que também podem degradar corantes e outros poluentes ambientais. Adicionalmente, produzem compostos biologicamente ativos com ação antioxidante e de interesse industrial cuja produção pode ser alterada por interações entre fungos durante o cocultivo. A luz em diferentes comprimentos de onda é utilizada pelos fungos como um sinal ambiental que desencadeia adaptações fisiológicas a condições de estresse, o que pode afetar a síntese de metabólitos. Portanto, é de interesse biotecnológico avaliar os efeitos da luz durante o cultivo micelial visando a produção de compostos antioxidantes e enzimas. Os objetivos deste estudo foram avaliar o efeito do cocultivo de Lentinus crinitus, Pleurotus ostreatus, Pycnoporus sanguineus e Trametes polyzona na produção de enzimas lignocelulolíticas, biomassa micelial e descoloração de corantes in vitro; selecionar combinações de espécies para estudos da proporção de inóculo; analisar o cocultivo de P. sanguineus e T. polyzona com diferentes proporções de inóculo sob luz para a produção de enzimas, biomassa micelial e descoloração de corantes in vitro; avaliar a produção de compostos fenólicos e as atividades antioxidantes do micélio dos basidiomicetos cultivados isoladamente e em cocultivo; avaliar o efeito da luz sobre a produção de compostos fenólicos e atividades antioxidantes de P. sanguineus e T. polyzona. As espécies foram cultivadas isoladamente e em cocultivo em combinações dois a dois no escuro. As combinações que apresentaram as melhores atividades enzimáticas foram utilizadas para estudos da proporção de inóculo. O cocultivo de P. sanguineus e T. polyzona ocorreu no escuro ou sob iluminação contínua com luz azul (450-495 nm), verde (405-570 nm) ou vermelha (620-750 nm). O meio de cultivo contendo enzimas foi usado para determinar a atividade de celulase total (FPase), endoglicanase (CMCase), pectinase, xilanase, lacase e biomassa micelial e para descoloração do azul reativo 220 (A220), verde malaquita (VM) e remazol azul brilhante R (RBBR). O micélio obtido dos cultivos isolados e do cocultivos no escuro; e do cocultivo de P. sanguineus e T. polyzona no escuro ou sob luz azul, verde ou vermelha; foi usado na determinação de compostos fenólicos e de atividades antioxidantes pelos métodos DPPH (2,2-difenil-1-picrilidrazil), FRAP (Redução do ferro) e co-oxidação de β-caroteno/ácido linoleico (BCLA). As combinações de cocultivo de modo geral afetaram negativamente a produção de enzimas e biomassa micelial comparado aos cultivos isolados. Variações na proporção de inóculo do cocultivo Lentinus:8Pycnoporus reduziram ou não afetaram a atividade da maioria das enzimas avaliadas, mas aumentaram a produção de biomassa micelial. As diferentes proporções de inóculo do cocultivo Lentinus:Pycnoporus não afetaram a descoloração do A220, mas reduziram a capacidade de descoloração do RBBR e VM. Variações no inóculo do cocultivo Pycnoporus:Trametes reduziram ou inibiram as atividades de celulases e xilanase quando P. sanguineus estava em menor proporção no início do cultivo, mas quando P. sanguineus estava em maior proporção (5:1) a atividade de pectinase aumentou. No entanto, todas as proporções de inóculo reduziram a produção de protease e biomassa micelial, mas não afetaram a atividade de lacase. A descoloração do A220 não foi afetada pelas diferentes proporções de inóculo, mas a descoloração do RBBR e VM foi reduzida ou inibida. A interação das variáveis proporção de inóculo do cocultivo Pycnoporus:Trametes e luz induziu, inibiu ou não afetou a atividade de enzimas, produção de biomassa micelial e descoloração dos corantes. O cocultivo reduziu o teor de fenóis totais e o potencial antioxidante em relação aos cultivos isolados e afetou de formas distintas a concentração de compostos fenólicos. O cultivo de P. sanguineus sob luz vermelha aumentou a produção de biomassa micelial e a síntese de pigmentos. De modo geral, a luz azul aumentou o teor de fenóis, a concentração dos compostos fenólicos e as atividades antioxidantes de P. sanguineus. A luz vermelha aumentou a produção de micélio, enquanto a luz verde aumentou o teor de fenóis e as atividades antioxidantes de T. polyzona. A luz aumentou, reduziu ou não alterou a concentração dos diferentes compostos fenólicos de T. polyzona*. Os resultados demonstram que tanto o cocultivo quanto a luz afetam a produção de biomassa micelial, enzimas, capacidade de descoloração de corantes e a produção de compostos antioxidantes.
Palavras-chave
compostos fenólicos, comprimento de onda de luz, descoloração, fungo da podridão branca, interação fúngica.
Title
Influence of light on the production of mycelial biomass, lignocellulolytic enzymes, and antioxidant compounds by basidiomycetes in isolated and cocultural cultivation
Abstract
Basidiomycete fungi degrade all components of the plant cell wall using extracellular enzymes that can also degrade dyes and other environmental pollutants. Additionally, they produce biologically active compounds with antioxidant action and industrial interest whose production can be altered by interactions between fungi during co-cultivation. Light at different wavelengths is used by fungi as an environmental signal that triggers physiological adaptations to stress conditions which can affect the synthesis of metabolites. Therefore, it is of biotechnological interest to evaluate the effects of light during mycelial cultivation in order to produce antioxidant compounds and enzymes. The aims of this study were to evaluate the effect of the co-cultivation of Lentinus crinitus, Pleurotus ostreatus, Pycnoporus sanguineus, and Trametes polyzona on the production of lignocellulolytic enzymes, mycelial biomass, and in-color dye decolorization; select combinations of species to study the proportion of inoculum; to analyze the cultivation of P. sanguineus and T. polyzona with different proportions of inoculum under light for the production of enzymes, mycelial biomass and dye decolorization in vitro; evaluate the production of phenolic compounds and the antioxidant activities of the mycelium of the basidiomycetes cultivated alone and in co-cultivation; to evaluate the effect of light on the production of phenolic compounds and antioxidant activities of P. sanguineus and T. polyzona. The species were cultivated alone and in co-cultivation in combinations two by two in the dark. The combinations that showed the best enzymatic activities were used to study the proportion of inoculum. The cultivation of P. sanguineus and T. polyzona occurred in the dark or under continuous illumination with blue (450-495 nm), green (405-570 nm), or red (620-750 nm) light. The culture medium containing enzymes was used to determine the activity of total cellulase (FPase), endoglucanase (CMCase), pectinase, xylanase, laccase, and mycelial biomass and for decolorization of reactive blue 220 (A220), malachite green (VM), and remazol bright blue R (RBBR). The mycelium obtained from isolated cultures and from cocultivations in the dark; and the co-cultivation of P. sanguineus and T. polyzona in the dark or under blue, green, or red light; was used in the determination of phenolic compounds and antioxidant activities by the methods DPPH (2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl), FRAP (Iron reduction) and β-carotene/linoleic acid (BCLA) co-oxidation. Combinations of co-cultivation in general negatively affected the production of enzymes and mycelial biomass compared to isolated cultures. Variations in the inoculum proportion of the Lentinus:Pycnoporus coculture reduced or did not affect the activity of most of the evaluated enzymes, but increased the production of mycelial biomass. The different inoculum proportions of the Lentinus:Pycnoporus coculture did not affect the decolorization of the A220, but reduced the discoloration capacity of the RBBR and VM. Variations in the inoculum of the Pycnoporus coculture: Trametes reduced or inhibited the activities of cellulases and xylanase when P. sanguineus was in a smaller proportion at the beginning of the cultivation, but when P. sanguineus was in a greater proportion (5: 1) the activity of pectinase increased. However, all inoculum proportions reduced the production of protease and mycelial biomass but did not affect laccase activity. The decolorization of A220 was not affected by the different proportions of inoculum, but the decolorization of RBBR and VM was reduced or inhibited. The interaction of the variables inoculum proportion of the Pycnoporus coculture: Trametes and light-induced, inhibited or did not affect the activity of enzymes, production of mycelial biomass, and discoloration of the dyes. Co-cultivation reduced the content of total phenols and the antioxidant potential in relation to isolated crops and affected the concentration of phenolic compounds in different ways. The cultivation of P. sanguineus under red light increased the production of mycelial biomass and the synthesis of pigments. In general, blue light increased the content of phenols, the concentration of phenolic compounds, and the antioxidant activities of P. sanguineus. The red light increased mycelium production, while the green light increased the phenol content and the antioxidant activities of T. polyzona. The light increased, reduced, or did not change the concentration of the different phenolic compounds of T. polyzona. The results demonstrate that both coculture and light affect the production of mycelial biomass, enzymes, the ability to discolor dyes, and the production of antioxidant compounds.
Keywords
phenolic compounds, light wavelengt, decolorization, white-rot fungus, fungal interaction