Microbiologia Agrícola
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Item Diversidade microbiana e indicadores microbiológicos de solo afetada pelo derramamento de rejeito de mineração: proveniente do rompimento da barragem B1 em Brumadinho, Minas Gerais(Universidade Federal de Viçosa, 2024-06-17) Goulart, Paulo Wilson; Silva, Cynthia Canêdo da; http://lattes.cnpq.br/3605918489610415Em 2019, ocorreu em Brumadinho, MG, o rompimento da barragem de rejeitos de minério de ferro e desde então, muitos estudos têm sido realizados na área afetada para a reabilitação ambiental. Este trabalho teve como objetivo monitorar o processo de reabilitação ambiental de solo afetado pelo derramamento de rejeitos de mineração, utilizando os bioindicadores: Carbono da Biomassa Microbiana (CBM), Respiração Basal Microbiana, Coeficiente Metabólico, Atividade Enzimática e Diversidade Microbiana. Adicionalmente, foi feito uma prospecção de rizobactérias promotoras de crescimento vegetal, com potencial de uso no impulsionamento da restauração vegetal da área afetada. Para tanto, foram coletadas amostras de solo pertencentes a uma área afetada pelo rejeito, uma área de floresta não afetada (referência), e raízes de plantas da área afetada para isolamento de rizobactérias. Os resultados dos bioindicadores avaliados demonstraram diferenças estatísticas entre as áreas afetada e referência, em todas as coletas. O grupo referência teve melhor aproveitamento de carbono, maiores valores de CBM, atividade da urease, arilsulfatase e fosfatase alcalina, sugerindo uma relação desses indicadores com maior aporte de material orgânico. As análises da estrutura e diversidade microbiana identifiaram espécies indicadoras com alto grau de associação a cada uma das áreas estudadas. Adicionalmente, uma análise integrada de todos os bioindicadores revelou uma aproximação entre as áreas afetada e referência, indicando uma possível recuperação ao longo do tempo estudado, evidenciando que os bioindicadores microbiológicos aplicados a este estudo foram promissores para monitorar o processo de reabilitação da área afetada. O isolamento de rizobactérias proporcionou a obtenção de 29 isolados, dos quais 19 foram promissores em pelo menos dois testes in vitro para solubilização de nutrientes e produção de fitormônios. Ensaios complementares in vivo serão necessários para a formulação de bioinoculantes a ser utilizada na produção de mudas de interesse em processos de recomposição vegetal de solos degradados. Palavras-chave: Bioindicadores. Metataxônomia. Rizobactérias Promotoras de Crescimento de Planta (PGPR). Reabilitação.Item Caracterização biológica e molecular de dois bacteriófagos que infectam Ralstonia solanacearum e Ralstonia pseudosolanacearum(Universidade Federal de Viçosa, 2024-08-01) Januário, Beatriz Dias; Alfenas-Zerbini, Poliane ; http://lattes.cnpq.br/3543315409937736A murcha bacteriana, causada por bactérias do complexo de espécies Ralstonia solanacearum (RSSC). O RSSC é um grupo de bactérias gram-negativas, classificadas nas espécies Ralstonia solanacearum, Ralstonia pseudosolanacearum e Ralstonia syzygii. Estas bactérias têm uma ampla gama de hospedeiros, incluindo muitas culturas de relevância econômica como tomate, berinjela e eucalipto. O controle desta doença é particularmente desafiador devido à persistência das bactérias no solo e na água, à sua grande diversidade genética e à ausência de tratamentos químicos eficazes. Diante desse cenário, a utilização de bacteriófagos, é uma alternativa para o biocontrole de Ralstonia spp.. O presente trabalho teve como objetivo realizar a caracterização biológica e molecular de dois bacteriófagos isolados do solo brasileiro, que infectam bactérias das espécies Ralstonia solanacearum e Ralstonia pseudosolanacearum. Os fagos, denominados RS-Phage-AB1 e RS- Phage-CA1, foram sequenciados e analisados, revelando diversidade genética e de mecanismos de infecção. O fago RS-Phage-AB1, possui um genoma de 41.668 pb com 46 ORFs e conteúdo GC de 64,3%. Foi classificado na família Peduoviridae, sugerindo a criação de um novo gênero "Acarajevirus" e a espécie "Acarajevirus bahia". Identificado como fago temperado com genes como integrase e metiltransferase de DNA, refletindo estratégias distintas de sobrevivência e infecção. O fago RS-Phage-CA1, possui um genoma de 46.254 pb com 59 ORFs e conteúdo GC de 62,3%, não foi classificado em nenhuma família descrita, propondo-se uma nova família viral "Anamaviridae" com as subfamílias Kantovirinae e "Mascarenevirinae". Contém genes como resolvase e endonuclease, indicando mecanismos diferentes de inserção/excisão e resistência a superinfecções. Ambos os fagos mostraram infecção específica para R. solanacearum e R. pseudosolanacearum e possuem genes relacionados à lise bacteriana, como endolisina e holina. Estes resultados contribuem paro o entendimento da diversidade de fagos e seus potenciais aplicações no controle biológico de fitopatógenos. Palavras-chave: Ralstonia solanacearum; Ralstonia pseudosolanacearum; Murcha bacteriana; Classificação taxonômica; Bacteriófagos.Item Hidrofobicidade celular e biossurfactantes como determinantes da capacidade desemulsificante de isolados bacterianos(Universidade Federal de Viçosa, 2011-03-31) Fernandes, Rita de Cássia Rocha; Borges, Arnaldo Chaer; http://lattes.cnpq.br/1404894439547309A capacidade de culturas microbianas de desestabilizarem emulsões do tipo óleo em água (O/W) ou água em óleo (W/O), promovendo a separação de fases, é frequentemente atribuída a características como hidrofobicidade da superfície celular e a capacidade de produção de compostos com atividade surfactante e ação desemulsificante. Neste trabalho, foi avaliada a hipótese de que a capacidade de quebra de emulsões O/W ou W/O de isolados bacterianos está relacionada à hidrofobicidade celular e à produção de biossurfactantes com ação desemulsificante. As bactérias com capacidade desemulsificante foram isoladas a partir de composto de resíduo sólido urbano contaminado com óleo diesel, após enriquecimento em meio mineral contendo parafina líquida como fonte de carbono (MMSM-parafina). O agrupamento gerado com base no perfil de ácidos graxos dos 23 isolados obtidos distinguiu a presença de doze linhagens bacterianas, das quais quatro foram eficientes para quebra de emulsão W/O, sendo a razão de quebra de emulsão maior que 70%. Essas bactérias foram identificadas como Acinetobacter sp. (LBBMA LU3 e LBBMA 7a) e Pseudomonas mendocina (LBBMA LU5b e LBBMA LU7b). Nenhuma delas produziu biossurfactantes ou foi capaz de quebrar emulsão do tipo O/W. Os dados demonstram que a produção de biossurfactantes não é requerida para promover a quebra de emulsões W/O; contudo, indicam que esses compostos podem ser requeridos para a quebra de emulsões do tipo O/W. A capacidade de quebra de emulsão W/O diminuiu com o tempo de crescimento das culturas e foi dependente da presença de células com até 22 horas de cultivo em meio MMSM-parafina, não havendo influência de componentes do sobrenadante. Ao contrário, a atividade desemulsificante de culturas mais velhas e, em especial, a capacidade de separar a fase oleosa contida nas emulsões, foram atribuídas à presença de compostos desemulsificantes sem atividade surfactante. A atividade desemulsificante de Acinetobacter sp. LBBMA LU3 aumentou linearmente com o aumento da temperatura, não sendo afetada por salinidade (até 150 g L-1) ou pelo pH (3-8). Em algumas linhagens, foi observada a existência de uma possível interação entre células sedimentáveis e não-sedimentáveis numa mesma cultura, a qual determina a sua atividade desemulsificante. Na literatura especializada, não se encontra registro desse tipo de interação entre células distintas de uma mesma cultura bacteriana, em relação à sua atividade de quebra de emulsão W/O. Também, o efeito negativo de células não-sedimentáveis de algumas linhagens bacterianas sobre a separação da fase oleosa em emulsão W/O representa conhecimento novo para a área. A integridade das células de Acinetobacter sp. LBBMA LU3 não é necessária para a atividade desemulsificante. A utilização de células de uma mesma linhagem bacteriana com diferentes valores de hidrofobicidade de superfície celular, obtidas durante a desnutrição em meio com carência de nitrogênio, revelou que inexiste uma relação única entre hidrofobicidade celular e capacidade de quebra de emulsão W/O. A hidrofobicidade celular correlaciona-se tanto positiva como negativamente com a capacidade de quebra de emulsão W/O e com a capacidade de separação de querosene contido na emulsão. Conclui-se, portanto, que outras características da superfície celular bacteriana, e não a sua hidrofobicidade, são determinantes para a sua atividade desemulsificante.Item Solubilização de fosfatos de rocha por Penicillium islandicum(Universidade Federal de Viçosa, 2018-02-23) Bonduki, Victor Hugo Araújo; Costa, Maurício Dutra; http://lattes.cnpq.br/0594143652004072O consumo de fertilizantes minerais aumenta anualmente com vistas a melhorar a produtividade das lavouras. Os fertilizantes fosfatados estão entre os mais comercializados em razão da importância do fósforo (P) para o crescimento, o desenvolvimento e a produção vegetal em solos empobrecidos desse nutriente. Nos solos brasileiros, a disponibilidade de P é baixa e, na maioria das vezes, o elemento torna-se inacessível às raízes em face de sua retenção nos minerais de argila. Para contornar esse problema, o uso de fontes alternativas de P em substituição aos fertilizantes solúveis dispendiosos têm sido estudadas. Para suprir a demanda de mercado, os fosfatos naturais ou de rocha (FRs), fontes de P, são tratados por processos químicos e térmicos de elevado custo energético que causam poluição. Os FRs brasileiros são de baixa reatividade, fazendo com que o seu processamento seja mais oneroso. Esse fato desestimula o uso de reservas de rocha fosfáticas nacionais, levando à importação de FRs estrangeiros de maior reatividade. Uma alternativa viável para o uso de FRs brasileiros é a utilização de microrganismos com capacidade de solubilizar esse material por meio de processos biológicos de acidificação do meio e complexação de cátions. A solubilização microbiana tem também a vantagem de permitir a utilização de substratos sólidos para o crescimento microbiano, geralmente rejeitos ou resíduos da indústria agrícola. O objetivo do presente trabalho foi o de estudar a solubilização microbiana de FRs por P. islandicum FS41 em meios líquidos e em sistema de fermentação em substrato sólido com bagaço de cana-de-açúcar. A capacidade fúngica de solubilizar os FRs de Araxá, Catalão, Patos de Minas, Bayóvar e Argélia foi testada neste trabalho. O P. islandicum FS41 imobilizou o P liberado em meio Strasser, em fermentação em substrato sólido, quando na presença dos FRs de Araxá, Catalão e Patos de Minas. Os FRs Argélia e Bayóvar apresentaram valores baixos de P em solução, correspondendo a 18,9 e 9,8 mg L-1, respectivamente. A diminuição da disponibilidade de nitrogênio, atrelada à utilização de fontes amoniacais no meio Strasser, no sistema de fermentação em substrato sólido, promoveu aumentos do P em solução para os FRs Argélia, Bayóvar, Patos de Minas e Araxá. A ausência de fontes nitrogenadas ixinorgânicas e de extrato de levedura, no meio Strasser e no mesmo sistema de fermentação, favoreceu a liberação de P a partir do FR de Araxá, com valor de P em solução de 47,9 mg L-1 ou cerca de 11 % de solubilização. A solubilização dos FRs por P. islandicum FS41 foi mais eficiente em meio NBRIP do que no meio Strasser em sistema de cultivo em batelada em meio líquido, com valores médios de P em solução de 96,7, 79,7, 26,9, 23,2 e 22,3 mg L-1 para os FRs Argélia, Bayóvar, Patos de Minas, Catalão e Araxá, respectivamente. Alternativamente, o pré-cultivo de P. islandicum FS41 e a posterior transferência da biomassa micelial produzida para meio de solubilização com baixa disponibilidade de nutrientes minerais resultou em valores de P em solução de 130 mg L-1, o que correspondeu a 30 % de solubilização do P contido no FR de Araxá. Essa última estratégia promoveu aumentos de 2,71 a 5,8 vezes do P em solução em comparação aos valores obtidos nos experimentos anteriores. Diferentemente de outros fungos solubilizadores de fosfato, P. islandicum FS41 mostrou-se mais eficiente na produção de biomassa micelial, com forte tendência de imobilização do P liberado dos FRs. O presente trabalho aponta algumas alternativas de se contornar esse problema. No entanto, esforços adicionais deverão ser conduzidos para a otimização do processo de solubilização de FRs por esse fungo.Item Sistemas de recuperação de ribossomos em Actinobacillus pleuropneumoniae: papel em virulência e resposta a diferentes condições de estresse(Universidade Federal de Viçosa, 2018-07-27) Teixeira, Ana Carolina Nery; Bazzolli, Denise Mara Soares; http://lattes.cnpq.br/1967721199398909A pleuropneumonia suína é uma doença respiratória causada pelo patógeno bacteriano Actinobacillus pleuropneumoniae (APP) cujo sucesso na colonização e permanência nos pulmões do suíno está relacionado à sua capacidade de resistência a diferentes condições de estresse e a inúmeros fatores de virulência. Para o sucesso do patógeno, a síntese proteica eficiente é um gargalo, uma vez que este processo pode ser um fator limitante durante o crescimento e replicação bacterianos, e para isso há uma expressiva necessidade de ribossomos ativos dentro da célula. Em condições de estresse, os ribossomos podem ficar parados em uma fita de mRNA quando um códon de parada não é detectado, precisando, portanto, de um resgate ativo em um processo chamado trans-tradução. Um RNA pequeno denominado tmRNA, ubíquo em bactérias, codificado pelo gene ssrA, é responsável por mediar o mecanismo de trans-tradução. Muitas bactérias ainda apresentam dois sistemas adicionais mediados pelo fator de resgate alternativo A (alternative rescue factor A), ArfA, descrito em outras bactérias como Escherichia coli, Salmonella enterica e Yersinia pestis e o fator de recuperação alternativo B (alternative rescue factor B), ArfB presente em 34% dos genomas bacterianos já sequenciados. Este trabalho teve como objetivos investigar qual(is) sistema(s) de recuperação de ribossomos está(ão) presente(s) em A. pleuropneumoniae e qual o envolvimento deste(s) na virulência e na resposta a diferentes condições de estresse. Análises in silico e in vitro foram conduzidas com este propósito. Nossos resultados in silico mostraram que A. pleuropneumoniae possui apenas dois sistemas de recuperação de ribossomos, e o fato de não conseguirmos a obtenção de uma linhagem duplo mutante (∆ssrA_∆arfA) valida nosso resultado. Para verificar o envolvimento destes genes em virulência e resposta a condições de estresse, linhagens mutantes denominadas ∆ssrA e ∆arfA, bem como linhagens complementadas para as respectivas linhagens, ∆ssrAC e ∆arfAC, respectivamente, foram construídas a partir da linhagem APP MIDG2331 WT (sorotipo 8). Estas linhagens (WT, mutantes e complementadas) foram investigadas quanto ao crescimento in vitro, adesão, sensibilidade a antibióticos e a diferentes condições de estresse (oxidativo, osmótico, temperatura e etanólico). Além disso, a virulência destas linhagens foi analisada no modelo de infecção alternativo Galleria mellonella. Análises fenotípicas mostraram que o mutante ∆ssrA foi mais sensível antibióticos e a todas as condições de estresse se comparado à linhagem WT e ao mutante ∆arfA. Além disso, o mutante ∆ssrA apresentou menor capacidade de adesão e virulência atenuada em G. mellonella quando comparada com as linhagens WT e ∆arfA. A linhagem ∆ssrAC não mostrou uma restauração completa do fenótipo original. Entretanto, a linhagem ∆arfAC mostra uma restauração completa do fenótipo. Estes resultados mostram que o gene ssrA tem um papel importante na resistência ao estresse e na virulência em APP e a ausência do gene arfA não afetou o fitness da bactéria nas condições avaliadas. Diante desses resultados, podemos concluir que o sistema TmRNA/SmpB é o principal sistema de recuperação de ribossomos em A. pleuropneumoniae e que a falta do mesmo acarreta em atenuação do fenótipo de virulência e aumento da sensibilidade a condições de estresse.Item Identification and gene expression analysis of genes encoding lactose permease and β- galactosidase in the Basidiomycota yeast Papiliotrema laurentii(Universidade Federal de Viçosa, 2024-02-22) Assis, João victor Marques Gonçalves; Silveira, Wendel Batista da; http://lattes.cnpq.br/3711225610372587O consumo de fertilizantes minerais aumenta anualmente com vistas a melhorar a produtividade das lavouras. Os fertilizantes fosfatados estão entre os mais comercializados em razão da importância do fósforo (P) para o crescimento, o desenvolvimento e a produção vegetal em solos empobrecidos desse nutriente. Nos solos brasileiros, a disponibilidade de P é baixa e, na maioria das vezes, o elemento torna-se inacessível às raízes em face de sua retenção nos minerais de argila. Para contornar esse problema, o uso de fontes alternativas de P em substituição aos fertilizantes solúveis dispendiosos têm sido estudadas. Para suprir a demanda de mercado, os fosfatos naturais ou de rocha (FRs), fontes de P, são tratados por processos químicos e térmicos de elevado custo energético que causam poluição. Os FRs brasileiros são de baixa reatividade, fazendo com que o seu processamento seja mais oneroso. Esse fato desestimula o uso de reservas de rocha fosfáticas nacionais, levando à importação de FRs estrangeiros de maior reatividade. Uma alternativa viável para o uso de FRs brasileiros é a utilização de microrganismos com capacidade de solubilizar esse material por meio de processos biológicos de acidificação do meio e complexação de cátions. A solubilização microbiana tem também a vantagem de permitir a utilização de substratos sólidos para o crescimento microbiano, geralmente rejeitos ou resíduos da indústria agrícola. O objetivo do presente trabalho foi o de estudar a solubilização microbiana de FRs por P. islandicum FS41 em meios líquidos e em sistema de fermentação em substrato sólido com bagaço de cana-de-açúcar. A capacidade fúngica de solubilizar os FRs de Araxá, Catalão, Patos de Minas, Bayóvar e Argélia foi testada neste trabalho. O P. islandicum FS41 imobilizou o P liberado em meio Strasser, em fermentação em substrato sólido, quando na presença dos FRs de Araxá, Catalão e Patos de Minas. Os FRs Argélia e Bayóvar apresentaram valores baixos de P em solução, correspondendo a 18,9 e 9,8 mg L-1, respectivamente. A diminuição da disponibilidade de nitrogênio, atrelada à utilização de fontes amoniacais no meio Strasser, no sistema de fermentação em substrato sólido, promoveu aumentos do P em solução para os FRs Argélia, Bayóvar, Patos de Minas e Araxá. A ausência de fontes nitrogenadasinorgânicas e de extrato de levedura, no meio Strasser e no mesmo sistema de fermentação, favoreceu a liberação de P a partir do FR de Araxá, com valor de P em solução de 47,9 mg L-1 ou cerca de 11 % de solubilização. A solubilização dos FRs por P. islandicum FS41 foi mais eficiente em meio NBRIP do que no meio Strasser em sistema de cultivo em batelada em meio líquido, com valores médios de P em solução de 96,7, 79,7, 26,9, 23,2 e 22,3 mg L-1 para os FRs Argélia, Bayóvar, Patos de Minas, Catalão e Araxá, respectivamente. Alternativamente, o pré-cultivo de P. islandicum FS41 e a posterior transferência da biomassa micelial produzida para meio de solubilização com baixa disponibilidade de nutrientes minerais resultou em valores de P em solução de 130 mg L-1, o que correspondeu a 30 % de solubilização do P contido no FR de Araxá. Essa última estratégia promoveu aumentos de 2,71 a 5,8 vezes do P em solução em comparação aos valores obtidos nos experimentos anteriores. Diferentemente de outros fungos solubilizadores de fosfato, P. islandicum FS41 mostrou-se mais eficiente na produção de biomassa micelial, com forte tendência de imobilização do P liberado dos FRs. O presente trabalho aponta algumas alternativas de se contornar esse problema. No entanto, esforços adicionais deverão ser conduzidos para a otimização do processo de solubilização de FRs por esse fungoItem Microbiota intestinal de Melipona spp.: caracterização e impactos da paisagem e do uso de agroquímicos(Universidade Federal de Viçosa, 2024-04-24) Santini, Amanda Tristão; Silva, Cynthia Canêdo da; http://lattes.cnpq.br/2539281202461641A microbiota intestinal desempenha um papel fundamental na preservação da saúde de abelhas. As abelhas eusociais corbiculadas (Apini, Bombini e Meliponini) apresentam uma microbiota densa e relativamente simples, entretanto pouco se conhece sobre a composição e papel da microbiota de Melipona. Além disso, são escassos e necessários estudos que analisem o impacto de diferentes paisagens e do uso de agroquímicos na microbiota intestinal das abelhas sem ferrão, visando o desenvolvimento de novas estratégias de preservação. Nesse contexto, o presente trabalho teve como objetivos analisar a composição microbiana intestinal de abelhas do gênero Melipona coletadas em diferentes regiões do Brasil, a fim de caracterizar a microbiota core dessas abelhas e elucidá-la ao longo do trato digestório de Melipona quadrifasciata. Adicionalmente, analisar os efeitos da paisagem na microbiota de M. capixaba, e os efeitos de doses subletais de dimetoato na microbiota intestinal de M. quadrifasciata e M. mondury. O trabalho foi dividido em três capítulos. No primeiro, a diversidade microbiana intestinal em Melipona spp. coletadas em diversos estados brasileiros, tiveram o DNA intestinal extraído e sequenciado para o gene 16S rRNA, e a caracterização de novos simbiontes em diferentes partes do intestino de M. quadrifasciata foram abordadas. A microbiota core de Melipona spp. incluiu Bifidobacterium, Lactobacillus, Apilactobacillus, Floricoccus e Bombella. Dentre eles, Apilactobacillus e Bombella dominaram no papo, enquanto o ventrículo foi dominado por Apilactobacillus e Lactobacillus. Foi confirmada a ausência de Snodgrassella e Gilliamella no íleo, no qual verificou-se um novo simbionte filogeneticamente próximo a Floricoccus, bem como a presença de Bifidobacterium, Lactobacillaceae e Bombella. O reto foi dominado por Bifidobacterium e Lactobacillus. No segundo capítulo, abordou-se a influência da paisagem e da sazonalidade na microbiota intestinal de M. capixaba. As abelhas foram coletadas em áreas urbanas, naturais, agrícolas e de agricultura orgânica, ao final do verão e do inverno. O DNA intestinal foi extraído e o gene 16S rRNA sequenciado. A microbiota das abelhas de áreas urbanas diferiu significativamente da microbiota das abelhas coletadas em outras áreas. Abelhas coletadas no verão/2023 também apresentaram uma composição microbiana diferente daquelas coletadas no verão/2022. Entretanto, mais estudos são necessários com um maior número de amostras para elucidar os efeitos da sazonalidade na microbiota de M. capixaba. No terceiro capítulo, foram discutidos os efeitos de doses subletais de dimetoato na microbiota intestinal de M. quadrifasciata e M. mondury. Os grupos de abelhas que apresentaram uma taxa de sobrevivência acima de 65% tiveram seus intestinos extraídos e sequenciados para a região 16S rRNA. Observou-se que as doses subletais de dimetoato não impactaram significativamente a microbiota intestinal de ambas as abelhas testadas. Porém, as abelhas participantes do experimento tiveram uma composição microbiana dissimilar das abelhas do grupo controle de campo, indicando um possível efeito das condições a que foram expostas em laboratório.Palavras-chave: Meliponini; Microbiota; Diversidade microbiana; Dimetoato; Simbiontes; Intestino.Item Actinobactérias rizosféricas como controladoras de fitopatógenos e promotoras de crescimento da soja(Universidade Federal de Viçosa, 2024-02-29) Silva, Bruna Novais; Queiroz, Marisa Vieira deItem Influência da microbiota autóctone de farinhas brasileiras na fermentação de pães sourdough(Universidade Federal de Viçosa, 2024-02-29) Lima, Thamylles Thuany Mayrink; Martin, José Guilherme Prado; http://lattes.cnpq.br/6311597268935779Item Model-driven evaluation of microbial physiology: insights from protein allocation(Universidade Federal de Viçosa, 2024-07-26) Ferreira, Maurício Alexander de Moura; Silveira, Wendel Batista da; http://lattes.cnpq.br/8263383011862281The optimal allocation of proteins to cellular functions is crucial for cell survival and growth. However, the strategies employed by the cell are still elusive, as there are many supposedly conflicting objectives to be considered, such as minimizing the expenditure of resources, while at the same time affording to produce certain enzymes in excess, despite the lower demand for enzyme resources to maintain a certain amount of metabolic flux. Further, certain phenotypes, such as the overflow metabolism, are triggered by changes in resource distribution. In order to tackle these problems, the thesis focuses on the usage of protein-constrained metabolic models in combination with machine learning and integration with multi-omics data. Based on these approaches, here it is predicted the occurrence of overflow metabolism in the form of respiro-fermentative metabolism in the yeast Kluyveromyces marxianus. By integrating the metabolic model of K. marxianus with transcriptomics data, new insights on the genes, enzymes and metabolites involved in ethanol stress were obtained. Next, it is presented a new approach for studying enzyme usage redistribution, PARROT, which minimizes the distance between enzyme usage of an initial growth condition and a changing growth condition, based on the principle of minimal adjustment. The PARROT approach was able to predict enzyme usage in alternative growth conditions with higher accuracy than previous methods. While this approach is useful for studying resource redistribution, it is still not able to predict in vivo protein concentrations, given that the predicted usage is limited to a given metabolic flux and catalytic efficiency. To solve this problem, an approach that combines machine learning with metabolic modelling was developed, termed CAMEL. This approach could accurately predict in vivo concentrations, including for strains that were metabolically engineered. Finally, resource redistribution was evaluated on the context of enzyme promiscuity, from which a network of reactions termed “underground metabolism” can arise. To this end, the approach named CORAL was developed to integrate enzyme promiscuity constraints into metabolic models. It was found that these promiscuous enzymes are important for maintaining growth and providing robustness to disturbances in metabolism. The results obtained in this thesis are relevant to systems metabolic engineering endeavours, providing tools and knowledge to design microbial strains more suitable for industrial applications. Keywords: Systems biology; Metabolic engineering; Microbial physiology; Machine learning.