Avaliação do exoproteoma de Talaromyces pinophilus cultivado em casca de soja e produção de α-arabinofuranosidase

Abstract

Atualmente, o Brasil é uma potência mundial na produção e exportação de soja, gerando também grandes quantidades de resíduos a partir do seu processamento, sendo um deles a casca de soja, que é rica em carboidratos, proteínas e possui baixo teor de lignina. Foi observado que o cultivo do fungo fitopatogênico Talaromyces pinophilus nesta biomassa induz a produção de enzimas de interesse biotecnológico. Nesse sentido, o extrato bruto de T. pinophilus cultivado em casca de soja sob fermentação submersa foi analisado por LC-MS/MS para a identificação das proteínas mais abundantes. A análise do secretoma experimental mostrou que, nessas condições, o fungo produz elevadas quantidades de α-L-arabinofuranosidase da família GH54. Após o estudo secretoma experimental de T. pinophilus, essas informações foram comparadas aos dados de predição de CAZymes potencialmente secretadas pelo mesmo fungo, gerado por ferramentas preditivas baseadas em seu genoma. Esses resultados confirmaram que a casca de soja induz a produção de uma grande diversidade de arabinofuranosidases, além de direcionar o metabolismo do fungo para a produção de uma α-L-arabinofuranosidase da família GH54 em alta abundância. A partir deste princípio, a enzima foi produzida e parcialmente purificada por ultrafiltração e cromatografia de troca iônica DEAE-Sepharose. A enzima demonstrou ter massa molecular próxima a 52 kDa, exibiu maior atividade em pH 4,5 a 60 °C e t 1/2 de aproximadamente 55h quando incubada a 50 °C. A enzima também demonstrou ser modulada positivamente na presença de Co 2+ , Mn 2+ , EDTA e Tween 80 e apresentou um caráter bifuncional, exibindo atividade de α-arabinofuranosidase e β-galactosidase. Por fim, a α-L- arabinofuranosidase da família GH54 demonstrou um efeito positivo na sacarificação do bagaço da cana-de-açúcar pré-tratado quando adicionada a um coquetel enzimático celulolítico, acarretando no aumento da liberação de glicose, xilose e arabinose, bem como na conversão de celulose e hemicelulose em seus respectivos açúcares monoméricos. Palavras-chave: α-L-Arabinofuranosidase. Exoproteoma. Casca de soja. Talaromyces pinophilus.

Brazil is one of the countries that most produces and exports soybeans in the world. Industrial processing of soybeans generates a large amount of waste, one of which is soybean hulls, that is rich in carbohydrates and proteins. The endophytic fungus Talaromyces pinophilus grown in soybean hulls was able to produces several enzymes of biotechnological interest. The objectives of the present work are to identify the CAZymes of the exoproteome of T. pinophilus cultivated in soybean hulls and characterize the most abundantly secreted enzyme. The crude extract of T. pinophilus grown in soybean hulls under submerged fermentation was analyzed by LC-MS/MS. An α-arabinofuranosidase from the GH54 family was most abundantly secreted. This enzyme was partially purified by ultrafiltration and ion exchange chromatography, biochemically characterized and applied in the saccharification of lignocellulosic biomass. Comparison of the predicted T. pinophilus secretome with the experimental exoproteome of this fungus revealed that soybean hulls were able to induce a wide spectrum of CAZymes and especially a wide range of arabinofuranosidases. Among these, a single α-L-arabinofuranosidase GH54 stood out for its high abundance. This purified α-L-arabinofuranosidase showed MM close to 52 kDa, higher activity at pH 4.5 at 60 °C and t 1/2 of approximately 55h at 50 °C. The enzyme was positively modulated by Mg 2+ , EDTA and Tween 80 and showed a bifunctional character, exhibiting α-arabinofuranosidase and β-galactosidase activities. Supplementation of a commercial cellulolytic enzyme cocktail with α-L-arabinofuranosidase promoted a positive effect on the saccharification of pretreated sugarcane bagasse, increasing the release of glucose, xylose and arabinose. T. pinophilus is a promising fungus for the production of lignocellulolytic enzymes, especially an α-L-arabinofuranosidase GH54, which proved to be efficient in supplementing commercial enzyme mixtures intended for biomass degradation. Keywords: α-L-Arabinofuranosidase. Exoproteome. Soybean hulls. Talaromyces pinophilus.