FUNGOS ISOLADOS DA INTERAÇÃO CIGARRINHA (Poekilloptera DEGRADAÇÃO DE BIOMASSA LIGNOCELULÓSICA

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1 FUNGOS ISOLADOS DA INTERAÇÃO CIGARRINHA (Poekilloptera phalaenoides)-fava-de-bolota (Parkia pendula) UTILIZADOS NA DEGRADAÇÃO DE BIOMASSA LIGNOCELULÓSICA Jacqueline Pereira Cursino 1 ; Gilvan Caetano Duarte 2 1 Aluno do Curso de Ciências Biológicas; Campus de Porto Nacional; jacquelinejackpereira@hotmail.com 2 Orientador(a) do Curso de Ciências Biológicas; Campus de Porto Nacional; gcduarte@mail.uft.edu.br RESUMO A interação do inseto Poekilloptera phalaenoides e da planta Parkia pendula resulta em um ambiente propicio para o estabelecimento de fungos. Foram então analisadas atividades enzimáticas relacionadas à degradação da biomassa lignocelulósica, utilizando resíduos agrícolas (resíduo da casca de arroz, do beneficiamento completo de soja e sorgo) como substrato para cultivo de fungos isolados da secreção cérea do inseto encontrada na superfície da planta hospedeira. Dos isolados, o fungo 1 destacou-se pela produção de pectinases (1,050 e 1,410 UI/mL) e xilanases (0,666 e 0,562 UI/mL), quando cultivados nos resíduos da casca de arroz e soja completo, respectivamente. O fungo 2 mostrou apenas produção de xilanases. Quanto à atividade proteolítica, o fungo 2 apresentou os maiores valores em ph 8,0. De modo geral, os fungos isolados de amostras da secreção do inseto em questão, apresentaram algum tipo de atividade enzimática podendo contribuir para a degradação de partes aéreas da planta hospedeira. Palavras-chave: Poekilloptera phalaenoides; Parkia pendula; Lignocelulose; Enzimas INTRODUÇÃO Devido a sua ampla diversidade ecológica, os micro-organismos representam uma excelente fonte de enzimas. A maioria das enzimas industriais são obtidas a partir de micro-organismos, embora alguns biocatalizadores sejam de origem animal e vegetal (OLEMPSKA-BEER et al., 2006). Dentre a grande diversidade de micro-organismos podemos citar aqueles que sintetizam enzimas hidrolíticas (holocelulases, pectinases e ligninases) capazes de degradar o material lignocelulósico, composto principalmente por celulose, hemicelulose, pectina e lignina, tornando-os alvo de pesquisas em diversas áreas biotecnológicas. Com ênfase ao complexo enzimático produzido por fungos, são encontradas na literatura inúmeras aplicações industriais, tais como, nas indústrias de detergentes, alimentos, rações, papel, indústria têxtil e de biocombustíveis. Página 1

2 Os resíduos agrícolas são exemplos de material lignocelulósico disponíveis como substrato para cultivo de fungos e consequente obtenção de enzimas hidrolíticas. A utilização desses resíduos representa grandes vantagens, como mudança na matriz energética, visando a sua sustentabilidade, ampliação da geração de renda, além de contribuição para a redução das emissões de gases de efeito estufa e diminuição dos volumes de resíduos depositados em locais inadequados (VIANNA et al., 2000), sendo que no ano de 2011 a produção anual de resíduos agrícolas no Brasil chegou a cerca de 2x10 11 toneladas (SANTOS et al., 2011). Os fungos podem ser encontrados nos mais diversos ambientes, dentre os quais podemos citar aqueles que colonizam a superfície vegetal das plantas. Poekilloptera phalaenoides (Hemiptera: Flatidae), popularmente conhecido como cigarrinha, é um fitófago que secreta cera pelos urômeros (secreção cérea), substância rica em açúcares que recobre a ninfa e favorece o crescimento de fungos. Neste processo, ao se instalarem sobre as folhas de suas plantas hospedeiras, como a fava-de-bolota (Parkia pendula), comprometem a respiração, transpiração e fotossíntese. No entanto, observou-se que essa secreção também está presente em pequenos galhos e que os mesmos sofriam degradação e queda, havendo a possibilidade dessa degradação ser resultado da atividade de enzimas hidrolíticas produzidas por fungos. MATERIAL E MÉTODOS Os fungos foram isolados da secreção cérea da cigarrinha, depositada na superfície de caules e pequenos ramos da árvore de fava-de-bolota encontrada na UFT- Campus de Porto Nacional. Os isolados foram cultivados em fermentação semi-sólida durante 5 dias, utilizando três resíduos agrícolas como fonte de biomassa lignocelulósica: resíduos de casca de arroz e resíduos completos do beneficiamento de soja e sorgo. Foram realizados ensaios enzimáticos para determinação das atividades de xilanase, endoglucanase (CMCase), pectinase, mananase, celulase total (FPase) e proteases, utilizando xilana de aveia, carboximetil-celulose, pectina, manana e uma tira de papel de filtro (Whatman nº.1) e azocaseína como substratos, respectivamente. A atividade proteolítica foi realizada em condições ácidas ou básicas, ph 4,0 e 8,0, utilizando os tampões acetato de sódio (50 mm) e tris-hcl (50 mm). Página 2

3 RESULTADOS E DISCUSSÃO A partir e amostras da secreção cérea, foram isolados dois fungos que estão em processo de identificação, portanto nesse resumo serão referenciados como fungo 1 e 2 (Figura 1). a b Figura 1: Fungos isolados da secreção da cigarrinha. a) Fungo 1; b) Fungo 2. O fungo 1 se destacou pela produção de [xilanases (0.678 e UI/mL), CMCases (0.141 e UI/mL, pectinases (1.018 e UI/mL), FPases (0.118 e UI/mL) e mananases (0.106 e Ul/mL)] quando cultivado nos resíduos da casca de arroz e soja completo, respectivamente (Figura 2a), enquanto que no resíduo do sorgo observou-se apenas atividade para xilanases. A casca de arroz por apresentar grande quantidade de lignina ( 20 %) (CEN & XIA, 1999) dificulta o aproveitamento da celulose (REYES et al., 1997). No entanto, a atividade enzimática do fungo 1 para CMCase chegou a ser maior que no cultivo com resíduo da soja (Figura 2a), que não apresenta grandes quantidades dessa substância, apenas 3% (MACIEL, 2006). O teor de hemicelulose corresponde 20% e 4% para os resíduos da casca de arroz e de soja completo, respectivamente (CEN & XIA, 1999; MACIEL, 2006), o que pode ter contribuído para a maior atividade xilanase no resíduo da casca de arroz, apesar dos resultados não terem sido muito diferentes (Figura 2). Em adição, as relevantes atividades enzimáticas produzidas pela fungo 1 quando cultivado no resíduo da soja podem ser explicadas pelo alto teor de proteínas nesse substrato ( 43 %), que fornece uma quantidade de nitrogênio mais adequada ao crescimento do fungo (MACIEL, 2006). A xilanase é responsável pela desestruturação do entrelaçamento da hemicelulose presente na parede celular vegetal, facilitando a atividade de celulases, e podem ser aplicadas em indústrias de ração animal. A atividade pectinase apresentou resultados mais promissores utilizando os resíduos casca de arroz e soja completo como substratos (Figura 2a). Essas enzimas são responsáveis pela degradação das substâncias pécticas que são as mais utilizadas pelas indústrias de processamento de frutas. Página 3

4 (HENNIES, 1996). Por outro lado, tendo em vista o fungo 2, a atividade de pectinases (0.262 UI/mL) foram observadas apenas no cultivo com casca de arroz. a b Figura 2: Atividades enzimáticas xilanase, CMCase, pectinase, mananase e FPase para os fungos 1 (1a) e 2 (1b). Apesar da elevada quantidade de proteína presente no resíduo da soja, o fungo 2 não se destacou quanto à produção de enzimas nesse resíduo (Figura 2b). As atividades enzimáticas mais relevantes foram produzidas no resíduo da casca de arroz (xilanase, UI/mL, e pectinase, UI/mL), que apesar do alto teor de lignina possui uma grande percentagem de hemicelulose (CEN & XIA, 1999), que pode ter sido o fator que contribuiu para a baixa atividade de celulases e elevada atividade para xilanases. Para o resíduo do sorgo a atividade xilanase correspondeu a UI/mL. As maiores atividades de xilanases e pectinases produzidas pelo fungo 2 no resíduo do sorgo) apresentaram alto desvio padrão o que pode tornar esses resultados pouco confiáveis. Em relação a atividade proteolítica, o fungo 2 se destacou pelos maiores valores obtidos em condições básicas, quando cultivados nos três resíduos (Tabela 1). O valor máximo obtido foi U/mL, quando cultivado no resíduo casca de arroz. Essa informação é de valor essencial, visto que, as proteases podem degradar as outras enzimas diluídas nos extratos fúngicos com o passar do tempo, indicando que a manutenção de enzimas para tal isolado se mostra mais eficiente em meio ácido. As enzimas proteolíticas possuem uma vasta aplicação indústrial, indústrias de queijo, amaciamento de carne, clarificação de cerveja, dentre outras (LIMA et al., 2007). Tabela 1: Atividade proteolítica (U/mL) em condições ácidas e básicas produzidas pelos fungos 1 e 2. Página 4

5 Conclui-se que o fungo 1 mostrou relevante produção de enzimas envolvidas na degradação da biomassa lignocelulósica quando cultivado nos resíduos da casca de arroz e soja completo. No enquanto, o fungo 2 se destacou apenas pela produção de enzimas proteolíticas, as quais apresentaram maior atividade em condições básicas. Os fungos isolados da secreção do inseto (Poekilloptera phalaenoides) depositada na superficie da planta hospedeira (Parkia pendula), possuem a capacidade de degradação da biomassa lignocelulósica e podem ser considerados um efeito complementar causador do apodecimento de folhas e pequenos galhos que ocorre na planta hospedeira. LITERATURA CITADA CEN, P.; XIA, L. Production of cellulase by solid-state fermentation. Advances in Biochemical Engineering/Biotechnology, Berlin, v. 65, p HENNIES P.T. produção de pectinase de Penicillium italicum através de fermentação em meio semisolid. 68 f. Tese (mestrado). Faculdade de engenharia de alimentos. Universidade Estadual de Campinas, São Paulo, LIMA, S.L.T. de L., JESUS, M.B. de; SOUSA, R.R.R. de, OKAMOTO, K.; LIMA, R. de; FRACETO, L.F. Estudo da Atividade Proteolítica de Enzimas Presentes em Frutos. Química Nova na Escola, Brasil, v. 28, p , MACIEL, G.M. Desenvolvimento de bioprocesso para produção de xilanases por fermentação no estado sólido utilizando bagaço de cana de açúcar e farelo de soja. 133 f. Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Curitiba, OLEMPSKA-BEER, Z.S; MERKER, R.I.; DITTO, M.D.; DINOVI, M.J. Food-processing enzymes from recombinant microorganisms-a review. Regulatory Toxicology Pharmacology, Estados Unidos, v. 45, n. 2, p , SANTOS, T.C.; AMORIM, G.M.; BONOMO, R.C.F; FRANCO, M. Determinação da atividade de CMCase e FPase da estirpe fúngica Rhizopus sp. através da bioconversão do resíduo de seriguela (Spondias purpúrea L.), VIANNA, A.; VIEIRA, L.S.R.; NACIMENTO, M.V.G. Manual de Aplicação de Sistemas Descentralizados de Geração de Energia Elétrica para projetos de Eletrificação Rural Energia Biomassa versão 1. In: CEPEL -RELATÓRIO TÉCNICO ADG-A / PER -789/2000. AGRADECIMENTOS À UFT pelo espaço concedido para realização do trabalho e oportunidade de divulgação. Página 5