AiM  Vol.4 No.5 , April 2014
Cellulase Production by Endophytic Strains of Trichoderma reesei from Baccharis dracunculifolia D. C. (Asteraceae)
ABSTRACT
Cellulases are enzymes responsible for the degradation of cellulose, the major compound in plant cells. Cellulose is a polysaccharide composed of several glucose units linked together by chemical bonds. Cellulases, such as endoglucanases, beta-glucosidase and exoglucanases, break the chemical bonds between the glucose units. Fungi, including the endophytic species, can be great cellulase producers. This study aimed to evaluate cellulase production by four endophytic strains of Trichoderma reesei semi-solid media containing sugarcane bagasse, supplemented or not with salts. Two fermentations were carried out for 43 days. Samples were taken every seven days to obtain production peaks. The enzymes were characterized by their optimum pH and temperature of activity and stability upon incubation in the presence of ions, pH and temperature variations. The results showed that the endophytic strains FB1, FB2, FB3 and FB4 of Trichoderma reesei produce cellulases in a sugarcane bagasse medium, supplemented or not with salts, at pH 5.5 and 30°C. The supplemented medium proved to be more appropriate to induce cellulase production after 29 days of fermentation, with FB4 having the best yield: 16.32 ± 2.65 IU/gram of fermented substrate.

Cite this paper
Onofre, S. , Bonfante, T. , Santos, Z. , Moura, M. and Cardoso, A. (2014) Cellulase Production by Endophytic Strains of Trichoderma reesei from Baccharis dracunculifolia D. C. (Asteraceae). Advances in Microbiology, 4, 275-283. doi: 10.4236/aim.2014.45034.
References
[1]   Aguiar, J.M.M. (2008.) Análise enzimática dos fungos lignocelulolíticos cultivados em vinhaça e bagaço-de-cana-de-acucar. 80f. Dissertação em Agronomia. Escola Superior de Agricultura “Luiz Queiroz”. Universidade de Sao Paulo, São Paulo.

[2]   Menezes, C.M. and Silva, I.S. (2009) Bagaço de cana: Fonte para produção de enzimas ligninocelulolíticas. Estudos Tecnológicos, 5, 68-78. http://dx.doi.org/10.4013/ete.2009.51.05.

[3]   Silva, G.A.B., Almeida, W.E.S., Cortes, M.S. and Martins, E.S. (2009) Produção e caracterização de protease obtida por Gliocladium verticilloides através da fermentação em estado sólido de subprodutos agroindustriais. Revista Brasileira de Tecnologia Agroindustrial, 3, 28-41.
http://dx.doi.org/10.3895/S1981-36862009000100003.

[4]   Ernandes, F.M.P.G., Boscolo, M. and Cruz, C.H.G. (2010) Influência da composição do meio para a produção de Zimomonas mobilis. Acta Scientiarum. Technology, 32, 21-26.
http://dx.doi.org/10.4025/actascitechnol.v32i1.7454.

[5]   Joo, H.S. and Chang, C.S. (2005) Production of Protease from a New Alkalophilic Bacillus sp. I-312 Grown on Soy-bean Meal: Optimization and Some Properties. Process Biochemistry, 40, 1263-1270. http://dx.doi.org/10.1016/j.procbio.2004.05.010

[6]   Santos, T.T. and Varavallo, M.A. (2011) Aplicação de microrganismos endofíticos na agricultura e na produção de substancias de interesse econômico. Semina, 32, 199-212.

[7]   Aguiar, A. and Ferraz, A. (2011) Mecanismos envolvidos na biodegradação de materiais lignocelulósicos e aplicações tecnológicas correlatas. Química Nova, 34, 1729-1738.

[8]   Silva, L.A.D. (2008) Produção e caracterização de enzimas celulásicas por Aspergillus phoenicis. f 119. Dissertação em Microbiologia Agrícola e do Meio Ambiente. Instituto de Ciências Básicas e da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre.

[9]   Castro, A.M. and Pereira Jr., N. (2010) Produção, propriedades e aplicação de celulases na hidrólise de resíduos agro-industriais. Química Nova, 33, 181-188. http://dx.doi.org/10.1590/S0100-40422010000100031.

[10]   Juwaied, A.A., Al-Amiery, A.A.H., Abdumuniem, Z. and Anaam, U. (2011) Optimization of Cellulase Production by Aspergillus niger and Tricoderma viride Using Sugar Cane Waste. Journal of Yeast and Fungal Research, 2, 19-23.

[11]   Ruegger, M.J.S. and Tauk-Tornisielo, S.M. (2004) Atividade da celulase de fungos isolados do solo da Estação Ecológica de Juréia-Itatins, Sço Paulo, Brasil. Revista Brasileira de Botanica, 27, 205-211.http://dx.doi.org/10.1590/S0100-84042004000200001

[12]   Martinez, D. and Murray, R.W. (2008) A sequenciação do genoma e análise da biomassa degradantes fungo Trichoderma reesei (syn. Hypocrea jecorina). Nature Biotechnology, 26, 553-5560. http://dx.doi.org/10.1038/nbt1403.

[13]   Basso, T.P., Gallo, C.R. and Basso, L.C. (2010) Atividade celulolítica de fungos isolados de bagaço de cana de acucar e madeira em decomposição. Pesquisa Agropecuária Brasileira, 45, 1282-1289.

[14]   Alnoch, R.C. (2010) Seleção qualitativa de fungos filamentosos com atividade celulolítica isolados em solos de áreas de floresta na região de Tangará da Serra—MT. Anais: Congresso de Iniciação Científica, Cáceres/MT, Brasil, 6, 20-24.

[15]   Cuzzi, C., Link, S., Vilani, A., Sartori, C. and Onofre, S.B. (2012) Endophytic fungi of the “vassourinha” (Baccharis dracunculifolia D. C.—Asteraceae). Revista Brasileira de Biociências, 10, 135-139.

[16]   Santos, Z.M.Q., Bonfante, T., Silva, G.C., Fidriszewski, J., Bergamin, R. and Onofre, S.B. (2012) Comportamento de linhagens endofíticas de Trichoderma reesei em produzir celulases em meio não suplementado. Anais 11o Encontro de Iniciação Científica e 11o Fórum de Pesquisa da Unipar.

[17]   Moura, A.C., Cardoso, A.F., Bergamim, R. and Onofre, S.B. (2012) Capacidade de linhagens endofíticas de Tricho-derma reesei em produzir celulases em meio suplementado. Anais do 11o Encontro de Iniciação Científica E 11o Fórum de Pesquisa da Unipar.

[18]   Onofre, S.B., Groff, S.A., Sartori, A., Bertolini, J., Kagimura, F.Y., Rotta, D., Mazzali, L. and Steilmann, P. (2012) Production of α-Amylase and Amyloglucosidase by the Fungus Cylindrocladium sp. in Semi-Solid State Fermentation. Journal of Microbiology Research, 2, 123-126.
http://dx.doi.org/10.5923/j.microbiology.20120205.02

[19]   Alazard, D. and Raimbault, M. (1981) Comparative Study of Amylolytic Enzymes Production by Aspergillus niger in Liquid and Solid-State Cultivation. European Journal of Applied Microbiology and Biotechnology, 12, 113-117.

[20]   Onofre, S.B., Groff, S.A., Sartori, A., Bertolini, J., Kagimura, F.Y., Rotta, D., Mazzali, L. and Steilmann, P. (2011) Amylolytic Enzymes Produced by the Fungus Colletotrichum gloeosporioides in Rice Semi-Solid Fermentation. Journal of Yeast and Fungal Research, 2, 28-32.

[21]   Silva, F.A.S.E. and Azevedo, C.A.V. (2002) Versão do programa computacional Assistat para o sistema operacional Windows. Revista Brasileira de Produtos Agroindustriais, 4, 71-78.

[22]   Pandey, A. (2003) Solid State Fermentation. Biochemical Engineering Journal, 13, 81-84. http://dx.doi.org/10.1016/S1369-703X(02)00121-3

[23]   Sales, M.R., Moura, R.B., Porto, G.R. and Porto, A.L.F. (2010) Variáveis que influenciam a produção de celulases e xilanase por espécies de Aspergillus. Pesquisa Agropecuária Brasileira, 45, 1290-1296. http://dx.doi.org/10.1590/S0100-204X2010001100009.

[24]   Doelle, D.W., Mitchell, D.A. and Rolz, C.E. (1992) Solid Substrate Cultivation. Elsevier Science Publishers Ltd., Amsterdam.

[25]   Pinto, G.A.S. (2003) Produção de tanase por Aspergillus niger. Tese (Doutorado em Tecnologia de Processos Químicos e Bioquímicos)-Escola de Química, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro.

[26]   Sato, K. and Sudo, S. (1999) Small-Scale Solid-State Fermentations. Manual of Industrial Microbiology and Biotechnology, 6, 60-79.

[27]   Bianchi, V.L.D., Moraes, I.O. and Capalbo, D.M.F. (2001) Fermentação em estado sólido. In: Schmidell, W.I., Lima, V.A., Aquarone, E. and Borzani, W., Eds., Biotecnologia Industrial, Vol. 3, Edgard Blucher Ltda, São Paulo, 247-276.

[28]   Buswell, J.A., Cai, Y.J., Changs, S.T., Peberdy, J.F., Fu, S.Y. and Yu, H.S. (1998) Lignocellulolytic Enzyme Profiles of Edible Mushroom Fungi. World Journal of Microbiology and Biotecnology, 12, 537-542.

[29]   Jan, H.D. and Chen, K.S. (2003) Production and Characterization of Thermostable Cellulases from Streptomyces Transformant T3-1. World Journal Microbiology and Biotechnology, 19, 263-268. http://dx.doi.org/10.1023/A:1023641806194

[30]   Dalsenter, F.D.H., Viccini, G., Barga, M.C., Mitchell, D.A. and Krieger, N. (2005) A Mathematical Model Describing the Effect of Temperature Variations on the Kinetics of Microbial Growth in Solid-State Culture. Process Biochemistry, 40, 801-807. http://dx.doi.org/ 10.1016/j.procbio.2004.02.007

[31]   Mitchell, D.A., Berovic, M. and Krieger, N. (2006) Solid-State Fermentation Bioreactors. In: Mitchell, D.A., Krieger, N. and Berovic, M., Eds., Springer, Heidelberg, 19.

[32]   Gomes, E., Guez, M.A.U., Martin, N. and da Silva, R. (2007) Enzimas termoestáveis: Fontes, produção e aplicação industrial. Química Nova, 30, 136-145. http://dx.doi.org/10.1590/S0100-4042200 7000100025

[33]   Carvalho, R.V., Cõrrea, T.L.R., Silva, J.C.M., Mansur, L.R.C.O. and Martins, M.L.L. (2008) Properties of an Amylase from Thermophilic Bacillus sp. Brazilian Journal of Microbiology, 39, 102-107. http://dx.doi.org/10.1590/S1517-83822008000100023.

[34]   Taneda, D., Ueno, Y., Ikeo, M. and Okino, S. (2012) Characteristics of Enzyme Hydrolysis of Cellulose under Static Condition. Bioresource Technology, 121, 154-160. http://dx.doi.org/10.1016/j. biortech.2012.06.104

[35]   Camassola, M., Bittencourt, L.R., Shenem, N.T., Andreaus, J. and Dillon, A.J.P. (2004) Characterization of the Cellulase Complex of Penicillium echinulatum. Biocatalysis and Biotransformation, 22, 391-396. http://dx.doi.org/ 10.1080/10242420400024532

[36]   Alam, M.Z., Muyibi, S.A. and Wahid, R. (2008) Statistical Optimization of Process Conditions for Cellulase Production by Liquid State Bioconversion of Domestic Wastewater Sludge. Bioresource Technology, 99, 4709-4716. http://dx.doi.org/10.1016/ j.biortech.2007.09.072

[37]   Qin, Y., Wei, X., Song, X. and Qu, Y. (2008) Engineering Endoglucanase II from Trichoderma reesei to Improve the Catalytic Efficiency at a Higher pH Optimum. Journal of Biotechnology, 135, 190-195.

[38]   Zhang, J., Tang, M. and Viikari, L. (2012) Xylans Inhibit Enzymatic Hydrolysis of Lignocellulosic Materials by Cellulases. Bioresource Technology, 121, 8-12.

[39]   Bendig, C. and Weuster-Botz, D. (2012) Reaction Engineering Analysis of Cellulase Production with Trichoderma reesei RUT-C30 with Intermittent Substrate Supply. Bioprocess and Biosystems Engineering, 132, 121-128.

[40]   Puglisi, I., Faedda, R., Sanzaro, V., Lo Piero, A.R., Petrone, G. and Cacciola, S.O. (2012) Identification of Differentially Expressed Genes in Response to Mercury I and II Stress in Trichoderma harzianum. Gene, 506, 325-330.

[41]   Castro, A.M. (2006) Produção e Propriedades de Celulases de Fungos Filamentosos, obtidas a partir de Celulignina de Bagaço de cana-de-açucar (Saccharum spp.). Dissertação de Mestrado, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro.

[42]   Rodríguez-Zúñiga, U.F., Farinas, C.S., Bertucci Neto, V., Couri, S. and Crestana, S. (2011) Produção de celulases por Aspergillus niger por fermentação em estado sólido. Pesquisa Agropecuária Brasileira, 46, 912-919. http://dx.doi.org/10.1590/S0100-204X2011000800018.

[43]   Camassola, M., Bittencourt, L.R., Shenem, N.T., Andreaus, J. and Dillon, A.J.P. (2004) Characterization of the Cellulase Complex of Penicillium echinulatum. Biocatalysis and Biotransformation, 22, 391-396. http://dx.doi.org/ 10.1080/10242420400024532

[44]   Spier, M.R. (2005) Produção de enzimas amilolíticas fúngicas α-amilase e amiloglucosidase por fermentação no estado sólido. Dissertação (Mestrado em Tecnologia de Alimentos), Universidade Federal do Paraná, Curitiba.

[45]   Zhang, Y.H.P., Himmel, M.E. and Mielenz, J.R. (2006) Outlook for Cellulase Improvement: Screening and Selection Strategies. Biotechnology Advances, 24, 452-481.
http://dx.doi.org/10.1016/j.biotechadv.2006.03.003

[46]   Chandra, M.S., Viswanath, B. and Reddy, B.R. (2007) Cellulolytic Enzymes on Lignocellulosic Substrates in Solid Sate Fermentation by Aspergillus niger. Indian Journal of Microbiology, 47, 323-328. http://dx.doi.org/10.1007/s12088-007-0059-x

[47]   Sanchez, C. (2009) Lignocellulosic Residues: Biodegradation and Bioconversion by Fungi. Biotechnology Advances, 27, 185-194. http://dx.doi.org/10.1016/j.biotechadv.2008.11.001

[48]   Ahamed, A. and Vermette, P. (2010) Effect of Mechanical Agitation on the Production of Cellulases by Trichoderma reesei RUT-C30 in a Draft-Tube Airlift Bioreactor. Biochemical Engineering Journal, 49, 379-387.http://dx.doi.org/10.1016/j.bej.2010.01.014

[49]   Gao, D., Chundawat, S.P.S., Uppugundla, N., Balan, V. and Dale, B.E. (2011) Binding Characteristics of Trichoderma reesei Cellulases on Untreated, Ammonia Fiber Expansion (AFEX), and Dilute-Acid Pretreated Lignocellulosic Biomass. Biotechnology and Bioengineering, 108, 1788-1800.
http://dx.doi.org/10.1002/bit.23140

 
 
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