Análise da degradação anaeróbica de lignina por bactérias ruminais

Abstract

A lignina é um dos principais componentes da biomassa de lignocelulose podendo corresponder a ~35% de sua composição. Essa macromolécula é considerada a principal fonte de compostos aromáticos na natureza. Além da lignina natural, essa estrutura é gerada como um subproduto residual de processos industriais, como o de polpação, e normalmente é destinada para a combustão para produção de energia. A utilização de lignina como matéria prima para produzir produtos de interesse industrial como a vanilina, guaiacol e o fenol poderia contribuir para a implementação de biorrefinarias. A lignina precisa ser desconstruída antes que possa ser convertida em bioprodutos com alto valor agregado. Os fungos de podridão branca e diferentes gêneros de bactérias aeróbicas são descritos como os principais degradadores de lignina na natureza. As bactérias também são capazes de desconstruir a lignina anaerobicamente, no entanto os mecanismos empregados são pouco conhecidos. Neste sentido, o presente trabalho explorou o potencial das bactérias do rúmen de bovinos em desconstruir anaerobicamente a lignina. Para isso, amostras líquidas do rúmen foram inoculadas em meios de cultura contendo lignina kraft como fonte de carbono com ou sem adição de extrato de levedura a 37 ºC durante quatro dias, sob atmosfera anaeróbia durante cinco passagens. Os consórcios obtidos através dessas passagens foram capazes de descolorir os meios de cultivo, onde a descoloração máxima para o consórcio cultivado com lignina kraft e extrato de levedura como fonte de carbono (KLY) foi de 40% e 29% para o consórcio obtido usando apenas lignina kraft (KL) como fonte de carbono. As análises SEM, FTIR e GC-MS indicaram modificações na estrutura da macromolécula de lignina e a presença de compostos aromáticos relacionados a sua degradação como o fenol, ácido hidrocinâmico, álcool homovanílico e ácido vanilmandélico. As análises de diversidade e de taxonomia, baseadas no sequenciamento do gene 16S rRNA, indicaram diminuição da diversidade bacteriana e o enriquecimento de membros do gênero de Dickeya nos consórcios KLY e KL em comparação com a microbiota do rúmen. Além disso, um notável número de ASVs bacterianas classificadas como desconhecidas foram identificadas sugerindo a presença de gêneros de bactérias ainda não descritas relacionadas à degradação de lignina. A análise de predição funcional inferiu a presença de oito vias metabólicas relacionadas à metabolização da lignina nos consórcios KLY e KL. Bactérias foram isoladas a partir desses consórcios em meios sólidos contendo lignina kraft como fonte de carbono, no entanto não foram capazes de crescer e descolorir os meios de cultura líquido na ausência de glicose.