Inégalité des conditions sociales et proportionnalité du devoir de lieutenance
Chapitre 4 Attention à autrui et décentrement de so
O xilano é principal componente hemicelulósico das paredes das plantas e o segundo mais abundante polissacarídeo renovável do planeta (COUGHLAN, M.P.; HAZELWOOD, 1993). A hidrólise completa do xilano requer a ação de várias enzimas, como endo-xilanases, β-xylosidases, α-arabinosidases, e acetil esterases, entre as quais, endo-1,4- β-D-xilanases (EC 3.2.1.8) são essenciais ao processo inicial da degradação do xilano em xilo-oligosacarídeos curtos e em D-xilose (BIELY, 1985).
As endoxilanases são enzimas hidrolíticas envolvidas na despolimerização do xilano e são produzidas por bactérias (NINAWE; KAPOOR; KUHAD, 2007; KIDDINAMOORTHY et al., 2008; SANGHI et al., 2010), fungos e leveduras (NAIR; SINDHU; SHASHIDHAR, 2008; LIU et al., 1998).
Recentemente, o interesse na obtenção de xilanases aumentou acentuadamente, devido a sua vasta aplicações biotecnológicas, como: pré-branqueamento de celulose, melhoria da digestibilidade de rações para animais, bioconversão de material lignocelulósico e agro-resíduos para produção do bioetanol, entre outros (VIRUPAKSHI; KYU; TANTICHAROEN, 2005).
As xilanases, igualmente as celulases, são classificadas pela Enzyme Comission (EC), com a codificação EC 3.2.1.x, onde o “x” varia com a xilanase avaliada, com base em comparações da estrutura primária dos domínios catalíticos e dos grupos de enzimas em famílias de sequências relacionadas (HENRISSAT; COUTINHO, 2001). De acordo com Collins; Gerday e Feller (2005), as enzimas com atividades xilanolíticas estão incluídas nas famílias 10 e 11, bem como 5, 7, 8 e 43.
As endo-1,4-β-D-xilanases ou endoxilanases formam o maior grupo de enzimas hidrolíticas envolvidas na degradação do xilano, entretanto, apenas 20 a 25% do xilano conseguem ser hidrolisado por xilanases, devido à distribuição heterogênea da hemicelulose, que pode limitar a acessibilidade da enzima ao polímero, bem como, pela instabilidade térmica enzimática ou por sua inibição pelo produto final (ONYSKO, 1993).
As endoxilanases bacterianas podem apresentar peso molecular acima de 15 kDa, geralmente são mais ativas em meios neutros ou levemente alcalinos e em temperaturas mais elevadas (50-90ºC) (ZHENG, 2000).
Os tipos de xilanases excretadas pelos microrganismos podem ser: constitutivas, quando são sintetizadas pelos microrganismos, independente da necessidade e em velocidade constante; e/ou indutivas, que são inicialmente produzidas em pequenas quantidades e aumentam sua concentração na presença de um determinado substrato. Desta forma, as xilanases podem diferir em ocorrência e concentração dependendo das condições metabólicas da célula e, em geral, as enzimas indutivas, podem ter sua síntese associada a mudanças nutricionais e favorecidas pelas condições de cultivo, pH e temperatura (ANGELO, 1995).
Na indústria, como de alimentos, xilanases em conjunto com celulases e pectinases podem ser utilizadas na obtenção de extratos de frutas e vegetais, ou na extração e no clareamento de sucos tornando estes processos mais vantajosos sob os aspectos de rendimento, operacionalidade e qualidade do produto final (BHAT, 2000). Na indústria de vinhos, as hemicelulases em conjunto com pectinases e ß-glucanases promovem a obtenção da cor e da estabilidade, e são ainda usadas no clareamento e na filtração (BHAT, 2000). Também participam da extração e da produção de café solúvel (COLLINS et al., 2005) e da preparação de cerveja (KULKARNI et al., 1999). Outro
grande valor agregado ao uso das xilanases está na indústria de papel e celulose, as quais podem ser utilizadas para o branqueamento da polpa kraft, como alternativa ao uso de produtos químicos clorados, diminuindo o descarte de resíduos tóxicos nos efluentes (AZERI; TAMER; OSKAY, 2010).
As xilanases produzidas por bactérias são mais estáveis, atuando em diferentes pH e em geral estão livres de celulases, aspectos vantajosos nos processos industriais (KULKARNI et al., 1999).
Entre os principais gêneros bacterianos produtores de xilanases, podemos destacar: Paenibacillus, Bacillus, Aeromonas, Cellulomonas, Streptomyces, Ruminococcus, algumas exibindo temperatura ótima elevada de produção enzimática, entre 70ºC e 80ºC (TAKAHASHI; NAKAI; NAKAMURA, 2000; LAMA et al., 2004).
No quadro 1 estão descritos alguns tipos de celulases e xilanases obtidos de microrganismos isolados de diferentes fontes, bem como recombinantes, que possuem potencial para utilização industrial.
Quadro 1. Celulases e xilanases produzidas por diferentes isolados microbianos e cepas recombinantes.
Microrganismo Origem Enzima T ºC pH PM Referência
Celulases e Xilanases de cepas isoladas Bacillus pumilus
EB3 industrial resíduo endoglucanaseβ-1,4- 37 7,0 - ARIFFIN et al., 2008 Brevibacillus sp.
strain JXL dejetos suínos endoglucanaseβ-1,4- 50 6,0-8,0 - LIANG et al., 2009 Bacillus subtilis YJ1 alimentos
fermentados endoglucanaseβ-1,4- 50-60 6,0 32,5 kDa
YIN et al., 2010 Bacillus sp. - xilanase 70 6,0-7,0 - TAKAHASHI et al., 2000 Paenibacillus sp.
KIJ1 água marinha xilanase 50 6,0 - PARK; CHO, 2010
Bacillus sp. JB 99 melaço da cana-de-açúcar xilanase 70 8,0 20 kDa SHRINIVASal., 2010 et Bacillus sp.
lago alcalino xilanase 60 9,0 -
AZERI; TAMER; OSKAY, 2010 Celulases e Xilanases de recombinantes
Bacillus pumilus
CL16 solo endoglucanaseβ-1,4- 50–60 5–8 74,98 kDa LIMA et al., 2005
Bacillus subtilis
MA139 solo β-1,3-1,4-glucanase 40 5.4 24,44 kDa QIAO2009 et al., Geobacillus sp. 70PC53 compostagem com palha de arroz β-1,4- endoglucanase 65 5.0 368 aa NG et al., 2009 Bacillus subtilis I15 compostagem β-1,4-
endoglucanase 60 6.0 52 kDa YANG et al., 2010
Streptomyces sp. - xilanase 60 6,0 - GEORIS et al.,
2000
Bacillus sp. - xilanase 80 5,6 - LAMA etal.,
2004 Paenibacillus sp. solo xilanase 37 7,0 50 kDa HARADA et
al., 2005 Bacillus sp. - xilanase 50 6,5- 10,5 - SAPRE et al., 2005 Bacillus licheniformis sedimento de
fonte termal xilanase 40-50 6,0 23 kDa LEE et al., 2008 Paenibacillus
curdlanolyticus B-6 - xilanase 60 7,0 142,7 Da
WAEONUKU, et al., 2009
Pesquisas utilizando a metagenômica têm sido realizadas com intuito de obter novos genes de organismos pouco conhecidos, que expressem diferentes moléculas de interesse biotecnológico (LORENZ; SCHLEPER, 2002; FENG et al., 2007).
A triagem de bibliotecas metagenômicas de amostras ambientais baseia-se sobre a atividade enzimática das cepas recombinantes ou na similaridade de sequências, tendo
o potencial para detectar genes totalmente desconhecidos, que codificam para novos tipos e classes de enzimas ou para identificar a síntese de compostos bioativos de organismos não-cultivavéis (DANIEL, 2004).
Entretanto, poucos trabalhos são relatados sobre clones metagenômicos funcionais que expressam genes para produção de celulases e xilanases.
PANG et al. (2009) obtiveram dois clones positivos para produção de celulase de amostras do solo, assim como KEMP (2010) obteve dois clones celulolíticos de uma biblioteca metagenômica do rúmen bovino.
WANG et al. (2009) construíram bibliotecas metagenômicas de várias amostras ambientais, os quais isolaram quatro clones que produziram endo e exocelulases.
A atividade xilanolítica de um clone advindo de uma biblioteca metagenômica do solo foi evidenciada HU et al. (2008), assim como MU et al. (2010) obtiveram um clone xilanolítico de uma biblioteca metagenômica do solo enriquecido com palha de arroz.
Wang et al. (2010) em amostras do DNA metagenômico do solo utilizaram primers degenerados na amplificação de genes da xilanase, sendo os produtos da PCR clonados em vetor de expressão, resultando em um clone positivo para xilanase.
Novos genes advindos de bibliotecas metagenômicas podem vir a ser uma perspectiva futura de utilização industrial, visto que, vários microrganismos poderão expressar genes que codificam para bioprodutos, com características diferenciadas, pelo acesso de organismos não-cultiváveis (HANDELSMAN, 2004).