Potencial biotecnológico de Bacillus velezensis CMRP4490 para a produção de metabólitos biofungicidas voltados ao controle de Macrophomina phaseolina

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dc.contributor.advisorOliveira Junior, Admilton Gonçalves de
dc.contributor.authorGouveia, Paula de Oliveira
dc.contributor.bancaCamilios Neto, Doumit
dc.contributor.bancaNicoletto, Maria Luiza Abreu
dc.contributor.bancaNoriler, Sandriele Aparecida
dc.contributor.bancaAlves, Leonardo Cardoso
dc.coverage.extent89 p.
dc.coverage.spatialLondrina
dc.date.accessioned2026-11-09T17:01:05Z
dc.date.available2026-11-09T17:01:05Z
dc.date.issued2026-04-30
dc.description.abstractO agronegócio enfrenta o desafio de mitigar os significativos impactos ambientais e o desequilíbrio ecológico decorrentes do modelo de manejo baseado no uso intensivo e exclusivo de defensivos químicos sintéticos. Diante desse cenário, o desenvolvimento de bioinsumos microbianos, como os metabólitos antifúngicos produzidos pelo gênero Bacillus, surge não como uma solução de substituição total, mas como um aliado estratégico no manejo integrado. Essa abordagem biotecnológica, caracterizada pela alta especificidade e rápida degradação, contribui para a redução do impacto ambiental e auxilia no controle de fungos fitopatogênicos, a exemplo de Macrophomina phaseolina. O objetivo deste trabalho foi produzir, fracionar e identificar os metabólitos secundários da cepa Bacillus velezensis CMRP4490, avaliando seu potencial biológico e otimizando os processos de isolamento. A metodologia englobou a caracterização macromorfológica bacteriana em meios solidificados e ensaios de escalonamento da fermentação líquida submersa, partindo de frascos agitados (shaker) para biorreator de bancada (3 L) e, posteriormente, para biorreator em escala piloto (40 L). O crescimento populacional e a atividade antagonista foram monitorados por quantificação de células viáveis, testes de poço-difusão em ágar, Spot on lawn e determinação do Índice de Crescimento Micelial (ICM). Para as etapas de recuperação (downstream), foi realizada precipitação ácida por ajuste de pH, utilizando pH 2,0 e pH 4,0, seguida por extração em fase sólida (EFS), isolamento por Cromatografia Líquida de Alta Eficiência (CLAE) e anotação molecular utilizando espectrometria de massas (MALDI-TOF e LC-MS). Os resultados demonstraram que a biossíntese máxima de compostos ativos é tempo-dependente e atrelada ao platô de biomassa celular, alcançando seu pico de eficácia antifúngica em 48 horas de cultivo em escala piloto. A recuperação dos metabólitos por precipitação ácida revelou-se um método eficiente, sendo o ajuste para pH 4,0 recomendado por apresentar maior consistência e reprodutibilidade analítica. O precipitado demonstrou forte atividade inibitória dose-dependente contra M. phaseolina, induzindo 87,7% de supressão fúngica na concentração de 500 μg/mL após 72 horas de incubação. O fracionamento cromatográfico permitiu isolar a fração bioativa F4, que inibiu 100% do crescimento fúngico nas concentrações 36,5 e 18,25 μg/mL. Complementarmente, a espectrometria de massas detectou correspondências moleculares para lipopeptídeos das famílias surfactina, iturina, corroborando a análise genômica prévia da cepa. Conclui-se que a linhagem B. velezensis CMRP4490 detém alto potencial biotecnológico para atuar como biofungicida e que o protocolo estabelecido representa uma via metodológica robusta e eficaz para a formulação de novos defensivos biológicos e bioquímicos, consolidando-se como uma importante ferramenta aliada à sustentabilidade no campo
dc.description.abstractother1Agribusiness faces the challenge of mitigating the significant environmental impacts and ecological imbalance resulting from a management model based on the intensive and exclusive use of synthetic chemical pesticides. Given this scenario, the development of microbial bioinputs, such as antifungal metabolites produced by the genus Bacillus, emerges not as a total substitution solution, but as a strategic ally in integrated management. This biotechnological approach, characterized by high specificity and rapid degradation, contributes to reducing environmental impact and assists in the control of phytopathogenic fungi, such as Macrophomina phaseolina. The objective of this work was to produce, fractionate, and identify the secondary metabolites of the Bacillus velezensis CMRP4490 strain, evaluating its biological potential and optimizing the isolation processes. The methodology encompassed bacterial macromorphological characterization in solidified media and scale-up assays of submerged liquid fermentation, starting from shake flasks to a bench-top bioreactor (3 L) and, subsequently, to a pilot-scale bioreactor (40 L). Population growth and antagonistic activity were monitored by quantifying viable cells, agar well diffusion tests, Spot on lawn, and determining the Mycelial Growth Index (MGI). For the recovery stages (downstream), acid precipitation was performed by pH adjustment, using pH 2.0 and pH 4.0, followed by solid-phase extraction (SPE), isolation by High-Performance Liquid Chromatography (HPLC), and molecular annotation using mass spectrometry (MALDI-TOF and LC-MS). The results demonstrated that the maximum biosynthesis of active compounds is time-dependent and linked to the cellular biomass plateau, reaching its peak of antifungal efficacy at 48 hours of cultivation on a pilot scale. The recovery of metabolites by acid precipitation proved to be an efficient method, with the adjustment to pH 4.0 being recommended for presenting greater consistency and analytical reproducibility. The precipitate showed strong dose-dependent inhibitory activity against M. phaseolina, causing 87.7% fungal suppression at a concentration of 50 μg/mL after 72 hours of incubation. Chromatographic fractionation allowed the bioactive fraction F4 to be isolated, which inhibited 100% of fungal growth at concentrations of 36.5 and 18.25 μg/mL. Complementarily, mass spectrometry detected molecular matches for lipopeptides from the surfactin, iturin, and fengycin families, corroborating the previous genomic analysis of the strain. It is concluded that the B. velezensis CMRP4490 strain holds high biotechnological potential to act as a biofungicide and that the established protocol represents a robust and effective methodological pathway for the formulation of new biological and biochemical pesticides, consolidating itself as an important tool allied to sustainability in the field
dc.identifier.urihttps://repositorio.uel.br/handle/123456789/20056
dc.language.isopor
dc.relation.departamentCCB - Departamento de Microbiologia
dc.relation.institutionnameUniversidade Estadual de Londrina - UEL
dc.relation.ppgnamePrograma de Pós-Graduação em Microbiologia
dc.subjectBacillus velezensis
dc.subjectBioinsumos
dc.subjectMacrophomina phaseolina
dc.subjectLipopeptídeos
dc.subjectDownstream
dc.subject.capesCiências Biológicas - Microbiologia
dc.subject.cnpqCiências Biológicas - Microbiologia
dc.subject.keywordsBacillus velezensis
dc.subject.keywordsBioinputs
dc.subject.keywordsMacrophomina phaseolina
dc.subject.keywordsLipopeptides
dc.subject.keywordsDownstream
dc.titlePotencial biotecnológico de Bacillus velezensis CMRP4490 para a produção de metabólitos biofungicidas voltados ao controle de Macrophomina phaseolina
dc.title.alternativeBiotechnological potential of Bacillus velezensis CMRP4490 to produce biofungicidal metabolites aimed at controlling Macrophomina phaseolina
dc.typeDissertação
dcterms.educationLevelMestrado Acadêmico
dcterms.provenanceCentro de Ciências Biológicas

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