Orientadores: Fabio Marcio Squina, André Ricardo de Lima DamásioDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de BiologiaResumo: A descoberta de novas fontes enzimáticas para degradação e detoxificação da lignocelulose em açúcares fermentescíveis é considerada o maior gargalo para a viabilidade das biorefinarias de etanol de segunda geração (2G). Na natureza, os cupins são sistemas biológicos modelos para o estudo da conversão da biomassa vegetal. Deste modo, o cupim inferior Coptotermes gestroi utiliza como fonte de nutrientes a madeira, fazendo o uso desta biomassa recalcitrante através de uma complexa simbiose entre si como hospedeiro e seus simbiontes procarióticos e eucarióticos. Após o uso das tecnologias "ômicas", pose-se explorar melhor a biologia dos cupins, em especial aspectos enigmáticos sobre a relação holobiôntica, bioquímica e fisiológica relacionada à sua dieta. Há muitos indícios sobre uma classe inexplorada de proteínas endógenas, enzimas pró-oxidantes, antioxidantes e detoxificantes (PADs) e enzimas auxiliares (AAs), que demonstram que estas enzimas poderiam ter um papel fundamental na conversão de lignocelulose pelos cupins inferiores. Portanto, a hipótese deste trabalho versa sobre o cupim C. gestroi quanto à presença de um sistema de degradação e detoxificação de biomassa lignocelulósica que complementa as hidrolases glicolíticas. Para isso, neste trabalho foram conduzidos estudos enzimáticos, eletroquímicos, fermentativos e microscópicos visando o estudo das enzimas endógenas de cupim, de maneira a atribui-las potencial de aplicação biotecnológica. As enzimas endógenas do cupim, endoglucanase (CgGH9-1), aldoketo redutase (CgAKR-1-1) e superóxido dismutase (CgSOD-1) foram imunolocalizadas no aparelho digestivo de C. gestroi, confirmando a presença destas na digestômica do inseto. Foi encontrado que, CgSOD-1, CgAKR-1, CgADH-1 (Álcool desidrogenase), CgLAC-1 (Lacase) atuam em sinergismo dependente de espécies reativas de oxigênio (EROs) durante a suplementação de coquetéis celulásicos. Outra aplicação encontrada para CgAKR-1 foi sua capacidade de agente detoxificante de biomassas contra os fenólicos aldeídicos inibidores de fermentação. Foi identificada a primeira LPMO da família AA10 em animais (CgAA10-2), que foi caracterizada e capaz de oxidar a celulose. CgGOX-1 apresentou atividade de glicose oxidase, o que permitiu o desenvolvimento de uma biopilha de açúcares provenientes de bagaço de cana de açúcar hidrolisado. CgCAT-1 uma catalase, apresentou alta similaridade com uma catalase de R. flavipes. Em vias gerais todas estas enzimas identificadas apresentaram relação com a digestômica do inseto, reforçando o papel das enzimas endógenas do cupim para a degradação da biomassa, detoxificação de xenobióticos e atividade pró e antioxidante, ampliando o conhecimento da biologia deste inseto. Por último, estas enzimas apresentam um grande potencial para as biorefinarias, como enzimas com múltiplos propósitos e com características integrativas, visando à consolidação dos processos envolvendo a produção de etanol 2GAbstract: Discovering novel enzymes sources for lignocellulose degradation and detoxification into fermentable sugars is considered one of the biggest bottlenecks towards the sustainable production of second-generation ethanol. In nature, termites are biological models for plant biomass conversion. Accordingly, the termite Coptotermes gestroi degrades hardwoods to harness their nutrients, through a complex symbiosis between the host termite and prokaryotic and eukaryotic symbionts. A deep insight into the unknown termite biology was obtained by applying "omics" technologies, especially with respect to holobiontic, biochemical and physiological aspects applied to its diet. Many hypotheses about a class of endogenous proteins ¿ the so called pro-oxidant antioxidant and detoxifying enzymes (PADs) and auxiliary enzymes (AAs) ¿ indicate that such enzymes may play a key role in the bioconversion of lignocellulose by termites. This work considers the presence of a redox lignocellulosic degradation and detoxification system supporting glicosil hydrolases. Enzymatic, electrochemical, microscopic and fermentative approaches were used in order to support this consideration. The host enzymes, endoglucanase (CgGH9-1), aldoketo reductase (CgAKR-1) and superoxide dismutase (CgSOD-1) were immunolocalizated in C. gestroi's digestive tract, confirming their presence in the insect digestomics. It was also found that supplementation with CgSOD-1, CgAKR-1, CgADH-1 (alcohol dehydrogenase) and CgLAC-1 (Laccase) enhanced saccharification of sugarcane bagasse performed by cellulosic cocktails. This synergism was based on reactive oxygen species generation. CgAKR-1 also showed to be a detoxifying agent against phenolic aldehydic inhibitors found in pretreated lignocelulose. A first putative animal LPMO from the family AA10 (CgAA10-2) was characterized and found capable of oxidizing cellulose. A glucose oxidase (CgGOX-1) was used in the development of a biobattery composed of sugars from sugarcane bagasse enzymatic hydrolysate. The catalase (CgCAT-1) showed high similarity with a catalase from R. flavipes. In general all identified enzymes could be related to the insect digestomics, reinforcing the role of termite endogenous redox enzymes on biomass degradation, xenobiotics detoxification and pro/anti-oxidant which contributes to understanding the termite biology. Finally, these enzymes present a great potential in biorefinaries, serving for multi-purpose applications and being considered as integrative enzymes by consolidating all processes in the production of second-generation ethanolMestradoFármacos, Medicamentos e Insumos para SaúdeMestre em Ciências2014/20576-7FAPESP