Avaliação da produção de lipídios por fungos filamentosos da família Mortierellacea isolados da Antártida

Abstract

Frente às fontes convencionais de ácidos graxos poli-insaturados (AGPIs), animais e vegetais, e seus impactos ambientais como exploração animal, poluição da água, desmatamento e interferência na cadeia trófica, fontes microbianas têm se apresentado como alternativa viável. Os microrganismos que produzem lipídios microbianos, ou single cell oils, são capazes de acumular mais de 20 % de sua massa celular como lipídios. Dos ácidos graxos encontrados nestes microrganismos, destacam-se os poli-insaturadas, das famílias ômega 3 e 6, como ácido linoleico, linolênico e araquidônico. A família Mortierellaceae é conhecida por seu potencial de acúmulo lipídico, particularmente a espécie Mortierella alpina, utilizada industrialmente para a produção de ácido araquidônico. Todavia, diversas outras espécies são estudadas para a produção deste e outros AGPIs. Neste contexto, este estudo buscou investigar linhagens isoladas da Antártida, potencialmente pertencentes à família Mortierellaceae, quanto ao seu potencial de produção de lipídios. As linhagens foram identificadas quanto ao gênero, através do sequenciamento da região ITS, sendo uma Mortirella sp. duas Linnemannia spp. e uma Entomortierella sp.. Parâmetros de processo foram investigados para Linnemannia sp. ACF038 e os parâmetros ótimos de cultivo foram definidos em pH 5,5, extrato de levedura como fonte de nitrogênio e temperatura de 25 °C. Com estes parâmetros, realizou-se o escalonamento e melhoramento das condições para um cultivo submerso. Para escalonamento, um dos fatores mais importantes ao controle do cultivo é a concentração de oxigênio dissolvido, mensurável de forma eficiente através do coeficiente volumétrico de transferência de oxigênio (kLa). A disponibilidade de oxigênio está diretamente relacionada à biossíntese de lipídios, a qual depende da disponibilidade de NADH. Para a melhor condição de cultivo, a variável kLa foi observada em 28,9 h-1. A adição do nitrato de sódio e o aumento da concentração inicial de glicose levaram a um aumento de 46 % na biomassa e 77 % na produção de lipídios, produzindo 5,2 g/L de lipídios. Deste teor lipídico, identificou-se 42 % como ácido linoleico (LA), considerado essencial a humanos, que necessitam ingeri-lo através da dieta. Este teor de LA coloca esta linhagem à frente de grande parte dos microrganismos oleaginosos para a produção de ácido linoleico em larga escala.

Sourcing polyunsaturated fatty acids (PUFAs) from animals and plants has environmental impacts such as animal exploitation, water pollution, deforestation, and interference in the trophic chain; however, a viable alternative has been found in microbial sources. Microorganisms that produce microbial lipids, or single cell oils, can accumulate more than 20% of their cell mass as lipids. Of the fatty acids found in these microorganisms, the polyunsaturated ones, from the omega 3 and 6 families, such as linoleic, linolenic, and arachidonic acid, stand out. The Mortierellaceae family is known for its lipid accumulation potential, particularly the species Mortierella alpina, used industrially to produce arachidonic acid. However, several other species are studied to produce this and other PUFAs. In this context, this study aims to investigate strains isolated from Antarctica, potentially belonging to the Mortierellaceae family, regarding their potential for lipid production. The strains were identified as to the genus, through the sequencing of ITS region, being a Mortirella sp., two Linnemannia spp., and a Entomortierella sp.. Process parameters were investigated for Linnemannia sp. ACF038 and the optimal cultivation parameters were defined at pH 5.5, yeast extract as nitrogen source and temperature of 25 °C. With these parameters, the scaling and improvement of the conditions for a submerged cultivation was carried out. For scaling, one of the most important factors for crop control is the concentration of dissolved oxygen, efficiently measurable through the volumetric oxygen transfer coefficient (kLa). Oxygen availability is directly related to lipid biosynthesis, which depends on NADH availability. For the best cultivation condition found, the variable kLa was observed at 28.9 h-1. The addition of sodium nitrate and the increase in the initial glucose concentration led to a 46 % increase in biomass and a 77 % increase in lipid production, producing 5.2 g/L of lipids. Of this lipid content, 42 % was identified as linoleic acid (LA), considered essential for humans, who need to ingest it through the diet. This LA content place this strain ahead of most oleaginous microorganisms to produce linoleic acid on a large scale.