Pesquisa
Área de concentração
Microbiologia Agrícola: Compreende o estudo de micro-organismos associados à água, ao solo, às plantas e aos animais. As atividades de pesquisa do Programa enfocam aspectos de genética, fisiologia, ecologia e diversidade dos micro-organismos, além de suas aplicações na biotecnologia e na produção de alimentos, antimicrobianos, biocombustíveis e metabólitos de interesse aplicado na agricultura e na pecuária.
Linhas de Pesquisa
Linha 1: Genética, fisiologia e ecologia de micro-organismos.
Regulação de expressão gênica e mecanismos regulatórios globais. Patogenicidade e fatores de virulência. Análise de genomas microbianos. Crescimento microbiano e processos fermentativos. Fluxo metabólico e metabolômica. Desenvolvimento e estrutura de comunidades microbianas associadas à água, ao solo, às plantas e aos animais. Biodiversidade em ambientes aquáticos e terrestres. Interações entre populações de micro-organismos. Ciclagem de nutrientes e ciclos biogeoquímicos. Agentes antimicrobianos. Associações biológicas de micro-organismos com plantas e animais.
Linha 2: Processos e produtos microbiológicos.
Isolamento, seleção e melhoramento de fungos miceliais, leveduras, bactérias e vírus e desenvolvimento de processos para produção de células, enzimas, proteínas e metabólitos de interesse para a indústria agropecuária e ambiental. Desenvolvimento de métodos para detecção e controle de micro-organismos patogênicos, deterioradores de alimentos e resistentes a antibióticos.
Grupos de Pesquisa
A ênfase é dada em pesquisa para o desenvolvimento científico e tecnológico visando a otimização de processos que utilizem microrganismos em associações biológicas. As associações biológicas tem sido modelo para a compreensão de fenômenos que envolvam a biologia dos organismos, incluindo-se os estudos da fisiologia, a ocupação e distribuição nos ecossistemas, a regulação da expressão de genes e estudo dos geneticamente modificados. Desenvolvem-se também estudos da biodiversidade, taxonomia e identificação dos microrganismos envolvidos.
Linhas de Pesquisa:
Fixação Biológica do Nitrogênio
Objetivos: Fisiologia, bioquímica, genética e ecologia de rizóbios; Fisiologia da simbiose; Aspectos agronômicos da simbiose em culturas de alfafa, feijão e soja; Microbiologia e tecnologia da produção de inoculantes.
Micorrizas
Objetivos: Biologia, fisiologia, ecologia e genética molecular de fungos ectomicorrízicos e da associação ectomicorrízica, com ênfase em espécies vegetais de Pinus e Eucalyptus; Biologia, fisiologia e ecologia de fungos micorrízicos arbusculares e de sua associação com plantas de interesse agronômico e florestal; Biologia Ecologia e taxonomia dos fungos micorrízicos de orquídeas visando a propagação in vitro; Microbiologia e tecnologia da produção de inoculantes.
Microrganismos Endofíticos
Objetivos: Isolamento de microrganismos endofíticos; Estudo da distribuição nas estruturas internas em estádios de maturação de frutos de café; Estudo dos mecanismos de colonização de bactérias e leveduras endofíticas; Caracterização de pectinases de microrganismos endofíticos e compostos relacionados com a qualidade da bebida do café.
O grupo almeja a consolidação e competência científica no conhecimento da fisiologia, biologia molecular, genética e taxonomia de fungos formadores de cogumelos com potencial econômico e de interesse alimentar e medicinal. O estudo, a seleção e o melhoramento desses fungos poderão contribuir para o desenvolvimento de alternativas para o agronegócio. Além disso, a adequação das técnicas de cultivo dos cogumelos às condições brasileiras permitirá a difusão da prática de produção que poderá resultar no aproveitamento de resíduos agroindustriais como substratos na produção de sementes ou compostos. O desenvolvimento de técnicas de processamento e armazenamento visa garantir a conservação do produto com padrões de qualidade e segurança microbiológica. Os aspectos mercadológicos abordados darão as diretrizes para que o setor produtivo possa atender a demanda interna e externa.
Linhas de Pesquisa:
Produção, processamento, aspectos biotecnológicos e mercadológicos de cogumelos
Objetivos: Biologia, fisiologia, ecologia e genética molecular de cogumelos comestíveis e medicinais; Produção e processamento de cogumelos; Aspectos biotecnológicos e mercadológicos.
Devido a importância dos organismos vivos, incluindo os microrganismos, na manutenção do balanço ecológico, este grupo almeja a consolidação e competência científica na área do conhecimento da fisiologia, biologia molecular, genética e taxonomia dos microrganismos envolvidos com os processos de biorremediação, produção de biossurfactantes e de recuperação avançada de petróleo. Com a preocupação de impedir a rápida destruição do ambiente como também a rápida destruição dos recursos naturais não-renováveis, isolar e caracterizar os diversos microrganismos envolvidos no processo, assim como compreender a atividade microbiana na natureza, é crucial para o balanço da natureza e também para o aumento da produtividade de modo sustentável. O desenvolvimento de metodologias e o entendimento da estrutura e a função dos microrganismos nos ecossistemas também estão entre os objetivos deste grupo.
Linhas de Pesquisa:
Biorremediação, biodiversidade e bioindicadores de qualidade ambiental
Objetivos: Isolar microrganismos com capacidade de degradação de componentes recalcitrantes; Constituir consórcio de microrganismos para utilização em processos de biorremediação; Monitorar o processo de biorremediação por meio de indicadores microbiológicos e bioquímicos; Determinar o conteúdo de G+C da comunidade microbiana em ambientes contaminados; Adaptar e validar o procedimento para o monitoramento do progresso da descontaminação ambiental.
As pesquisas do grupo de pesquisa Fisiologia e Biotecnologia de Leveduras focam na utilização destes microrganismos para a produção de
biocombustíveis e biomoléculas de interesse industrial. Além de focar no desenvolvimento de bioprocessos, nós estudamos a regulação do metabolismo de açúcares e lipídios, bem como as respostas adaptativas de leveduras ao estresse por etanol, 2-feniletanol e ácido acético. Outro objetivo do nosso grupo é a seleção linhagens de leveduras mais tolerantes a essas condições de estresse. Outro foco do nosso grupo é a reconstrução de modelos metabólicos em escala genômica visando a análise sistêmica do metabolismo de leveduras.
Além disso, nós buscamos entender como as características de códons afetam a biossíntese de proteínas. Essas características vêm sendo utilizadas para a predição da abundância de proteínas in silico por meio da utilização de máquinas de aprendizado.
Linhas de pesquisa
Produção de biocombustíveis e biomoléculas de interesse industrial a partir de resíduos (subprodutos) agroindustriais
Esta linha de pesquisa objetiva otimizar a produção de etanol, lipidios, 2-feniletanol e xilitol por leveduras a partir de resíduos agroindustrias tais como permeado de soro de leite, soro de ricota e matérias-primas lignocelulósicas.
Regulação do metabolismo de leveduras
Esta linha de pesquisa objetiva estudar a regulação do metabolismo de lactose e respirofermentativo de Kluyveromyces marxianus e do metabolismo de xilose e de lipídios de Papiliotrema laurentii.
Regulação de respostas adaptativas de leveduras
Esta linha de pesquisa foca no estudo das respostas de leveduras a condições de estresse encontradas em bioprocessos tais como altas concentrações de etanol, ácido acético e 2-feniletanol.
Seleção de leveduras com fenótipos de interesse industrial por evolução adaptativa em laboratório
Esta linha de pesquisa foca na seleção de leveduras com fenótipos de interesse industrial tais como maior tolerância ao etanol e ácido acético por meio da abordagem de evolução adaptativa em laboratório.
Reconstrução de modelos metabólicos em escala genômica
Esta linha de pesquisa foca na reconstrução modelos metabólicos em escala genômica visando a análise sistêmica do metabolismo de leveduras.
Predição da abundância de proteínas in silico
Esta linha de pesquisa foca na predição da abundção de proteínas in silico por meio da utilização de máquinas de aprendizado.
As pesquisas desenvolvidos pelo grupo envolvem o estudo de fungos produtores de enzimas e de fungos fitopatogênicos por meio da genética clássica e molecular. Os fungos produtores de enzimas pertencem ao gênero Penicillium, onde é dada especial ênfase ao melhoramento da produção de pectinases e xilanases. As linhagens melhoradas serão utilizadas na indústria têxtil (desengomagem de fibras naturais), de celulose (branqueamento de polpa) e de alimentos (clarificação de sucos e vinhos). Os fungos fitopatogênicos Crinipellis perniciosa, Fusarium oxysporum f. sp. phaseoli, Fusarium solani e Colletotrichum lindemuthianum estão sendo investigados visando a identificação dos genes envolvidos na interação hospedeiro-patógeno para no futuro desenvolver estratégias de controle desses patógenos.
LINHAS DE PESQUISA
1) CARACTERIZAÇÃO DE ISOLADOS CLÍNICOS BACTERIANOS PROVENIENTES DE SUINOS: ESTUDO DE DETERMINANTES GÊNICOS DE RESISTÊNCIA A AGENTES ANTIMICROBIANOS
Estudo de população de isolados bacterianos (clínicos ou não) provenientes de suinos, principalmente bactérias da família Enterobacteriaceae e Pasteurellaceae. A pesquisa engloba a identificação dos sorotipos predominantes em animais de produção, sadios e doentes, e no sul e sudeste do Brasil por técnicas sorológicas e moleculares, análise da variabilidade genética entre os sorotipos, identificação e determinação dos mecanismos de resistência a antimicrobianos comumente empregados em campo e isolamento e caracterização de plasmídeos associados à resistência e à virulência.
2) VIRULÊNCIA E IDENTIFICAÇÃO DE DIFERENÇAS GENÔMICAS EM PATÓGENOS BACTERIANOS
Esta linha de pesquisa visa o estudo e o estabelecimento de um sistema modelo de infecção Galleria mellonella e patógenos bacterianos de interesse animal; identificar e caracterizar genes que codificam antígenos patógeno-específicos a partir do sequenciamento de genomas de isolados clínicos. A identificação e a caracterização de genes patógeno-específicos são importantes na compreensão da virulência deste patógeno no estabelecimento de novos métodos de diagnóstico e na busca por determinantes imunoprotetores eficazes que possam ser implementados em campo no futuro.
3) VESICULAS EXTRACELULARES, PROTEÍNA Hfq E PEQUENOS RNAs REGULATÓRIOS EM PATÓGENOS BACTERIANOS
Este projeto visa a caracterização estrutural e funcional de vesículas extracelulares produzidas por Actinobacillus pleuropneumoniae, especificamente a composição de ácidos nucleicos e o papel destes na interação patógeno – hospedeiro; além disso investigar o papel das vesículas extracelulares produzidas por A. pleuropneumoniae e o seu papel como veículo em um novo processo de transferência horizontal de genes. Alem disso, investigar o papel da proteína Hfq em diferentes sorotipos de A. pleuropneumoniae e a identificação de pequenos RNAs regulatórios (sRNAs). As metas são estabelecimento de um pipeline eficiente de identificação in silico de sRNAs que possa ser usado em outros patógenos bacterianos da família Pasteurellaceae a partir de diferentes ferramentas de bioinformática, além do estudo de sRNAs que dependem da ligação com a proteína Hfq por ensaios de co-imunoprecipitação e confirmação dos alvos de ligação dos sRNAs (genes alvos), além da obtenção de mutantes sRNA específico com o intuito de obtenção de uma vacina viva atenuada.
4) ESTUDO DE ACTINOBACTÉRIAS E BACTÉRIAS PREDADORAS COMO PLATAFORMAS DE PRODUTOS DE APLICAÇÃO BIOTECNOLÓGICA
Este projeto tem como principal objetivo o isolamento e a caracterização fisiológica e genética de actinobactérias e bactérias do gênero Lysobacter provenientes de diferentes habitats mediante a habilidade dessas em inibir e/ou controlar o crescimento de patógenos animais e vegetais; promoção de crescimento vegetal e animal e produtores de enzimas e compostos de interesse biotecnológico.
Os estudos dos mecanismos bioquímicos e genéticos da interação entre plantas e microrganismos mutualistas visando à manipulação das associações nos sistemas de produção florestal, tem abordado os eventos de comunicação química envolvidos no estabelecimento e na função das simbioses. Os processos relacionados aos ciclos de vida dos simbiontes e à formação das estruturas características da vida associativa tem sido também investigados. Atualmente as interações simbióticas estão sendo abordadas sob o ponto de vista da genética quantitativa, com ênfase nos basidiomicetos ectomicorrízicos. A equipe almeja, com o conhecimento das interações entre plantas e endossimbiontes manipular a simbiose visando à maior produtividade das culturas florestais de forma sustentada.
Linhas de Pesquisa:
Interação Eucalyptus-fungo ectomicorrízico
Objetivos: Investigar os determinantes químicos que regulam os eventos iniciais da formação da ectomicorriza;
Investigar o processo de formação e germinação de esporos de fungos ectomicorrízicos;
Estudar a interação entre a planta hospedeira e estirpes monocarióticas e dicarióticas de Pisolithus.
A biologia dos microrganismos relevantes no processamento, na conservação e na deterioração dos alimentos é estudo fundamental para garantir a qualidade e segurança dos produtos alimentícios. A segurança microbiológica dos estoques de alimentos tem implicações sociais e econômicas, além de grande impacto na saúde pública. Aspectos tecnológicos, ecológicos, fisiológicos e genéticos são abrangidos nos projetos deste grupo e a ênfase é dada em três aspectos:
(1) bactérias patogênicas veiculadas e propagadas por alimentos e seus fatores de patogenicidade;
(2) qualidade microbiológica associada aos métodos de processamento de alimentos e à regulamentação e padrões;
(3) bases fisiológicas e genéticas da resistência a antibióticos em bactérias de alimentos de origem animal. Além disso, o uso de microrganismos nos processos fermentativos de alimentos tem grande potencial no desenvolvimento de novos e melhores produtos com características próprias e que lhes agregam valor. O aspecto de segurança desses produtos também é enfatizado.
Linhas de Pesquisa:
Microbiologia de Leite e Derivados
Objetivos: Definir parâmetros termobacteriológicos para novos produtos lácteos;
Estudar a ação, o crescimento e a destruição de psicrotróficos deterioradores e patogênicos na linha de produção do leite e de derivados;
Determinar prazos de validade, métodos e conservação para novos produtos e propor padrões de qualidade;
Desenvolver protocolos para sistemas de garantia de qualidade (HACCP) em indústrias de leite e derivados.
Microbiologia de Produtos Fermentados de Carne
Objetivos: Estudo da fermentação de produtos fermentados de carne;
Isolamento e caracterização dos microrganismos de produtos de fermentação natural;
Segurança de produtos fermentados de carne.
Patógenos de Origem Alimentar
Objetivos: Fisiologia e Genética de bactérias patogênicas e deterioradoras de alimentos;
Patogenicidade de bactérias associadas a doenças alimentares emergentes;
Análise da diversidade genética de bactérias patogênicas utilizando marcadores moleculares.
Qualidade Microbiológica de Alimentos
Objetivos: Estudo da qualidade microbiológica dos alimentos associada aos métodos de processamento na indústria;
Detecção e controle de bactérias patogênicas e deterioradoras de alimentos;
Métodos de detecção de patógenos de alimentos, incluindo métodos imunoquímicos, métodos baseados em hibridização de DNA, reação em cadeia de polimerase (PRC);
Resistência a antibióticos em bactérias patogênicas e da microbiota normal contaminantes de alimentos.
Animais ruminantes dependem de microrganismos anaeróbios para realizarem a fermentação de alimentos no rúmen. Os ácidos graxos voláteis e a proteína microbiana resultante da fermentação ruminal constituem a principal fonte de energia e nitrogênio para o ruminante, respectivamente. Entretanto, a fermentação também produz compostos indesejáveis como o metano, diminuindo a eficiência alimentar e contribuindo para o efeito estufa. Além disso a desaminação excessiva de proteínas acarreta perda de nitrogênio na forma de uréia e causa poluição de águas subsuperficiais. O estudo da bioquímica, fisiologia, genética e ecologia microbiana do ecossistema ruminal têm auxiliado na modelagem das comunidades microbianas do rúmen e suas respectivas atividades, com impacto direto no aumento da eficiência alimentar do ruminante. As interações ecológicas entre os anaeróbios do rúmen e diversos patógenos são também objeto de estudo devido a importância dessa associação na segurança alimentar, nas exportações de carne e na disseminação de genes de resistência a antibióticos.
Linhas de Pesquisa:
Aproveitamento de resíduo agroindustrial para produção biotecnológica de aditivo alimentar para ruminantes
Objetivos: Isolar e caracterizar microrganismos do rúmen capazes de produzir propionato e succinato a partir da fermentação da lactose do soro de queijo, e avaliar os efeitos in vitro e in vivo do soro fermentado como aditivo alimentar na nutrição de ruminantes.
Estudo da atividade de própolis e bacteriocinas sobre o crescimento e resistência a antimicrobianos de bactérias causadoras de mastite bovina
Objetivos: Avaliar o efeito antimicrobiano da própolis verde e de bacteriocinas sobre bactérias causadoras de mastite bovina para prevenir e tratar infecções intramamárias.
Utilização de Bacteriocinas para Manipulação da Fermentação Ruminal
Objetivos: Determinar a ocorrência de atividade antimicrobiana entre bactérias isoladas do rúmen de bovinos, e selecionar isolados para serem utilizados na manipulação dos produtos da fermentação ruminal e na inibição de bactérias patogênicas de interesse zootécnico e veterinário.
Vários microrganismos patogênicos podem ser veiculados por alimentos, especialmente por alimentos de origem animal. O estudo de respostas a estresses destes patógenos é fundamental para garantir a qualidade e segurança dos alimentos. A segurança microbiológica em alimentos tem impacto social, economico e na saúde pública. Os patógenos no estado viável não cultivável não podem ser detectados pelas técnicas tradicionais, mas podem ressuscitar e manter virulência em organismos hospedeiros consistindo um risco potencial para o consumo de alimentos. Aspectos fisiológicos e genéticos são abrangidos nos projetos deste grupo e a ênfase é dada em quatro aspectos:
1) qualidade microbiológica de produtos de origem animal;
2) bactérias patogênicas veiculadas por alimentos e seus fatores de patogenicidade;
3) bases fisiológicas e genéticas da resistência a estresses e do estado viável não cultivável e,
4) métodos de detecção de microrganisnos no estado VNC.
Linhas de Pesquisa:
Fisiologia e Genética de Patógenos de Origem Alimentar
Objetivos: Fisiologia e Genética de bactérias patogênicas de alimentos; Resposta a estresses de bactérias patogênicas; Patogenicidade de bactérias associadas a doenças alimentares; Análise da diversidade genética de bactérias patogênicas utilizando marcadores moleculares.
Microbiologia de Produtos de Origem Animal
Objetivos: Estudar a ação, o crescimento e a destruição de psicrotróficos deterioradores e patogênicos na linha de produção de alimentos de origem animal; Determinar prazos de validade, métodos e conservação para novos produtos e propor padrões de qualidade; Desenvolver protocolos para sistemas de garantia de qualidade (HACCP) em indústrias de produto de origem animal.
Microrganismos no Estado Viável Não-Cultivável (VNC)
Objetivos: Fisiologia e genética de bactérias patogênicas e deterioradoras de alimentos no estado viável não cultivável. Desenvolvimento de métodos de detecção de VNC, incluindo técnicas de microscopia de fluorescência e moleculares
Alimentos fermentados fazem parta da dieta humana desde tempos remotos. Diferentes tipos de processos fermentativos são amplamente utilizados na produção de uma grande diversidade de produtos, como a fermentação alcoólica, lática e acética. Neste contexto, destaca-se o papel desempenhado pela microbiota, seja esta autóctone (naturalmente presente na matéria-prima) ou intencionalmente adicionada como os fermentos). Enzimas microbianas são parte importante do processo de fermentação, uma vez que atuam no substrato catabolizando partículas complexas em produtos menores, com destaque para as amilases, proteases e lipases. Além de características
sensoriais de interesse, a fermentação também resulta na extensão do tempo de vida útil do alimento, à medida que ácidos orgânicos com efeito bioconservante são produzidos, além de bacteriocinas com atividade antimicrobiana, conferindo maior segurança ao produto final. A fermentação pode, ainda, resultar em incremento nutricional e conferir funcionalidade ao alimento, contribuindo para a melhoria da saúde do consumidor. A compreensão acerca do papel da microbiota na qualidade do alimento fermentado tem sido o ponto norteador das pesquisas desenvolvidas por nossa equipe de trabalho.
Linhas de Pesquisa:
Prospecção de microrganismos de alimentos fermentados para aplicação industrial
Objetivos: Isolar e caracterizar microrganismos de diferentes tipos de alimentos – como queijos artesanais, kombucha, pães de fermentação natural – visando à obtenção de enzimas, compostos de interesse industrial ou biomateriais, dentre outros.
Influência da microbiota nas características físico-químicas sensoriais e funcionais de alimentos fermentados
Objetivos: avaliar o papel da microbiota e da dinâmica populacional no decorrer do processo fermentativo nas propriedades sensoriais e funcionais de alimentos fermentados de origem animal e vegetal.
Desenvolvimento de protótipos lúdicos com finalidade educacional na temática de alimentos fermentados
Objetivos: Desenvolver protótipos lúdicos acerca dos benefícios da fermentação de alimentos para
utilização em ambientes escolares e/ou universitários como estratégia de ensino-aprendizagem.