Celulases termoestáveis tolerantes a glicose e celobiose de Scytalidium thermophilum: expressão heteróloga, caracterização e aplicação na sacarificação da biomassa lignocelulósica

Resumo

Atualmente há grande interesse na produção economicamente viável de etanol a partir da biomassa lignocelulósica. Intensas pesquisas vêm sendo conduzidas visando ao desenvolvimento de processos eficientes e baratos para a hidrólise enzimática da lignocelulose presente em resíduos ou subprodutos da agroindústria, bem como no lixo urbano. Os gastos com enzimas representam uma alta percentagem dos custos totais da hidrólise devido à necessidade de empregar altas cargas enzimáticas para obter rendimentos aceitáveis, o que é atribuído em grande parte à inibição das celulases e hemicelulases pelos produtos. Entre as estratégias propostas para melhorar a eficiência e diminuir os custos da hidrólise destacam-se a identificação de enzimas mais eficientes (em especial tolerantes ou estimuladas pelos produtos), a expressão heteróloga de enzimas com propriedades interessantes e a formulação de coquetéis enzimáticos mais eficientes. No laboratório da supervisora foi identificada, purificada e caracterizada uma ß-glucosidase de Humicola insolens RP86 ativada por glicose e xilose. A enzima foi clonada e expressa em E. coli e P. pastoris, mantendo a propriedade de estimulação por estes monossacarídeos. Recentemente, foram purificadas e caracterizadas uma endoglucanase e uma celobiohidrolase de Scytalidium thermophilum CBS 619.91, termoestáveis e tolerantes a celobiose e glicose, mas produzidas em baixos níveis. Paralelamente, coquetéis eficientes para a hidrólise de palha e bagaço de cana in natura, além de diferentes papéis de descarte sem pré-tratamento, foram desenvolvidos, sem a inclusão de celulases ou ß-glucosidases estimuladas ou tolerantes aos produtos. Neste projeto pretende-se clonar e expressar em P. pastoris, em forma ativa, as celulases tolerantes a celobiose e glicose de S. thermophilum, purificá-las e caracterizá-las bioquímica, biofísica e cineticamente, com especial interesse nas suas propriedades de tolerância aos produtos. As formas recombinantes das celulases de S. thermophilum e da ß-glucosidase de H. insolens, tolerantes/estimuladas pelos produtos, também serão avaliadas quanto ao seu potencial para compor coquetéis enzimáticos, particularmente quando adicionadas aos coquetéis previamente padronizados. Os resultados pretendidos poderão contribuir para esclarecer os mecanismos de estimulação da atividade das celulases de S. thermophilum por celobiose e glicose, para a formulação de coquetéis mais eficientes para a hidrólise de biomassa lignocelulósica, e, portanto, para viabilizar a produção de etanol de segunda geração, combustível renovável estrategicamente importante para o desenvolvimento do país. (AU)