Molecular cloning, expression, purification and structural characterization of endoglucanase from Trichoderma harzianum aiming the development of enzymatic blends for production of lignocellulosic ethanol

• Grant number: 10/18773-8
• Support Opportunities: Scholarships in Brazil - Doctorate (Direct)
• Start date: July 01, 2011
• End date: February 29, 2016
• Field of knowledge: Biological Sciences - Biophysics - Molecular Biophysics
• Principal Investigator: Igor Polikarpov
• Grantee: Vanessa de Oliveira Arnoldi Pellegrini
• Host Institution: Instituto de Física de São Carlos (IFSC). Universidade de São Paulo (USP). São Carlos , SP, Brazil
• Associated research grant: 08/56255-9 - Structure and function of enzymes and auxiliary proteins from Trichoderma, active in cell-wall hydrolysis, AP.BIOEN.TEM
• Associated scholarship(s): 13/07884-1 - Study about non-productive binding of cellulolytic enzymes to cellulose and biomass, BE.EP.DD

Abstract

O aumento da demanda mundial por energia, o advento da tecnologia flex fuel para automóveis, a instabilidade nos preços do petróleo, a perspectiva de encolhimento dos recursos energéticos aliados com a crescente preocupação com a questão ambiental, esboçam o quadro pela busca por fontes alternativas de energia. Embora sejam notórios os avanços conseguidos pelo Brasil na produção de etanol a partir do caldo de cana-de-açúcar (etanol de primeira geração), pouco se investiu no desenvolvimento de tecnologias para a produção de etanol também a partir do bagaço de cana-de-açúcar (etanol de segunda geração). Se as usinas sucroalcooleiras utilizassem não somente o caldo, mas também o bagaço da cana como fonte de carboidratos, seria possível aumentar significativamente a produção de etanol sem aumentar a demanda por uma maior área de plantio da cana. A produção de etanol lignocelulósico emerge como uma alternativa promissora, aproveitando os resíduos de uma primeira geração de etanol e outras fontes da biomassa para uma segunda geração de biocombustíveis. Apenas uma pequena parte da biomassa contida na cana-de-açúcar é aproveitada para a produção de etanol devido à complexidade das estruturas lignocelulósicas; os açúcares do bagaço encontram-se na forma de polímeros (celulose e hemicelulose) associados entre si e recobertos por lignina formando a microfibrila celulósica. A barreira a ser vencida, portanto é transformar a celulose, que está no bagaço e também na palha descartada na colheita, em álcool combustível. Os processos de hidrólise, para disponibilização dos açúcares fermentescíveis presente nessa biomassa, precisam se tornar mais eficientes e economicamente viáveis; o fungo celulolítico filamentoso Trichoderma harzianum, eficiente produtor de celulases e hemicelulases que atuam de maneira sinérgica para degradar materiais lignocelulósicos, recentemente foi descrito com alta atividade celulolítica, porém o seu complexo celulolítico não foi identificado, e nem tão pouco, estudado do ponto de vista molecular e estrutural. Desta forma, o presente projeto tem como objetivo a otimização da produção das enzimas do complexo celulolítico do fungo T. harzianum visando caracterização bioquímica, genética, molecular e estrutural, a fim de melhor compreender os mecanismos envolvidos na transformação enzimática da biomassa (principalmente do bagaço da cana-de-açúcar), o substrato promissor para produção de bioetanol da segunda geração. (AU)

Scientific publications

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(References retrieved automatically from Web of Science and SciELO through information on FAPESP grants and their corresponding numbers as mentioned in the publications by the authors)

PELLEGRINI, VANESSA O. A.; SERPA, VIVIANE ISABEL; GODOY, ANDRE S.; CAMILO, CESAR M.; BERNARDES, AMANDA; REZENDE, CAMILA A.; PEREIRA JUNIOR, NEI; CAIRO, JOAO PAULO L. FRANCO; SQUINA, FABIO M.; POLIKARPOV, IGOR. Recombinant Trichoderma harzianum endoglucanase I (Cel7B) is a highly acidic and promiscuous carbohydrate-active enzyme. Applied Microbiology and Biotechnology, v. 99, n. 22, p. 9591-9604, NOV 2015. (09/52840-7, 10/18773-8, 08/56255-9, 11/20977-3, 09/05328-9, 11/05712-3)

PELLEGRINI, VANESSA O. A.; BERNARDES, AMANDA; REZENDE, CAMILA A.; POLIKARPOV, IGOR. Cellulose fiber size defines efficiency of enzymatic hydrolysis and impacts degree of synergy between endo- and exoglucanases. Cellulose, v. 25, n. 3, p. 1865-1881, MAR 2018. (12/22802-9, 10/18773-8, 15/13684-0, 16/13602-7)

LIBERATO, MARCELO V.; SILVEIRA, RODRIGO L.; PRATES, ERICA T.; DE ARAUJO, EVANDRO A.; PELLEGRINI, VANESSA O. A.; CAMILO, CESAR M.; KADOWAKI, MARCO A.; NETO, MARIO DE O.; POPOV, ALEXANDER; SKAF, MUNIR S.; et al. Molecular characterization of a family 5 glycoside hydrolase suggests an induced-fit enzymatic mechanism. SCIENTIFIC REPORTS, v. 6, APR 1 2016. (13/08293-7, 09/52840-7, 10/18773-8, 13/15582-5, 08/56255-9, 14/10448-1)

BERNARDES, A.; PELLEGRINI, V. O. A.; CURTOLO, F.; CAMILO, C. M.; MELLO, B. L.; JOHNS, M. A.; SCOTT, J. L.; GUIMARAES, F. E. C.; POLIKARPOV, I.. Carbohydrate binding modules enhance cellulose enzymatic hydrolysis by increasing access of cellulases to the substrate. Carbohydrate Polymers, v. 211, p. 57-68, MAY 1 2019. (10/18773-8, 15/13684-0)

Academic Publications

(References retrieved automatically from State of São Paulo Research Institutions)

PELLEGRINI, Vanessa de Oliveira Arnoldi. Molecular cloning, expression, purification and structural characterization of endoglucanase from Trichoderma harzianum aiming the development of enzymatic blends for production of lignocellulosic ethanol. 2016. Doctoral Thesis - Universidade de São Paulo (USP). Instituto de Física de São Carlos (IFSC/BT) São Carlos.