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Estratégias Metagenômicas na Bioprospecção de Celulases para o uso na Biorefinaria de Biomassa

Processo: 08/05181-5
Modalidade de apoio:Bolsas no Brasil - Doutorado
Data de Início da vigência: 01 de junho de 2009
Data de Término da vigência: 31 de julho de 2012
Área de conhecimento:Ciências Biológicas - Bioquímica - Química de Macromoléculas
Pesquisador responsável:Richard John Ward
Beneficiário:Carla Botelho Machado
Instituição Sede: Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras de Ribeirão Preto (FFCLRP). Universidade de São Paulo (USP). Ribeirão Preto , SP, Brasil
Assunto(s):Engenharia de proteínas   Atividade catalítica
Palavra(s)-Chave do Pesquisador:Atividade catalítica | Caracterizacao biofisica | Exocelulases | Expressao e purificacao de proteina heterologa | Rastreamento de bibliotecas de DNA ambiental | Engenharia de Proteínas

Resumo

A aplicação de enzimas em processos industriais tem crescido consideravelmente nas últimas décadas. Os benefícios do uso de enzimas incluem a eliminação de temperaturas altas, solventes orgânicos e extremos de pH, e ao mesmo tempo oferecem um aumento na especificidade e pureza do produto gerado. Uma das aplicações é a conversão da biomassa como uma fonte renovável, como a produção do bioetanol. A biomassa vegetal é composta principalmente por lignocelulose, e uma das enzimas necessárias para hidrólise da celulose é a celulase também denominada de glucanase, que resulta na produção de açúcares redutores que subsequentemente podem ser fermentados em etanol.O objetivo deste projeto é buscar novas exoglucanases provenientes de amostras ambientais que sejam cataliticamente eficientes em pHs ácidos (pH 4-5), e que sejam termoestáveis (temperatura ótima 45-55oC). A bioprospecção das celulases será feita por uma análise metagenômica, que envolve o rastreamento de uma biblioteca do DNA total proveniente de uma comunidade microbiana encontrada em um determinado ambiente. As amostras ambientais serão coletadas e enriquecidas na coluna de Winosgradsky com a adição de bagaço de cana-de-açúcar como fonte de celulose. Usando uma estratégia inovadora que envolve a amplificação por PCR usando iniciadores específicos para a região promotora dos genes procarióticos, será gerada uma biblioteca de DNA ambiental contendo apenas as sequências codificadoras das proteínas. O rastreamento desta biblioteca será feito utilizando o ensaio colorimétrico do indicador Vermelho Congo (Congo Red) na presença de carboximetilcelulose (CMC). Este ensaio identificará os clones produtores de celulases, e posteriormente as enzimas serão purificadas, e caracterizadas através da atividade catalítica e a determinação de seus parâmetros cinéticos, tais como temperatura e pH ótimos, velocidade máxima e constante Michaelis-Menten. A estratégia de enriquecimento das espécies produtoras de celulases na coluna de Winosgradsky combinada com a análise das sequências codificadoras de proteínas otimizará o processo de rastreamento das celulases nas amostras ambientais. Embora o foco do projeto sejam as celulases, as bibliotecas metagenômicas podem ser utilizadas na busca de outras enzimas com interesse na biorefinaria de biomassas como as lacases, pectinases, xilanases entre outras.

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Publicações científicas
(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)
RULLER, ROBERTO; ALPONTI, JULIANA; DELIBERTO, LAILA APARECIDA; ZANPHORLIN, LETICIA MARIA; MACHADO, CARLA BOTELHO; WARD, RICHARD JOHN. Concommitant adaptation of a GH11 xylanase by directed evolution to create an alkali-tolerant/thermophilic enzyme. PROTEIN ENGINEERING DESIGN & SELECTION, v. 27, n. 8, p. 255-262, . (10/18850-2, 05/59592-8, 05/56608-0, 08/05181-5)
FONSECA-MALDONADO, RAQUEL; RIBEIRO, LUCAS F.; FURTADO, GILVAN P.; ARRUDA, LETICIA M.; MELEIRO, LUANA P.; ALPONTI, JULIANA S.; BOTELHO-MACHADO, CARLA; VIEIRA, DAVI S.; BONNEIL, ERIC; MELO FURRIEL, ROSA DOS PRAZERES; et al. Synergistic action of co-expressed xylanase/laccase mixtures against milled sugar cane bagasse. Process Biochemistry, v. 49, n. 7, p. 1152-1161, . (10/18850-2, 08/05181-5, 10/07133-8, 07/01623-0, 09/50838-5)