Engenharia genética de Saccharomyces cerevisiae para co-fermentação de xilose e glicose e produção de etanol de segunda geração

Resumo

A matriz energética mundial tem como base o uso de compostos fósseis, como o petróleo, gás e carvão. Entretanto, nas últimas décadas, a comunidade mundial manifestou uma intensa preocupação relacionada às consequências causadas pelo uso desses compostos, como o aumento dos gases causadores do efeito estufa. O etanol de segunda geração (2G) produzido a partir biomassa lignocelulósica surge com um grande potencial de produção de energia a partir de uma matriz renovável e mais limpa. Um dos maiores desafios na implementação dessa tecnologia é o desenvolvimento de microrganismos robustos capazes de converter açúcares de materiais lignocelulósicos em etanol. Recentemente, nosso grupo desenvolveu cepas modificadas da levedura S. cerevisiae com alta capacidade de fermentar o açúcar de 5 carbonos xilose, presente em abundância na biomassa lignocelulósica. Entretanto, um grande gargalo tecnológico da fermentação 2G é o extenso tempo de consumo de xilose em comparação a glicose. A xilose só é assimilada após o consumo majoritário da glicose, devido a competição das moléculas de açúcar aos transportadores da levedura, que possuem maior afinidade a glicose. Existem poucos estudos na literatura que abrangem essa questão e nenhum transportador eficiente foi desenvolvido para solucionar esse desafio tecnológico. Assim sendo, este projeto tem como base o desenvolvimento de uma linhagem com eficiente co-fermentação dos açúcares xilose e glicose, diminuindo o tempo total de fermentação 2G e auxiliando na viabilização da tecnologia. Utilizaremos a metodologia CRISPR-Cas9 para deleção de três genes que codificam hexoquinases em duas linhagens fermentadoras de xilose desenvolvidas por nosso grupo. As cepas serão submetidas a um processo de evolução adaptativa direcionada, a fim de identificar alterações em sequências de transportadores de açúcares que aumentem a afinidade ao transporte de xilose, mesmo na presença de glicose, possibilitando a co-fermentação e reduzindo o tempo do processo.