Elucidação dos mecanismos de peroxigenases não convencionais com aplicação na produção de biocombustíveis avançados

Resumo

Estratégias biológicas por meio da descoberta de novas enzimas somado à Engenharia Microbiana para promover o uso de biomassas na produção de biocombustíveis avançados e/ou outros bioprodutos é certamente o caminho mais sustentável e promissor para complementar as tecnologias baseadas em petróleo. A abordagem biológica além de ter menor impacto ambiental, pois possibilita o uso de condições de processo amenas com temperatura e pressão mais brandas e menores quantidades de químicos tóxicos, também permite o uso de enzimas que apresentam maior especificidade e altas taxas de conversão nos bioprocessos. Nesse sentido, a descoberta da enzima peroxigenase/descarboxilase CYP152 OleTJE fez com que o interesse científico e tecnológico sobre essa família de enzimas aumentasse significativamente, devido ao enorme apelo industrial e econômico do produto gerado, 1-alceno, o qual apresenta composição química e característica física semelhante aos combustíveis convencionais de petróleo. A atividade de descarboxilação de ácidos graxos de cadeia longa (C12-C20) promovida por essa família enzimática poderia contribuir para solucionar um dos grandes entraves da produção de biocombustíveis drop-in, já que promove a remoção da molécula de oxigênio da cadeia. No entanto, ainda se sabe muito pouco sobre as peroxigenases da família 152 e um dos grandes desafios é obter enzimas que tenham atividade preferencial de descarboxilação e não de hidroxilação, já que, enzimas CYP152 podem catalisar as duas reações. Recentemente, a sua notória importância incentivou Wang e colaboradores (2017) publicarem o seguinte artigo "Peroxygenases en route to becoming dream catalysts. What are the opportunities and challenges?", o qual alavanca o uso das peroxigenases em diversas aplicações biotecnológicas. Nosso grupo de pesquisa por meio de estratégias de bioinformática identificou peroxigenases inéditas provenientes das bactérias de Rothia nasimurium e Nosocomiicoccus sp (32 e 73% de identidade com OleTJE, respectivamente), as quais foram preditas com atividade de descarboxilação para investigação aprofundada de seus mecanismos moleculares, funcionais e estruturais. Sendo assim, esse projeto de doutorado direto tem como objetivo responder perguntas que poderão em conjunto auxiliar no uso de peroxigenases para a produção de biocombustíveis, tais como (i) as peroxigenases identificadas são hidroxilases ou descarboxilases?; (ii) quais são os componentes moleculares que dirigem para a formação ou não de alcenos para aplicação na indústria?; (iii) qual é a especificidade em termos de tamanho de ácido graxo?; (iv) se não for descarboxilases, quais mutações poderíamos propor/realizar para torná-las? Para responder a essas questões, será utilizado uma combinação de métodos estruturais, espectroscópicos e bioquímicos que já são extensivamente utilizados em nosso laboratório. Ao final desse projeto de doutorado pretendemos além de aumentar o arsenal de peroxigenases com atividade de descarboxilação de ácidos graxos de cadeia longa, propor uma alternativa biológica para a produção de hidrocarbonetos, os quais são precursores para a síntese de biorrenováveis, como por exemplo o diesel verde e o bioquerosene de aviação. (AU)