Novos mecanismos de P450: uma estratégia enzimática para a produção de hidrocarbonetos renováveis

• Processo: 19/08855-1
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
• Data de Início da vigência: 01 de agosto de 2019
• Data de Término da vigência: 31 de janeiro de 2022
• Área do conhecimento: Ciências Biológicas - Bioquímica - Química de Macromoléculas
• Pesquisador responsável: Leticia Maria Zanphorlin
• Beneficiário: Leticia Maria Zanphorlin
• Instituição Sede: Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM). Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovação (Brasil). Campinas , SP, Brasil
• Pesquisadores associados: Thomas Michael Makris ; Wesley Cardoso Generoso
• Auxílio(s) vinculado(s): 24/03299-1 - Conferência de lipídeos de leveduras, AR.EXT
• Assunto(s): Biotecnologia Biocombustíveis Enzimas
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Biocombustíveis | biotecnologia | Descarboxilase | enzimas | peroxigenase | p450 | Biofísica Molecular, Biotecnologia enzimática

Resumo

Pesquisadores do mundo inteiro impulsionados por uma real preocupação ambiental devido à aumentos nos níveis atmosféricos de CO2 e também de temperaturas globais, vêm se esforçando na tentativa de criar plataformas avançadas para a produção de biocombustíveis renováveis e sustentáveis. Os biocombustíveis drop-in são constituídos de biohidrocarbonetos (ou hidrocarbonetos renováveis), formados por cadeias médias e longas de alcenos/alcanos, os quais apresentam composições químicas e características físicas semelhantes aos combustíveis convencionais de petróleo. Essas propriedades garantem o compartilhamento da infraestrutura já utilizada na distribuição da gasolina, diesel e combustível de aviação e compatibilidade com os atuais motores dos veículos de transporte rodoviário, marítimo e aéreo. Entretanto, o maior desafio para a produção de drop-in a partir de biomassas vegetais é a presença de intermediários oxigenados, uma vez que, o oxigênio presente na estrutura química do biocombustível pode danificar peças e motores dos veículos. Atualmente, a desoxigenação ocorre via processos termoquímicos baseados no uso de hidrogenação (grande quantidade de H2), altas temperaturas e metais pesados. Esses processos são agressivos ao meio ambiente, o que se faz necessário estudos de rotas biológicas mais brandas que cause menos dano ambiental. Com isso, a identificação e o completo entendimento de enzimas capazes de produzir alcanos/alcenos se tornam cada vez mais fundamentais, como foi recentemente enfatizado em uma publicação na Science - "Enzymes make light work of hydrocarbon production" (Scrutton, 2017). Nos últimos anos, a descarboxilase/peroxigenase denominada OleTJE pertencente à família 152 da superclasse P450 ganhou grande notoriedade das comunidades científica e industrial devido ao fato de apresentar uma propriedade única que é remover o oxigênio do ácido graxo de cadeia longa (C12-C20), produzindo como produto, 1-alceno. No entanto, ainda pouco se conhece sobre a mecanística funcional/molecular das peroxigenases, visto que poucas enzimas dessa família foram reportadas até o momento. Diante do exposto, esse projeto de pesquisa propõe descobrir e explorar novas peroxigenases P450 que são funcionalmente ativas na descarboxilação de ácidos graxos. Com o referido projeto, pretendemos entender e elucidar os principais componentes responsáveis por favorecer a reação de descarboxilação para a formação de alcenos. Para isso, será utilizado uma combinação de métodos estruturais, espectroscópicos, bioquímicos e de bioinformática que já são extensivamente utilizados em nosso grupo de pesquisa. Pelo menos no nosso conhecimento, nosso grupo será um dos pioneiros na elucidação dessa nova família de P450 e com isso poderemos contribuir para aumentar o arsenal de descarboxilases além de gerar conhecimento inédito e extremamente relevante para a área de biotecnologia industrial. (AU)

Publicações científicas

(8)

(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)

DE SOUSA, AMANDA S.; DE MELO, RICARDO R.; MIYAMOTO, RENAN Y.; MORAIS, MARIANA A. B.; ANDRADE, LILIANE P.; MILAN, NATALIA; DE AVILA, MAYARA C.; DE SOUZA, CLAUDIA M.; ADAO, REGINA C.; SCARPASSA, JOSIANE A.; et al. A rationally identified marine GH1 beta-glucosidase has distinguishing functional features for simultaneous saccharification and fermentation. BIOFUELS BIOPRODUCTS & BIOREFINING-BIOFPR, AUG 2020. (16/19995-0, 17/14253-9, 18/02865-2, 15/26982-0, 16/06509-0, 19/08855-1)

LEAL MOTTA, MARIA LORENZA; FERREIRA FILHO, JAIRE ALVES; DE MELO, RICARDO RODRIGUES; ZANPHORLIN, LETICIA MARIA; DOS SANTOS, CLELTON APARECIDO; DE SOUZA, ANETE PEREIRA. A novel fungal metal-dependent alpha-l-arabinofuranosidase of family 54 glycoside hydrolase shows expanded substrate specificity. SCIENTIFIC REPORTS, v. 11, n. 1, MAY 26 2021. (17/14253-9, 15/09202-0, 18/19660-4, 16/19775-0, 19/08855-1)

CHAGAS, MATEUS FERREIRA; FERREIRA, GABRIELA FILIPINI; GOMES, LUISA CLEMENTE MAGALHAES; ZANPHORLIN, LETICIA MARIA; MARTINS, LILIANA ZANELLI OLIVEIRA; SAMPAIO, ISABELLE LOBO MESQUITA; HERNANDES, THAYSE APARECIDA DOURADO; JUNQUEIRA, TASSIA LOPES; MORAIS, EDVALDO RODRIGO. From enzyme to cell-factory: Economic and environmental assessment of biobased pathways to unlock the potential of long-haul transportation biofuels. CHEMICAL ENGINEERING JOURNAL, v. 469, p. 16-pg., 2023-06-09. (19/08855-1)

RADE, LETICIA L.; GENEROSO, WESLEY C.; DAS, SUMAN; SOUZA, AMANDA S.; SILVEIRA, RODRIGO L.; AVILA, MAYARA C.; VIEIRA, PLINIO S.; MIYAMOTO, RENAN Y.; LIMA, ANA B. B.; ARICETTI, JULIANA A.; et al. Dimer-assisted mechanism of (un)saturated fatty acid decarboxylation for alkene production. PROCEEDINGS OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF THE UNITED STATES OF AMERICA, v. 120, n. 22, p. 10-pg., 2023-05-22. (19/12599-0, 19/08855-1, 20/01967-6, 18/04897-9)

RADE, LETICIA L.; DA SILVA, MELQUE N. P.; VIEIRA, PLINIO S.; MILAN, NATALIA; DE SOUZA, CLAUDIA M.; DE MELO, RICARDO R.; KLEIN, BRUNO C.; BONOMI, ANTONIO; DE CASTRO, HEIZIR F.; MURAKAMI, MARIO T.; et al. A Novel Fungal Lipase With Methanol Tolerance and Preference for Macaw Palm Oil. FRONTIERS IN BIOENGINEERING AND BIOTECHNOLOGY, v. 8, MAY 6 2020. (19/08855-1, 16/50403-2, 15/26982-0, 18/04897-9, 18/10517-4)

MIYAMOTO, RENAN YUJI; DE MELO, RICARDO RODRIGUES; DE MESQUITA SAMPAIO, ISABELLE LOBO; DE SOUSA, AMANDA SILVA; MORAIS, EDVALDO RODRIGO; SARGO, CINTIA REGINA; ZANPHORLIN, LETICIA MARIA. Paradigm shift in xylose isomerase usage: a novel scenario with distinct applications. CRITICAL REVIEWS IN BIOTECHNOLOGY, OCT 2021. (19/08855-1, 17/14253-9, 18/02865-2)

XAVIER GUILHERME, EDERSON PAULO; ZANPHORLIN, LETICIA MARIA; SOUSA, AMANDA SILVA; MIYAMOTO, RENAN YUJI; OLIVEIRA BRUZIQUESI, CARLOS GIOVANI; APARECIDA DE CARVALHO MESQUITA, BRUNA MARA; SOUSA SANTOS, SERGIO HENRIQUE; AGUIAR-OLIVEIRA, ELIZAMA; COTA, JUNIO. Simultaneous saccharification isomerization and Co-fermentation - SSICF: A new process concept for second-generation ethanol biorefineries combining immobilized recombinant enzymes and non-GMO Saccharomyces. RENEWABLE ENERGY, v. 182, p. 274-284, JAN 2022. (18/02865-2, 19/08855-1)

DE SOUSA, AMANDA S.; DE MELO, RICARDO R.; MIYAMOTO, RENAN Y.; MORAIS, MARIANA A. B.; ANDRADE, LILIANE P.; MILAN, NATALIA; DE AVILA, MAYARA C.; DE SOUZA, CLAUDIA M.; ADAO, REGINA C.; SCARPASSA, JOSIANE A.; et al. A rationally identified marine GH1 beta-glucosidase has distinguishing functional features for simultaneous saccharification and fermentation. BIOFUELS BIOPRODUCTS & BIOREFINING-BIOFPR, v. 14, n. 6, p. 17-pg., 2020-08-20. (19/08855-1, 17/14253-9, 18/02865-2, 15/26982-0, 16/06509-0, 16/19995-0)