Caracterização bioquímica, funcional e aplicação de monoxigenases líticas de polissacarídeos identificadas em estudos de transcriptoma e secretoma de fungos filamentosos cultivados em bagaço de cana

• Processo: 19/22284-7
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Programa BIOEN - Regular
• Vigência: 01 de agosto de 2020 - 28 de fevereiro de 2022
• Área do conhecimento: Ciências Biológicas - Bioquímica - Enzimologia
• Pesquisador responsável: Fernando Segato
• Beneficiário: Fernando Segato
• Instituição Sede: Escola de Engenharia de Lorena (EEL). Universidade de São Paulo (USP). Lorena , SP, Brasil
• Assunto(s): Biotecnologia Biocombustíveis Biomassa lignocelulósica Expressão de proteínas Fungos filamentosos Celulase Bagaço de cana-de-açúcar Bioenergia
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: biomassa lignocelulósica | biotecnologia | Celulases | Expressão de proteínas | Fungos filamentosos | Lpmo | Biocombustíveis

Resumo

O Brasil é o maior produtor de cana-de-açúcar do mundo e gera uma grande quantidade de bagaço e resíduos de colheita que poderiam ser utilizados na produção de etanol de segunda geração a partir da celulose, principal fonte de glicose destes resíduos. Porém, assim como outros substratos lignocelulósicos, estes materiais são extremamente recalcitrantes, o que impede o acesso à celulose de forma economicamente viável. Vários métodos têm sido estudados para contornar a recalcitrância destes materiais. Pré-tratamentos com ácidos e bases fortes, altas temperaturas, por exemplo, são eficientes, porém exigem equipamentos caros e altos custos de operação. Coquetéis constituídos de enzimas eficientes para a sacarificação da biomassa são capazes de atuar em condições amenas, mas o rendimento obtido ainda é insuficiente. Os principais coquetéis comerciais, por muito tempo, foram compostos de três tipos principais de enzimas hidrolíticas para a hidrólise da celulose, exoglucanases, endoglucanases e ²-glucosidases. Contudo, enzimas capazes de degradar a celulose por mecanismo oxidativo foram descritas recentemente, sendo elas as monoxigenases líticas de polissacarídeos, ou LPMOs. Estas enzimas utilizam cobre como cofator e, em uma reação envolvendo oxigênio molecular, ou peróxido de hidrogênio, e dois elétrons provenientes de um agente redutor, são capazes de oxidar o carbono C1 e/ou C4 da ligação glicosídica de diversos polissacarídeos além da celulose, como quitina, amido e também xiloglucano. Por serem capazes de atuarem nas regiões cristalinas de difícil acesso da celulose, sua sinergia com enzimas hidrolíticas aumentou o rendimento de coquetéis enzimáticos, diminuindo a dependência de pré-tratamentos severos e altamente custosos. Entretanto, estudos recentes sugerem que há ajustes finos nas LPMOs que as tornam mais apropriadas para determinados substratos. Portanto, coquetéis enzimáticos devem ser desenvolvidos para substratos específicos. Estudos de transcriptoma e de secretoma realizados pelo nosso grupo de pesquisa com fungos filamentosos (Thielavia terrestris, Myceliophthora thermophila, Aspergillus fumigatus var niveus, Malbranchea pulchella, e Laetiporus sulphureus), cultivados na presença de bagaço de cana como única fonte de carbono, identificaram alguns genes que codificam LPMOs AA9 que foram expressas em maiores níveis em relação a outras LPMOs identificadas no genoma, o que indica que elas podem ser mais adequadas para a degradação deste substrato específico. Devido ao fato de que nenhum estudo foi realizado até agora com LPMOs identificadas nestas condições, esse projeto tem como objetivos 1) clonar os genes que codificam estas LPMOs específicas; 2) expressar heterologamente estes genes no fungo filamentoso Aspergillus nidulans; 3) caracterizar as LPMOs produzidas e 4) averiguar seu efeito sinérgico na quebra da celulose com outras enzimas para o desenvolvimento de um coquetel mais eficiente no processo de sacarificação do bagaço de cana. (AU)

Publicações científicas

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(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)

VELASCO, JOSMAN; SEPULCHRO, ANA GABRIELA V.; HIGASI, PAULA M. R.; PELLEGRINI, VANESSA O. A.; CANNELLA, DAVID; DE OLIVEIRA, LEANDRO CRISTANTE; POLIKARPOV, IGOR; SEGATO, FERNANDO. Light Boosts the Activity of Novel LPMO from Aspergillus fumigatus Leading to Oxidative Cleavage of Cellulose and Hemicellulose. ACS SUSTAINABLE CHEMISTRY & ENGINEERING, v. 10, n. 50, p. 16-pg., 2022-12-08. (19/22284-7, 18/22300-0, 19/01165-0, 21/06679-1, 14/18714-2, 15/13684-0)

BARRIOS-GUTIERREZ, SOLANGE GRACE; VELEZ-MERCADO, MARTHA INES; ORTEGA, JULIA RODRIGUES; LIMA, AWANA DA SILVA; SARAIVA, ANA LUIZA DA ROCHA FORTES; BERTO, GABRIELA LEILA; SEGATO, FERNANDO. Oxidative Machinery of basidiomycetes as potential enhancers in lignocellulosic biorefineries: A lytic polysaccharide monooxygenases approach. Bioresource Technology, v. 386, p. 11-pg., 2023-10-01. (22/00539-6, 22/04227-9, 14/18714-2, 19/22284-7, 22/04713-0, 21/06679-1)

BERTO, GABRIELA L.; MATTOS, BRUNO D.; VELASCO, JOSMAN; ZHAO, BIN; SEGATO, FERNANDO; ROJAS, ORLANDO J.; ARANTES, VALDEIR. Endoglucanase effects on energy consumption in the mechanical fibrillation of cellulose fibers into nanocelluloses. International Journal of Biological Macromolecules, v. 243, p. 9-pg., 2023-06-13. (15/02862-5, 19/22284-7, 21/07023-2, 21/06679-1)

CAMARGO, SUELEN; MULINARI, EVANDRO J.; DE ALMEIDA, LEONARDO R.; BERNARDES, AMANDA; PRADE, ROLF A.; GARCIA, WANIUS; SEGATO, FERNANDO; MUNIZ, JOAO R. C.. Functional and structural characterization of an alpha-L-arabinofuranosidase from Thermothielavioides terrestris and its exquisite domain-swapped beta-propeller fold crystal packing. BIOCHIMICA ET BIOPHYSICA ACTA-PROTEINS AND PROTEOMICS, v. 1868, n. 12, p. 12-pg., 2020-12-01. (17/16291-5, 16/09152-6, 14/18714-2, 14/50897-0, 19/22284-7, 17/50025-0)

VELASCO, JOSMAN; PELLEGRINI, VANESSA DE OLIVEIRA ARNOLDI; SEPULCHRO, ANA GABRIELA VEIGA; KADOWAKI, MARCO ANTONIO SEIKI; SANTO, MELISSA CRISTINA ESPIRITO; POLIKARPOV, IGOR; SEGATO, FERNANDO. Comparative analysis of two recombinant LPMOs from Aspergillus fumigatus and their effects on sugarcane bagasse saccharification. Enzyme and Microbial Technology, v. 144, MAR 2021. (19/22284-7, 15/13684-0, 14/06923-6, 14/18714-2, 19/01165-0, 17/50025-0)

QUEIROZ, SARAH S.; OLIVA, BIANCA; SILVA, TATIANE F.; SEGATO, FERNANDO; FELIPE, MARIA G. A.. Integrated bioinformatics, modelling, and gene expression analysis of the putative pentose transporter from Candida tropicalis during xylose fermentation with and without glucose addition. Applied Microbiology and Biotechnology, v. N/A, p. 20-pg., 2022-06-16. (19/22284-7, 19/27092-9, 14/18714-2, 16/22179-0, 19/06663-8)