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Novo transportador de xilose Cs4130 expande o repertório de absorção de açúcar em cepas de Saccharomyces cerevisiae recombinantes em altas concentrações de xilose

Resumo

ResumoBackground: A necessidade de reestruturar a matriz energética mundial baseada em combustíveis fósseis e mitigar as emissões de gases de efeito estufa estimulou o desenvolvimento de novas tecnologias para o uso de energia renovável. Uma alternativa promissora e mais limpa é o uso de combustíveis de segunda geração (2G), produzidos a partir de açúcares provenientes da biomassa lignocelulósica. Um grande desafio no estabelecimento de tecnologias 2G é a ineficiente assimilação do açúcar de cinco carbonos xilose por linhagens modificadas de Saccharomyces cerevisiae, aumentando o tempo de fermentação. O transporte da xilose através da membrana plasmática é uma etapa limitante crítica e a levedura S. cerevisiae não possui transportadores capazes de assimilar a xilose em uma ampla faixa de concentrações presentes em diferentes processos 2G.Resultados: Avaliando diversos microbiomas, como o trato digestivo de insetos-praga e várias biomassas lignocelulósicas em decomposição, isolamos várias espécies de leveduras capazes de consumir xilose. Fermentações comparativas selecionaram a levedura Candida sojae como potencial fonte de transportadores de alta afinidade. A análise genômica comparativa selecionou quatro putativos transportadores de xilose, avaliados na cepa 'transporter-null' EBY.VW4000, modificada com a via metabólica de assimilação de xilose integrada no genoma. Enquanto o transportador de xilose tradicional Gxf1 permite um crescimento em concentrações mais baixas (10 g/L), as cepas contendo os transportadores Cs3894 e Cs4130 mostram um resultado oposto, com captação superior de xilose em concentrações mais altas (50 g/L). Análises de docking e dinâmica molecular das variantes Cs4130 e Gxf1 apontaram resíduos importantes relacionados ao transporte de xilose, identificando diferenças importantes em relação à translocação do substrato entre os dois transportadores.Conclusões: Considerando que as concentrações de xilose em hidrolisados de segunda geração podem atingir valores elevados em vários processos, Cs4130 é um novo candidato promissor para o transporte de xilose. Neste trabalho, demonstramos um novo transportador que aumenta o crescimento em altas concentrações de xilose e pode ser usado como um alvo promissor para a engenharia metabólica de leveduras, visando uma eficiente fermentação dessa pentose. (AU)