Prospecção de genes em organismos extremo-tolerantes para engenharia de alta tolerância a inibidores em Saccharomyces cerevisiae

• Processo: 23/02589-3
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
• Data de Início da vigência: 01 de fevereiro de 2024
• Data de Término da vigência: 31 de janeiro de 2026
• Área do conhecimento: Ciências Biológicas - Microbiologia - Microbiologia Aplicada
• Pesquisador responsável: Elizabeth Bilsland
• Beneficiário: Elizabeth Bilsland
• Instituição Sede: Instituto de Biologia (IB). Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Campinas , SP, Brasil
• Pesquisadores associados: Leandro Vieira dos Santos ; Per Sunnerhagen
• Assunto(s): Biologia sintética Biotecnologia Bioprospecção Tardígrados Saccharomyces cerevisiae Matriz energética
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Biologia Sintetica | bioprospeccção | biotecnologia | Saccharomyces cerevisiae | tardigrado | tolerência a ácidos | Biologia sintética

Resumo

A atual matriz energética global continua fortemente dependente de fontes de energia baseadas em combustíveis fósseis, levando a um aumento do impacto nas mudanças climáticas. O aumento da conscientização sobre o problema levou a uma grande mudança em direção ao desenvolvimento de tecnologias mais limpas e renováveis. Nesse contexto, as plataformas celulares microbianas foram projetadas para produzir com eficiência biocombustíveis e bioquímicos a partir de biomassa lignocelulósica (segunda geração - 2G) e passaram do foco exclusivo no etanol para a produção de uma ampla variedade de produtos biorrenováveis de alto valor. No entanto, as tecnologias 2G têm um custo: uma ampla variedade de inibidores de Hidrolisado Lignocelulósico (LCH) que afetam a fermentação, diminuindo sua eficiência. Isso impulsionou a engenharia genética de novas linhagens de Saccharomyces cerevisiae para aumentar sua resistência aos LCH, uma série de compostos químicos liberados durante o pré-tratamento da biomassa lignocelulósica. As três principais classes de LCH são furanos, fenólicos e ácidos orgânicos. Esses inibidores podem induzir várias respostas de estresse, como diminuição do pH celular e dos níveis de ATP, inibição da síntese e reparo do DNA, inibição da síntese e atividade enzimática, entre outros. A engenharia de tolerância LCH mais alta tem sido historicamente feita por meio da evolução adaptativa do laboratório, que leva tempo e nem sempre garante resultados favoráveis. Uma abordagem alternativa é a prospecção de genes em organismos extremotolerantes e sua transferência para S. cerevisiae para aumentar sua resistência e, portanto, sua eficiência de fermentação. Organismos extremamente tolerantes são conhecidos por sua capacidade de prosperar em ambientes que antes eram considerados inabitáveis. Tardígrados, por exemplo, são micro-animais conhecidos por sobreviver em uma ampla variedade de ambientes extremos. Uma extensa gama de microrganismos também pode prosperar em ambientes com temperaturas extremas, pH e compostos químicos tóxicos. Para identificar os genes que potencialmente poderiam proporcionar resistência de S. cerevisiae a diferentes classes de inibidores de LCH, o foco deste projeto será a prospecção de genes em organismos tolerantes extremos, como tardígrados ou microbiomas encontrados em ambientes com condições extremas. Criando bibliotecas de cDNA de extremófilos para superexpressão em leveduras, seguidas de triagem de alto rendimento, esperamos identificar novos genes, que codificam proteínas capazes de melhorar os níveis de tolerância, como proteínas de reparo de danos ao DNA, integridade e estabilidade da membrana e que tamponam o hospedeiro pH intracelular. O objetivo final do projeto é identificar novos genes e mecanismos moleculares associados à tolerância aprimorada em organismos tolerantes a extremos e projetar cepas de leveduras industriais robustas que sejam tolerantes a inibidores de LCH. (AU)