Investigação e engenharia racional de mecanismos moleculares de bioconversão de compostos aromáticos

• Processo: 23/11786-7
• 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 - Bioquímica - Enzimologia
• Pesquisador responsável: Priscila Oliveira de Giuseppe
• Beneficiário: Priscila Oliveira de Giuseppe
• Instituição Sede: Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM). Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovação (Brasil). Campinas , SP, Brasil
• Pesquisadores associados: Angélica Luana Carrillo Barra ; Felippe Mariano Colombari ; Fernanda Miyuki Kashiwagi ; Isabela Mendes Bonfim ; Magnus Carlquist
• Bolsa(s) vinculada(s): 24/21529-4 - Aplicação de engenharia enzimática e biologia sintética para explorar novas estratégias de desmetilação de compostos aromáticos da lignina, BP.MS; 25/04392-8 - Prospecção de enzimas e engenharia evolutiva para superar o gargalo da desmetilação de guaiacol em Pseudomonas putida KT2440, BP.DD; 25/00523-0 - Prospecção de bactérias com potencial para desmetilar compostos aromáticos derivados de lignina, BP.IC
• Assunto(s): Biocatálise Compostos aromáticos Compostos fenólicos
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: biocatálise | Compostos Aromáticos | Compostos fenólicos | engenharia enzimática | mecanismo enzimático | oxidoreductase | bioconversão de compostos aromáticos

Resumo

Compostos aromáticos são amplamente utilizados em diversos setores industriais, mas muitos são sintetizados a partir de derivados do petróleo, por processos de alta demanda energética que geralmente produzem intermediários de elevada toxicidade e periculosidade. Na natureza, existe uma diversidade de compostos aromáticos, porém frequentemente encontrados em baixa concentração ou contidos na estrutura polimérica da lignina, o que dificulta sua extração e purificação de forma sustentável e escalonável. Nesse contexto, a biocatálise e a biologia sintética oferecem oportunidades para superar os desafios da produção e transformação sustentável de compostos aromáticos em outros produtos, dada a modularidade, a plasticidade, a escalabilidade e a baixa demanda energética de processos biocatalíticos. No entanto, o desenvolvimento de novas biotecnologias requer uma base sólida de conhecimento, que, na área de bioconversão de compostos aromáticos, ainda é muito estreita e incipiente. Apesar de se conhecer diversas enzimas ativas sobre compostos aromáticos, e de se ter ciência de alguns problemas que elas apresentam, muitos dos mecanismos que regem suas respectivas funções são pouco compreendidos, o que limita seu aprimoramento para aplicações industriais. Assim, selecionamos como modelo de estudo enzimas oxidorredutases e transferases representativas dos principais problemas que podem limitar a eficiência da bioconversão de compostos aromáticos: (i) baixa especificidade de substrato; (ii) reversibilidade da reação; (iii) baixa eficiência in vivo. Nosso objetivo principal consiste em desvendar os mecanismos moleculares que contribuem para esses problemas usando uma abordagem multidisciplinar que inclui elementos de quatro grandes áreas da Biologia (Estrutural, Molecular, Sintética e Computacional). Como prova de conceito, pretendemos aplicar o conhecimento gerado nesse projeto na engenharia racional das enzimas selecionadas e avaliar se essa abordagem seria eficaz para torná-las mais eficientes para atuarem em plataformas microbianas dedicadas a bioconversão de compostos aromáticos. (AU)