Desconstrução do material lignocelulolósico por consórcio bacteriano

• Processo: 16/16624-1
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
• Data de Início da vigência: 01 de maio de 2017
• Data de Término da vigência: 30 de abril de 2019
• Área do conhecimento: Ciências Agrárias - Agronomia
• Pesquisador responsável: Lúcia Maria Carareto Alves
• Beneficiário: Lúcia Maria Carareto Alves
• Instituição Sede: Faculdade de Ciências Agrárias e Veterinárias (FCAV). Universidade Estadual Paulista (UNESP). Campus de Jaboticabal. Jaboticabal , SP, Brasil
• Pesquisadores associados: Alessandro de Mello Varani ; Eliana Gertrudes de Macedo Lemos ; Luciano Takeshi Kishi ; Thiago Olitta Basso
• Assunto(s): Biomassa lignocelulósica Biorrefinarias Produção de etanol Resíduos agroindustriais Biocombustíveis Enzimas lignocelulolíticas Microbiologia aplicada
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Biocombustível | biomassa lignocelulósica | biorrefinaria | Enzimas lignocelulolíticas | Produção de etanol | resíduo agroindustrial | Microbiologia Aplicada

Resumo

A consciência das ameaças ambientais devido do aumento das demandas para a energia e da diminuição dos recursos energéticos obtidos de fontes fósseis tem levado à pesquisa de alternativas de energia, mais limpas e renováveis. A lignocelulose é um recurso renovável abundante e que pode ser um excelente substrato para a produção de alcoóis de segunda geração, tais como etanol, butanol. Além disso, esse material pode ser utilizado para a síntese de polímeros importantes em diversos segmentos industriais. A complexidade da lignocelulose é um grande desafio para a utilização dela na produção de alcoóis ou outro composto. A utilização da biomassa para a produção de biocombustíveis a partir de resíduos vegetais requer várias etapas o que aumenta os custos da produção. Uma das etapas mais caras é a hidrólise enzimática da lignocelulose para liberação de açúcares capazes de serem usados no processo fermentativo. A hidrólise desse substrato requer a ação conjunta de vários tipos de enzimas. As enzimas de conversão de biomassa trabalham em conjunto para se beneficiar de sinergismo entre suas especificidades (para diferentes componentes da lignocelulose) e da atenuação da sua inibição pelo diferentes produtos de degradação.Muitos organismos possuem enzimas que permitem a quebra da biomassa e utilização de seus açúcares. Muitas destas enzimas para agir são secretadas isoladamente ou formam complexos. Considerando os aspectos relacionados às dificuldades de degradação enzimática da lignocelulose iniciamos estudos utilizando consórcios bacterianos para a execução dessas atividades. Esses consórcios poderiam promover com maior eficiência a degradação da biomassa pela ação conjunta de diversos microrganismos, ou então fornecer informações e genes que poderiam ser utilizados para a síntese do conjunto de enzimas que atuam na quebra das moléculas de celulose, hemicelulose e na degradação da lignina.Assim, em um projeto anterior (Fapesp 2010/17520-9) foram isolados consórcios bacterianos com características importantes relacionadas a degradação de lignocelulose. Esses consórcios sobrevivem em meio de cultivo contendo como fonte de carbono apenas resíduo de lignocelulose (bagaço de cana de açúcar, palha de milho ou casca de amendoim). Além disso, os consórcios em meio com esses resíduos liberam glicose em concentrações de 50 a 200 µmol/mL.Estudos dos componentes dos consórcios mostraram que existe no sobrenadante dos meios de cultivo aproximadamente 50 organismos. Conhece-se pela literatura que a degradação de celulose pode ser feita mediante contato de enzimas na superfície celular com as fibras, portanto ensaios precisam ser realizados pesquisando-se quais organismos do consorcio possam estar aderidos a esse material atuando na liberação de açúcares da biomassa. Do mesmo modo que precisa se avaliar a interação entre os microrganismos totais do consorcio, qual a relação entre eles que está permitindo a sua sobrevivência apenas em meio com resíduo lignocelulósico e qual a possibilidade de se usar esse consorcio para facilitar a degradação e utilização da lignocelulose em processos biotecnológicos.Considerando as características dos consórcios bacterianos isolados e os resultados preliminares observados esse projeto pretende definir e explorar as interações bacterianas no consórcio degradador de lignocelulose, com o objetivo de se utilizar esses microrganismos nos processos de desconstrução do material lignocelulolítico, assim como seus isolados ou ainda enzimas/genes específicos encontrados. Tais abordagens são importantes decorrentes da necessidade de obtenção de produtos com menor preço e mais adequados à tecnologia de produção de etanol a partir da biomassa, bem como aumentar a eficiência do processo de desconstrução do material lignocelulolítico para sua utilização em outros processos biotecnológicos dentro do conceito atual de biorrefinarias (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)

GONCALVES FUNNICELLI, MICHELLI INACIO; PINHEIRO, DANIEL GUARIZ; GOMES-PEPE, ELISANGELA SOARES; LOPES DE CARVALHO, LUCAS AMOROSO; CAMPANHARO, JOAO CARLOS; FERNANDES, CAMILA CESARIO; KISHI, LUCIANO TAKESHI; CARARETO ALVES, LUCIA MARIA; DE MACEDO LEMOS, ELIANA GERTRUDES. Metagenome-assembled genome of a Chitinophaga sp. and its potential in plant biomass degradation, as well of affiliated Pandoraea and Labrys species. WORLD JOURNAL OF MICROBIOLOGY & BIOTECHNOLOGY, v. 37, n. 9, SEP 2021. (16/16624-1, 10/17520-9)

DESIDERATO, JOANA G.; ALVARENGA, DANILLO O.; CONSTANCIO, MILENA T. L.; ALVES, LUCIA M. C.; VARANI, ALESSANDRO M.. The genome sequence of Dyella jiangningensis FCAV SCS01 from a lignocellulose-decomposing microbial consortium metagenome reveals potential for biotechnological applications. GENETICS AND MOLECULAR BIOLOGY, v. 41, n. 2, p. 507-513, APR-JUN 2018. (10/17520-9, 16/16624-1)

DESIDERATO, JOANA G.; ALVARENGA, DANILLO O.; CONSTANCIO, MILENA T. L.; ALVES, LUCIA M. C.; VARANI, ALESSANDRO M.. The genome sequence of Dyella jiangningensis FCAV SCS01 from a lignocellulose-decomposing microbial consortium metagenome reveals potential for biotechnological applications. GENETICS AND MOLECULAR BIOLOGY, v. 41, n. 2, p. 7-pg., 2018-04-01. (16/16624-1, 10/17520-9)

SACCO, LAIS POSTAI; LUQUE CASTELLANE, TEREZA CRISTINA; POLACHINI, TIAGO CARREGARI; DE MACEDO LEMOS, ELIANA GERTRUDES; CARARETO ALVES, LUCIA MARIA. Exopolysaccharides produced by Pandoraea shows emulsifying and anti-biofilm activities. JOURNAL OF POLYMER RESEARCH, v. 26, n. 4, MAR 18 2019. (16/16624-1)

WEISS, BRUNO; OLIVEIRA SOUZA, ANNA CAROLINA; LIMA CONSTANCIO, MILENA TAVARES; ALVARENGA, DANILLO OLIVEIRA; PYLRO, VICTOR S.; ALVES, LUCIA M. CARARETO; VARANI, ALESSANDRO M.. Unraveling a Lignocellulose-Decomposing Bacterial Consortium from Soil Associated with Dry Sugarcane Straw by Genomic-Centered Metagenomics. MICROORGANISMS, v. 9, n. 5, MAY 2021. (16/16624-1, 10/17520-9)