Engenheiramento genético da cepa industrial brasileira Barra Grande para fermentação de xilose

• Processo: 17/02124-0
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
• Data de Início da vigência: 01 de julho de 2017
• Data de Término da vigência: 31 de janeiro de 2018
• Área do conhecimento: Ciências Biológicas - Genética - Genética Molecular e de Microorganismos
• Pesquisador responsável: Juliana Velasco de Castro Oliveira
• Beneficiário: Juliana Velasco de Castro Oliveira
• Instituição Sede: Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM). Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovação (Brasil). Campinas , SP, Brasil
• Pesquisadores associados: Jaciane Lutz Ienczak ; Leandro Vieira dos Santos ; Marcelo Falsarella Carazzolle ; Sarita Candida Rabelo
• Assunto(s): Genética molecular Bagaço de cana-de-açúcar Degradação de biomassa Xilose Saccharomyces cerevisiae Sistemas CRISPR-Cas Bioetanol
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: CRISPR-Cas | Etanol de segunda geração | Evolução dirigida | Saccharomyces cerevisiae | Xilose | Genética Molecular

Resumo

O aumento pela demanda de utilização de energia e o consenso sobre a necessidade de se reduzir significativamente as emissões de gases do efeito estufa e a dependência de combustíveis fósseis vem impulsionando o desenvolvimento e melhoramento da produção de biocombustíveis. O etanol é o biocombustível atualmente mais utilizado, mas para atender a demanda mundial pelo mesmo, esforços vêm sendo feitos para aumentar sua produção, e uma das opções seria a produção do etanol de segunda geração (E2G). O E2G é produzido através da fermentação de açúcares liberados de polissacarídeos complexos encontrados na biomassa vegetal e, no caso do Brasil, utiliza-se o bagaço da cana-de-açúcar. Mas, para produção do E2G, é necessário que diversos desafios biotecnológicos sejam superados, principalmente no que se refere ao aproveitamento de todos os açúcares fermentescíveis provenientes da degradação da biomassa. Isto porque Saccharomyces cerevisiae não é capaz de converter pentoses a etanol, e o E2G não será economicamente viável a menos que estes açúcares (principalmente xilose) sejam fermentados em adição a glicose. Frente a isso, o presente projeto tem como objetivo a construção de cepa fermentadora de xilose derivada da linhagem industrial S. cerevisiae Barra Grande (BG-1), e que seja resistente a compostos inibitórios presentes no licor C5. O projeto proposto é pioneiro, já que pela primeira vez a BG-1 será geneticamente modificada com genes para metabolizar xilose, utilizando o sistema CRISPR-Cas que permitirá uma modificação rápida e precisa de seu genoma. Serão avaliadas cepas com a via da isomerização e oxi-redução do metabolismo de xilose (nesta última também propõe-se a inserção da via para consumo de ácido acético), e evolução adaptativa da cepa em meio com xilose como única fonte de carbono e licor C5 derivado do bagaço. O rendimento e produtividade de etanol pelas cepas obtidas serão avaliadas em biorreatores semi-industriais. Além disso, estudos genômicos e transcriptômicos são propostos, para melhor entender o metabolismo das cepas durante as fermentações. Embora vários grupos de pesquisa no Brasil, e principalmente no exterior, vêm trabalhando com isso, ainda não foi obtido um microrganismo adaptado às condições de fermentação brasileira que consiga utilizar xilose/licor para a produção de E2G, com rendimento e produtividade similares ao obtido com glicose/sacarose. Sendo assim, este projeto é extremamente promissor e tem possibilidade de criar uma nova tecnologia de interesse sócio-econômico e ambiental, sendo fundamental para o setor sucro-energético do país. (AU)

Publicações científicas

(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)

NAGAMATSU, SHEILA TIEMI; COUTOUNE, NATALIA; JOSE, JULIANA; FIAMENGHI, MATEUS BERNABE; GUIMARAES PEREIRA, GONCALO AMARANTE; DE CASTRO OLIVEIRA, JULIANA VELASCO; CARAZZOLLE, MARCELO FALSARELLA. Ethanol production process driving changes on industrial strains. FEMS Yeast Research, v. 21, n. 1, FEB 2021. (17/02124-0, 13/08293-7, 18/06254-8, 14/26905-2)