Valorização da lignina em plantas de etanol celulósico: a conversão biocatalítica via ácido ferúlico a produtos químicos de alto valor

• Processo: 15/50590-4
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Programa BIOEN - Temático
• Data de Início da vigência: 01 de junho de 2017
• Data de Término da vigência: 31 de janeiro de 2023
• Área do conhecimento: Ciências Biológicas - Genética - Genética Molecular e de Microorganismos
• Acordo de Cooperação: BBSRC, UKRI
• Pesquisador responsável: Fábio Márcio Squina
• Beneficiário: Fábio Márcio Squina
• Pesquisador Responsável no exterior: Tim David Howard Bugg
• Instituição Parceira no exterior: University of Warwick, Inglaterra
• Instituição Sede: Pró-Reitoria de Pós-Graduação, Pesquisa, Extensão e Inovação. Universidade de Sorocaba (UNISO). Sorocaba , SP, Brasil
• Auxílio(s) vinculado(s): 20/05784-3 - EMU concedido no processo 15/50590-4: sistema cromatográfico e detectores para análise de açúcares e monolignois de lignocelulose, AP.EMU
• Bolsa(s) vinculada(s): 22/09248-4 - Conversão de lignina a ácido ferúlico (WP2), BP.TT; 22/05117-2 - PP1 - Integração entre valorização de lignina e plantas de etanol celulósico, BP.TT; 21/14783-3 - Conversão de lignina a ácido ferúlico (PP2), BP.TT; + mais bolsas vinculadas 21/13886-3 - PP4 - Intensificação de bioprocessos, ampliação da produção de produtos químicos e processamento da lignocelulose, BP.TT; 21/08564-7 - Conversão de lignina a ácido ferúlico (WP2), BP.TT; 20/15483-0 - Processos biocatalíticos para produção de químicos de alto valor a partir de correntes de lignina, BP.TT; 20/14543-0 - PP3 - produção biocatalítica de fragrância a partir de ácido ferúlico, BP.TT; 20/11019-8 - PP1: integração entre valorização de lignina e plantas de etanol celulósico, BP.TT; 20/03474-7 - PP3: produção biocatalítica de fragrância a partir de ácido ferúlico, BP.TT; 20/03051-9 - PP4: intensificação de bioprocessos, ampliação da produção de produtos químicos e processamento da lignocellulose, BP.TT; 19/26321-4 - Conversão de lignina a ácido ferúlico (PP2), BP.TT; 18/18101-1 - Desenvolvimento do sistema CRISPR/Cas9 em Rhodococcus jostii RHA1 para produção de químicos de alto valor a partir de correntes de lignina, BP.DD; 17/08166-6 - Desenvolvimento de uma levedura capaz de converter material lignocelulósico em ácido ferúlico, BP.DR; 17/16089-1 - Produção de correntes de lignina, triagem metagenômica e conversão biocatalítica de lignina em ácido ferúlico, BP.PD; 17/05901-7 - Construção de vetor para expressão do sistema CRISPR/Cas9 em E. coli-Rhodococcus visando acúmulo de ácido ferúlico em mutantes de Rhodococcus jostii RHA1, BP.MS; 16/07926-4 - Novas estratégias integrativas através de uma aldoketo redutase do cupim Coptotermes gestroi para sacarificação, detoxificação e fermentação de lignocelulose visando a produção de bioetanol, BP.DR; 16/09950-0 - Caracterização funcional, estrutural e aplicação biotecnológica de mono-oxigenases líticas de polissacarídeos do cupim inferior Coptotermes gestroi, BP.PD - menos bolsas vinculadas
• Assunto(s): Biologia sintética Biocatálise Bioprocessos Bioetanol Celulose Lignina Biorrefinarias Sustentabilidade Bioenergia
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Biocatalyst | Bioprocess | Cellulosic Ethanol | Development | Lignin Valorization | Synthetic Biology
• Publicação FAPESP: https://media.fapesp.br/bv/uploads/pdfs/fapesp_uk_MNDPOK2_24_24.pdf

Resumo

A lignina pode ser obtida como um subproduto da produção de etanol celulósico e é uma fonte potencial de substâncias químicas renováveis. Porém, o desenvolvimento de métodos para a valorização de lignina faz-se necessário, pois a valorização de correntes ricas em lignina em plantas de etanol celulósico é um grande desafio para desenvolvimento de biorrefinaria sustentáveis. Esta proposta baseia-se um processo de parceria BBSRC já existente e reúne expertise na descoberta de biocatalisadores e produção de etanol celulósico (CTBE), com experiência em valorização biocatalítica de lignina (Warwick) e a produção de produtos químicos de alto valor por biocatálise (Manchester, UCL). Neste sentido, o objetivo geral é gerar novos métodos para a valorização lignina através do intermediário ácido ferúlico, o qual é passível de ser produzido a partir de lignina, como descrito em trabalhos anteriores dos pesquisadores principais envolvidos neste projeto. O projeto envolverá os seguintes pacotes de trabalho: 1) otimização da geração de lignina integrado a produção de bioetanol celulósico; 2) conversão de lignina para ácido ferúlico utilizando biologia sintética; 3) conversão enzimática do ácido ferúlico em L-Dopa; 4) biocatálise de fragrâncias químicas de alto valor (acetato coniferílico, isoeugenol) a partir de ácido 
ferúlico; 5) a intensificação de bioprocessos e scale-up da produção destes produtos químicos a partir de matérias-primas renováveis; 6) avaliação técnica e sustentabilidade. Tecnologia desenvolvida no projeto serão aplicados aos grandes matérias-primas vegetais utilizados no Brasil (cana-de-açúcar) ou o Reino Unido (trigo). (AU)

Publicações científicas

(32)

(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)

FRANCO CAIRO, JOAO PAULO L.; CANNELLA, DAVID; OLIVEIRA, LEANDRO C.; GONCALVES, THIAGO A.; RUBIO, MARCELO V.; TERRASAN, CESAR R. F.; TRAMONTINA, ROBSON; MOFATTO, LUCIANA S.; CARAZZOLLE, MARCELO F.; GARCIA, WANIUS; et al. On the roles of AA15 lytic polysaccharide monooxygenases derived from the termite Coptotermes gestroi. Journal of Inorganic Biochemistry, v. 216, MAR 2021. (17/17275-3, 16/09950-0, 15/50590-4, 17/11952-3, 15/50612-8, 17/22669-0, 17/16089-1)

TRAMONTINA, ROBSON; BRENELLI, LIVIA BEATRIZ; SOUSA, AMANDA; ALVES, RAFAEL; ZETTY ARENAS, ANA MARIA; NASCIMENTO, VIVIANE MARCOS; RABELO, SARITA CANDIDA; FREITAS, SINDELIA; RULLER, ROBERTO; SQUINA, FABIO MARCIO. Designing a cocktail containing redox enzymes to improve hemicellulosic hydrolysate fermentability by microorganisms. Enzyme and Microbial Technology, v. 135, APR 2020. (15/50590-4, 13/03061-0, 17/15477-8, 15/26982-0, 16/07926-4)

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DE FIGUEIREDO, FERNANDA LOPES; DE OLIVEIRA, ANA CAROLINA PIVA; TERRASAN, CESAR RAFAEL FANCHINI; GONCALVES, THIAGO AUGUSTO; GERHARDT, JAQUELINE ALINE; TOMAZETTO, GEIZECLER; PERSINOTI, GABRIELA FELIX; RUBIO, MARCELO VENTURA; PENA, JENNIFER ANDREA TAMAYO; ARAUJO, MICHELLE FERNANDES; et al. Multi-omics analysis provides insights into lignocellulosic biomass degradation by Laetiporus sulphureus ATCC 52600. BIOTECHNOLOGY FOR BIOFUELS, v. 14, n. 1, APR 17 2021. (19/21609-0, 15/50612-8, 17/22669-0, 20/05784-3, 19/12860-0, 15/50590-4)

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PUHL, ANA C.; PRATES, ERICA T.; ROSSETO, FLAVIO R.; MANZINE, LIVIA R.; STANKOVIC, IVANA; DE ARAUJO, SIMARA S.; ALVAREZ, THABATA M.; SQUINA, FABIO M.; SKAF, MUNIR S.; POLIKARPOV, IGOR. Crystallographic structure and molecular dynamics simulations of the major endoglucanase from Xanthomonas campestris pv. campestris shed light on its oligosaccharide products release pattern. International Journal of Biological Macromolecules, v. 136, p. 493-502, SEP 1 2019. (11/20505-4, 15/13684-0, 09/52840-7, 10/52362-5, 11/21608-1, 15/50590-4)

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GONCALVES, THIAGO AUGUSTO; SODRE, VICTORIA; DA SILVA, STEPHANIE NEMESIO; VILELA, NATHALIA; TOMAZETTO, GEIZECLER; ARAUJO, JUSCEMACIA NASCIMENTO; MUNIZ, JOAO RENATO C.; FILL, TAICIA PACHECO; DAMASIO, ANDRE; GARCIA, WANIUS; et al. Applying biochemical and structural characterization of hydroxycinnamate catabolic enzymes from soil metagenome for lignin valorization strategies. Applied Microbiology and Biotechnology, v. 106, n. 7, p. 14-pg., 2022-03-30. (17/16976-8, 20/05784-3, 18/18101-1, 17/17275-3, 17/22669-0, 15/50612-8, 15/50590-4, 15/23279-6)

FANCHINI TERRASAN, CESAR RAFAEL; RUBIO, MARCELO VENTURA; GERHARDT, JAQUELINE ALINE; FRANCO CAIRO, JOAO PAULO; CONTESINI, FABIANO JARES; ZUBIETA, MARIANE PALUDETTI; DE FIGUEIREDO, FERNANDA LOPES; VALADARES, FERNANDA LIMA; RIBEIRO CORREA, THAMY LIVIA; MURAKAMI, MARIO TYAGO; et al. Deletion of AA9 Lytic Polysaccharide Monooxygenases Impacts A. nidulans Secretome and Growth on Lignocellulose. MICROBIOLOGY SPECTRUM, v. N/A, p. 16-pg., 2022-06-06. (15/50612-8, 15/50590-4, 17/22669-0, 16/16306-0)

SODRE, VICTORIA; ARAUJO, JUSCEMACIA NASCIMENTO; GONCALVES, THIAGO AUGUSTO; VILELA, NATHALIA; KIMUS BRAZ, ANTONIO SERGIO; FRANCO, TELMA TEIXEIRA; NETO, MARIO DE OLIVEIRA; DE LIMA DAMASIO, ANDRE RICARDO; GARCIA, WANIUS; SQUINA, FABIO MARCIO. An alkaline active feruloyl-CoA synthetase from soil metagenome as a potential key enzyme for lignin valorization strategies. PLoS One, v. 14, n. 2, FEB 25 2019. (17/05901-7, 17/22669-0, 17/16976-8, 15/50612-8, 17/16089-1, 15/50590-4, 17/08166-6, 18/18101-1, 17/17275-3)

VELASCO, JOSMAN; OLIVA, BIANCA; GONCALVES, ALINE LARISSA; LIMA, AWANA SILVA; FERREIRA, GISLENE; FRANCA, BRUNO ALVES; MULINARI, EVANDRO JOSE; GONCALVES, THIAGO AUGUSTO; SQUINA, FABIO MARCIO; SEIKI KADOWAKI, MARCO ANTONIO; et al. Functional characterization of a novel thermophilic exo-arabinanase fromThermothielavioides terrestris. Applied Microbiology and Biotechnology, v. 104, n. 19, AUG 2020. (14/18714-2, 17/16089-1, 14/06923-6, 19/01165-0, 15/50590-4, 19/06663-8)

TOMAZETTO, GEIZECLER; PIMENTEL, AGNES C.; WIBBERG, DANIEL; DIXON, NEIL; SQUINA, FABIO M.. Multi-omic Directed Discovery of Cellulosomes, Polysaccharide Utilization Loci, and Lignocellulases from an Enriched Rumen Anaerobic Consortium. Applied and Environmental Microbiology, v. 86, n. 18, SEP 2020. (16/01926-2, 18/23826-5, 15/50590-4, 15/23279-6)

GRANATO, DANIELA C.; NEVES, LEANDRO X.; TRINO, LUCIANA D.; CARNIELLI, CAROLINA M.; LOPES, ARIANE F. B.; YOKOO, SAMI; PAULETTI, BIANCA A.; DOMINGUES, ROMENIA R.; SA, JAMILE O.; PERSINOTI, GABRIELLA; et al. Meta-omics analysis indicates the saliva microbiome and its proteins associated with the prognosis of oral cancer patients. BIOCHIMICA ET BIOPHYSICA ACTA-PROTEINS AND PROTEOMICS, v. 1869, n. 8, AUG 2021. (18/18496-6, 18/02180-0, 16/07846-0, 19/18751-9, 19/21815-9, 09/54067-3, 18/11958-4, 15/50590-4, 18/12194-8, 18/15728-3, 14/06485-9, 18/15535-0, 10/19278-0)

MOREIRA, EDIMAR A.; PERSINOTI, GABRIELA F.; MENEZES, LETICIA R.; PAIXAO, DOUGLAS A. A.; ALVAREZ, THABATA M.; CAIRO, JOAO P. L. FRANCO; SQUINA, FABIO M.; COSTA-LEONARDO, ANA MARIA; RODRIGUES, ANDRE; SILLAM-DUSSES, DAVID; et al. Complementary Contribution of Fungi and Bacteria to Lignocellulose Digestion in the Food Stored by a Neotropical Higher Termite. FRONTIERS IN ECOLOGY AND EVOLUTION, v. 09, APR 26 2021. (15/21497-6, 16/09950-0, 18/22839-6, 15/50590-4)

LIBERATO, MARCELO VIZONA; CAMPOS, BRUNA MEDEIA; TOMAZETTO, GEIZECLER; CROUCH, LUCY ISOBEL; GARCIA, WANIUS; DE MATTOS ZERI, ANA CAROLINA; BOLAM, DAVID NICHOL; SQUINA, FABIO MARCIO.

Unique properties of a Dictyostelium discoideum carbohydrate-binding module expand our understanding of CBM-ligand interactions

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