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INCT 2014: Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia do Bioetanol

Processo: 14/50884-5
Linha de fomento:Auxílio à Pesquisa - Temático
Vigência: 01 de julho de 2017 - 30 de junho de 2023
Área do conhecimento:Ciências Biológicas - Biologia Geral
Convênio/Acordo: CNPq - INCTs
Pesquisador responsável:Marcos Silveira Buckeridge
Beneficiário:Marcos Silveira Buckeridge
Instituição-sede: Instituto de Biociências (IB). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brasil
Pesquisadores principais:Anete Pereira de Souza ; Carlos Eduardo Driemeier ; Helaine Carrer ; Maria de Lourdes Teixeira de Moraes Polizeli ; Richard John Ward
Auxílios(s) vinculado(s):18/14030-2 - Entendendo a arquitetura da parede celular da planta para melhorar a hidrólise enzimática da lignocelulose, AP.R
Bolsa(s) vinculada(s):19/13936-0 - O papel do xiloglucano na determinação da arquitetura da parede celular de cana de açúcar, BP.PD
18/25664-2 - Expressão e purificação de enzimas xilanolíticas recombinantes e estudo de suas atividades contra arabinoxilanos de trigo e cana-de-açúcar, BP.DD
18/07033-5 - Imageamento multimodal dos componentes inorgânicos intrínsecos e extrínsecos do bagaço e da palha de cana-de-açúcar, BP.PD
18/03764-5 - Como vias de sinalização e percepção de açúcares controlam o crescimento e desenvolvimento de cana-de-açúcar?, BP.PD
Assunto(s):Biologia molecular  Bioetanol  Hidrólise  Marcadores genéticos  Hidrolases  Cana-de-açúcar  Biorrefinarias  Institutos de pesquisa 

Resumo

A proposta do INCT para o próximo período visa integrar os conhecimentos obtidos nos últimos 6 anos para montar uma série de consórcios de enzimas que sejam capazes de hidrolisar a parede celular da cana com eficiência e rapidez. O foco principal será a combinação de consórcios enzimáticos com biomassas de cana de diferentes variedades e de plantas transformadas geneticamente de forma a encontrar as combinações que incrementem o processo de hidrólise. A ideia é encontrar os diferentes padrões de correspondência entre as variações nas composições da parede oriundas das populações e variedades geneticamente conhecidas e os diferentes consórcios de enzimáticos (cerca de 70 hidrolases distintas que são parte da coleção do INCT), bem como enzimas engenheiradas por Biologia Molecular. Para efetivar esta integração, será montado um sistema de análise de sacarificação de biomassa utilizando inicialmente coquetéis comerciais. Amostras de biomassa de cana com diferentes graus de susceptibilidade à sacarificação serão analisadas em maior profundidade de forma a compreender mais profundamente a variabilidade química que influencia a hidrólise. Isto possibilitará encomendar marcadores genéticos de parede celular que permitam ampliar ainda mais a busca de variedades com sacarificação aumentada no âmbito de programas de melhoramento genético. Paralelamente, genes de hidrolases de parede celular de cana serão silenciados ou ativados em plantas de cana. Na primeira fase projeto INCT-bioetanol, compilamos uma coleção de genes de hidrolases da própria cana, relacionados aos domínios arquitetônicos da parede celular. Manipulando esses genes, será possível avaliar os respectivos impactos sobre três fatores limitantes da hidrólise: porosidade, código glicômico e estrutura macrofibrilar da biomassa. O objetivo é produzir uma variedade de cana que possua mecanismos internos de facilitação da hidrólise, induzíveis por métodos de ativação externa que permitam fazer com que as plantas passem expressar enzimas hidrolíticas no momento desejado. O impacto do conhecimento e controle sobre os processos de síntese e degradação da parede celular da cana vai, no entanto, muito além do desenvolvimento de tecnologias para a produção de etanol. Através do controle dos processos de formação e hidrólise da parede celular, uma série de possibilidades se tornam mais viáveis no sentido do uso das usinas como biorrefinarias. Um exemplo é a possibilidade de utilização da cana, bem como outras plantas como biofábricas para polímeros complexos de interesse industrial como lignanas ou polissacarídeos hemicelulósicos (p.ex. hemiceluloses como o glucano e o xiloglucano) permitindo a aplicação destes polímeros como aditivo de alimentos, para cosméticos e medicamentos. Portanto, os conhecimentos que o INCT do bioetanol deverá produzir em sua segunda fase, permitirão ao Brasil se aproximar ainda mais da entrada do setor de cana na fase ainda mais ampla de biorrefinaria, apresentando alta flexibilidade na confecção de produtos de caráter altamente sustentável e de grande valor econômico. Deve-se salientar ainda o fato de que o desenvolvimento de tecnologias que viabilizem a hidrólise eficiente dos resíduos lignocelulósicos da cana terá impacto sobre outros processos em desenvolvimento no mundo, uma vez que as paredes celulares de outras gramíneas usadas para produção de etanol (milho, arroz, sorgo e miscanto) são similares à cana. Assim, esta conquista tecnológica tem potencial para trazer o Brasil de volta à posição de exportador de tecnologia 2G, criando divisas internacionais de grande importância na área de energias renováveis. Em mais uma via paralela, o INCT-Bioetanol já tem informações suficientes para poder desenhar estratégias de engenharia biológica da cana no sentido de produzir plantas que tenham (ou que produzam quando necessário) paredes celulares mais susceptíveis à hidrólise. Este tipo de tecnologia abre caminho para o uso de engenharia de plantas em outras gramíneas de grande valor econômico como milho, trigo e sorgo, que estão entre as culturas agrícola mais importante no planeta. (AU)

Matéria(s) publicada(s) na Agência FAPESP sobre o auxílio:
Pós-doutorado em Fisiologia e Bioquímica de Plantas com bolsa da FAPESP  
Pesquisadores avançam no desenvolvimento da “cana papaia” 
Pesquisadores desvendam fases no desenvolvimento da cana-de-açúcar 
Etanol brasileiro pode substituir 13,7% do petróleo consumido no mundo 
Matéria(s) publicada(s) em Outras Mídias (1 total):
Researchers Advance in the Development of “Papaya Sugarcane” 

Publicações científicas (8)
(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)
DE ALMEIDA SCARCELLA, ANA SILVIA; SOMERA, ALEXANDRE FAVARIN; CARREIRA NUNES, CHRISTIANE DA COSTA; GOMES, ELENI; VICI, ANA CLAUDIA; BUCKERIDGE, MARCOS SILVEIRA; DE MORAES POLIZELI, MARIA DE LOURDES TEIXEIRA. Matrix Discriminant Analysis Evidenced Surface-Lithium as an Important Factor to Increase the Hydrolytic Saccharification of Sugarcane Bagasse. Molecules, v. 24, n. 19 OCT 2019. Citações Web of Science: 0.
NEGRAO, DJANIRA R.; LING, LIU Y.; BORDONAL, RICARDO O.; DRIEMEIER, CARLOS. Microscale Analyses of Mineral Particles in Sugar Cane Bagasse and Straw Shed Light on How Debris Can Be Incorporated into Biomass. ENERGY & FUELS, v. 33, n. 10, p. 9965-9973, OCT 2019. Citações Web of Science: 0.
OLIVEIRA MONTEIRO, LUMMY MARIA; PEREIRA, MARITA GIMENEZ; VICI, ANA CLAUDIA; HEINEN, PAULO RICARDO; BUCKERIDGE, MARCOS S.; TEIXEIRA DE MORAES POLIZELI, MARIA DE LOURDES. Efficient hydrolysis of wine and grape juice anthocyanins by Malbranchea pulchella beta-glucosidase immobilized on MANAE-agarose and ConA-Sepharose supports. International Journal of Biological Macromolecules, v. 136, p. 1133-1141, SEP 1 2019. Citações Web of Science: 0.
JARDIM, VINICIUS CARVALHO; SANTOS, SUZANA DE SIQUEIRA; FUJITA, ANDRE; BUCKERIDGE, MARCOS SILVEIRA. BioNetStat: A Tool for Biological Networks Differential Analysis. FRONTIERS IN GENETICS, v. 10, JUN 21 2019. Citações Web of Science: 0.
TAVARES, EVELINE Q. P.; DE SOUZA, AMANDA P.; ROMIM, GRAYCE H.; GRANDIS, ADRIANA; PLASENCIA, ANNA; GAIARSA, JONAS W.; GRIMA-PETTENATI, JACQUELINE; DE SETTA, NATHALIA; VAN SLUYS, MARIE-ANNE; BUCKERIDGE, MARCOS S. The control of endopolygalacturonase expression by the sugarcane RAV transcription factor during aerenchyma formation. Journal of Experimental Botany, v. 70, n. 2, p. 497-506, JAN 15 2019. Citações Web of Science: 0.
DRIEMEIER, CARLOS E.; LING, LIU Y.; YANCY-CABALLERO, DAISON; MANTELATTO, PAULO E.; DIAS, CARLOS S. B.; ARCHILHA, NATHALY L. Location of water in fresh sugarcane bagasse observed by synchrotron X-ray microtomography. PLoS One, v. 13, n. 12 DEC 6 2018. Citações Web of Science: 2.
SANTOS SALGADO, JOSE CARLOS; MELEIRO, LUANA PARRAS; CARLI, SIBELI; WARD, RICHARD JOHN. Glucose tolerant and glucose stimulated beta-glucosidases - A review. Bioresource Technology, v. 267, p. 704-713, NOV 2018. Citações Web of Science: 14.
FONSECA-MALDONADO, RAQUEL; MELEIRO, LUANA P.; MENDES, LUIS F. S.; ALVES, LUANA F.; CARLI, SIBELI; MORERO, LUCAS D.; BASSO, LUIS G. M.; COSTA-FILHO, ANTONIO J.; WARD, RICHARD J. Lignocellulose binding of a Cel5A-RtCBM11 chimera with enhanced beta-glucanase activity monitored by electron paramagnetic resonance. BIOTECHNOLOGY FOR BIOFUELS, v. 10, NOV 14 2017. Citações Web of Science: 3.

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