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Estratégias metagenômicas na bioprospecção de celulases para o uso na biorefinaria de biomassa

Processo: 08/05181-5
Linha de fomento:Bolsas no Brasil - Doutorado
Vigência (Início): 01 de junho de 2009
Vigência (Término): 31 de julho de 2012
Área do conhecimento:Ciências Biológicas - Bioquímica - Química de Macromoléculas
Pesquisador responsável:Richard John Ward
Beneficiário:Carla Botelho Machado
Instituição-sede: Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras de Ribeirão Preto (FFCLRP). Universidade de São Paulo (USP). Ribeirão Preto , SP, Brasil
Assunto(s):Engenharia de proteínas

Resumo

A aplicação de enzimas em processos industriais tem crescido consideravelmente nas últimas décadas. Os benefícios do uso de enzimas incluem a eliminação de temperaturas altas, solventes orgânicos e extremos de pH, e ao mesmo tempo oferecem um aumento na especificidade e pureza do produto gerado. Uma das aplicações é a conversão da biomassa como uma fonte renovável, como a produção do bioetanol. A biomassa vegetal é composta principalmente por lignocelulose, e uma das enzimas necessárias para hidrólise da celulose é a celulase também denominada de glucanase, que resulta na produção de açúcares redutores que subsequentemente podem ser fermentados em etanol.O objetivo deste projeto é buscar novas exoglucanases provenientes de amostras ambientais que sejam cataliticamente eficientes em pHs ácidos (pH 4-5), e que sejam termoestáveis (temperatura ótima 45-55oC). A bioprospecção das celulases será feita por uma análise metagenômica, que envolve o rastreamento de uma biblioteca do DNA total proveniente de uma comunidade microbiana encontrada em um determinado ambiente. As amostras ambientais serão coletadas e enriquecidas na coluna de Winosgradsky com a adição de bagaço de cana-de-açúcar como fonte de celulose. Usando uma estratégia inovadora que envolve a amplificação por PCR usando iniciadores específicos para a região promotora dos genes procarióticos, será gerada uma biblioteca de DNA ambiental contendo apenas as sequências codificadoras das proteínas. O rastreamento desta biblioteca será feito utilizando o ensaio colorimétrico do indicador Vermelho Congo (Congo Red) na presença de carboximetilcelulose (CMC). Este ensaio identificará os clones produtores de celulases, e posteriormente as enzimas serão purificadas, e caracterizadas através da atividade catalítica e a determinação de seus parâmetros cinéticos, tais como temperatura e pH ótimos, velocidade máxima e constante Michaelis-Menten. A estratégia de enriquecimento das espécies produtoras de celulases na coluna de Winosgradsky combinada com a análise das sequências codificadoras de proteínas otimizará o processo de rastreamento das celulases nas amostras ambientais. Embora o foco do projeto sejam as celulases, as bibliotecas metagenômicas podem ser utilizadas na busca de outras enzimas com interesse na biorefinaria de biomassas como as lacases, pectinases, xilanases entre outras.

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)
RULLER, ROBERTO; ALPONTI, JULIANA; DELIBERTO, LAILA APARECIDA; ZANPHORLIN, LETICIA MARIA; MACHADO, CARLA BOTELHO; WARD, RICHARD JOHN. Concommitant adaptation of a GH11 xylanase by directed evolution to create an alkali-tolerant/thermophilic enzyme. PROTEIN ENGINEERING DESIGN & SELECTION, v. 27, n. 8, p. 255-262, AUG 2014. Citações Web of Science: 12.
FONSECA-MALDONADO, RAQUEL; RIBEIRO, LUCAS F.; FURTADO, GILVAN P.; ARRUDA, LETICIA M.; MELEIRO, LUANA P.; ALPONTI, JULIANA S.; BOTELHO-MACHADO, CARLA; VIEIRA, DAVI S.; BONNEIL, ERIC; MELO FURRIEL, ROSA DOS PRAZERES; THIBAULT, PIERRE; WARD, RICHARD J. Synergistic action of co-expressed xylanase/laccase mixtures against milled sugar cane bagasse. Process Biochemistry, v. 49, n. 7, p. 1152-1161, JUL 2014. Citações Web of Science: 9.

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