Desenvolvimento de enzimas para biobranqueamento de celulose: serviço de personalização de enzimas através de um processo robusto e inovador de engenharia molecular

• Processo: 11/02497-4
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pesquisa Inovativa em Pequenas Empresas - PIPE
• Data de Início da vigência: 01 de abril de 2011
• Data de Término da vigência: 31 de março de 2013
• Área de conhecimento: Ciências Biológicas - Bioquímica - Biologia Molecular
• Pesquisador responsável: Nínive Aguiar Colonello Frattini
• Beneficiário: Nínive Aguiar Colonello Frattini
• Empresa: Verdartis Desenvolvimento Biotecnológico Ltda. - ME
• Vinculado ao auxílio: 10/50328-4 - Desenvolvimento de enzimas para biobranqueamento de celulose: serviço de personalização de enzimas através de um processo robusto e inovador de engenharia molecular, AP.PIPE
• Assunto(s): Enzimologia Branqueamento da celulose Engenharia molecular Endo-1,4-beta-xilanases
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Branqueamento | celulose | xilanase | Enzimologia

Resumo

O parque industrial brasileiro de produção de celulose é um dos mais desenvolvidos do mundo, de modo que no processamento da polpa, um estágio enzimático para auxiliar o branqueamento de celulose deve competir com os processos vigentes, singulares, para cada fábrica de uma mesma empresa. Um dos requisitos do estágio enzimático é a redução de pelo menos 30% de dióxido de cloro (o que equivale à redução de 4 kg do produto por tonelada de celulose) e à redução do preço de venda da enzima, entre R$10,00 a R$24,00. Para obter a maior eficiência enzimática possível e atingir a viabilidade econômica é necessário engendrar enzimas e produzí-las a partir de sistemas microbianos que permitam alcançar níveis máximos de produção. Atualmente, o modo de ação das enzimas para branqueamento tem sido um gargalo técnico para o setor, pois as enzimas concorrentes, além de serem importadas, promovem uma drástica remoção de xilano, com conseqüente redução da qualidade da fibra, redução de rendimento e aumento dos custos com o tratamento de efluente. A empresa Verdartis tem desenvolvido uma xilanase que possui vantagens em relação à concorrência, pois é uma endoxilanase, que hidrolisa o polímero xilano no meio da cadeia; facilitando o acesso de oxidantes durante o processo de remoção da lignina e liberando menos xilano para o efluente. Tal xilanase vem sendo desenvolvida pela empresa a partir da técnica de Evolução Dirigida (ED). O processo envolve a introdução de diversidade gênica por ciclos sucessivos de mutagênese aleatória e de construção de bibliotecas contendo diversos variantes de um mesmo gene. Tais variantes são analisados e selecionados em função do melhor desempenho em relação à uma determinada característica enzimática relacionada às variáveis do processo de branqueamento de celulose como: pH, temperatura e estrutura da polpa. Após uma primeira seleção, os genes escolhidos são submetidos a novos ciclos de mutagênese e de seleção, de modo a acumularem mutações favoráveis à característica de interesse. Este método permite criar enzimas personalizadas (PersoZyme) para atender as necessidades dos clientes e de fábricas com processos distintos de produção de celulose. Alcançar as melhores enzimas em pouco tempo implica na ampliação da abrangência do rastreamento e da avaliação da diversidade gênica, gerada por ED, a partir de uma análise ampla dos fenótipos apresentados pelos transformantes bacterianos. As operações manuais vêm impondo limites à avaliação da diversidade gerada e ao acesso às melhores enzimas, fazendo-se necessário um processo de ED semi-automatizado, em larga escala, objetivando a ampliação das capacidades da empresa na geração, expressão e triagem de genes mutantes de xilanase termotolerantes e termo-estáveis em temperaturas entre 70-95oC. Com isso, um maior número de variantes gênicos será usado em estratégia paralela de melhoramento das xilanases engendradas, através da glicosilação intrínseca de Pichia pastoris que será usada como novo sistema constitutivo de expressão heteróloga em busca de enzimas mais eficientes e de maior produção. (AU)