Targeted analysis of microbial lignocellulolytic secretomes: a new approach to enzyme discovery

• Processo: 13/05842-0
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Programa Capacitação - Treinamento Técnico
• Data de Início da vigência: 01 de abril de 2013
• Data de Término da vigência: 31 de agosto de 2013
• Área de conhecimento: Ciências Biológicas - Biofísica - Biofísica Molecular
• Acordo de Cooperação: BBSRC, UKRI
• Pesquisador responsável: Igor Polikarpov
• Beneficiário: Danilo Elton Evangelista
• Instituição Sede: Instituto de Física de São Carlos (IFSC). Universidade de São Paulo (USP). São Carlos , SP, Brasil
• Vinculado ao auxílio: 10/52362-5 - Targeted analysis of microbial lignocellulolytic secretomes: a new approach to enzyme discovery, AP.R
• Assunto(s): Etanol Biomassa
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Biomassa | Estrutura tridimensional de proteínas | Etanol de segunda geração | fermentação | Cristalografia de Proteínas

Resumo

Fontes de energia de hidrocarbonetos como carvão, petróleo e gás natural fornecem uma limitada e não renovável fonte de abastecimento. Consequentemente, o aumento da população mundial juntamente com o aumento por subsídios básicos como alimentos e eletricidade, tem tomado dimensões cada vez mais preocupantes. Na tentativa de amenizar esse problema, estudos que buscam o melhor aproveitamento de biomassas para suprir tais necessidades tornam-se ainda mais urgentes e necessários. Nesse contexto, o aprimoramento de processos e técnicas que envolvem a conversão de biomassa por biocatálise, fermentação microbiana ou cultura celular, para produção de químicos, materiais e/ou energia torna-se extremamente relevante. Tais processos buscam ser custo-competitivos, ambientalmente favoráveis e altamente sustentáveis quando comparados aos seus equivalentes petroquímicos. O bagaço da cana consiste em uma das mais abundantes biomassas disponível, entretanto, o entendimento da conversão de biomassa a etanol depende do conhecimento da complexidade química e estrutural dos três principais polímeros que compõem a parede celular das plantas: lignina, celulose e hemicelulose. O peso seco de uma parede celular consiste tipicamente de 35 a 50% de celulose, 20 a 35% de hemicelulose e 10 a 25% de lignina dependendo da espécie da planta e do tipo celular. A função primária da lignina é promover o suporte estrutural da planta e uma característica é não possuir moléculas de açúcar, mas, sim, envolver as moléculas de celulose e hemicelulose, tornando-as de difícil acesso. A celulose consiste no mais abundante e renovável polímero da Terra correspondendo a cerca de um terço a metade do tecido das plantas. A celulose é um homopolímero linear formado por unidades de D-glicose unidas por ligações glicosídicas ²(1-4). Existem diferenças estereoquímicas entre resíduos de glicose adjacentes de forma que a unidade de repetição em celulose é representada pelo dissacarídeo celobiose e o principal produto da hidrólise enzimática da celulose é a celobiose. A bioconversão de celulose a açúcares solúveis e glicose é catalisada por um grupo de enzimas chamadas celulases. Microrganismos, incluindo fungos e bactérias, produzem principalmente três tipos de celulases: endoglucanases (endo-1,4-13-D-glucanase), exoglucanase (celobiohidrolase) e ²-glucosidase, de forma independente ou complexada. Todos os organismos que degradam celulose amorfa ou cristalina secretam complexos de celulases, podendo ser formados por enzimas de uma ou das três classes descritas. O complexo de celulases é um sistema de enzimas induzíveis. Apesar de os microrganismos estudados até hoje terem produzido mais altos níveis de celulase quando crescidos em meio com celulose, a expressão do sistema celulolítico também se dá pela presença de celobiose, lactose ou sefarose no meio de cultura para alguns fungos. Compostos sintéticos como palmitato e ésteres de dissacarídeos e tiocelobiose também têm demonstrado atuar como indutores da produção de celulases. Dessa forma há uma considerável variação no nível de transcrição e no tipo de genes codificantes para celulases que serão transcritos dependendo da fonte de carbono usada para o crescimento. A repressão catabólica de carbono é outro mecanismo regulatório conhecido para controlar a produção de celulases em fungos e bactérias. Nos últimos 30 anos muitas pesquisas que levaram à produção de etanol a partir da celulose focaram em sistemas fúngicos (principalmente Trichoderma reesei e Aspergillus niger) para a quebra da celulose em açúcares no processo de sacarificação. Consequentemente, os estudos envolvendo clonagem, expressão em diversos sistemas, purificação e caracterização das enzimas envolvidas na hidrólise da celulose dos fungos filamentosos fazem-se importantes para a obtenção de informações sobre o mecanismo de ação, condições ideais de atividade e possíveis mutações a serem introduzidas para melhoria do desempenho enzimático. (AU)