Aspectos estruturais e biotecnológicos de duas novas celulases pertencentes às famílias GH5 (Xac0030) e GH9 (Xac2522) provenientes do fitopatógeno Xanthomonas axonopodis pv. citri

• Processo: 13/22097-6
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de janeiro de 2014
• Data de Término da vigência: 31 de dezembro de 2015
• Área de conhecimento: Ciências Biológicas - Biofísica - Biofísica Molecular
• Pesquisador responsável: Mário Tyago Murakami
• Beneficiário: Joice Helena Paiva
• Instituição Sede: Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM). Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovação (Brasil). Campinas , SP, Brasil
• Assunto(s): Glicosilação Celulase Atividade catalítica
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Atividade catalítica | Caracterizacao biofisica | Celulases | Cristalografia de Macromoléculas | glicosilação | mecanismos de termo-estabilidade | Caracterização biofísica

Resumo

A utilização da biomassa vegetal como fonte renovável de energia tornou-se uma das principais estratégias para substituição da matriz energética atual baseada em combustíveis fósseis. O principal constituinte da biomassa vegetal é a celulose que basicamente é formada por moléculas de glicose covalentemente unidas por ligações do tipo b-1,4, porém é extremamente recalcitrante a degradação por rotas enzimáticas. Para a hidrólise da fração celulósica são necessárias pelo menos três classes enzimáticas: endocelulases, exocelulases e ²-glucosidases. Estudos recentes têm demonstrado novas proteínas que auxiliam na degradação da celulose como swolleninas que não apresentam atividade hidrolítica e participam da amorfogênese do material lignocelulósico (Gourlay et al. 2013) e de enzimas redox como mono-oxigenases que oxidam a ligação C-H do carbono C1 do sacarídeo (Hemsworth et al., 2013). Além disso, celulases comumente exibem uma arquitetura modular compostas obrigatoriamente por um domínio catalítico, que pode ser acompanhado por e um ou mais domínios acessórios, que auxiliam no reconhecimento de substratos e no aumento da eficiência catalítica. Tais domínios podem ser o CBM (carbohydrate-binding module), fibrinectina-símile e imuniglobulina-símile (Ig-símile) - desses apenas o último ainda não tem sua função totalmente compreendida. O Ig-símile é encontrado em algumas enzimas pertencentes à família GH9 que apresentam um enovelamento característico do domínio catalítico tipo barril (±/±)6. Apesar dos avanços na área e das diversas estratégias existentes para o aumento de eficiência catalítica das celulases, a atividade celulásica ainda representa um dos principais gargalos para a sacarificação do material lignocelulósico de forma economicamente viável. Assim, o objetivo deste projeto é prospectar duas novas celulases isoladas do fitopatógeno Xanthomonas axonopodis pv. Citri que possui um arsenal de hidrolases glicosídicas ainda inexplorado no ponto de vista biotecnológico. Particularmente, visamos estudos funcionais e estruturais de uma celulase pertencente à família GH5 que não possui domínios acessórios e apresenta baixa identidade com enzimas já caracterizadas (identidade ~35%) e uma enzima modular da família GH9 que contêm um domínio Ig-símile, o qual sua função ainda é elusiva. Estudos preliminares são bastante promissores indicando que a GH5 apresenta estabilidade térmica exacerbada na presença do íon Mn2+, porém o sítio de ligação a este íon descrito na celulase 5A de Bacillus subtilis (Santos et al., 2012) não é conservado indicando outro determinante estrutural. Além de buscar identificar o sítio responsável por tal estabilidade, o presente projeto pretende buscar outras estratégias para ganho de estabilidade e aumento de eficiência catalítica como inserção de sítios de glicosilação e mutações sítio-dirigidas desenhadas a partir de dados estruturais. Coletivamente, tais estudos irão descrever o potencial biotecnológico de celulases do fitopatógeno X. axonopodis pv. Citri e ampliar o conhecimento sobre mecanismos moleculares para ganho de estabilidade em hidrolases glicosídicas que podem ter grande impacto em processos industriais que utilizam a biomassa vegetal como matéria-prima.