Novas estratégias integrativas através de uma aldoketo redutase do cupim Coptotermes gestroi para sacarificação, detoxificação e fermentação de lignocelulose visando a produção de bioetanol

• Processo: 16/07926-4
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de novembro de 2016
• Data de Término da vigência: 31 de outubro de 2021
• Área de conhecimento: Ciências Biológicas - Bioquímica - Biologia Molecular
• Pesquisador responsável: Fábio Márcio Squina
• Beneficiário: Robson Tramontina
• Instituição Sede: Pró-Reitoria de Pós-Graduação, Pesquisa, Extensão e Inovação. Universidade de Sorocaba (UNISO). Sorocaba , SP, Brasil
• Vinculado ao auxílio: 15/50590-4 - Valorização da lignina em plantas de etanol celulósico: a conversão biocatalítica via ácido ferúlico a produtos químicos de alto valor, AP.BIOEN.TEM
• Bolsa(s) vinculada(s): 17/23754-1 - Desenvolvimento de uma rota sintética para produção de álcool coniferílico a partir de ácido ferúlico usando uma aldoketo redutase do cupim inferior Coptotermes gestroi, BE.EP.DR
• Assunto(s): Bioetanol Coptotermes gestroi Bioprocessos Enzimas Engenharia de proteínas
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: bioprocessos | Coptotermes gestroi | engenharia de proteínas | enzimas | Etanol de segunda geração | produtos bioativos | Enzimas Oxiredutoras aplicadas à biorefinaria

Resumo

O desenvolvimento de biorrefinarias de material lignocelulósico é a chave para a produção sustentável de bioetanol. Em vista disso, novas tecnologias visando à produção de enzimas degradadoras da lignocelulose, engenharia de proteinas e o desenvolvimento racional de misturas enzimáticas são de suma importância. Neste contexto, os insetos degradadores da madeira, como os cupins, são sistemas biológicos modelos para estudo da conversão da biomassa vegetal, apresentando potencial aplicação para desenvolvimento de biorrefinaria de material lignocelulósico. Resultados preliminares do nosso grupo de pesquisa sugerem que enzimas pró-oxidantes, antioxidantes e detoxificantes (PADs) podem ser o diferencial dos cupins que os torna um dos sistemas biológicos mais eficiente na conversão da lignocelulose. Dando continuidade ao mestrado, uma aldoketo redutase do cupim xilófago Coptotermes gestroi (CgAKR-1) teve seu papel comprovado na digestômica do inseto. Esta enzima foi capaz de aumentar a eficiência de coquetéis celulolíticos comerciais na hidrólise de bagaço de cana de açúcar; e também atuar como agente detoxificante de hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana de açúcar para sua fermentação por leveduras fermentadoras de pentoses; demonstrando ser uma potencial enzima integrativa nesta cadeia. Contudo, nossos estudos evidenciaram que enzima não possui estabilidade térmica ideal aos processos de industriais de hidrólise de bagaço de cana de açúcar. Sendo assim, os objetivos deste projeto de doutorado focam na aplicabilidade biotecnológica desta aldoketo redutase proveniente do digestoma do cupim Coptotermes gestroi (CgAKR-1). Visando atingir este objetivo pretendemos então: 1- Melhorar a robustez da enzima frente a temperaturas compatíveis com a hidrólise enzimática de bagaço de cana de açúcar; 2- Produção heteróloga da CgAKR-1 em Aspergillus; 3- Desenvolver processo de sacarificação de bagaço de cana de açúcar com coquetéis celulolíticos suplementadas com CgAKR-1; 4- Aplicar a CgAKR-1 na detoxificação dos inibidores de fermentação presentes no hidrolisado hemicelulósico, visando aumentar a eficiência na fermentação desta fonte de pentoses.

Publicações científicas

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(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)

TRAMONTINA, ROBSON; BRENELLI, LIVIA BEATRIZ; SODRE, VICTORIA; FRANCO CAIRO, JOAO PAULO; TRAVALIA, BEATRIZ MEDEIROS; EGAWA, VIVIANE YOSHIMI; GOLDBECK, ROSANA; SQUINA, FABIO MARCIO. Enzymatic removal of inhibitory compounds from lignocellulosic hydrolysates for biomass to bioproducts applications. WORLD JOURNAL OF MICROBIOLOGY & BIOTECHNOLOGY, v. 36, n. 11, OCT 1 2020. (20/03051-9, 15/50590-4, 16/07926-4, 17/15477-8, 18/18101-1)

TRAMONTINA, ROBSON; BRENELLI, LIVIA BEATRIZ; SOUSA, AMANDA; ALVES, RAFAEL; ZETTY ARENAS, ANA MARIA; NASCIMENTO, VIVIANE MARCOS; RABELO, SARITA CANDIDA; FREITAS, SINDELIA; RULLER, ROBERTO; SQUINA, FABIO MARCIO. Designing a cocktail containing redox enzymes to improve hemicellulosic hydrolysate fermentability by microorganisms. Enzyme and Microbial Technology, v. 135, APR 2020. (15/50590-4, 13/03061-0, 17/15477-8, 15/26982-0, 16/07926-4)

DE SOUZA, WAGNER R.; MARTINS, POLYANA K.; FREEMAN, JACKIE; PELLNY, TILL K.; MICHAELSON, LOUISE V.; SAMPAIO, BRUNO L.; VINECKY, FELIPE; RIBEIRO, ANA P.; DA CUNHA, BARBARA A. D. B.; KOBAYASHI, ADILSON K.; et al. Suppression of a single BAHD gene in Setaria viridis causes large, stable decreases in cell wall feruloylation and increases biomass digestibility. NEW PHYTOLOGIST, v. 218, n. 1, p. 81-93, APR 2018. (16/07926-4)

SODRE, VICTORIA; VILELA, NATHALIA; TRAMONTINA, ROBSON; SQUINA, FABIO MARCIO. icroorganisms as bioabatement agents in biomass to bioproducts application. BIOMASS & BIOENERGY, v. 151, AUG 2021. (16/07926-4, 18/18101-1, 15/50590-4, 17/08166-6)

Publicações acadêmicas

(Referências obtidas automaticamente das Instituições de Ensino e Pesquisa do Estado de São Paulo)

TRAMONTINA, Robson. Lignocellulose biorefinery strategies applying the aldoketo reductase from the termite Coptotermes gestroi and associeated redox enzymes: Novas estratégias à biorefinaria de lignocelulose aplicando a aldoketo redutase do cupim Coptotermes gestroi e enzimas redox associadas. 2021. Tese de Doutorado - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Instituto de Biologia Campinas, SP.