Análise de fluxos metabólicos com carbono marcado (13C-MFA) de fermentação em substrato misto de xilose e glicose pelas leveduras Scheffersomyces stipitis NRRL Y-7124 e Spathaspora passalidarum NRRL Y-27907

• Processo: 17/21634-9
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Doutorado Direto
• Vigência (Início): 22 de janeiro de 2018
• Vigência (Término): 21 de dezembro de 2018
• Área do conhecimento: Engenharias - Engenharia Química - Processos Industriais de Engenharia Química
• Pesquisador responsável: Aline Carvalho da Costa
• Beneficiário: Luiz Eduardo Biazi
• Supervisor: Pau Ferrer Alegre
• Instituição Sede: Faculdade de Engenharia Química (FEQ). Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Campinas , SP, Brasil
• Local de pesquisa: Universitat Autònoma de Barcelona (UAB), Espanha
• Vinculado à bolsa: 16/14567-0 - Modelagem matemática do processo de produção de bioetanol de segunda geração com reciclo de células utilizando os microrganismos Scheffersomyces stipitis e Spathaspora passalidarum, BP.DD
• Assunto(s): Bioprocessos Biomassa lignocelulósica Leveduras Fermentação Glucose Bioetanol Xilose
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: bioethanol | glucose | Metabolic Flux Analysis | Scheffersomyces stipitis | Spathaspora passalidarum | xylose | Bioprocessos

Resumo

Levando em consideração o processo de produção de etanol a partir de biomassas lignocelulósicas (bioetanol de segunda geração), microrganismos naturalmente capazes de converter pentoses em etanol são desejados, uma vez que fermentações com cepas selvagens são mais simples e mais baratas que fermentações com cepas transformadas. Nesse cenário, duas leveduras não-convencionais têm potencial para serem aplicadas na produção de etanol a partir de hidrolisados ricos em pentoses: Scheffersomyces stipitis e Spathaspora passalidarum. Embora ambas as leveduras sejam capazes de fermentar pentoses, elas têm diferentes metabolismos quando submetidas às mesmas condições. Enquanto que S. stipitis requere uma condição de microaerofilia precisamente controlada durante a fermentação da xilose, deixando o processo tecnicamente difícil e caro, trabalhos recentes na literatura reportaram que S. passalidarum teve alto rendimento em produção etanol, rápido crescimento celular e rápido consumo de substrato em condições estritamente anaeróbicas. Embora S. passalidarum forneça alto rendimento em produção de etanol a partir de xilose em anaerobiose, é reportado que a presença de glicose interfere em seu metabolismo, demandando microaerofilia. Em usinas de etanol de primeira geração (a partir de caldo de cana-de-açúcar), a transferência de oxigênio nunca foi precisamente controlada para entender o real benefício dessa variável. Nesse contexto, a capacidade de converter xilose em etanol em condições anaeróbicas se torna um diferencial na escolha de um microrganismo para um processo de produção de etanol custo-eficiente.Uma estratégia para investigar as diferenças citadas entre S. stipitis e S. passalidarum é a aplicação da Análise de Fluxos Metabólicos com Carbono Marcado (13C-MFA), onde isótopos de carbono são usados para traçar o metabolismo celular. Essa tecnologia tem sido continuamente desenvolvida e amplamente aplicada para investigar o metabolismo celular e quantificar a distribuição do fluxo de carbono, sendo uma ferramenta valiosa para prover leituras rigorosas e quantitativas de comportamentos metabólicos em escala de rede in vivo. A Análise de Fluxos Metabólicos tem sido extensivamente aplicada, incluindo a quantificação de fluxos metabólicos, em leveduras consumidoras de glicose e, mais recentemente, em leveduras capazes de utilizar xilose, bem como em S. cerevisiae geneticamente modificada. Com as informações obtidas a partir dessa ferramenta, é possível criar modelos matemáticos estruturados para descrever reações bioquímicas considerando o metabolismo de fermentação de xilose que podem ser usados para otimizar a transformação de microrganismos.Em contribuição à linha de pesquisa que ocorre no Laboratório Nacional de Ciência e Tecnologia do Bioetanol (CTBE), onde fermentações tem sido extensivamente executadas para compreender o comportamento e os parâmetros cinéticos para as leveduras S. stipitis e S. passalidarum, e à extensiva pesquisa em modelagem matemática de bioprocessos desenvolvida na Universidade de Campinas (UNICAMP), levando a avanços significativos em bioetanol lignocelulósico, esse projeto visa aplicar a ferramenta 13C-MFA durante fermentação de uma mistura de xilose/glicose em diferentes concentrações de oxigênio para ambas as leveduras, em colaboração com o Laboratório de Engenharia Metabólica e Biologia de Sistemas Aplicados, situado na Universidade Autònoma de Barcelona (UAB), onde essa ferramenta tem sido aplicada em casos similares. Através dos resultados obtidos com essa tecnologia, será possível compreender os efeitos da glicose e da concentração de oxigênio (anaerobiose e microaerofilia) no metabolismo de fermentação de xilose das leveduras S. stipitis e S. passalidarum. (AU)