Desenvolvimento do sistema CRISPR/Cas9 em Rhodococcus jostii RHA1 para produção de químicos de alto valor a partir de correntes de lignina

• Processo: 18/18101-1
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado Direto
• Data de Início da vigência: 01 de outubro de 2018
• Data de Término da vigência: 31 de dezembro de 2021
• Área de conhecimento: Ciências Biológicas - Genética - Genética Molecular e de Microorganismos
• Acordo de Cooperação: BBSRC, UKRI
• Pesquisador responsável: Fábio Márcio Squina
• Beneficiário: Victoria Ramos Sodré de Castro
• 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): 20/05281-1 - Engenharia genética de Rhodococcus jostii RHA1 como estratégia para valorização de lignina, BE.EP.DD
• Assunto(s): Biologia molecular CRISPR-Cas9 Lignina Rhodococcus
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Cas9 | Crispr | high-value chemicals | lignin valorization | rhodococcus | Biologia Molecular

Resumo

No contexto da valorização de lignina, o uso de microorganismos como biocatalisadores para desconstrução e bioconversão da lignina é uma alternativa promissora à processos de catálise química tradicional. A espécie Rhodococcus jostii RHA1 é de particular interesse biotecnológico devido à sua capacidade de catabolizar um amplo espectro de compostos aromáticos, especialmente a lignina; todavia, este potencial ainda não foi amplamente realizado devido à ausência de ferramentas adequadas para manipulação genética. No presente projeto, propõe-se desenvolver as ferramentas necessárias para implementação do sistema CRISPR/Cas9 nesta espécie, as quais serão aplicadas para introduzir novas vias biossintéticas relacionadas à valorização de lignina. Como prova de conceito, propomos "nocautear" o gene CouM da via catabólica de p-hidróxi-cinamatos, a fim de obter linhagens mutantes capazes de acumular ácido ferúlico (AF) a partir de correntes de lignina derivadas de biorrefinarias. Devido a sua aplicação nas indústrias cosmética e farmacêutica, o AF representa um composto de alto valor comercial, além de poder ser convertido em outras moléculas interessantes, como o Álcool Coniferílico (AC). Este pode ser obtido a partir de AF através de uma via biossintética de 2 etapas, catalisadas pela ação sequencial de ácido carboxílico-redutases (CAR) e aldo-ceto redutases (AKR). Além de estar presentemente caracterizando CARs de diversas origens, nosso grupo descreveu uma nova AKR, isolada do cupim inferior Coptotermes gestroi (CgAKR-1), a qual apresenta interessantes constantes catalíticas utilizando 2-nitro-benzaldeído como substrato (Km = 0.15 mmol/L, kcat = 7.5 s1), além de atividade promíscua em diversos aldeídos aromáticos e alifáticos, incluindo coniferaldeído. Visando a produção de álcool coniferílico, pretendemos introduzir os genes correspondentes à CAR e CgAKR-1 em linhagens de R. jostii acumuladoras de AF. Além de ser um composto de alto valor agregado, o álcool coniferílico pode ser convertido em outros produtos de interesse comercial. Dentre estes, fragrâncias como eugenol e isoeugenol podem ser obtidas enzimaticamente a partir de álcool coniferílico através da ação de duas reações sequenciais, as quais esperamos também expressar em linhagens de R. jostii. Desta forma, espera-se que o presente trabalho possa contribuir não apenas com o desenvolvimento de novas ferramentas genéticas para esta espécie, como também ampliar o rol de produtos de podem ser obtidos biologicamente a partir de correntes ricas em lignina. (AU)

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)

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)

ALVAREDO PAIXAO, DOUGLAS ANTONIO; TOMAZETTO, GEIZECLER; SODRE, VICTORIA RAMOS; GONCALVES, THIAGO A.; UCHIMA, CRISTIANE AKEMI; BUCHLI, FERNANDA; ALVAREZ, THABATA MARIA; PERSINOTI, GABRIELA FELIX; DA SILVA, MARCIO JOSE; BRAGATTO, JULIANO; et al. Microbial enrichment and meta-omics analysis identify CAZymes from mangrove sediments with unique properties. Enzyme and Microbial Technology, v. 148, AUG 2021. (12/19040-0, 15/50590-4, 14/04105-4, 16/09950-0, 15/23279-6, 18/18101-1, 17/16089-1)

DOS SANTOS, OTAVIO AUGUSTO LEITAO; GONCALVES, THIAGO AUGUSTO; SODRE, VICTORIA; VILELA, NATHALIA; TOMAZETTO, GEIZECLER; SQUINA, FABIO M.; GARCIA, WANIUS. Recombinant expression, purification and characterization of an active bacterial feruloyl-CoA synthase with potential for application in vanillin production. Protein Expression and Purification, v. 197, p. 7-pg., 2022-05-11. (17/16089-1, 15/50590-4, 18/18101-1, 17/08166-6, 20/15595-3, 20/05784-3, 17/17275-3)

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)

GONCALVES, THIAGO AUGUSTO; SODRE, VICTORIA; DA SILVA, STEPHANIE NEMESIO; VILELA, NATHALIA; TOMAZETTO, GEIZECLER; ARAUJO, JUSCEMACIA NASCIMENTO; MUNIZ, JOAO RENATO C.; FILL, TAICIA PACHECO; DAMASIO, ANDRE; GARCIA, WANIUS; et al. Applying biochemical and structural characterization of hydroxycinnamate catabolic enzymes from soil metagenome for lignin valorization strategies. Applied Microbiology and Biotechnology, v. 106, n. 7, p. 14-pg., 2022-03-30. (17/16976-8, 20/05784-3, 18/18101-1, 17/17275-3, 17/22669-0, 15/50612-8, 15/50590-4, 15/23279-6)

SODRE, VICTORIA; ARAUJO, JUSCEMACIA NASCIMENTO; GONCALVES, THIAGO AUGUSTO; VILELA, NATHALIA; KIMUS BRAZ, ANTONIO SERGIO; FRANCO, TELMA TEIXEIRA; NETO, MARIO DE OLIVEIRA; DE LIMA DAMASIO, ANDRE RICARDO; GARCIA, WANIUS; SQUINA, FABIO MARCIO. An alkaline active feruloyl-CoA synthetase from soil metagenome as a potential key enzyme for lignin valorization strategies. PLoS One, v. 14, n. 2, FEB 25 2019. (17/05901-7, 17/22669-0, 17/16976-8, 15/50612-8, 17/16089-1, 15/50590-4, 17/08166-6, 18/18101-1, 17/17275-3)

Publicações acadêmicas

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

CASTRO, Victoria Ramos Sodré de. Strategies for the biological valorization of lignin and lignocellulosic hydrolysates. 2021. Tese de Doutorado - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Instituto de Biologia Campinas, SP.