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Elucidação das bases moleculares da fermentação de arabinose e xilose em linhagens de Saccharomyces cerevisiae

Processo: 19/06942-4
Linha de fomento:Bolsas no Brasil - Mestrado
Vigência (Início): 01 de dezembro de 2019
Vigência (Término): 30 de novembro de 2021
Área do conhecimento:Ciências Biológicas - Genética - Genética Molecular e de Microorganismos
Pesquisador responsável:Leandro Vieira dos Santos
Beneficiário:Paulo Emílio dos Santos Costa
Instituição-sede: Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM). Ministério da Ciência, Tecnologia, Inovações e Comunicações (Brasil). Campinas , SP, Brasil
Assunto(s):Fisiologia molecular   Biomassa lignocelulósica   Biocombustíveis   Bioetanol   Saccharomyces cerevisiae

Resumo

O etanol de segunda geração (2G) representa a possibilidade de aumentar o volume de etanol produzido em uma usina, sem a necessidade de aumentar a área plantada do canavial, além de dar um destino sustentável a resíduos agrícolas, como a palha e o bagaço de cana. O etanol 2G é obtido pela fermentação de açúcares presentes na biomassa lignocelulósica por leveduras. Após etapas de pré-tratamento e hidrólise enzimática são obtidas uma fração celulolítica, composta basicamente por glicose, e outra hemicelulolítica, que além de açúcares de seis carbonos, contém as pentoses D-xilose e L-arabinose. A glicose é rapidamente metabolizada a etanol pela levedura Saccharomyces cerevisiae. Porém, linhagens selvagens desse organismo são incapazes de fermentar pentoses. Como esses açúcares representam uma grande fração da biomassa lignocelulósica, são necessários procedimentos de engenharia metabólica e evolução adaptativa para a obtenção de linhagens geneticamente modificadas dessa levedura capazes de fermentar pentoses. Nosso grupo desenvolveu previamente uma cepa industrial a partir da linhagem PE-2 de S. cerevisiae com eficiente fermentação da pentose D-xilose em etanol 2G. A próxima etapa para tornar essa levedura mais eficiente e robusta para a fermentação de etanol de segunda geração é a expressão heteróloga dos genes do catabolismo de L-arabinose. Dessa maneira, o objetivo do trabalho é o desenvolvimento de uma linhagem modificada de S. cerevisiae capaz de fermentar as pentoses L-arabinose e D-xilose, visando a produção de etanol de segunda geração. Serão inseridos em uma eficiente linhagem fermentadora de xilose os genes que codificam L-arabinose isomerase, L-ribuloquinase e L-ribulose-5-fosfato-4-epimerase. Após procedimentos de evolução adaptativa, o sequenciamento genômico das cepas evoluídas permitirá a identificação das mutações fixadas na população durante o processo de evolução, responsáveis pelo metabolismo das duas pentoses. Não há relatos na literatura da identificação das bases moleculares que permitem a eficiente assimilação de arabinose em S. cerevisiae. A elucidação do mecanismo molecular que regula a eficiente assimilação e fermentação de arabinose e xilose em S. cerevisiae é passo essencial no desenvolvimento e viabilização da tecnologia de etanol de segunda geração. O eficiente aproveitamento de todos os açúcares da biomassa é fundamental para aumentar a viabilidade econômica e minimizar os impactos ambientais na produção do etanol de 2ª geração. (AU)