Elucidação dos mecanismos de peroxigenases não convencionais com aplicação na produção de biocombustíveis avançados

• Processo: 19/12599-0
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado Direto
• Data de Início da vigência: 01 de agosto de 2020
• Data de Término da vigência: 08 de setembro de 2025
• Área de conhecimento: Ciências Biológicas - Bioquímica - Química de Macromoléculas
• Pesquisador responsável: Leticia Maria Zanphorlin
• Beneficiário: Mayara Chagas de Ávila
• Instituição Sede: Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM). Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovação (Brasil). Campinas , SP, Brasil
• Bolsa(s) vinculada(s): 22/13956-4 - Conversão biocatalítica de ácidos graxos em olefinas através de um sistema biofluído de descarboxilase quimera sem solvente, BE.EP.DD
• Assunto(s): Enzimologia Biocatálise Hidrocarbonetos Biocombustíveis Combustíveis fósseis Biodiesel Querosene Descarboxilação Ácidos graxos
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: biocatálise | biocombustíveis avançados | Descarboxilases | heme proteínas | hidrocarbonetos | P450 peroxigenases | Enzimologia

Resumo

Estratégias biológicas por meio da descoberta de novas enzimas somado à Engenharia Microbiana para promover o uso de biomassas na produção de biocombustíveis avançados e/ou outros bioprodutos é certamente o caminho mais sustentável e promissor para complementar as tecnologias baseadas em petróleo. A abordagem biológica além de ter menor impacto ambiental, pois possibilita o uso de condições de processo amenas com temperatura e pressão mais brandas e menores quantidades de químicos tóxicos, também permite o uso de enzimas que apresentam maior especificidade e altas taxas de conversão nos bioprocessos. Nesse sentido, a descoberta da enzima peroxigenase/descarboxilase CYP152 OleTJE fez com que o interesse científico e tecnológico sobre essa família de enzimas aumentasse significativamente, devido ao enorme apelo industrial e econômico do produto gerado, 1-alceno, o qual apresenta composição química e característica física semelhante aos combustíveis convencionais de petróleo. A atividade de descarboxilação de ácidos graxos de cadeia longa (C12-C20) promovida por essa família enzimática poderia contribuir para solucionar um dos grandes entraves da produção de biocombustíveis drop-in, já que promove a remoção da molécula de oxigênio da cadeia. No entanto, ainda se sabe muito pouco sobre as peroxigenases da família 152 e um dos grandes desafios é obter enzimas que tenham atividade preferencial de descarboxilação e não de hidroxilação, já que, enzimas CYP152 podem catalisar as duas reações. Recentemente, a sua notória importância incentivou Wang e colaboradores (2017) publicarem o seguinte artigo "Peroxygenases en route to becoming dream catalysts. What are the opportunities and challenges?", o qual alavanca o uso das peroxigenases em diversas aplicações biotecnológicas. Nosso grupo de pesquisa por meio de estratégias de bioinformática identificou peroxigenases inéditas provenientes das bactérias de Rothia nasimurium e Nosocomiicoccus sp (32 e 73% de identidade com OleTJE, respectivamente), as quais foram preditas com atividade de descarboxilação para investigação aprofundada de seus mecanismos moleculares, funcionais e estruturais. Sendo assim, esse projeto de doutorado direto tem como objetivo responder perguntas que poderão em conjunto auxiliar no uso de peroxigenases para a produção de biocombustíveis, tais como (i) as peroxigenases identificadas são hidroxilases ou descarboxilases?; (ii) quais são os componentes moleculares que dirigem para a formação ou não de alcenos para aplicação na indústria?; (iii) qual é a especificidade em termos de tamanho de ácido graxo?; (iv) se não for descarboxilases, quais mutações poderíamos propor/realizar para torná-las? Para responder a essas questões, será utilizado uma combinação de métodos estruturais, espectroscópicos e bioquímicos que já são extensivamente utilizados em nosso laboratório. Ao final desse projeto de doutorado pretendemos além de aumentar o arsenal de peroxigenases com atividade de descarboxilação de ácidos graxos de cadeia longa, propor uma alternativa biológica para a produção de hidrocarbonetos, os quais são precursores para a síntese de biorrenováveis, como por exemplo o diesel verde e o bioquerosene de aviação. (AU)

Publicações científicas

(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)

RADE, LETICIA L.; GENEROSO, WESLEY C.; DAS, SUMAN; SOUZA, AMANDA S.; SILVEIRA, RODRIGO L.; AVILA, MAYARA C.; VIEIRA, PLINIO S.; MIYAMOTO, RENAN Y.; LIMA, ANA B. B.; ARICETTI, JULIANA A.; et al. Dimer-assisted mechanism of (un)saturated fatty acid decarboxylation for alkene production. PROCEEDINGS OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF THE UNITED STATES OF AMERICA, v. 120, n. 22, p. 10-pg., 2023-05-22. (19/12599-0, 19/08855-1, 18/04897-9)

NICHOLSON, JAKE H.; DE AVILA, MAYARA CHAGAS; DE MELO, RICARDO RODRIGUES; ZANPHORLIN, LETICIA MARIA; BROGAN, ALEX P. S.. Enhancing the reactivity of a P450 decarboxylase with ionic liquids. GREEN CHEMISTRY, v. 27, n. 2, p. 10-pg., 2024-11-29. (19/08855-1, 19/12599-0, 22/13956-4)