Melhoramento de vias para produção de etanol por bactérias termofílicas envolvendo piruvato-ferredoxina oxiredutase e enzimas relacionadas: desenvolvimento de biblioteca e reintrodução em C. thermocellum

• Processo: 21/10434-4
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado Direto
• Data de Início da vigência: 01 de setembro de 2021
• Data de Término da vigência: 28 de fevereiro de 2026
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia Química
• Pesquisador responsável: Daniel Groban Olson
• Beneficiário: Daniela Prates Chiarelli
• Instituição Sede: Centro de Biologia Molecular e Engenharia Genética (CBMEG). Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Campinas , SP, Brasil
• Vinculado ao auxílio: 18/25682-0 - Laboratório de biocombustíveis avançados de segunda geração, AP.BIOEN.SPEC
• Bolsa(s) vinculada(s): 22/03642-2 - Expressão e caracterização de enzimas glicolíticas de bactérias termofílicas em Clostridium thermocellum, BE.EP.DD
• Assunto(s): Biotecnologia Bioengenharia Biocombustíveis Etanol Clostridium thermocellum Ácido pirúvico Ferredoxinas
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: bacterias termofilicas | Biocombustíveis | C | Etanol | Melhoramento de via | Piruvato-ferredoxina oxirredutase | thermocellum | Biotechnology and Bioengineering

Resumo

É proposta a formação de um laboratório de Biocombusttíveis Avançados de Segunda Geração (A2G) situado na Universidade de Campinas. A missão do laboratório A2G é desenvolver e habilitar o desenvolvimento de tecnologia 2G inovadora para produção sustentável de bioetanol a partir da cana de açúcar e energia da cana a preços mais baixos do que os preços das tecnologias atuais. O foco central do laboratório A2G é um novo paradigma para produção de combustível 2G, envolvendo a) bioprocesso consolidado de uma etapa (CBP) de biomassa celulósica sem adição de enzimas, utilizando bactérias termofílicas engenheiradas em vez de adicionar celulases fúngicas e leveduras; e b) moagem durante a fermentação (co-tratamento) em vez de pré-tratamento termoquímica. Esse paradigma é sustentado por resultados de pesquisa recentes, incluindo: demonstração de que C. thermocellum, uma bactéria termofílica anaeróbica, é decisivamente mais efetivo na desconstrução da biomassa do que celulases fúngicas comerciais sob uma ampla gama de condições; demonstração de que o co-tratamento permite com que culturas de C. thermocellum alcancem solubilização quase completa de carboidratos presentes in diversas matérias-primas para 2G; análises tecno-econômicas indicando que um cenário avançado apresentando CBP com co-tratamento, C-CBP, possui um período de retorno 8 vezes menor se comparado com tecnologias atuais baseadas em pré-tratamento termoquímico e adição de celulases fúngicas. Avanço do C-CBP será buscado no contexto de duas áreas de foco, uma englobando Utilização Microbiana de Celulose e uma relacionada à Biotecnologia. Uma área de sustentabilidade é também inclusa visando análises tecno-econômicas, gestão de terras e emissão de gases do efeito estufa, e aspectos sociais. Nossos esforços no domínio da sustentabilidade considerarão o impacto e os custos to desenvolvimento de bioenergia com o intuito de alcançar resultados ambientalmente e socialmente benéficos. O laboratório A2G será dirigido pelo Professor Lee Lynd da Universidade de Dartmouth, e amparado por um time de liderança constituído por um diretor assistente a ser nomeado situado na UNICAMP, e pelos líderes de áreas de foco Evert Holwerda (Utilização Microbiana de Celulose), Dan Olson (Biotecnologia), e Eleanor Campbell (Sustentabilidade). O trabalho de Utilização Microbiana de Celulose será aliado à Faculdade de Engenharia Química (FEQ). O trabalho de Biotecnologia será aliado ao Centro de Genética e Biologia Molecular (CBMEG). O trabalho de sustentabilidade será aliado à Faculdade de Engenharia Agrícola (FEAGRI). A equipe de pesquisa será co-supervisionada por um mebro do time de liderança ou um estudante internacional afiliado juntamente a um estudante brasileiro afiliado. Um comitê com representação industrial significativa irá orientar o laboratório A2G. Modalidades de comunicação para garantir uma operação tranquila e integração são esperadas. Resultados antecipados advindos do estabelecimento do laboratório A2G, conforme proposto neste documento, incluem: UNICAMP e FAPESP se tornando parceiros em um esforço multi-institucional de pesquisa e desenvolvimento bi-hemisférico voltado a um paradigma de processamento 2G com potencial transformador; pesquisa proeminente em biotecnologia microbiana, engenharia metabólica e utilização microbiana de celulose situada no CBMEG e FEQ, substancialmente fortalecendo a capacidade dessas áreas tanto na UNICAMP quando no Brasil como um todo; Iniciação de novos e promissórios rumos de pesquisa no domínio da sustentabilidade, complementando as forças existente na UNICAMP e no Brasil e estabelecendo uma base para iniciativas futuras; Uma rede substancial de novas colaborações de pesquisa internacionais em ambos os níveis individual e institucional. (AU)