Engenharia metabólica da levedura não-convencional Yarrowia lipolytica para a produção heteróloga do monoterpeno geraniol

• Processo: 21/02155-8
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Mestrado
• Data de Início da vigência: 01 de dezembro de 2021
• Data de Término da vigência: 31 de maio de 2023
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia Química
• Pesquisador responsável: Thiago Olitta Basso
• Beneficiário: Enzo Bento Queiroz
• Instituição Sede: Escola Politécnica (EP). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brasil
• Assunto(s): Engenharia metabólica Leveduras Yarrowia Engenharia de bioprocessos
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Engenharia de bioprocessos | Engenharia metabólica | Geraniol | levedura | terpeno | Yarrowia | Engenharia de Bioprocessos

Resumo

A Química Verde é área que emprega as engenharias metabólica e de bioprocessos para a produção de moléculas. Pelo emprego de microrganismos modificados geneticamente, a síntese de compostos com valor agregado de forma sustentável é possível. Um desses compostos é o geraniol (3,7-dimetil-trans-2,6-octadien-1-ol), um monoterpeno usado como fragrância em diversos produtos e que apresenta potencial como fármaco antimicrobiano, antitumoral, anti-inflamatório e antioxidante, por exemplo. Apesar de seu mercado crescente, sua obtenção se restringe à extração de óleos essenciais por destilação fracionada ou à síntese química. No entanto, enquanto o primeiro é dependente do demorado crescimento vegetal e de condições climáticas de cultivo, o segundo método exige condições restritivas de reação e numerosas etapas. Como alternativa, a engenharia genética de microrganismos e o desenvolvimento de processos para a produção de geraniol em biorreatores é investigada. Atualmente, Escherichia coli e Saccharomyces cerevisiae são os principais organismos usados, mas Yarrowia lipolytica, uma levedura não-convencional, apresenta atributos que podem ser explorados para a produção de geraniol. Essas características estão relacionadas à disponibilidade do precursor acetil-CoA e à tolerância à atividade antimicrobiana do geraniol, que são os principais obstáculos encontrados em E. coli e S. cerevisiae. A levedura Y. lipolytica apresenta altos níveis de acetil-CoA citosólico, relacionados à sua elevada síntese de lipídeos. Além disso, temos a hipótese que a sua conhecida tolerância a compostos orgânicos diversos poderia significar menores efeitos do geraniol em seu crescimento. Esse estudo tem como objetivo o desenvolvimento de processo para a produção de geraniol por Y. lipolytica. Primeiramente, a aplicação de CRISPR-Cas9 para a modificação genética e a expressão da enzima Geraniol Sintase (gene GES) será alcançada. A linhagem de levedura que será modificada já apresenta modificações para a produção de monoterpenos: além da expressão da Cas9, ela superexpressa ACL e expressa SeACS para aumento de acetil-CoA, superexpressa HMG, ERG12 e IDI para aumento de fluxo na via do mevalonato, expressa uma ERG20 modificada para disponibilizar o precursor GPP e tem o promotor pSQS1 alterado pelo promotor fraco pERG11 para a regulação negativa da esqualeno sintase. Assim, essa linhagem já está parcialmente otimizada para a síntese de monoterpenos e necessita apenas da GES para produzir geraniol. Três GES (de Catharanthus roseus, Valeriana officinalis e Ocimum basilicum) serão testadas sob o controle do promotor híbrido hp4d. Esse promotor tem atividade no início da fase estacionária do crescimento microbiano e, portanto, permite desconectar a produção de geraniol, que é tóxico, da proliferação celular. Após engenharia metabólica da levedura, a nova linhagem produtora de geraniol será avaliada em biorreatores. A produção em sistema de batelada alimentada será avaliada para controle da síntese de subprodutos e maximização do rendimento de geraniol. As condições de aeração, fontes de carbono, pH e regimes de alimentação serão otimizadas. Assim, será desenvolvido processo para a produção ecológica e sustentável do químico geraniol utilizando uma levedura não-convencional.

Publicações acadêmicas

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

QUEIROZ, Enzo Bento. Engenharia metabólica da levedura Yarrowia lipolytica para a produção heteróloga do monoterpeno geraniol.. 2023. Dissertação de Mestrado - Universidade de São Paulo (USP). Escola Politécnica (EP/BC) São Paulo.