Desenvolvimento de conceitos de biorrefinaria via conversão de ácido cumarico em compostos de alto valor

• Processo: 21/04254-3
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de dezembro de 2021
• Data de Término da vigência: 30 de novembro de 2025
• Área de conhecimento: Ciências Biológicas - Bioquímica - Biologia Molecular
• Pesquisador responsável: Fábio Márcio Squina
• Beneficiário: Robson Tramontina
• Instituição Sede: Pró-Reitoria de Pós-Graduação, Pesquisa, Extensão e Inovação. Universidade de Sorocaba (UNISO). Sorocaba , SP, Brasil
• Vinculado ao auxílio: 22/05731-2 - BEYOND: estabelecendo uma fábrica celular fúngica para produção de proteínas recombinantes, AP.TEM
• Assunto(s): Biocatálise Ácidos cumáricos Biorrefinarias Escherichia coli Biologia sintética Enzimas Cetona Biomassa
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Biologia Sintetica | Biomassa vegetal | Bioprocessos industriais | Biorenováveis e bioenergia | enzimas | Fragrancias e aromas | Biocatálise aplicada a produção de químicos finos

Resumo

O conceito de 'biorrefinaria' surge como uma alternativa para a produção sustentável de combustíveis e produtos químicos a partir de fontes abundantes de biomassa vegetal. Essas iniciativas são benéficas não apenas para contribuir com a redução do aquecimento global, mas também porque podem promover oportunidades econômicas estimulando o crescimento de empregos no setor. Existem métodos bem estabelecidos para o pré-tratamento e fracionamento da biomassa vegetal em frações de celulose, hemicelulose e lignina, bem como para a bio-conversão destas celuloses e hemiceluloses. Ainda assim, a fração composta por lignina é atualmente queimada na usina e usada como combustível ou destinada para outras aplicações de baixo valor agregado. Portanto, há um interesse considerável na valorização da lignina e moléculas aromáticas correlatas em produtos químicos de alto valor, o que é um dos principais problemas não resolvidos no conceito de biorrefinaria. Os ácidos hidroxicinâmicos (ou seja, ácido p-cumárico - CA) extraídos da biomassa lignocelulósica representam potenciais precursores aromáticos que podem ser convertidos em vários produtos de alto valor, com aplicações nas áreas química e farmacêutica. A proposta deste projeto trata-se de desenvolver uma rota biossintética para a produção da cetona de framboesa (RPK), uma molécula de alto valor ($ 20.000/kg) usada na indústria de aromas, diretamente do CA do bagaço da cana-de-açúcar. Adotando uma estratégia biocatalítica refinada, este projeto contará com princípios biossintéticos, desenvolvendo-se três circuitos genéticos (ou "stacks biotécnológicos") destinado para o funcionamento em chassis de Escherichia coli com os seguintes objetivos: (1) o módulo de degradação lignocelulósica, que consiste nas enzimas arabinofuranosidase e esterase direcionadas para sua secreção extracelular, que possibilitará a liberação de arabinose e CA do bagaço da cana; (2) o módulo de detecção/regulagem, que consiste em fatores de transcrição bacteriana e operons (ou seja, araBAD e/ou FerC), que ativará as vias metabólicas para a conversão eficiente de CA por meio da detecção da presença de arabinose (ou CA) no meio reacional; (3) módulo de biotransformação, que se trata da via capaz de converter CA em RPK, imitando a rota intrínseca presente na framboesa. Além disso, para ampliar as possibilidades de valorização da biomassa vegetal no contexto das biorrefinarias, o presente projeto também contribuirá para o desenvolvimento de diversas estratégias inovadoras relacionada ao desenvolvimento dessas pilhas biotecnológicas autorreguladas. Essas pilhas biotecnológicas dependem de ferramentas moleculares, como plasmídeos, enzimas, partes funcionais de DNA sintético, e cepas de fabricas biológicas projetadas para a conversão direta de um único passo de outros ácidos hidroxicinâmicos naturais em vários outros produtos químicos de alto valor, como quercetina, vanilina, naringenina e 4-vinil-fenol. Nesse sentido, este estudo é de interesse econômico para a indústria de química fina, que busca constantemente inovação, sustentabilidade e ingredientes naturais. (AU)

Publicações científicas

(9)

(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)

TRAMONTINA, ROBSON; CIANCAGLINI, IARA; ROMAN, ELLEN K. B.; CHACON, MICAELA G.; CORREA, THAMY L. R.; DIXON, NEIL; BUGG, TIMOTHY D. H.; SQUINA, FABIO MARCIO. Sustainable biosynthetic pathways to value-added bioproducts from hydroxycinnamic acids. Applied Microbiology and Biotechnology, v. 107, n. 13, p. 21-pg., 2023-05-22. (15/50590-4, 21/04254-3)

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ROMAN, ELLEN KAREN BARRETO; RAMOS, MURILO ANTONIO; TOMAZETTO, GEIZECLER; FOLTRAN, BRUNO BOTEGA; GALVAO, MATHEUS HENRIQUE; CIANCAGLINI, IARA; TRAMONTINA, ROBSON; RODRIGUES, FELIPE DE ALMEIDA; DA SILVA, LARISSA SOARES; SANDANO, ANA LUIZA HERNANDES; et al. Plastic-degrading microbial communities reveal novel microorganisms, pathways, and biocatalysts for polymer degradation and bioplastic production. Science of The Total Environment, v. 949, p. 14-pg., 2024-08-02. (19/19360-3, 23/04941-6, 20/05784-3, 23/04828-5, 15/23279-6, 23/08832-7, 20/11019-8, 23/04782-5, 21/04254-3, 22/08958-8, 23/12398-0, 22/05731-2, 22/14112-4)

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TRAMONTINA, ROBSON; SCOPEL, EUPIDIO; CARDOSO, VICTOR GUSTAVO KELIS; MARTINS, MANOELA; DA SILVA, MARCOS FELLIPE; FLAIBAM, BARBARA; SALVADOR, MARCOS J.; GOLDBECK, ROSANA; DAMASIO, ANDRE; SQUINA, FABIO MARCIO. Hydroxycinnamic Acid Extraction from Multiple Lignocellulosic Sources: Correlations with Substrate Composition and Taxonomy for Flavoring and Antioxidant Applications. Journal of Agricultural and Food Chemistry, v. 72, n. 50, p. 12-pg., 2024-12-05. (20/02871-2, 22/08958-8, 19/19360-3, 21/04254-3, 22/05731-2, 21/09693-5, 15/50590-4)

TRAMONTINA, ROBSON; SCOPEL, EUPIDIO; BRENELLI, LIVIA; NOGUEIRA, GUILHERME P.; FRANCO, TELMA T.; REZENDE, CAMILA A.; GOLDBECK, ROSANA; SQUINA, FABIO M.. Applying biorefinery concepts for sugarcane straw upcycling using alkaline and enzymatic treatments to produce value-added compounds and bioenergy. BIOMASS & BIOENERGY, v. 178, p. 9-pg., 2023-10-12. (19/19360-3, 17/15477-8, 15/50612-8, 20/05784-3, 18/23769-1, 22/08958-8, 21/04254-3, 15/50590-4)

TRAMONTINA, ROBSON; ORDONEZ, DIEGO ANDRES RUEDA; SILVELLO, MARIA AUGUSTA DE CARVALHO; SODRE, VICTORIA; DE MELO, ALLAN HENRIQUE FELIX; GOLDBECK, ROSANA; SQUINA, FABIO MARCIO. Intensification and techno-economic analysis of a biocatalytic process for coniferol production from ferulic acid: An innovative strategy for lignin valorization. JOURNAL OF CLEANER PRODUCTION, v. 427, p. 11-pg., 2023-10-13. (22/08958-8, 21/04254-3)