Ferramentas de biologia sintética para a construção de uma linhagem de levedura superprodutora de ácido 3-hidroxipropiônico

• Processo: 23/00498-0
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado Direto
• Data de Início da vigência: 01 de março de 2023
• Data de Término da vigência: 28 de fevereiro de 2027
• Área de conhecimento: Ciências Biológicas - Genética - Genética Molecular e de Microorganismos
• Pesquisador responsável: Nádia Maria Vieira Sampaio
• Beneficiário: Alex Johan Mendes Comodaro
• Instituição Sede: Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM). Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovação (Brasil). Campinas , SP, Brasil
• Vinculado ao auxílio: 20/16759-0 - Ferramentas de biologia sintética para produção escalável de ácido 3-hidroxipropiônico biorrenovável, AP.JP
• Assunto(s): Biologia sintética Leveduras Genômica Saccharomyces cerevisiae Ácidos
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: ácido 3-hidroxipropiônico | Biologia Sintetica | Biorrenováveis | Genômica | Saccharomyces cerevisiae | Biologia sintética de leveduras

Resumo

O desenvolvimento de microorganismos capazes de produzir bioquímicos renováveis é fundamental para o desenvolvimento de uma bioeconomia sustentável. No entanto, diversos fatores ainda desafiam o alcance de um processo de biossíntese eficiente e competitivo com processos derivados da indústria do petróleo. A integração de vias heterólogas em microorganismos para síntese de moléculas não-nativas frequentemente causa uma sobrecarga metabólica significativa, impactando negativamente o crescimento e a produtividade de linhagens geneticamente modificadas. Esse processo tem impedido a produção de ácido 3-hidroxipropiônico (3HP) a partir de substratos abundantes e renováveis, como o açúcar. Esforços realizados até o momento demonstram que a integração de uma via heteróloga para produção de 3HP na levedura Saccharomyces cerevisiae resulta em uma concentração final de 3HP de aproximadamente 9 g/L, insuficiente para produção em larga escala. Esta baixa produção é acompanhada por uma redução de cerca de 50% na taxa de crescimento das linhagens engenheiradas. Este impacto negativo no crescimento é de grande importância por duas razões principais. Primeiro, ele indica que o balanço na expressão das enzimas da via de biossíntese de 3HP não está otimizado. Segundo, a redução no crescimento das células produtoras resulta em uma vantagem seletiva para eventuais mutantes que perderam a via de produção. O enriquecimento de mutantes pode causar uma perda significativa de produtividade durante o processo de escalonamento para fermentação em larga escala. Este projeto irá abordar estes dois desafios. No Objetivo 1, será realizada uma biblioteca de expressão combinatória para otimização do balanço de expressão de enzimas da via do 3HP. Espera-se que esta estratégia resulte em uma linhagem com maior produtividade que a reportada na literatura. Nos Objetivos 2 e 3, a estabilidade de produção das melhores linhagens geradas será avaliada em fermentações simuladas de larga escala. As principais rotas de mutações que levam à perda de produtividade serão determinadas através do sequenciamento do genoma de isolados mutantes. Essas informações serão utilizadas para novas rodadas de engenharia com objetivo de se aumentar a estabilidade genética das linhagens. O resultado final será a obtenção de uma linhagem capaz de produzir 3HP em altas concentrações e estável para produção em larga escala. (AU)