Mapeamento genômico funcional para identificação de genes associados à tolerância ao 3HP em leveduras

• Processo: 23/00824-5
• 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: Thaís Tereza Aguiar dos Reis
• 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
• Bolsa(s) vinculada(s): 25/10188-4 - Melhoramento da Produção de 3-HP a Partir de Biomassa Lignocelulósica Através de Evolução Acelerada de Genes Definidos Pelo Usuário, BE.EP.DD
• Assunto(s): Biologia sintética Leveduras Mapeamento genético Genômica funcional Saccharomyces cerevisiae Ácidos
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: ácido 3-hidroxipropiônico | Biologia Sintetica | Biorrenováveis | Genômica Funcional | Saccharomyces cerevisiae | Biologia sintética de leveduras

Resumo

A capacidade de engenheirar microrganismo para a produção de produtos químicos de base biológica é fundamental para alcançar uma economia sustentável. O químico plataforma ácido 3-hidroxipropiônico (3HP) pode ser convertido em uma variedade de derivados de valor agregado, como 1,3-propanodiol, ácido acrílico, ácido malônico e blocos de construção para polímeros biodegradáveis. Assim, a produção de 3HP através da fermentação de fontes renováveis de carbono representaria um passo significativo para alcançar uma rota de produção mais sustentável para uma variedade de produtos, como tintas, polímeros super absorventes, revestimentos, adesivos e outros. No entanto, a produção de base biológica de 3HP ainda não atingiu escala comercial. Para alcançar sua produção eficiente de base biológica, a engenharia de microrganismos robustos, que exibem alta produtividade e alta tolerância a esse ácido orgânico citotóxico, é fundamental. Experimentos de evolução adaptativa de laboratório ligaram mutações no gene SFA1 à resistência 3HP em leveduras. Cepas evoluídas foram capazes de tolerar até 50 g/L de 3HP (pH 3,5), porém, títulos na faixa de 50-100 g/L são necessários para dar viabilidade econômica à produção fermentativa da maioria dos ácidos de bloco de construção. Assim, estratégias adicionais precisam ser planejadas para projetar cepas com níveis de tolerância mais altos. A abordagem da evolução laboratorial funciona de modo que, quando uma célula com uma mutação altamente benéfica emerge, ela se enriquece rapidamente na população, mascarando o efeito potencialmente importante de genes adicionais ao fenótipo de interesse. Este projeto de pesquisa aplicará a moderna ferramenta de biologia sintética SATAY que permite a interrogação do papel funcional de cada gene no genoma da levedura. Primeiro, examinaremos uma coleção de mais de 20 cepas de levedura para identificar aquelas que exibem naturalmente altos níveis de tolerância. Em seguida, aplicaremos a técnica SATAY para criar bibliotecas de cepas onde todos os genes não essenciais são interrompidos. As bibliotecas serão expostas a concentrações tóxicas de 3HP e as amostras antes e depois do tratamento serão sequenciadas. Um pipeline de análise de enriquecimento de genes será então realizado para identificar um conjunto completo de genes envolvidos na resistência ao 3HP. A função de um subconjunto dos top hits identificados será confirmada experimentalmente e sua expressão será manipulada a fim de gerar linhagens altamente tolerantes passíveis de escalonamento. (AU)