Desenvolvimento de plataforma microbiana para a produção de Monoetileno glicol a partir de fontes biorrenováveis

• Processo: 22/01696-8
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado Direto
• Data de Início da vigência: 01 de maio de 2023
• Data de Término da vigência: 31 de março de 2027
• Área de conhecimento: Ciências Biológicas - Genética - Genética Molecular e de Microorganismos
• Pesquisador responsável: Leandro Vieira dos Santos
• Beneficiário: Ícaro Fier
• Instituição Sede: Instituto de Biologia (IB). Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Campinas , SP, Brasil
• Assunto(s): Engenharia metabólica Metabolômica Saccharomyces cerevisiae Xilose Etilenoglicol
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Metabolomica | monoetileno glicol | Saccharomyces cerevisiae | Xilose | Engenharia metabólica

Resumo

A exploração da biomassa lignocelulósica (2G) como uma fonte de energia alternativa para produção de bioprodutos de alto valor agregado, e a mitigação dos gases de efeito estufa derivados de combustíveis fósseis é um consenso global. No entanto, para o a produção de bioprodutos a partir de fontes 2G, é essencial uma plataforma microbiana robusta, capaz de sobreviver a condições extremas presentes em hidrolisados. A levedura Saccharomyces cerevisiae é largamente utilizada em ambientes industriais, devido à sua maior resistência a essas condições. No entanto, além de consumir a glicose (C6), é necessário que a levedura seja capaz de metabolizar a xilose (C5) de maneira eficiente. Atualmente existem cepas modificadas de S. cerevisiae capazes de metabolizar xilose com rendimentos próximos ao máximo teórico. No entanto, o importe de xilose ainda é um gargalo, devido à preferência canônica e maior afinidade por glicose. É necessário desenvolver transportadores de xilose modificados para viabilizar a eficiente co-assimilação desses dois açúcares visando a conversão em bioprodutos. O Monoetileno glicol (MEG) é um químico importante para a indústria, devido às suas características físico-químicas que o tornam versátil, principalmente como matéria-prima para a produção de PET. Atualmente, a produção de MEG é feita via derivados fósseis, tornando a sua produção a partir de materiais biorrenováveis de interesse científico e industrial. Até o momento, três rotas biossintéticas se destacaram para a produção de MEG na literatura. No entanto, a produção de MEG por S. cerevisiae ainda atinge baixos níveis, alcançando um título máximo de 4 g/L. Portanto, este projeto será dividido em duas etapas principais visando a construção de uma plataforma microbiana eficiente na conversão de resíduos agroindustriais em MEG: (a) desenvolvimento de novos transportadores específicos, através de abordagens de evolução adaptativa e evolução dirigida, para a criação de uma plataforma microbiana capaz de co-assimilar glicose e xilose simultaneamente desacoplando o crescimento celular (via C6) e produção de MEG (via C5), e (b) otimização da produção de Monoetileno glicol (MEG) por S. cerevisiae, através da otimização de rotas biossintéticas heterólogas usando abordagens iterativas de engenharia metabólica e design racional, como a construção de um Modelo Metabólico em Escala Genômica para produção de MEG; a construção de bibliotecas combinatórias de expressão para promover um fine tuning da expressão de cada gene; o desenvolvimento de um biosensor geneticamente modificado e screening high-throughput de cepas super-produtoras de MEG; análises de metabolômica para identificar gargalos no fluxo metabólico; e produção de MEG na mistura de açúcares e em hidrolisado 2G. Deste modo, espera-se que o título final de MEG produzido após a engenharia da linhagem seja competitivo e possibilite a criação de uma plataforma microbiana robusta e eficiente na conversão de resíduos agroindustriais em um bioproduto renovável, sustentável e de alto valor agregado. (AU)