Engenharia Metabólica de C. thermocellum para a otimização da produção de etanol

• Processo: 24/01728-2
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de abril de 2024
• Data de Término da vigência: 31 de março de 2025
• Área de conhecimento: Ciências Biológicas - Genética - Genética Molecular e de Microorganismos
• Pesquisador responsável: Daniel Groban Olson
• Beneficiário: Maria Augusta Crivelente Horta
• Instituição Sede: Centro de Biologia Molecular e Engenharia Genética (CBMEG). Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Campinas , SP, Brasil
• Vinculado ao auxílio: 18/25682-0 - Laboratório de biocombustíveis avançados de segunda geração, AP.BIOEN.SPEC
• Assunto(s): Bioetanol Energia Etanol Bioenergia
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: bioethanol | Bioprocess | energy | Ethanol | Metabolic Engineering | bioenergia

Resumo

A capacidade de desconstrução da lignocelulose de C. thermocellum demonstrou ser decididamente melhor do que as preparações comerciais de celulase (Lynd et al., 2022). Combinar esta capacidade de desconstrução nativa com a produção de etanol com rendimento comercialmente viável requer o desenvolvimento de ferramentas genéticas para microrganismos não-modelo. O projeto propõem uma melhor compreensão das características metabólicas de C. thermocellum e suas vias de produção de etanol, e uso dessas ferramentas e compreensão para projetar cepas de C.thermocellum otimizadas. Os principais objetivos da engenharia metabólica serão perseguidos por este pós-doutorado em colaboração com outros membrosdo grupo A2G Biotecnologia. Esses incluem:1) Engenharia metabólica de C. thermocellum para obter um impulso termodinâmico para a produção de etanol. Isto pode ser feito finalizando a implementação de uma "via glicolítica regular" e acoplando-a à via evoluída do etanol T.saccharolyticum consumindo 1NADPH e 1 NADH. Em um contexto de hidrogenase menos, isso também exigiria i) ferredoxina NADP+ redutase funcional (potencialmente NfnB Wild Type ou evoluído) e ii) via do glicerol.2) Tornar a cepa mais rígida em seu metabolismo. Por exemplo, a L-valina normalmente não é produzida extracelularmente pelos Clostridia porque não possuem um exportador para este aminoácido. Poderia então ser fácil evitar a produção de L-alanina e L-valina simplesmente eliminando os genes que codificam os exportadores utilizados por C. thermocellum. O lactato pode ser eliminado através da deleção da lactato desidrogenase e dos genes que codificam a metilglioxal sintase3) Durante a hidrólise da biomassa lignocelulósica não pré-tratada, ocorre liberação de acetato. Este acetato poderia ser potencialmente convertido em acetil-CoA usando a via de produção de acetato e depois reduzido a etanol. Isso exigiria trabalhar em uma cepa hidrogenase menos e ter uma via funcional de pentose-fosfato oxidativa (para produzir NADPH e CO2 a partir da oxidação de carboidratos) e expressar um gene codificador de glicerol-3-P desidrogenese dependente de gliconeogênico-NADPH para produzir tanto o NADH e NADPH necessários para reduzir acetil-CoA a etanol.