Desenvolvimento de um circuito genético para a regulação dinâmica autônoma da produção de ácido 3-hidroxipropiônico em levedura.

• Processo: 25/02680-6
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Mestrado
• Data de Início da vigência: 01 de maio de 2025
• Data de Término da vigência: 30 de abril de 2027
• Área de conhecimento: Ciências Biológicas - Bioquímica - Biologia Molecular
• Pesquisador responsável: Nádia Maria Vieira Sampaio
• Beneficiário: Gabriel Arantes Silva
• 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 Engenharia metabólica Saccharomyces cerevisiae
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: ácido 3-hidroxipropiônico | Biologia Sintetica | Controle dinâmico | Engenharia metabólica | Saccharomyces cerevisiae | 3-Hp | Biologia Sintética

Resumo

A conversão eficiente de biomassa em produtos químicos de alto valor agregado por microrganismos geneticamente modificados é fundamental para alcançar um futuro sustentável. No entanto, a engenharia do metabolismo celular para a bioprodução de químicos de interesse pode levar a uma carga metabólica significativa desafiando a viabilidade de custo da produção em escala industrial. Na maioria das vezes, a expressão constitutiva de vias biossintéticas compete com vias endógenas por precursores finitos, resultando em formação de biomassa e produtividade reduzidas. Por exemplo, esforços para atingir a produção biológica comercial do ácido 3-hidroxipropiônico (3-HP), um building block de grande relevância comercial e ambiental, levaram a uma sobrecarga celular devido à competição direta entre sua produção e a biossíntese de ácidos graxos, que são moléculas essenciais para o crescimento celular. Estudos recentes mostraram que a separação temporal entre as fases de produção e crescimento, possibilitada por ferramentas modernas de biologia sintética, pode minimizar os custos de produção para as células, permitindo melhor crescimento e maior formação de produto. O controle dinâmico sobre a via MCR para a produção de 3-HP tem o potencial de aumentar significativamente a formação deste produto, pois pode reduzir sua competição com a via de biossíntese de ácidos graxos necessária para o crescimento celular. Este projeto de pesquisa buscará desacoplar a fase de crescimento populacional da fase de produção de 3-HP. Duas estratégias para separar temporalmente essas fases serão exploradas. Primeiro, será implementada uma estratégia de controle de dois estágios, na qual induziremos simultaneamente a expressão da via de 3-HP e reprimiremos a produção de ácidos graxos usando indutores e repressores químicos durante a fase de fermentação. Segundo, ferramentas de biologia sintética serão aplicadas para programar as células para alternarem autonomamente entre as fases de crescimento e produção. O rendimento de 3-HP e a taxa de crescimento das cepas geradas por meio dessas duas estratégias, controle de dois estágios induzido quimicamente e programado para agir de forma autônoma, serão quantificados e comparados. Essas estratégias de controle podem reduzir os desafios envolvendo uma sobrecarga metabólica causada pela produção e podem contribuir para a obtenção de títulos de 3-HP mais elevados, constituindo um passo significativo em direção à viabilização de sua produção em escala industrial.