Análises Transcriptômicas e Proteômicas da Cocultura de Clostridium saccharoperbutylacetonicum e Saccharomyces cerevisiae na Fermentação de Cana Energia para produção de Butanol

• Processo: 25/04192-9
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de outubro de 2025
• Data de Término da vigência: 30 de setembro de 2026
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia Química
• Pesquisador responsável: Adriano Pinto Mariano
• Beneficiário: Bruno Xavier Ferreira
• Supervisor: Thaddeus Chukwuemeka Ezeji
• Instituição Sede: Faculdade de Engenharia Química (FEQ). Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Campinas , SP, Brasil
• Instituição Anfitriã: Ohio State University, Wooster, Estados Unidos
• Vinculado à bolsa: 23/01219-8 - Desenvolvimento de estratégias fermentativas para aumento da produção de butanol a partir de produtos da cana energia, BP.DR
• Assunto(s): Saccharomyces cerevisiae Fermentação
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: ABE fermentation | Clostridium saccharoperbutylacetonicum | co-culture | Energy cane | Saccharomyces cerevisiae | Transcriptomic and Proteomic Analyses | Fermentação

Resumo

Butanol é um composto utilizado em várias indústrias, servindo tanto como um precursor para vários materiais quanto como diretamente de combustível. Sua produção pode ser obtida através do processo de fermentação Acetona-Butanol-Etanol (ABE) usando Clostridia solventogênica, que pode metabolizar vários carboidratos, incluindo glicose, arabinose e xilose. Essa capacidade é particularmente benéfica para produção de biocombustíveis de segunda geração, visto que esses açúcares são os liberados em maior quantidade durante a hidrólise de estruturas de celulose e hemicelulose. No entanto, essa via de fermentação encontra desafios que a tornam economicamente inviável, com níveis baixas concentrações do álcool no caldo final sendo uma grande preocupação. Esse baixo título é amplamente atribuído à toxicidade do butanol para células bacterianas. Para aumentar a produção de butanol, uma estratégia viável envolve o cocultivo de espécies de Clostridium com outros microrganismos. A literatura demonstrou que o cocultivo de diferentes espécies de Clostridium com Saccharomyces cerevisiae pode produzir aumentos na produção de butanol variando de 2% a 150%. Embora esse aprimoramento esteja frequentemente ligado à liberação de aminoácidos pela levedura durante a fermentação, estudos anteriores indicam que fatores adicionais também podem contribuir para essa melhora. Este projeto visa investigar o cocultivo de Clostridium saccharoperbutylacetonicum com Saccharomyces cerevisiae na fermentação ABE usando meios sintéticos e hidrolisado de hemicelulose de cana-energia. O objetivo é explorar os ganhos potenciais na produção de butanol a partir dessa combinação microbiana. Para atingir isso, análises transcriptômicas e proteômicas serão conduzidas para identificar os genes regulados positivamente e negativamente, bem como a expressão das proteínas sob condições variáveis de fermentação. Os dados resultantes serão avaliados usando métodos estatísticos tradicionais e técnicas de aprendizado de máquina, como Principal Component Analysis (PCA), para identificar as características genéticas e/ou proteômicas mais promissoras para melhorar a eficiência da conversão de biomassa em butanol. Além disso, o estudo testará a hipótese de que os efeitos sinérgicos observados derivam de uma combinação de aminoácidos e glicerol liberados pela levedura. Esta pesquisa fortalecerá a colaboração com o grupo de pesquisa do Prof. Ezeji, cuja experiência no metabolismo do Clostridium deve fornecer ideias valiosas sobre os resultados e avançar nossa compreensão do processo de fermentação da biomassa lignocelulósica. (AU)