Engenharia Metabólica em Microalgas: Regulação do Metabolismo de Arginina para Produção Sustentável de Lipídios.

• Processo: 25/05073-3
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Mestrado
• Data de Início da vigência: 01 de dezembro de 2025
• Situação: Interrompido
• Área de conhecimento: Ciências Biológicas - Bioquímica - Biologia Molecular
• Pesquisador responsável: Flavia Vischi Winck
• Beneficiário: Vital Pegorin Oliveira
• Instituição Sede: Centro de Energia Nuclear na Agricultura (CENA). Universidade de São Paulo (USP). Piracicaba , SP, Brasil
• Bolsa(s) vinculada(s): 26/09980-8 - Desenho racional de promotores sintéticos de Chlamydomonas reinhardtii controlados por luz azul com baixo vazamento em, BE.EP.MS
• Assunto(s): Arginina Biocombustíveis Biologia sintética Chlamydomonas reinhardtii Lipídeos Microalgas Engenharia metabólica
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Arginina | Biocombustíveis | Biologia Sintetica | Chlamydomonas reinhardtii | lipídios | microalgas | Engenharia metabólica

Resumo

As microalgas têm elevada capacidade fotossintética e apresentam uma produtividade lipídica dezenas de vezes superior à de plantas terrestres como milho, soja e girassol. Podem ser cultivadas em áreas não agricultáveis e utilizar resíduos agroindustriais como fonte de nutrientes, o que reduz a pressão sobre o uso de terras aráveis. Com essas características, as microalgas se destacam como candidatas promissoras para a produção sustentável de biocombustíveis, permitindo uma maior eficiência no uso de área em comparação às monoculturas tradicionais, como cana-de-açúcar e milho.Razões técnico-econômicas, porém, impedem o desenvolvimento industrial dos biocombustíveis de terceira geração, provenientes das microalgas. Um importante fator que limita a viabilidade dos biocombustíveis baseados em microalgas é o fato de que elas produzem Triacilgliceróis (TAGs) apenas sobre situações de estresse metabólico. Entre eles o estresse causado pela falta de nitrogênio é um gatilho importante para o início da acumulação de Triacilgliceróis em microalgas. Entretanto, a ausência deste nutriente impacta negativamente funções como a síntese de proteínas, multiplicação celular e fotossíntese, resultando em um menor crescimento celular e limitação do acúmulo de biomassa. Uma das hipóteses que busca explicar os mecanismos de resposta da célula à falta de nitrogênio propõe que o metabolismo de aminoácidos, especialmente a arginina e a produção de poliaminas podem sinalizar o início da produção e acumulação de lipídios neutros.Neste cenário, o projeto visa modificar geneticamente a microalga modelo Chlamydomonas reinhardtii para induzir a produção e acúmulo de TAGs sem a necessidade de limitação de nitrogênio, permitindo o crescimento e o acúmulo de lipídios simultaneamente. Para isso, serão realizadas construções genéticas usando a tecnologia Golden-Gate Assembly, com a inserção de promotores induzíveis e genes associados ao metabolismo de arginina. Essa abordagem busca controlar a resposta da alga com mais precisão, promovendo a produção de lipídios em condições de cultivo mais favoráveis.Três genes alvo envolvidos com as respostas de acumulação de TAGs serão clonados e expressos de forma constitutiva ou de forma sobre-induzida: ARG7 (argininosuccinato liase), responsável pela síntese de arginina e fumarato a partir de L-argininosuccinato; AGS1 (argininosuccinato sintase), um gene central no metabolismo de ureia e arginina; e ADC1 (arginina descarboxilase 1), que atua na síntese da poliamina agmatina, fornecendo assim precursores para a síntese também de outras poliaminas. Todos estes genes candidatos promoverão uma investigação ampla sobre o papel de vias metabólicas adjacentes à arginina, e ampliarão a compreensão do impacto do metabolismo desse aminoácido no acúmulo de lipídios nas algas. (AU)