Análise integrativa de proteômica, metabolômica e lipidômica para estudo da acumulação de lipídios neutros na microalga Chlamydomonas reinhardtii

Autor(es)

Laís Albuquerque Giraldi

• Tipo de documento: Tese de Doutorado
• Imprenta: Piracicaba.
• Instituição: Universidade de São Paulo (USP). Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz (ESALA/BC)
• Data de defesa: 2021-08-06

Membros da banca

Flavia Vischi Winck; Rafael Silva Rocha

• Orientador: Flavia Vischi Winck

Resumo

As microalgas, graças à sua rica composição química com alto teor de óleos, proteínas, carboidratos, pigmentos, minerais e vitaminas, apresentam grande potencial como matéria-prima para a produção sustentável em diversos setores comerciais como por exemplo, biocombustíveis, fármacos, agrícola, alimentação e pigmentos. Devido à busca por redução das emissões dos gases do efeito estufa e à alta capacidade de acumularem lipídios neutros, as microalgas têm conquistado um grande interesse na última década no setor de bioenergia para produção de biodiesel. Entretanto, em geral, as altas concentrações de lipídios neutros e a alta produtividade de biomassa são inversamente correlacionados, portanto, melhorias genéticas e de etapas de bioprocessos são necessários para tornar o uso da biomassa microalgal viável e comercialmente competitivo. A condição ambiental que mais contribui para um aumento de lipídios neutros, tais como triacilgliceróis (TAGs), é a privação do nitrogênio (N). Nesta condição, as células são induzidas a uma fase de quiescência celular onde as divisões celulares são interrompidas e os níveis de TAGs aumentam dentro das células. Além de estudos de otimização de cultivos, estudos anteriores utilizaram estratégia de superexpressão e inativação de genes específicos de vias metabólicas da biossíntese de TAGs e de amido visando o aumento da produção TAGs. Entretanto, estes estudos demonstraram que as estratégias de otimização ainda são caras e que, o aumento de TAGs obtidos pela mutação de um ou poucos genes não levou a produtividade de TAGs esperada de forma sustentável. Diante deste cenário, uma abordagem de biologia de sistemas usando dados \"ômicos\" é essencial para gerar informações e compreender os mecanismos envolvidos com a acumulação de TAGs nas microalgas. Portanto, o objetivo do estudo foi investigar através de uma abordagem integrativa de dados ômicos, o acúmulo de TAGs em resposta à privação de N em condição fotoautotrófica em Chlamydomonas reinhardtii. Experimentos em séries temporais (com 10 pontos de tempo) foram realizados a fim de detectar alterações no proteoma, metaboloma e lipidoma. Além disso, o proteoma nuclear foi investigado à procura de proteínas regulatórias. Através da análise sistemática e integrativa dos dados \"omicos\", juntamente com as observações fisiológicas, verificou-se que, nas condições testadas, o acúmulo de TAGs é resultado da regulação de diversas vias em conjunto. As vias metabólicas de gluconeogênese, processo de geração de ATP, reação de luz na fotossíntese e processo biossintético de Arg mostraram-se ser centralizadoras na resposta à pivação de N. Ademais, verificou-se que a maior contribuição para o acúmulo de TAGs nas condições testadas foi, provavelmente, o remodelamento de lipídios de membrana. Os resultados do proteoma nuclear revelaram que uma proteína fator de transcrição (Tubby-like protein) pode ser um regulador negativo de proliferação celular. Além disso, sugeriu-se, a partir de uma metanálise com dados de trascriptoma de outros estudos, que a alteração na via de Arg aparentemente não é exclusiva da limitação de N, sendo também regulada positivamente sob outros tipos de estresse. Portanto, pudemos concluir que os objetivos do presente estudo foram alcançados e seus achados expandiram o atual conhecimento sobre os mecanismos moleculares que levam ao acúmulo de TAGs em C. reinhardtii em condição fotoautotrófica. (AU)

• Processo FAPESP: 16/19152-3 - Identificação de redes de regulação relacionadas com a acumulação de lipídios na microalga Chlamydomonas reinhardtii
• Beneficiário: Lais Albuquerque Giraldi
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado