Impacto da expressão heteróloga de xilose redutases e xilitol desidrogenases de diferentes leveduras na produção de etanol por Saccharomyces cerevisiae

Autor(es)

Camila Utsunomia

• Tipo de documento: Dissertação de Mestrado
• Imprenta: Campinas, SP.
• Instituição: Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Instituto de Biologia
• Data de defesa: 2014-03-25

Membros da banca

Gustavo Henrique Goldman; Nádia Skorupa Parachin; Jaciane Lutz Ienczak

• Orientador: Gustavo Henrique Goldman; Juliana Velasco de Castro Oliveira

Resumo

A produção de etanol a partir de resíduos agrícolas, denominada Etanol de Segunda Geração ou Etanol Lignocelulósico, surge como uma alternativa para aumentar a produção de etanol sem necessariamente expandir as áreas destinadas ao cultivo da matéria-prima. A conversão da biomassa em etanol não é economicamente favorável a não ser que a hemicelulose seja utilizada juntamente com a celulose. Entretanto, a levedura Saccharomyces cerevisiae é incapaz de fermentar pentoses, açúcares liberados pela hidrólise da hemicelulose, principalmente xilose. Uma alternativa para que S. cerevisiae produza etanol utilizando pentoses seria modificá-la geneticamente através do uso de genes provenientes de micro-organismos que naturalmente realizam esta conversão. Com o intuito de encontrar novas leveduras assimiladoras de xilose, prospectamos o trato intestinal de larvas de seis insetos parasitas da cana-de-açúcar e dornas de fermentação alcoólica, identificando 49 isolados, dentre eles as leveduras Rhodotorula mucilaginosa UC11 e Ogataea polymorpha FT212L. Neste trabalho, foi feito o isolamento e a caracterização dos genes xyl1 e xyl2, que codificam respectivamente à xilose redutase (XR) e à xilitol desidrogenase (XDH) dessas duas leveduras, assim como a clonagem e a superexpressão de tais genes na cepa industrial de S. cerevisiae Pedra-2 (PE-2). Rhodotorula mucilaginosa UC11 e O. polymorpha FT212L foram avaliadas quanto a habilidade de crescerem em xilose, a expressão dos genes xyl1 e xyl2 e a medição das atividades das enzimas XR e XDH. E pela primeira vez XR e XDH de ambas as leveduras foram expressas heterologamente em S. cerevisiae PE-2 gerando as cepas PE-2 Rm, PE-2 Op 1 e PE-2 Op 2, que foram testadas quanto a capacidade de utilizar xilose para crescimento. Adicionalmente, neste trabalho também foi construída pela primeira vez uma cepa S. cerevisiae PE-2 contendo os genes de Scheffersomyces stipitis, uma vez que esta é uma das melhores leveduras conhecidas capazes de utilizar xilose. Para isso a cepa PE-2 foi modificada geneticamente com o plasmídio pRH 274, contendo os genes superexpressos de xyl1 e xyl2 de S. stipitis e o gene xks1 de S. cerevisiae, que codifica à xilulose quinase (XK), gerando a cepa denominada PE-2 274. Esta levedura recombinante foi caracterizada através de ensaios de curva de crescimento, medição das atividades de XR e XDH e capacidade de co-fermentar xilose e glicose a etanol em biorreator. A cepa PE-2 274 mostrou ser uma cepa de grande potencial para a produção de etanol a partir de meio contendo xilose e glicose, podendo ser a base para a geração de uma cepa competitiva em ambiente industrial visando à produção do etanol de segunda geração (AU)

• Processo FAPESP: 11/23867-4 - Caracterização a nível molecular das leveduras Rodothorula mucilaginosa e Cryptococcus podzoliccus e de outros fungos isolados a partir do trato intestinal de insetos parasitas da cana-de-açúcar
• Beneficiário: Camila Utsunomia
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Mestrado