Caracterização funcional de genes importantes no metabolismo de xilose das leveduras Rhodotorula dairenensis e Pseudozyma brasiliensis sp. nov.

Autor(es)

Thuanny Andrade Borges

• Tipo de documento: Dissertação de Mestrado
• Imprenta: Campinas, SP.
• Instituição: Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Instituto de Biologia
• Data de defesa: 2014-11-04

Membros da banca

Gustavo Henrique Goldman; Suzan Pantaroto de Vasconcelos; Rosana Goldbeck

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

Resumo

A completa utilização da biomassa lignocelulósica é um dos pré-requisitos para tornar o processo do etanol de segunda geração economicamente competitivo. Entretanto, a fermentação dos açúcares disponíveis na biomassa celulósica apresenta um desafio único em decorrência da presença de outros açúcares, além da glicose, tais como xilose e arabinose, os quais não são fermentáveis por Saccharomyces cerevisiae, a principal levedura utilizada na indústria. Em leveduras, a conversão de D-xilose a D-xilulose ocorre em duas etapas: inicialmente D-xilose é reduzida a D-xilitol pela enzima xilose redutase (XR); em seguida, D-xilitol é oxidado a D-xilulose pela enzima xilitol desidrogenase (XDH). Em S. cerevisiae, essas duas enzimas possuem cofatores distintos, provocando assim um desequilíbrio redox na célula, impedindo a utilização anaeróbica de pentoses. Uma alternativa para que S. cerevisiae possa produzir etanol através destes açúcares é modificá-la geneticamente com genes provenientes de micro-organismos que naturalmente realizem esta conversão. Dessa forma, este projeto isolou e caracterizou as leveduras Rhodotorula dairenensis TAB01 e Pseudozyma brasiliensis sp.nov. GHG001, a partir do intestino de insetos parasitas da cana-de-açúcar, através da análise de expressão dos genes xyl1 e xyl2 que codificam, respectivamente, as enzimas XR e XDH. Adicionalmente, foi avaliada a hiper-expressão destes na cepa industrial de S. cerevisiae PE-2 e na cepa PE-2 super-expressando o gene XKS1 de S. cerevisiae (PE-XKS), o qual codifica a enzima xilulose quinase (XK). P. brasiliensis GHG001 e R. dairenensis TAB01 mostraram-se promissoras para o estudo. Estas duas espécies são ótimas assimiladoras de xilose e seus genes de XR e XDH foram expressos heterologamente em S. cerevisiae, gerando as cepas PE Rd, PE Pb, PE-XKS Rd e PE-XKS Pb, que foram testadas quanto a capacidade de utilizar xilose para crescimento. Porém, essas cepas recombinantes não conseguiram utilizar xilose como única fonte de carbono, o que evidencia o quão importante é o desbalanço de cofatores das enzimas no metabolismo de xilose. Além disso, devido a uma notável importância biotecnológica, também foi caracterizada uma enzima xilanolítica produzida por P. brasiliensis GHG001 a qual apresentou uma alta atividade xilanolítica. Essa xilanase, pertencente à família GH11, apresentou pH e temperatura ótimos iguais a 4 e 55°C, respectivamente, sendo sua estrutura secundária constituída de folhas beta. A sua atividade enzimática é influenciada por alguns íons como Ca2+ e os resultados de sua cinética indicaram um comportamento sigmoidal característico de enzimas alostéricas. Usando xilano como substrato, esta xilanase produz xilooligossacarídeos que podem ser usados industrialmente como prébióticos, que junto a outras aplicabilidades desta enzima na indústria, demonstram seu alto potencial biotecnológico (AU)

• Processo FAPESP: 12/00080-1 - Análises de expressão de genes importantes no metabolismo de xilose das leveduras Rhodotorula dairenensis e Pseudozyma hubeiensis e de outros fungos isolados a partir do trato intestinal de insetos que parasitam a cana-de-açúcar
• Beneficiário: Thuanny Andrade Borges
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Mestrado