Strategies for the biological valorization of lignin and lignocellulosic hydrolysates

Autor(es)

Victoria Ramos Sodré de Castro

• Tipo de documento: Tese de Doutorado
• Imprenta: Campinas, SP.
• Instituição: Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Instituto de Biologia
• Data de defesa: 2021-12-17

Membros da banca

Fabio Marcio Squina; Richard John Ward; Anete Pereira de Souza; Roberto do Nascimento Silva; César Rafael Fanchini Terrasan

• Orientador: André Ricardo de Lima Damásio; Fabio Marcio Squina

Resumo

A biomassa lignocelulósica representa um recurso abundante de baixo custo que pode ser utilizado como matéria-prima em biorrefinarias: as frações de celulose e hemicelulose são substrato para a produção de biocombustíveis de segunda geração, e a lignina pode ser explorada para a geração de moléculas aromáticas de alto valor agregado. Enquanto a produção de biocombustíveis de segunda geração já é uma realidade, o potencial da fração de lignina permanece inexplorado, e correntes ricas em lignina derivadas do pré-tratamento de biomassa lignocelulósica são geralmente descartados, ou queimados para geração de energia termoelétrica. A investigação de sistemas biológicos que promovem a degradação de lignina na natureza permite a identificação de novos bioagentes com possíveis aplicações na biorrefinaria para a desconstrução e bioconversão de lignina e hidrolisados lignocelulósicos. Nesta tese, objetivamos identificar e utilizar tais biocatalisadores enzimáticos e microbianos para a valorização de lignina e hidrolisados lignocelulósicos. O primeiro capítulo aborda a geração de moléculas inibitórias durante o pré-tratamento químico e/ou físico da biomassa na biorrefinaria, e discute o uso de microorganismos para detoxificação efetiva dessas frações. O Capítulo II apresenta dois artigos publicados sobre a caracterização de feruloil-CoA sintetases (FCSs) e feruloil-CoA hidratase/liases (FCHL), enzimas procarióticas do catabolismo de ácido ferúlico que foram identificadas a partir da análise metagenômica de um consórcio microbiano degradador de lignina. O Documento 1 (Capítulo II) apresenta a caracterização bioquímica e biofísica de uma FCS, denominada FCS1. Demonstramos que FCS1 é uma enzima homodimérica com acentuada estabilidade e alta atividade em pHs alcalinos. No Documento 2 (Capítulo II), outra FCS e uma nova FCHL - denominadas LM-FCS2 e LM-FCHL2, respectivamente - são caracterizadas e, notavelmente, aplicadas para a bioprodução consolidada de vanilina a partir de hidrolisados alcalinos de bagaço de cana-de-açúcar. Além disso, características interessantes sobre essas enzimas foram elucidadas, como a afinidade de LM-FCS2 por várias ácidos hidróxicinâmicos, e a capacidade de LM-FCHL2 de converter ácido ferúlico em vanilina na ausência de FCS2. Os capítulos III a V apresentam uma série de trabalhos sobre a bactéria degradadora da lignina Rhodococcus jostii RHA1, que possui grande potencial como chassis microbiano para a valorização da lignina. O Capítulo III trata da modulação do catabolismo de ácido ferúlico em R. jostii, e a aplicação de cepas mutantes para a produção de 4-vinil guaiacol a partir do ácido ferúlico. O Capítulo IV investiga a conversão de fragmentos oxidados de lignina em metabólitos centrais por R. jostii, e como metabólitos intermediários dessa via catabólica podem ser convertidos em moléculas farmacêuticas de alto valor agregado. Por fim, o Capítulo V descreve nossos esforços para implementar o sistema CRISPR/Cas9 em R. jostii, um organismo não-modelo com ferramentas de biologia molecular atualmente limitadas. Esperamos que esta tese contribua com o campo da valorização biológica da lignina (AU)

• Processo FAPESP: 18/18101-1 - Desenvolvimento do sistema CRISPR/Cas9 em Rhodococcus jostii RHA1 para produção de químicos de alto valor a partir de correntes de lignina
• Beneficiário: Victoria Ramos Sodré de Castro
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado Direto