Estudos moleculares e funcionais de xiloglucanases e liquenases fúngicas: aplicações na hidrólise de biomassa lignocelulósica

Autor(es)

Alex Graça Contato

• Tipo de documento: Tese de Doutorado
• Imprenta: Ribeirão Preto.
• Instituição: Universidade de São Paulo (USP). Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto (PCARP/BC)
• Data de defesa: 2023-06-07

Membros da banca

Maria de Lourdes Teixeira de Moraes Polizeli; Rolf Alexander Prade; Wanderley Dantas dos Santos; Fernando Segato

• Orientador: Maria de Lourdes Teixeira de Moraes Polizeli

Resumo

A biomassa lignocelulósica é constituída de três componentes principais: celulose, hemicelulose e lignina. Sua degradação e conversão são atrativas em biotecnologia. O fracionamento da parede celular não é um processo simples, porém, as enzimas microbianas podem ser a solução. Nesse sentido, o primeiro passo foi prospectar enzimas fúngicas lignocelulolíticas com potencial aplicação industrial, produzidas por meio de análise temporal utilizando sementes de jatobá e tamarindo, resíduos da indústria de polpa de frutas, como fontes de carbono. As enzimas foram produzidas por oito fungos filamentosos isolados e identificados. Os melhores produtores quanto à atividade enzimática foram Thermothelomyces thermophilus e Trichoderma longibrachiatum. As condições ótimas para a produção das enzimas foram os meios suplementados com sementes de tamarindo, sob agitação, por 72 h. Em seguida, foi realizada a sacarificação de três variedades de cana-de-açúcar (bagaço de cana in natura, e colmos de cana SP80-3280 e de cana Energia) prétratadas por autohidrólise ou quimicamente, além do bagaço explodido. Conhecendo-se a produção enzimática, foi escolhido o maior produtor de xiloglucanases, já que o xiloglucano é a hemicelulose predominante da parede celular primária de plantas superiores. Desta maneira, as enzimas que clivam este polímero apresentam grande utilidade na degradação e conversão da biomassa lignocelulósica. Portanto, visou-se a otimização da produção da xiloglucanase de T. longibrachiatum usando um delineamento do composto central rotacional bem como a imobilização em suportes iônicos, como MANAE, DEAE, CM-celulose e PEI, visto que o processo de imobilização pode ser utilizado para solucionar problemas relacionados à estabilidade, além dos benefícios econômicos trazidos pela possibilidade de seu uso repetido e recuperação. Este estudo descreveu, pela primeira vez, a imobilização de uma xiloglucanase fúngica utilizando estes suportes. A partir destes resultados, foram realizados experimentos de biologia molecular. Portanto, uma xiloglucanase da família GH74 com peso molecular de 77 kDa foi identificada e sua sequência gênica foi otimizada para clonagem e expressão em A. nidulans A773. Em seguida, foi realizada a análise do secretoma dos microrganismos, sendo que T. thermophilus cultivado por fermentação submersa com sementes de tamarindo revelou 80 CAZymes distintas, com destaque para a família GH16, conhecida por produzir liquenases, uma enzima de interesse econômico e industrial. A produção de liquenase foi confirmada através de ensaios enzimáticos. Enquanto, a análise do secretoma de T. longibrachiatum cultivado por fermentação submersa com dois resíduos lignocelulósicos, bagaço de cana e sementes de tamarindo, além de uma simulação de hemicelulose, revelou 206 CAZymes distintas, sendo que em cada condição houve particularidades e diferenças, principalmente no cultivo utilizando as sementes de tamarindo que produziram maior número de hemicelulases. Por esse motivo, esse resíduo foi escolhido para realizar o cocultivo de T. longibrachiatum com T. thermophilus, que foram cultivados em biorreator e houve aumento na produção de proteínas. Esses resultados sugerem que o cocultivo entre esses microrganismos tem potencial para produzir um coquetel enzimático com alto desempenho na hidrólise de materiais na indústria sucroalcooleira. (AU)

• Processo FAPESP: 17/25862-6 - Estudos estruturais e propriedades funcionais de xiloglucanases e liquenases fúngicas: aplicações na hidrólise de biomassa lignocelulósica
• Beneficiário: Alex Graça Contato
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado