Avaliação do metabolismo de síntese de PHAMCL e controle de sua composição monomérica

Resumo

Polihidroxialcanoatos (PHA) são polímeros que despertam grande interesse, pois apresentam propriedades termoplásticas, são biodegradáveis e biocompatíveis e podem ser sintetizados por bactérias a partir de matérias-primas renováveis. A grande diversidade de PHA sintetizados por bactérias permite prever que estes materiais poderão atender aos requisitos para diferentes aplicações que atualmente são satisfeitas por materiais de origem petroquímica. O Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo (IPT) vem estudando a produção de polihidroxialcanoatos (pHA) desde 1992. Como parte desses trabalhos, foi desenvolvido processo, em cooperação com o Centro Tecnológico da Copersucar e a Universidade de São Paulo, com o apoio do PADCT -Finep, para a produção de poli-3- hidroxibutirato (P3HB), bem como seu copolímero poli-3-hidroxibutirato-co-3- hidroxivalerato (P3HB-co-3HV). Este processo foi transferido para a empresa PHB Industrial S/A. A produção destes materiais associada a uma usina de açúcar e álcool é especialmente interessante, pois permite o aproveitamento do excesso de energia, bem como de matérias-primas disponíveis a baixo custo (Bueno Netto et al., 1993; Nonato et al., 2001). Em 1998, iniciaram-se estudos sobre a produção de PHAMCL (pHA contendo monômeros com cadeia de carbono de comprimento médio), permitindo avaliar um grupo ainda pequeno de isolados bacterianos para a produção destes polímeros. A linhagem bacteriana P. putida IPT 046 foi identificada como boa produtora destes polímeros seja a partir de carboidratos (Gomez, 2000) seja a partir de óleos vegetais (Silva et al., 1999). Estudos em biorreator permitiram atingir concentrações elevadas de biomassa (>50 g/L) contendo altos teores de PHA (>50%) a partir de carboidratos (Gomez et al., 2002). A caracterização deste material revelou propriedades adequadas para sua aplicação como filmes (Sanchez et al., 2003). O objetivo geral deste projeto é explorar o potencial de produção de PHAMCL a partir de substratos renováveis. Novas linhagens bacterianas produtoras de PHAMCL serão isoladas e caracterizadas com relação à produção a partir de diferentes substratos (carboidratos, óleos vegetais, ácido propiônico, ácido acrílico), visando avaliar a utilização destes na incorporação de monômeros específicos (com número ímpar de carbonos ou insaturados). Mutantes serão obtidos com o objetivo de direcionar a utilização dos substratos para incorporação controlada dos monômeros específicos. Para a obtenção dos mutantes, serão utilizadas tanto técnicas clássicas de mutagênese (radiação ultravioleta ou outros agentes químicos) como técnicas moleculares ('gene disruption'). Serão obtidos ainda mutantes afetados na biossíntese de PHAMCL com o objetivo de compreender melhor as vias metabólicas envolvidas na síntese destes polímeros, bem como permitir, no futuro, a clonagem de genes e construção de linhagens recombinantes. Serão realizados cultivos em biorreator e estabelecidos os fluxos metabólicos de carbono em diferentes condições de cultivo. Estes resultados serão utilizados no estabelecimento das condições que otimizam o suprimento de substratos e maximizam o teor de polímero acumulado, bem como na proposição de novas estratégias de cultivo ou modificações genéticas que permitam controlar a inserção de monômeros específicos. Os polímeros obtidos serão caracterizados (cooperação com a UENF) com relação à composição monomérica e propriedades físicas, permitindo avaliar suas potenciais aplicações e limitações, bem como subsidiar modificações adicionais no cultivo ou na linhagem bacteriana que possibilitem obter materiais com as propriedades desejadas. (AU)