Desenvolvimento de estratégias para transformação do glicerol via rotas biotecnológicas e química

Resumo

A glicerina ou glicerol possui características importantes que são úteis na indústria em geral (alimentos, bebidas, cosméticos e outros). No entanto, como um co-produto abundante na produção de biodiesel, a sua quantidade poderá se exceder à demanda da indústria. Esta saturação do mercado pode gerar um problema econômico (baixo custo do produto), e um eventual problema ambiental (descarte), a menos que novas tecnologias sejam desenvolvidas rapidamente para o aproveitamento deste excedente. Uma finalidade nobre e lucrativa do glicerol pode ser obtida pela sua conversão a 3-hidroxipropionaldeído (3-HPA) e a 1,3 propanodiol (1,3 PD), produtos com alto valor agregado de mercado. Estes são compostos químicos usados na preservação de alimentos, produção de polímeros, além de serem precursores de muitos compostos químicos, como acroleína, ácido acrílico. A conversão de glicerol a estes compostos, que aqui será realizada pela via microbiológica, precisa ser otimizada, já que é descrita em alguns poucos organismos, mas ainda sem resultados compensadores para a indústria. A identificação e caracterização de microorganismos com características desejáveis pode ser uma alternativa para suprir esta necessidade. Com o objetivo de obter um sistema biológico mais eficiente, capaz de tolerar grandes quantidades de 3-HPA, os genes que codificam as proteínas envolvidas na conversão de glicerol a 3-HPA e 1,3 propanodiol de Lactobacillus reuteri devem ser introduzidos em Caulobacter crescentus utilizando para isto vetores de expressão nesta bactéria. C. crescentus tem a grande vantagem de ser uma bactéria de vida livre, de fácil manipulação e com um custo reduzido. Além disto, a utilização desta bactéria como organismo de interesse biotecnológico é pioneiro. Estes mesmos genes serão clonados em vetor pET para produção em E. coli destas enzimas de interesse. Isto porque, apesar das limitações, E. coli é ainda o sistema procarionte mais frequentemente utilizado para expressão de proteínas heterólogas; barato, rápido e sem heterogeneidade do produto (ausência de modificações pós-traducionais). A atividade das enzimas nos dois sistemas, C. crescentus e E. coli, será determinada utilizando-se o substrato modelo (glicerol) como fonte de carbono. Quando o glicerol é utilizado como substrato, são gerados como intermediários os compostos hidroxipropinaldeido e 1,3 propanodiol, que podem ser identificados e quantificados por HPLC. Outra parte de nosso projeto é a transformação química do glicerol em líquidos iônicos (LI), listados como solventes verdes e também conhecidos como "molten salts", que são sais orgânicos que podem ser derivados da quartenização do nitrogênio ou fósforo. Algumas das características especiais desses compostos é que são líquidos à temperatura ambiente e possuem pressão de vapor inexistente e podem ser catalisadores de vários produtos químicos, em especial compostos intermediários de fármacos. O projeto também inclui a aplicação de reatores e processos de fermentação do glicerol em escala industrial para a otimização da formação dos produtos de interesse (3-HPA e 1,3 PD). Em particular, a rota biotecnológica abrangerá 60 % das atividades de nossa proposta científica, entretanto é importante ressaltar que a interdisciplinaridade é uma forte característica do projeto e o planejamento de pesquisa envolverá pesquisadores e estudantes das três áreas: biotecnologia, química e engenharia química. (AU)