Estratégias Metagenômicas na Bioprospecção de Celulases para o uso na Biorefinaria de Biomassa

Resumo

A aplicação de enzimas em processos industriais tem crescido consideravelmente nas últimas décadas. Os benefícios do uso de enzimas incluem a eliminação de temperaturas altas, solventes orgânicos e extremos de pH, e ao mesmo tempo oferecem um aumento na especificidade e pureza do produto gerado. Uma das aplicações é a conversão da biomassa como uma fonte renovável, como a produção do bioetanol. A biomassa vegetal é composta principalmente por lignocelulose, e uma das enzimas necessárias para hidrólise da celulose é a celulase também denominada de glucanase, que resulta na produção de açúcares redutores que subsequentemente podem ser fermentados em etanol.O objetivo deste projeto é buscar novas exoglucanases provenientes de amostras ambientais que sejam cataliticamente eficientes em pHs ácidos (pH 4-5), e que sejam termoestáveis (temperatura ótima 45-55oC). A bioprospecção das celulases será feita por uma análise metagenômica, que envolve o rastreamento de uma biblioteca do DNA total proveniente de uma comunidade microbiana encontrada em um determinado ambiente. As amostras ambientais serão coletadas e enriquecidas na coluna de Winosgradsky com a adição de bagaço de cana-de-açúcar como fonte de celulose. Usando uma estratégia inovadora que envolve a amplificação por PCR usando iniciadores específicos para a região promotora dos genes procarióticos, será gerada uma biblioteca de DNA ambiental contendo apenas as sequências codificadoras das proteínas. O rastreamento desta biblioteca será feito utilizando o ensaio colorimétrico do indicador Vermelho Congo (Congo Red) na presença de carboximetilcelulose (CMC). Este ensaio identificará os clones produtores de celulases, e posteriormente as enzimas serão purificadas, e caracterizadas através da atividade catalítica e a determinação de seus parâmetros cinéticos, tais como temperatura e pH ótimos, velocidade máxima e constante Michaelis-Menten. A estratégia de enriquecimento das espécies produtoras de celulases na coluna de Winosgradsky combinada com a análise das sequências codificadoras de proteínas otimizará o processo de rastreamento das celulases nas amostras ambientais. Embora o foco do projeto sejam as celulases, as bibliotecas metagenômicas podem ser utilizadas na busca de outras enzimas com interesse na biorefinaria de biomassas como as lacases, pectinases, xilanases entre outras.