Aspergillus nidulans como modelo para expressão heteróloga de celulases e hemicelulases

Resumo

No âmbito da energia renovável, o pré-tratamento enzimático da biomassa (a degradação enzimática da parede polissacarídica de plantas) está se tornando uma alternativa mais atraente do que a utilização de pré-tratamentos químicos ou processos mecânicos. Além disso, a biodegradação de celulose por celulases e celulossomos, produzidos por inúmeros microrganismos, representa o maior fluxo de carbono, a partir de carbono fixo, para CO2 atmosférico. Da mesma forma, este processo é muito importante para vários processos de tratamento de resíduos agro-industriais, podendo ser utilizado para produção de bioenergia em substituição a combustíveis fósseis. A hidrólise enzimática da celulose envolve a ação sinergística de pelo menos 3 enzimas, endoglucanase, exoglucanase ou celobiohidrolase, e ²-glucosidase. Um dos grupos de polissacarídeos mais abundantes na natureza, as hemiceluloses, são classificadas de acordo com o açúcar presente em sua molécula, sendo os componentes estruturais básicos: xilana, galacto-glucomanana, ±-1,5-L-arabinana e arabinogalactana. Xilana é um polímero de xilose, mas que na natureza, geralmente está associada com outros açúcares formando glucuronoxilanas, glucurono arabino xilanas, glucomananas, arabinogalactanas, e galactoglucomananas. Neste contexto, as hemicelulases são um grupo enzimático diversificado que hidrolisam hemiceluloses. Estas enzimas apresentam várias aplicações biotecnológicas e a sua relação estrutura/função, é um tema de intensa pesquisa. A atração de fungos filamentosos como maquinaria de expressão é baseada em sua habilidade natural em secretar grandes quantidades de proteínas (principalmente enzimas hidrolíticas) para o meio de cultivo. Comparando-se com outros sistemas disponíveis para expressão de proteínas heterólogas, em culturas líquidas, fungos filamentosos apresentam ótima performance, alto rendimento e uma opção pouco onerosa, com relação aos requerimentos nutricionais. O principal foco desta proposta é estudar e consolidar Aspergillus nidulans (linhagem A773) como um modelo rápido e estável para expressão e secreção heteróloga de celulases e hemicelulases. Nosso objetivo central é desenvolver uma coleção de linhagens aptas a super expressar diversas atividades enzimáticas envolvidas na degradação de polissacarídeos da parede celular de plantas. Além de estudar as propriedades funcionais das atividadades enzimáticas, com amplas aplicações biotecnológicas que incluem estratégias para produção de bioetanol, pretendemos neste estudo desenvolver linhagens super-expressando concomitantemente duas ou mais atividades enzimáticas sinérgicas de celulases e hemicelulases.