Descoberta e desenvolvimento de enzimas oxidativas para a biossíntese in vivo de hidrocarbonetos

Resumo

As desvantagens da alta dependência por fontes fósseis para a geração de energia e para a obtenção de diversos produtos têm sido alvo de discussões mundiais com foco na transição para modelos sustentáveis de desenvolvimento. A agenda global em prol da sustentabilidade compreende a atuação em todos os setores da economia com a finalidade de adotar alternativas renováveis para substituir ou complementar matérias-primas fósseis já em uso, reduzir as emissões atmosféricas e mitigar impactos socioambientais adversos. Nesse cenário, o Brasil possui alto potencial para a produção de biocombustíveis e de químicos verdes a partir da biomassa, considerando o conceito de biorrefinaria. Nessa linha de atuação para a obtenção de produtos renováveis, os hidrocarbonetos têm sido uma das apostas para o desenvolvimento de rotas alternativas aos biocombustíveis de primeira geração, etanol e ésteres metílicos de ácidos graxos (biodiesel), e petroquímicos como, polímeros, solventes e surfactantes de origem fóssil. Os bio-hidrocarbonetos são moléculas drop-in que possuem propriedades físico-químicas semelhantes àquelas do petróleo. De maneira geral, esses compostos podem ser produzidos a partir da via de biossíntese de ácidos graxos. Uma forma atrativa de produzir os hidrocarbonetos do tipo olefinas (alcenos) é pela descarboxilação enzimática desses ácidos graxos por enzimas descarboxilases. No entanto, essa é uma área bastante recente de estudo sendo que raras enzimas foram caracterizadas. Nesse sentido, nosso grupo de pesquisa vem dedicando esforços há alguns anos na tentativa de descobrir e elucidar os mecanismos de novas descarboxilases de ácidos graxos para a obtenção de alcenos terminais. Como resultados desses esforços, três aplicações de patentes já foram geradas (BR10202001600, BR10202002353 e BR1020210246723). A literatura descreve dois tipos principais de descarboxilases de ácidos graxos, as enzimas CYP152 (pertencente à superfamília P450) e as oxidativas UndA, que são capazes de descarboxilar ácidos graxos produzindo 1-alcenos. Em particular, a enzima UndA, é uma descarboxilase/oxidase não dependente de ferro-heme, que tem preferência por cadeias médias C8-C14. Sabe-se que é uma enzima extremamente conservada no gênero Pseudomonas sendo que homologas no gênero Burkholderia também foram identificadas, no entanto, apenas uma única com estrutura com diferentes ligantes foi determinada. Diante disso, o conhecimento sobre os mecanismos moleculares dessas descarboxilases ainda é muito escasso, principalmente pelo fato da ausência de informações estruturais. Com o intuito de descobrir novas descarboxilases do tipo UndA, nosso grupo de pesquisa realizou um consorcio microbiano na presença de diferentes fontes de ácidos graxos e em conjunto com metodologias de bioinformática, identificamos cinco novas Unds-like. Sendo assim, esse projeto de doutorado visa o estudo molecular dessas enzimas por meio de uma abordagem multidisciplinar que envolve ferramentas bioquímicas e biofísicas. Por meio desse projeto, pretendemos elucidar qual(is) mecanismos utilizados pelas descarboxilases para a produção de alcenos bem como a especificidade de cada enzima frente a diferentes tamanhos de ácido graxo. Por fim, esse projeto tem um enorme potencial de contribuir para o desenvolvimento de rotas biológicas para a produção olefinas, um importante químico renovável que pode ser utilizado em uma gama de aplicação industrial. (AU)