Conversão biocatalítica de ácidos graxos em olefinas através de um sistema biofluído de descarboxilase quimera sem solvente

Resumo

Desde a era industrial, as emissões de gases poluentes na atmosfera tem sido uma realidade preocupante devido ao uso de combustíveis fósseis, que são atualmente a principal fonte de energia mundial. O desenvolvimento de tecnologias de energia renovável vem crescendo e podem ser uma das soluções para reduzir as emissões de gases poluentes. A produção de biocombustíveis drop-in, como butanol, alcanos e alcenos, pode ser uma excelente alternativa para atender a essa demanda. Os biocombustíveis drop-in são uma mistura de biohidrocarbonetos hidrofóbicos com alto potencial energético, o que os torna química e fisicamente semelhantes aos combustíveis à base de petróleo. Hoje em dia, os biocombustíveis drop-in são produzidos por processos químicos como a hidrogenação, que requer temperaturas muito altas e catalisadores metálicos, resultando em um processo prejudicial ao meio ambiente. Rotas biológicas, como por exemplo enzimas, são aplicadas em processos com condições amenas resultando em uma opção mais ecológica. Considerando a importância de encontrar um caminho para sintetizar biohidrocarbonetos por via enzimática a partir de substratos de baixo custo, pois essa alternativa resultaria na produção de biocombustíveis a partir de um processo específico, eficiente e sustentável, nosso grupo de pesquisa tem se dedicado nos últimos três anos ao estudo das enzimas da superfamília P450, que possuem atividade eficiente para produzir alcenos a partir de ácidos graxos. Mais especificamente, estamos concentrados nas enzimas da família 152 (CYP152), que evoluíram para um mecanismo de reação denominado peroxide shunt, capaz de utilizar o peróxido de hidrogênio (H2O2) como fonte de oxigênio e agente oxidante (por isso chamadas peroxigenases). Estudos recentes de peroxigenases mostraram que o excesso de H2O2 pode prejudicar a biocatálise ou desnaturar completamente a enzima. Portanto, é importante controlar o fornecimento de H2O2 na reação. Um avanço na área, buscando mediar a adição de H2O2 na reação, tem sido proposto na literatura, combinando alditol oxidases (AldO) com descarboxilases. As enzimas AldO têm a capacidade de oxidar o glicerol e produzir H2O2 como coproduto. Assim, a fusão dessas enzimas permite o fornecimento controlado de H2O2 na reação de descarboxilação de ácidos graxos livres, evitando a inativação oxidativa e melhorando a produção de alcenos. Nosso grupo de pesquisa identificou um novo mecanismo baseado na citocromo P450 de Rothia nassimurium (OleTRN) que preferencialmente descarboxila uma variedade de substratos saturados e insaturados. Devido à combinação bem-sucedida de oxidases com descarboxilases, a enzima quimera OleTRN-AldO foi construída, expressa de forma heteróloga, e provou produzir alcenos na presença de glicerol. Embora as enzimas da família 152 possam ser uma solução sustentável para a produção drop-in, a necessidade de operar em um ambiente aquoso pode ser uma restrição para aplicação industrial. As proteínas líquidas sem solventes são uma tecnologia recente, desenvolvida pelo grupo do Dr. Brogan. Esses materiais têm apresentado excelentes atividades enzimáticas em condições anidras e permitem reações em líquidos iônicos. Os líquidos iônicos apresentam muitas vantagens, como não volatilidade, não inflamabilidade, alta solubilidade de substratos recalcitrantes e excelente estabilidade química e térmica, o que os torna uma opção mais sustentável quando comparados aos solventes orgânicos. Dr. Alex Brogan coordena seu grupo de pesquisa na instituição King's College London e trabalha nesta área há mais de 10 anos. Considerando todos os resultados excepcionais que o Dr. Brogan obteve no desenvolvimento de proteínas isentas de solventes para a expansão da atividade em líquidos iônicos, o presente projeto pretende aplicar essas técnicas com a quimera OleTRN-AldO. Buscamos fornecer uma alternativa robusta e sustentável, aplicável às condições da indústria, para produzir biocombustíveis drop-in a partir de ácidos graxos. (AU)