{"id":135450,"date":"2020-10-15T09:00:00","date_gmt":"2020-10-15T12:00:00","guid":{"rendered":"https:\/\/espacoecologico.com.br\/arquivo\/?p=135450"},"modified":"2020-10-15T07:57:41","modified_gmt":"2020-10-15T10:57:41","slug":"coquetel-enzimatico-desenvolvido-no-brasil-potencializa-producao-de-etanol-2g","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/espacoecologico.com.br\/arquivo\/coquetel-enzimatico-desenvolvido-no-brasil-potencializa-producao-de-etanol-2g\/","title":{"rendered":"Coquetel enzim\u00e1tico desenvolvido no Brasil potencializa produ\u00e7\u00e3o de etanol 2G"},"content":{"rendered":"

\"\"<\/a>Pesquisadores do Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM) desenvolveram, por meio de t\u00e9cnicas de engenharia gen\u00e9tica, um fungo capaz de produzir um coquetel de enzimas que degrada a biomassa. Por esse processo, as enzimas atuam de forma coordenada na quebra e convers\u00e3o de carboidratos da palha e do baga\u00e7o da cana-de-a\u00e7\u00facar em a\u00e7\u00facares simples, que podem sofrer fermenta\u00e7\u00e3o e, assim, se transformar em biocombust\u00edvel.<\/p>\n

A descoberta abre caminho para maior aproveitamento dos res\u00edduos da cana-de-a\u00e7\u00facar na fabrica\u00e7\u00e3o de biocombust\u00edveis, uma vez que o desenvolvimento de um coquetel de enzimas de baixo custo representa um dos principais desafios para a produ\u00e7\u00e3o do etanol de segunda gera\u00e7\u00e3o (derivado do baga\u00e7o e da palha da cana-de-a\u00e7\u00facar).<\/p>\n

Para que o fungo pudesse servir como uma biof\u00e1brica altamente produtiva do coquetel enzim\u00e1tico, os pesquisadores do CNPEM realizaram seis modifica\u00e7\u00f5es gen\u00e9ticas em uma cepa j\u00e1 conhecida do\u00a0Trichoderma reesei<\/em>, a RUT-C30. O trabalho foi patenteado e teve artigo publicado na revista\u00a0Biotechnology for Biofuels\u00a0<\/a><\/strong>.<\/p>\n

\u201cO fungo foi racionalmente modificado de forma que maximizasse a produ\u00e7\u00e3o das enzimas de interesse biotecnol\u00f3gico. Por meio de t\u00e9cnica de edi\u00e7\u00e3o gen\u00e9tica conhecida como CRISPR\/Cas9, alteramos fatores de transcri\u00e7\u00e3o para regular a express\u00e3o de genes relacionados \u00e0s enzimas, deletamos proteases que causavam problemas na estabilidade do coquetel enzim\u00e1tico e adicionamos enzimas importantes que eram naturalmente deficientes no fungo. Com isso, foi poss\u00edvel fazer com que ele produzisse uma quantidade grande de enzimas a partir de uma fonte nutricional barata como res\u00edduos agroindustriais abundantes no Brasil\u201d, diz\u00a0M\u00e1rio Murakami<\/a><\/strong>, diretor cient\u00edfico do Laborat\u00f3rio Nacional de Biorrenov\u00e1veis (LNBR-CNPEM), ao\u00a0Pesquisa para Inova\u00e7\u00e3o<\/strong>.<\/p>\n

Segundo dados da Companhia Nacional de Abastecimento (Conab), com uma moagem de cana da ordem de 633 milh\u00f5es de toneladas por safra, o Brasil gera cerca de 70 milh\u00f5es de toneladas de massa seca de palha. No entanto, pouco dos res\u00edduos \u00e9 aproveitado para a produ\u00e7\u00e3o de etanol.<\/p>\n

Murakami ressalta que praticamente todas as enzimas utilizadas no Brasil para a degrada\u00e7\u00e3o de biomassa s\u00e3o importadas de um grupo restrito de empresas estrangeiras que det\u00eam essa tecnologia sob segredo industrial. Com esse contexto, o coquetel enzim\u00e1tico importado pode representar at\u00e9 50% do custo de produ\u00e7\u00e3o do combust\u00edvel.<\/p>\n

\u201cExistia um paradigma que o desenvolvimento de uma plataforma competitiva de produ\u00e7\u00e3o de coquetel enzim\u00e1tico poderia levar d\u00e9cadas de estudos e que seria pouco prov\u00e1vel de ser obtida apenas por t\u00e9cnicas de biologia sint\u00e9tica a partir de cepas p\u00fablicas. Isso porque as empresas utilizaram diferentes m\u00e9todos para desenvolver os coquet\u00e9is, como realizar evolu\u00e7\u00f5es adaptativas, expor o fungo a reagentes qu\u00edmicos e induzir muta\u00e7\u00f5es no genoma para ent\u00e3o selecionar o fen\u00f3tipo mais interessante. Por\u00e9m, com a evolu\u00e7\u00e3o de ferramentas de edi\u00e7\u00e3o gen\u00e9tica, como CRISPR\/Cas9, conseguimos estabelecer em dois anos e meio uma plataforma competitiva apenas com poucas modifica\u00e7\u00f5es racionais\u201d, relata Murakami.<\/p>\n

A partir do bioprocesso desenvolvido no CNPEM, foram produzidos 80 gramas por litro (g\/L) de enzimas, ou a maior concentra\u00e7\u00e3o j\u00e1 descrita em uma publica\u00e7\u00e3o cient\u00edfica a partir de fontes de carbono (a\u00e7\u00facar) de baixo custo. O valor \u00e9 mais que o dobro da mais alta concentra\u00e7\u00e3o de enzimas at\u00e9 ent\u00e3o relatada na literatura cient\u00edfica para esse tipo de fungo (37 g\/L de enzimas).<\/p>\n

\u201cUm aspecto interessante desse trabalho \u00e9 que ele n\u00e3o ficou preso apenas ao laborat\u00f3rio. Testamos a produ\u00e7\u00e3o e o bioprocesso de escalonamento em uma planta-piloto, em ambiente semi-industrial, para avalia\u00e7\u00e3o da viabilidade econ\u00f4mica\u201d, ressalta.<\/p>\n

De acordo com Murakami, a despeito de a plataforma f\u00fangica ter sido customizada para a produ\u00e7\u00e3o de etanol celul\u00f3sico a partir de res\u00edduos da cana-de-a\u00e7\u00facar, ela tamb\u00e9m \u00e9 capaz de desconstruir outras biomassas e esses a\u00e7\u00facares chamados de avan\u00e7ados poderiam ser utilizados para produ\u00e7\u00e3o de outros biorrenov\u00e1veis como pl\u00e1sticos e intermedi\u00e1rios qu\u00edmicos.<\/p>\n

Nova classe de enzimas<\/strong><\/p>\n

O trabalho \u00e9 o resultado pr\u00e1tico para aplica\u00e7\u00e3o na ind\u00fastria de uma ampla investiga\u00e7\u00e3o realizada pelo LNBR para a descoberta de enzimas capazes de degradar carboidratos. Em outro estudo,\u00a0apoiado pela FAPESP<\/a><\/strong>\u00a0e publicado na revista\u00a0Nature Chemical Biology<\/a><\/strong>, os pesquisadores revelaram sete novas classes de enzimas presentes sobretudo em fungos e bact\u00e9rias.<\/p>\n

Segundo Murakami, a descoberta das novas enzimas tem grande potencial de aplica\u00e7\u00e3o n\u00e3o s\u00f3 na \u00e1rea de biocombust\u00edveis, mas tamb\u00e9m em diferentes \u00e1reas da ind\u00fastria, como a m\u00e9dica, aliment\u00edcia e t\u00eaxtil, por exemplo. Isso porque essas mol\u00e9culas podem servir de inspira\u00e7\u00e3o para novos processos industriais, pois demonstram diferentes maneiras com que a natureza decomp\u00f5e polissacar\u00eddeos (carboidratos formados por a\u00e7\u00facares simples).<\/p>\n

Dessa forma, por ser capaz de degradar polissacar\u00eddeos beta-glucanos, a nova fam\u00edlia de enzimas do tipo hidr\u00f3lises glicos\u00eddicas (GH) tem amplo potencial de utiliza\u00e7\u00e3o, podendo atuar como conservantes aliment\u00edcios \u2013 por sua a\u00e7\u00e3o antif\u00fangica ao quebrar a barreira que protege esses microrganismos \u2013, ou ainda na ind\u00fastria t\u00eaxtil ou de biocombust\u00edveis pela capacidade de digest\u00e3o de mat\u00e9rias ricas em fibras vegetais.<\/p>\n

\u201cRealizamos um estudo baseado na diversidade da natureza em degradar polissacar\u00eddeos e em como podemos projetar a aplica\u00e7\u00e3o desse conhecimento em diferentes setores da ind\u00fastria. Al\u00e9m da descoberta de novas enzimas, outro aspecto importante desse trabalho est\u00e1 na abordagem que utilizamos para sistematicamente conhecer a fundo essa nova fam\u00edlia de enzimas a partir de redes de similaridades. Com isso, conseguimos em pouco tempo partir do ponto zero at\u00e9 chegar \u00e0 fam\u00edlia de enzimas mais estudadas que temos at\u00e9 agora ativas sobre beta-1,3-glucanos, com informa\u00e7\u00f5es dispon\u00edveis sobre especificidade e mecanismos de a\u00e7\u00e3o\u201d, afirma.<\/p>\n

Isso porque, geralmente, estudos para classificar novas enzimas t\u00eam o crit\u00e9rio evolutivo das mol\u00e9culas (an\u00e1lise filogen\u00e9tica) como abordagem principal. No entanto, o trabalho do CNPEM teve como ponto de partida a funcionalidade das enzimas.<\/p>\n

\u201cHoje com a evolu\u00e7\u00e3o tecnol\u00f3gica de sequenciamento de DNA j\u00e1 temos um n\u00famero grande de sequ\u00eancias gen\u00e9ticas conhecidas, al\u00e9m de capacidade bem estabelecida para estudar e caracterizar mol\u00e9culas e enzimas a partir de suas funcionalidades. Com isso, aprimoramos uma abordagem chamada redes de similaridades que nunca tinha sido usada em enzimas ativas sobre polissacar\u00eddeos\u201d, diz Murakami.<\/p>\n

A abordagem de redes de similaridades permitiu classificar as enzimas pela funcionalidade, gerando sete subfam\u00edlias. Com isso, por meio da caracteriza\u00e7\u00e3o de pelo menos um membro representativo de cada subfam\u00edlia foi poss\u00edvel acessar sistematicamente a diversidade de estrat\u00e9gias moleculares para a degrada\u00e7\u00e3o de polissacar\u00eddeos beta-glucanos contida em milhares de membros da fam\u00edlia de enzimas.<\/p>\n

Tour de force<\/em>\u00a0bioqu\u00edmico<\/strong><\/p>\n

Enquanto na an\u00e1lise filogen\u00e9tica a compara\u00e7\u00e3o tem como base as regi\u00f5es conservadas da sequ\u00eancia de DNA \u2013 o que n\u00e3o foi alterado ao longo dos anos \u2013, a classifica\u00e7\u00e3o por funcionalidade se d\u00e1 por meio da an\u00e1lise de regi\u00f5es n\u00e3o conservadas e relacionadas com a diferencia\u00e7\u00e3o funcional. \u201cIsso nos deu efici\u00eancia e permitiu agrupar mais de mil sequ\u00eancias em apenas sete subgrupos ou classes de mesma fun\u00e7\u00e3o.\u201d<\/p>\n

Por se tratar de uma nova abordagem, os pesquisadores realizaram uma s\u00e9rie de outros estudos que serviram como contraprova para a valida\u00e7\u00e3o do m\u00e9todo de classifica\u00e7\u00e3o. Dos sete grupos de enzimas capazes de degradar polissacar\u00eddeos, os pesquisadores obtiveram 24 estruturas in\u00e9ditas, incluindo diversos complexos das enzimas com seus substratos, informa\u00e7\u00f5es-chave para o entendimento dos mecanismos de a\u00e7\u00e3o.<\/p>\n

O trabalho contou com uma parte de an\u00e1lise funcional e outra de estudo estrutural das mol\u00e9culas para assim poder entender como a enzima est\u00e1 atuando nesse carboidrato. \u201cPolissacar\u00eddeos podem adotar dezenas de configura\u00e7\u00f5es e fazer v\u00e1rios tipos de liga\u00e7\u00f5es qu\u00edmicas. E quer\u00edamos observar exatamente quais liga\u00e7\u00f5es qu\u00edmicas e arquiteturas eram reconhecidas por cada enzima. Portanto, foi necess\u00e1rio um estudo multidisciplinar, que combina dados estruturais e funcionais amparados em an\u00e1lises por espectrometria de massas, espectroscopia, mutag\u00eanese e experimentos de difra\u00e7\u00e3o para elucidar a estrutura at\u00f4mica\u201d, diz.<\/p>\n

Em texto da se\u00e7\u00e3o\u00a0News &Views<\/a><\/strong>, publicado na revista Nature Chemical Biology, Paul Walton, pesquisador do Departamento de Qu\u00edmica da Universidade de York (EUA), considerou o estudo um \u201ctour de force bioqu\u00edmico\u201d n\u00e3o s\u00f3 pela abordagem inovadora, mas tamb\u00e9m pela rapidez com que os resultados foram obtidos. \u201cO grupo de pesquisadores foi capaz de expressar e isolar exemplos de cada classe de enzimas para examinar se as diferen\u00e7as em sequ\u00eancias gen\u00e9ticas se refletiram na forma estrutural e na funcionalidade\u201d, diz Walton no coment\u00e1rio.<\/p>\n

O artigo\u00a0Rational engineering of the Trichoderma reesei RUT-C30 strain into an industrially relevant platform for cellulase production<\/em>\u00a0(doi: doi.org\/10.1186\/s13068-020-01732-w), de Lucas Miranda Fonseca, Lucas Salera Parreiras e Mario Tyago Murakami, pode ser lido em\u00a0https:\/\/biotechnologyforbiofuels.biomedcentral.com\/articles\/10.1186\/s13068-020-01732-w<\/a><\/strong>.<\/p>\n

O artigo\u00a0Structural insights into \u03b2-1,3-glucan cleavage by a glycoside hydrolase family<\/em>\u00a0(doi: doi.org\/1 0.1038\/s41589-020-0554-5), de Camila R. Santos, Pedro A. C. R. Costa, Pl\u00ednio S. Vieira, Sinkler E. T. Gonzalez, Thamy L. R. Correa, Evandro A. Lima, Fernanda Mandelli, Renan A. S. Pirolla, Mariane N. Domingues, Lucelia Cabral, Marcele P. Martins, Rosa L. Cordeiro, At\u00edlio T. Junior, Beatriz P. Souza, \u00c9rica T. Prates, Fabio C. Gozzo, Gabriela F. Persinoti, Munir S. Skaf e Mario T. Murakami, pode ser lido em\u00a0https:\/\/www.nature.com\/articles\/s41589-020-0554-5<\/a><\/strong>.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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