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Caracterização bioquímica, funcional e aplicação de Monoxigenases Líticas de Polissacarídeos identificadas em estudos de transcriptoma e secretoma de fungos filamentosos cultivados em bagaço de cana

Processo: 19/22284-7
Linha de fomento:Auxílio à Pesquisa - Programa BIOEN - Regular
Vigência: 01 de agosto de 2020 - 31 de julho de 2022
Área do conhecimento:Ciências Biológicas - Bioquímica - Enzimologia
Pesquisador responsável:Fernando Segato
Beneficiário:Fernando Segato
Instituição-sede: Escola de Engenharia de Lorena (EEL). Universidade de São Paulo (USP). Lorena , SP, Brasil
Assunto(s):Biotecnologia  Biocombustíveis  Biomassa lignocelulósica  Expressão de proteínas  Fungos filamentosos  Celulase  Bagaço de cana-de-açúcar 

Resumo

O Brasil é o maior produtor de cana-de-açúcar do mundo e gera uma grande quantidade de bagaço e resíduos de colheita que poderiam ser utilizados na produção de etanol de segunda geração a partir da celulose, principal fonte de glicose destes resíduos. Porém, assim como outros substratos lignocelulósicos, estes materiais são extremamente recalcitrantes, o que impede o acesso à celulose de forma economicamente viável. Vários métodos têm sido estudados para contornar a recalcitrância destes materiais. Pré-tratamentos com ácidos e bases fortes, altas temperaturas, por exemplo, são eficientes, porém exigem equipamentos caros e altos custos de operação. Coquetéis constituídos de enzimas eficientes para a sacarificação da biomassa são capazes de atuar em condições amenas, mas o rendimento obtido ainda é insuficiente. Os principais coquetéis comerciais, por muito tempo, foram compostos de três tipos principais de enzimas hidrolíticas para a hidrólise da celulose, exoglucanases, endoglucanases e ²-glucosidases. Contudo, enzimas capazes de degradar a celulose por mecanismo oxidativo foram descritas recentemente, sendo elas as monoxigenases líticas de polissacarídeos, ou LPMOs. Estas enzimas utilizam cobre como cofator e, em uma reação envolvendo oxigênio molecular, ou peróxido de hidrogênio, e dois elétrons provenientes de um agente redutor, são capazes de oxidar o carbono C1 e/ou C4 da ligação glicosídica de diversos polissacarídeos além da celulose, como quitina, amido e também xiloglucano. Por serem capazes de atuarem nas regiões cristalinas de difícil acesso da celulose, sua sinergia com enzimas hidrolíticas aumentou o rendimento de coquetéis enzimáticos, diminuindo a dependência de pré-tratamentos severos e altamente custosos. Entretanto, estudos recentes sugerem que há ajustes finos nas LPMOs que as tornam mais apropriadas para determinados substratos. Portanto, coquetéis enzimáticos devem ser desenvolvidos para substratos específicos. Estudos de transcriptoma e de secretoma realizados pelo nosso grupo de pesquisa com fungos filamentosos (Thielavia terrestris, Myceliophthora thermophila, Aspergillus fumigatus var niveus, Malbranchea pulchella, e Laetiporus sulphureus), cultivados na presença de bagaço de cana como única fonte de carbono, identificaram alguns genes que codificam LPMOs AA9 que foram expressas em maiores níveis em relação a outras LPMOs identificadas no genoma, o que indica que elas podem ser mais adequadas para a degradação deste substrato específico. Devido ao fato de que nenhum estudo foi realizado até agora com LPMOs identificadas nestas condições, esse projeto tem como objetivos 1) clonar os genes que codificam estas LPMOs específicas; 2) expressar heterologamente estes genes no fungo filamentoso Aspergillus nidulans; 3) caracterizar as LPMOs produzidas e 4) averiguar seu efeito sinérgico na quebra da celulose com outras enzimas para o desenvolvimento de um coquetel mais eficiente no processo de sacarificação do bagaço de cana. (AU)