Abordagens sistêmicas integradas para o desenvolvimento de leveduras como plataformas microbianas em biorrefinarias

Resumo

A matriz energética mundial continua a depender fortemente de fontes fósseis de energia, cuja combustão tem um forte impacto negativo nos níveis de emissão de gases causadores do efeito estufa. As crescentes preocupações climáticas fomentam o desenvolvimento de tecnologias sustentáveis que empregam o uso de fontes renováveis de energia. Nesse contexto, microrganismos podem ser modificados geneticamente e utilizados como plataformas microbianas eficientes em biorrefinarias, visando à conversão de açúcares da biomassa em biocombustíveis e bioquímicos. Em nosso projeto FAPESP anterior, utilizamos abordagens de engenharia metabólica para desenvolver linhagens modificadas de Saccharomyces cerevisiae, e criamos um atlas genômico, estabelecendo um conjunto de mutações que remodelam o metabolismo celular e aceleram a conversão de xilose em biocombustíveis. No entanto, várias limitações ainda precisam ser superadas a fim de produzir uma plataforma microbiana robusta para futuras biorrefinarias. Neste projeto, uma abordagem sistêmica integrada será aplicada para: i. Engenharia de proteínas transportadoras de membrana visando o aumento da eficiência de assimilação de xilose e redução da repressão catabólica na co-fermentação C5/C6 (Módulo Yeast MCF.A). Neste módulo, será utilizado um sistema HTS automatizado de construção de bibliotecas de proteínas sintéticas para evolução dirigida de transportadores C5, combinado com o uso de biossensores geneticamente modificados e classificação das bibliotecas por citometria de fluxo (FACS); ii. O módulo MCF.B investigará a rede de sinalização que regula a assimilação e fermentação da xilose em S. cerevisiae. Um painel de biossensores fluorescentes in vivo para monitoramento single-cell em tempo real das três principais vias de detecção de açúcar em leveduras será usado para estudar o efeito de um conjunto de mutações identificadas em nosso projeto anterior que aumenta a utilização da xilose. Os dados serão utilizados para modificar racionalmente as vias de reconhecimento e sinalização da xilose e desenvolver linhagens que consomem xilose em taxas similares a glicose; iii. O último módulo MCF.C visa integrar dados biofísicos, bioquímicos e multi-ômicos para explorar a integridade da parede celular e respostas ao estresse induzido por inibidores 2G em leveduras, com foco em compostos fenólicos. O projeto terá colaborações internacionais, estabelecendo uma rede ampla de pesquisa e de intercâmbio de estudantes. As abordagens combinadas resolverão os principais gargalos no desenvolvimento de plataformas microbianas eficientes e robustas a serem usadas como base em biorrefinarias industriais. (AU)