Identificação, caracterização e expressão funcional de enzimas auxiliares hidrolíticas do tipo LPMOs do fungo Aspergillus fumigatus

Resumo

Nos últimos 4 anos a agroindústria canavieira brasileira foi um dos setores que mais se desenvolveu no país. Dentre os principais países produtores, o Brasil está na liderança com uma área superior a 9 milhões de hectares utilizados pelo setor sucroalcooleiro e é responsável por uma produção anual de 632 milhões de toneladas de cana-de-açúcar. De todo o açúcar redutor recuperável a partir de biomassa lignocelulósica, 56% é destinado à produção de etanol e 44% para o processamento de açúcar comercial O processo tradicional de produção de etanol de primeira geração envolve o esmagamento dos colmos para obtenção de caldo, um material rico em sacarose, o qual é, subsequentemente, fermentado pela levedura S. cerevisiae em condições anaeróbias. No entanto, cerca de 30% da massa da cana-de-açúcar é perdida na forma de palha e bagaço. O resíduo lignocelulósico apresenta composição de 32-48% de celulose, 23-27% de hemicelulose e 19-32% de lignina. A conversão eficiente da biomassa lignocelulósica em açúcares solúveis é um grande desafio tecnológico, o qual limita a produção eficiente desse material em produtos químicos e biocombustíveis. Na natureza, o processo é conseguido pela ação de uma grande variedade de celulases, xilanases e enzimas auxiliares. Neste contexto, os fungos filamentosos conhecidos pela sua capacidade em produzir enzimas hidrolíticas capazes de clivar a biomassa lignocelulósica ganhou relevância nos últimos anos, dentre eles o A. fumigatus. Apesar de sua patogenicidade, o A. fumigatus apresenta um destacado potencial biotecnológico relacionado com a desconstrução de resíduos vegetais como o bagaço, fazendo frente até mesmo ao produtor padrão T. reesei, uma vez que é considerado um importante produtor de celulases, hemicelulases, amilases, lignases, lipases, proteases, quitinases e fosfatases, que juntas apresentam alto grau de sinergia. Resultados obtidos pelo nosso grupo de pesquisa em que caracterizou o secretoma e o transcriptoma de A. fumigatus, quando cultivado em bagaço de cana-de-açúcar, revelaram a secreção de 54 enzimas hidrolíticas caracterizadas como Carbohydrate-Active enzymes (CAZy enzymes) e a super-expressão de 145 genes codificadores desse mesmo grupo de enzimas, dentre eles diferentes mono-oxigenases líticas de polissacarídeos (LPMOs). As LPMOs são classificadas como enzimas com Atividades Auxiliares (AA) descritas em diferentes bactérias e fungos e apresentam um importante papel na desconstrução da biomassa lignocelulósica, pois apresentam mecanismos de ação oxidativo capaz de impulsionar a atividade de enzimas canônicas como celulases e hemicelulases. São classificadas em 4 classes principais, sendo as classes de AA9, AA10 e AA11 as de maior interesse atualmente. Estudos recentes, nos quais coquetéis enzimáticos comerciais foram suplementados com LPMOs purificadas, mostrou um aumento na eficiência de degradação da biomassa lignocelulósica, destacando a importância dessas enzimas na hidrólise da biomassa. Nesse contexto, o principal objetivo deste trabalho é a caracterização do perfil de expressão das diferentes LPMOs de A. fumigatus em uma variedade de substratos e a expressão heteróloga de quatro LPMOs identificadas como super-expressas nesses substratos em que o fungo foi cultivado. A purificação e caracterização dessas enzimas permitirá uma maior compreensão do papel desempenhado por elas na hidrólise da biomassa, o que poderá ajudar a aumentar a eficiência dos coquetéis enzimáticos disponíveis no mercado atualmente. (AU)