Leveduras nativas assimiladores de xilose e arabinose: estudo da assimilação e metabolização das pentoses e aproveitamento desses açúcares oriundos da hidrólise da biomassa lignocelulósica para obtenção de bioprodutos

Resumo

No período de 2011 a 2015 o grupo de pesquisa desenvolveu um projeto temático (Proc. FAPESP 2010/12624-0), sob a coordenação da proponente do presente projeto, cujo objetivo principal foi a sacarificação enzimática de bagaço de cana de açúcar para produção de etanol de segunda geração. Na busca dessa meta, entre outras ações, isolaram-se fungos filamentosos termofílicos produtores de enzimas fibrolíticas e leveduras capazes de assimilar as pentoses oriundas da hidrólise da hemicelulose. Entre os vários espécimes de leveduras capazes de crescer em xilose ou arabinose como únicas fontes de carbono, alguns produziram etanol enquanto outros não produziram etanol mas chegaram a altas taxas de biomassa quando crescendo em ambas as pentoses. Entretanto, outras leveduras, apesar de consumir de 80 a 100% da xilose ou arabinose presentes no meio, produziram pouca biomassa e não produzem etanol ou xilitol. Uma análise exploratória do meio de cultivo dessas cepas revelou inúmeros picos cromatográficos referentes a compostos de baixa massa molar, incluindo vários ácidos orgânicos. Nesses ensaios prévios mencionados, foram estudadas 36 cepas quanto à assimilação de L-arabinose das quais 17 demonstraram excelente crescimento a partir desse açúcar como única fonte de carbono, 3 cepas produziram etanol e 5, ácido cítrico e ácido lático. Os ensaios utilizando xilose como única fonte de carbono demonstraram que a maioria das 36 cepas consumiu 100% da xilose do meio, apresentou crescimento semelhante àquele em presença de glicose e secretaram ácidos orgânicos identificados como ácidos oxálico, cítrico, maleico, tartárico, málico, pirúvico, lático, fumárico, acético, propiônico, isobutírico e butírico.Várias das cepas estudadas foram capazes de tolerar derivados fenólicos em variadas concentrações e cresceram em meio à base de hidrolisado ácido de bagaço de cana. Dados sobre efeitos do pH dos meios de cultivo, da temperatura de incubação e sobre a influência de nutrientes minerais sobre a assimilação das pentoses também já foram obtidos. Diante desses resultados, ao se finalizar o referido projeto temático ficou premente a necessidade da continuidade das investigações dessas leveduras e dos seus potenciais de assimilação de pentoses visando ao aproveitamento desses açúcares oriundos da hidrólise de biomassa lignocelulósica, para produção de bioprodutos de valor agregado, em alternativa ao etanol. Outra questão que precisa ser respondida está relacionada à capacidade dessas leveduras assimiladoras de xilose e arabinose de produzir enzimas que hidrolisam a hemicelulose, principalmente a enzima ²-xilosidase que é uma enzima rara em sua forma extracelular. Desse modo, buscar-se-á conhecer os perfis de produção das xilanases por essas leveduras. Considerando que a fisiologia das leveduras assimiladoras de pentose ainda não é bem conhecida, será necessário um estudo direcionado ao conhecimento da eficiência na assimilação das pentoses, assim como, de quais seriam os bioprodutos formados a partir do consumo das pentoses, como os ácidos orgânicos. Os pesquisadores que farão parte desse atual projeto são os mesmos que participaram do temático e pretendem agora investigar mais profundamente essas leveduras considerando, além dos bioprodutos obtidos, o conhecimento do sistema de transporte de pentose atuante nas mesmas. Entende-se que os rendimentos em bioprodutos obtidos quando se utilizam microrganismos nativos (não modificados geneticamente) nem sempre são interessantes economicamente, porém, o que se busca neste projeto é o conhecimento e o entendimento desse grupo peculiar de leveduras que assimilam eficientemente as pentoses e assim para fornecer subsídios às pesquisadas que envolvem transportadores de pentoses para futuros projetos de engenharia metabólica dessas e de outras leveduras. (AU)