Bioprospecção e construção de hemicelulases para a produção de xilose a partir de hidrolisado de licor de pentoses e sua utilização na produção de xilitol via fermentativa

Resumo

Biomassas vegetais são constituídas principalmente de celulose, hemicelulose e lignina. Celulose e hemicelulose podem ser hidrolisadas a açúcares monoméricos (principalmente xilose/C5 e glicose/C6) usando celulases e hemicelulases. Essas moléculas são matéria-prima para produtos industriais importantes como xilitol e etanol. Contudo, a tarefa de propor um processo para a hidrólise enzimática da biomassa e sua sacarificação com baixo custo e alta eficiência, ainda é um desafio devido à complexidade dos polissacarídeos e seus efeitos recalcitrantes. Hemicelulases são enzimas do grupo das glicosil hidrolases que catalisam a hidrólise da hemicelulose, e que em atuação sinérgica com celulases e ligninases promovem a total e eficiente hidrólise da biomassa vegetal. A hemicelulose responde por cerca de 30% dos polissacarídeos na biomassa do bagaço de cana, contudo, poucos estudos são direcionados e focados para melhorar a sacarificação desses polissacarídeos a açúcares monoméricos, e posteriormente a sua completa transformação em outro produtos de valor agregados como bioetanol, biodiesel, ácidos orgânicos e açúcares como xilose e xilitol.Neste sentido, este projeto irá focar num primeiro momento, a bioprospecção de enzimas de micro-organismos capazes de crescem em um licor de pentoses proveniente do tratamento hidrotérmico do bagaço da cana-de-açúcar. Para isso, a partir de uma biblioteca de micro-organismos termofílicos com potencial hemicelulítico (previamente identificados com o linhagens de Bacillus sp.) serão selecionados de acordo com a habilidade de crescerem em meio sólido contendo licor de pentoses (rico em açúcares C5 e xilo-oligômeros). Uma vez selecionada a melhor linhagem, será realizada a clonagem, expressão e caracterização de uma endo-xilanase (GH11) e uma ²-xilosidase (GH43), enzimas chave para a liberação de xilose a partir de oligo e polissacarídeos. Isoladas e caracterizadas estas hemicelulases, por meio de engenharia molecular será construída uma quimera enzimática (enzima bifuncional) otimizada para a hidrólise de xilo-oligômeros de pentoses presentes neste licor. O licor hidrolisado enzimaticamente e enriquecido em monossacarídeos de xilose, será então utilizado para produção do açúcar-álcool xilitol via processo fermentativo utilizando a levedura Scheffersomyces stipitis (Pichia stipitis). O xilitol é um açúcar-álcool com baixo valor calórico e interessantes propriedades nutracêuticas. Em paralelo, o sistema descrito será avaliado quando ao potencial de produção de xilose e conversão a xilitol a partir de leveduras (Scheffersomyces stipitis) livres e imobilizadas.