Evolução microbiana na indústria de etanol combustível no Brasil

Resumo

A produção de etanol combustível a partir de cana-de-açúcar no Brasil é uma atividade importante nos setores agrícola e industrial, que contribui para o desenvolvimento econômico e para mitigar as mudanças climáticas. Apesar de décadas de operação, ainda existem lacunas de conhecimento sobre vários aspectos do processo, como por exemplo em relação aos microrganismos presentes no ambiente industrial de fermentação. A dinâmica populacional tem sido caracterizada em diferentes unidades industriais, levando à identificação, por cariotipagem cromossômica, de algumas linhagens que persistem e eventualmente são capazes de dominar o ecossistema nos fermentadores. Por um lado, ainda não é sabido quais propriedades destas linhagens conferem às mesmas as capacidades de persistência e dominância. Por outro lado, a cariotipagem cromossômica pode ser considerada uma técnica de baixa resolução, que com frequência não permite diferenciar linhagens de maneira apropriada. Na presente proposta de pesquisa, objetiva-se investigar os processos evolutivos responsáveis pela adaptação de Saccharomyces cerevisiae a este ambiente de fermentação peculiar. Isto será alcançado por três abordagens diferentes. Primeiramente, amostras serão retiradas de duas unidades industriais durante toda a safra de cana-de-açúcar no ano de 2018. As amostras serão submetidas a sequenciamento genômico e os dados analisados para a observação de fenômenos como deriva genética, mudanças na frequência alélica, fluxo gênico, seleção natural, recombinação genética, epistasia, interferência clonal, entre outros. Ao relacionar estes resultados com as condições de operação do processo, espera-se obter uma melhor compreensão de quais genes conferem a algumas linhagens de S. cerevisiae a capacidade de persistir e dominar o ambiente nos fermentadores. Numa segunda linha de investigação, várias linhagens de levedura que foram isoladas do processo ao longo das últimas décadas, um "registro fóssil", terão seus genomas sequenciados e analisados de maneira similar. Finalmente, pretende-se também evoluir uma linhagem de levedura laboratorial sob diferentes condições de relevância industrial, para um fenótipo industrial, o que nos permitirá identificar quais destas condições contribuem de forma mais significativa para a pressão seletiva exercida sobre os microrganismos durante a produção industrial de etanol combustível. (AU)