Desenvolvimento do sistema CRISPR/Cas9 em Rhodococcus jostii RHA1 para produção de químicos de alto valor a partir de correntes de lignina

Resumo

No contexto da valorização de lignina, o uso de microorganismos como biocatalisadores para desconstrução e bioconversão da lignina é uma alternativa promissora à processos de catálise química tradicional. A espécie Rhodococcus jostii RHA1 é de particular interesse biotecnológico devido à sua capacidade de catabolizar um amplo espectro de compostos aromáticos, especialmente a lignina; todavia, este potencial ainda não foi amplamente realizado devido à ausência de ferramentas adequadas para manipulação genética. No presente projeto, propõe-se desenvolver as ferramentas necessárias para implementação do sistema CRISPR/Cas9 nesta espécie, as quais serão aplicadas para introduzir novas vias biossintéticas relacionadas à valorização de lignina. Como prova de conceito, propomos "nocautear" o gene CouM da via catabólica de p-hidróxi-cinamatos, a fim de obter linhagens mutantes capazes de acumular ácido ferúlico (AF) a partir de correntes de lignina derivadas de biorrefinarias. Devido a sua aplicação nas indústrias cosmética e farmacêutica, o AF representa um composto de alto valor comercial, além de poder ser convertido em outras moléculas interessantes, como o Álcool Coniferílico (AC). Este pode ser obtido a partir de AF através de uma via biossintética de 2 etapas, catalisadas pela ação sequencial de ácido carboxílico-redutases (CAR) e aldo-ceto redutases (AKR). Além de estar presentemente caracterizando CARs de diversas origens, nosso grupo descreveu uma nova AKR, isolada do cupim inferior Coptotermes gestroi (CgAKR-1), a qual apresenta interessantes constantes catalíticas utilizando 2-nitro-benzaldeído como substrato (Km = 0.15 mmol/L, kcat = 7.5 s1), além de atividade promíscua em diversos aldeídos aromáticos e alifáticos, incluindo coniferaldeído. Visando a produção de álcool coniferílico, pretendemos introduzir os genes correspondentes à CAR e CgAKR-1 em linhagens de R. jostii acumuladoras de AF. Além de ser um composto de alto valor agregado, o álcool coniferílico pode ser convertido em outros produtos de interesse comercial. Dentre estes, fragrâncias como eugenol e isoeugenol podem ser obtidas enzimaticamente a partir de álcool coniferílico através da ação de duas reações sequenciais, as quais esperamos também expressar em linhagens de R. jostii. Desta forma, espera-se que o presente trabalho possa contribuir não apenas com o desenvolvimento de novas ferramentas genéticas para esta espécie, como também ampliar o rol de produtos de podem ser obtidos biologicamente a partir de correntes ricas em lignina. (AU)