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Engenharia genética de Rhodococcus jostii RHA1 como estratégia para valorização de lignina

Processo: 20/05281-1
Linha de fomento:Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Doutorado Direto
Vigência (Início): 31 de janeiro de 2021
Vigência (Término): 29 de novembro de 2021
Área do conhecimento:Ciências Biológicas - Genética - Genética Molecular e de Microorganismos
Pesquisador responsável:Fábio Márcio Squina
Beneficiário:Victoria Ramos Sodré de Castro
Supervisor no Exterior: Timothy David Howard Bugg
Instituição-sede: Pró-Reitoria de Pós-Graduação, Pesquisa, Extensão e Inovação. Universidade de Sorocaba (UNISO). Sorocaba , SP, Brasil
Local de pesquisa: University of Warwick, Inglaterra  
Vinculado à bolsa:18/18101-1 - Desenvolvimento do sistema CRISPR/Cas9 em Rhodococcus jostii RHA1 para produção de químicos de alto valor a partir de correntes de lignina, BP.DD
Assunto(s):Biologia molecular   Lignina   Biomassa   Compostos aromáticos   Rhodococcus   CRISPR-Cas9

Resumo

Correntes de lignina derivadas do processamento de biomassa representam uma fonte pouco explorada de compostos aromáticos que podem ser convertidos em moléculas de alto valor agregado. A bactéria Rhodococcus jostii RHA1 (designada RHA1) é capaz de despolimerizar lignina, utilizando a peroxidase DypB, em compostos aromáticos de baixo peso molecular, os quais são catabolizados. Apesar do pouco conhecimento associado ao metabolismo de fragmentos oxidados de lignina em RHA1, um estudo recente do grupo de pesquisa liderado pelo Prof. Tim Bugg mostrou que fragmentos do tipo aril-C2 de lignina gerados por RHA1 podem ser metabolizados via 4-hidróxi-benzoilformato e 3-metóxi-4-hidróxi-benzoilformato, os quais são convertidos em 4-hidróxi-benzaldeído e vanilina, respectivamente, em uma reação catalisada por um 4-hidróxi-benzoilformato decarboxilase (designada RjDFBC). No presente projeto, pretende-se explorar o metabolismo de R. jostii RHA1 para desenvolver linhagens mutantes contendo knock-outs estratégicos em designadas vias do catabolismo de aromáticos, objetivando o acúmulo de moléculas de alto valor agregado quando do cultivo em lignina e lignocelulose. Especificamente, pretende-se nocautear o gene que codifica a RjBFDC (RHA1_RS14520) em RHA1. Espera-se que esta linhagem nocaute acumule 4-hidróxi-benzoilformato/3-metóxi-4-hidróxi-benzoilformato quando cultivada em meio mínimo suplementado com correntes de lignina ou material lignocelulósico, efetivamente valorizando estes substratos em produtos valiosos. 3-metóxi-4-hidróxi-benzoilformato e 4-hidróxi-benzoilformato são compostos aromáticos de alto valor que poderiam ser convertidos em aminoácidos pouco usuais por transaminação - 3-metóxi-4-hidróxi-fenilglicina e 4-hidróxi-fenilglicina, respectivamente. Estes aminoácidos não-proteinogênicos são componentes importantes para a biossíntese de diversos produtos clinicamente relevantes, como antibióticos ²-lactâmicos semi-sintéticos e do grupo da vancomicina. Para obter essas linhagens knock-out, pretendemos usar o novo sistema CRISPR/Cas9 em desenvolvimento pelo nosso grupo no Brasil, juntamente com estratégias clássicas de mutagênese, análises fenotípicas e métodos analíticos dentro da expertise do grupo do Prof. Tim Bugg na Universidade de Warwick, o qual está entre os maiores especialistas em degradação bacteriana de lignina no mundo. Esperamos que este trabalho gere não apenas linhagens e vetores úteis para a valorização microbiana da lignina em moléculas de valor agregado, mas também contribua para a elucidação das vias catabólicas envolvidas na degradação de lignina em R. jostii RHA1. (AU)

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