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Desenvolvimento de conceitos de biorrefinaria via conversão de ácido cumarico em compostos de alto valor

Processo: 21/04254-3
Modalidade de apoio:Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
Vigência (Início): 01 de dezembro de 2021
Vigência (Término): 30 de novembro de 2024
Área do conhecimento:Ciências Biológicas - Bioquímica - Biologia Molecular
Pesquisador responsável:Fábio Márcio Squina
Beneficiário:Robson Tramontina
Instituição Sede: Pró-Reitoria de Pós-Graduação, Pesquisa, Extensão e Inovação. Universidade de Sorocaba (UNISO). Sorocaba , SP, Brasil
Vinculado ao auxílio:15/50590-4 - Valorização da lignina em plantas de etanol celulósico: a conversão biocatalítica via ácido ferúlico a produtos químicos de alto valor, AP.BIOEN.TEM
Assunto(s):Biocatálise   Ácidos cumáricos   Biorrefinarias   Escherichia coli   Biologia sintética   Enzimas   Cetona   Biomassa
Palavra(s)-Chave do Pesquisador:Biologia Sintetica | Biomassa vegetal | Bioprocessos industriais | Biorenováveis e bioenergia | enzimas | Fragrancias e aromas | Biocatálise aplicada a produção de químicos finos

Resumo

O conceito de 'biorrefinaria' surge como uma alternativa para a produção sustentável de combustíveis e produtos químicos a partir de fontes abundantes de biomassa vegetal. Essas iniciativas são benéficas não apenas para contribuir com a redução do aquecimento global, mas também porque podem promover oportunidades econômicas estimulando o crescimento de empregos no setor. Existem métodos bem estabelecidos para o pré-tratamento e fracionamento da biomassa vegetal em frações de celulose, hemicelulose e lignina, bem como para a bio-conversão destas celuloses e hemiceluloses. Ainda assim, a fração composta por lignina é atualmente queimada na usina e usada como combustível ou destinada para outras aplicações de baixo valor agregado. Portanto, há um interesse considerável na valorização da lignina e moléculas aromáticas correlatas em produtos químicos de alto valor, o que é um dos principais problemas não resolvidos no conceito de biorrefinaria. Os ácidos hidroxicinâmicos (ou seja, ácido p-cumárico - CA) extraídos da biomassa lignocelulósica representam potenciais precursores aromáticos que podem ser convertidos em vários produtos de alto valor, com aplicações nas áreas química e farmacêutica. A proposta deste projeto trata-se de desenvolver uma rota biossintética para a produção da cetona de framboesa (RPK), uma molécula de alto valor ($ 20.000/kg) usada na indústria de aromas, diretamente do CA do bagaço da cana-de-açúcar. Adotando uma estratégia biocatalítica refinada, este projeto contará com princípios biossintéticos, desenvolvendo-se três circuitos genéticos (ou "stacks biotécnológicos") destinado para o funcionamento em chassis de Escherichia coli com os seguintes objetivos: (1) o módulo de degradação lignocelulósica, que consiste nas enzimas arabinofuranosidase e esterase direcionadas para sua secreção extracelular, que possibilitará a liberação de arabinose e CA do bagaço da cana; (2) o módulo de detecção/regulagem, que consiste em fatores de transcrição bacteriana e operons (ou seja, araBAD e/ou FerC), que ativará as vias metabólicas para a conversão eficiente de CA por meio da detecção da presença de arabinose (ou CA) no meio reacional; (3) módulo de biotransformação, que se trata da via capaz de converter CA em RPK, imitando a rota intrínseca presente na framboesa. Além disso, para ampliar as possibilidades de valorização da biomassa vegetal no contexto das biorrefinarias, o presente projeto também contribuirá para o desenvolvimento de diversas estratégias inovadoras relacionada ao desenvolvimento dessas pilhas biotecnológicas autorreguladas. Essas pilhas biotecnológicas dependem de ferramentas moleculares, como plasmídeos, enzimas, partes funcionais de DNA sintético, e cepas de fabricas biológicas projetadas para a conversão direta de um único passo de outros ácidos hidroxicinâmicos naturais em vários outros produtos químicos de alto valor, como quercetina, vanilina, naringenina e 4-vinil-fenol. Nesse sentido, este estudo é de interesse econômico para a indústria de química fina, que busca constantemente inovação, sustentabilidade e ingredientes naturais. (AU)

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Publicações científicas
(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)
ANDRADE, VIVIANE BRITO; TOMAZETTO, GEIZECLER; ALMEIDA, DNANE VIEIRA; TRAMONTINA, ROBSON; SQUINA, FABIO MARCIO; GARCIA, WANIUS. Enzymatic and biophysical characterization of a novel modular cellulosomal GH5 endoglucanase multifunctional from the anaerobic gut fungus Piromyces finnis. BIOCHIMICA ET BIOPHYSICA ACTA-PROTEINS AND PROTEOMICS, v. 1872, n. 1, p. 11-pg., . (20/15595-3, 20/05784-3, 21/04254-3, 15/23279-6, 22/08958-8, 15/50590-4)
TRAMONTINA, ROBSON; CIANCAGLINI, IARA; ROMAN, ELLEN K. B.; CHACON, MICAELA G.; CORREA, THAMY L. R.; DIXON, NEIL; BUGG, TIMOTHY D. H.; SQUINA, FABIO MARCIO. Sustainable biosynthetic pathways to value-added bioproducts from hydroxycinnamic acids. Applied Microbiology and Biotechnology, v. 107, n. 13, p. 21-pg., . (15/50590-4, 21/04254-3)

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