Mecanismos moleculares envolvidos na sinalização celular e regulação gênica da assimilação de xilose em linhagens modificadas de Saccharomyces cerevisiae

Resumo

A atual matriz energética mundial utiliza como matéria prima os compostos fósseis, uma fonte finita e que gera grande preocupação ambiental devido as altas concentrações de gases de efeito estufa emitidas pelo seu uso. Biocombustíveis e bioquímicos produzidos a partir da biomassa (2G) são uma alternativa mais limpa provinda de fontes renováveis e necessários para atingir os objetivos globais de desenvolvimento sustentável. Um passo essencial no desenvolvimento de tecnologias 2G é o design e a construção de plataformas microbianas capazes de converter a totalidade dos açúcares da biomassa em bioprodutos. Apesar do desenvolvimento de linhagens modificadas da levedura Saccharomyces cerevisiae estar em andamento há duas décadas, as linhagens recombinantes atuais ainda fermentam o açúcar de cinco carbonos xilose (C5) em uma taxa muito menor que a glicose (C6). Recentemente, nosso grupo desenvolveu a primeira parte de um atlas genômico 2G como resultado do projeto FAPESP 2017/08519-6 que resultou na identificação de novas bases moleculares envolvidas no metabolismo e regulação do consumo de xilose. As modificações encontradas no projeto potencializam a conversão de xilose em bioprodutos pelas cepas construídas. Nesse contexto, a presente proposta visa o estudo e elucidação dos mecanismos moleculares que explicam como estas mutações alteram a sinalização celular e regulam o reconhecimento e a assimilação de xilose pelas linhagens mutantes desenvolvidas. Na primeira parte do projeto, será utilizado o sistema CRISPR/Cas9 para a validação dos SNPs envolvidos no metabolismo C5, bem como o estudo dos mecanismos moleculares envolvidos na fisiologia dos mutantes utilizando abordagens de multi-ômicas. As interações entre as diferentes vias metabólicas identificadas no projeto FAPESP 2017/08519-6 irão auxiliar a construir uma melhor compreensão do metabolismo C5 microbiano e da complexa rede de sinalização que regula a fermentação de açúcares C5. Na segunda parte do projeto, a partir de uma colaboração com a Lund University, a candidata fará um BEPE para a construção de um modelo in vivo de biossensores fluorescentes para monitoramento single-cell real-time das três principais vias de sinalização de açúcares em levedura. A plataforma criada será usada para investigar como as mutações identificadas alteram a sinalização celular e como a célula reconhece e assimila a xilose. As informações obtidas nesse projeto serão utilizadas no desenvolvimento racional e no melhoramento de plataformas microbianas visando a conversão mais eficiente de açúcares 2G em bioprodutos. (AU)