{"id":17901,"date":"2017-11-09T18:49:42","date_gmt":"2017-11-09T18:49:42","guid":{"rendered":"https:\/\/cnpem.staging.wpengine.com\/?p=17901"},"modified":"2022-11-10T16:02:44","modified_gmt":"2022-11-10T19:02:44","slug":"grupo-consegue-dobrar-volume-de-enzimas-para-a-producao-de-bioetanol-de-2a-geracao","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/cnpem.br\/en\/grupo-consegue-dobrar-volume-de-enzimas-para-a-producao-de-bioetanol-de-2a-geracao\/","title":{"rendered":"Grupo consegue dobrar volume de enzimas para a produ\u00e7\u00e3o de bioetanol de 2\u00aa gera\u00e7\u00e3o"},"content":{"rendered":"

Jornal da Unicamp<\/a>, 6 de novembro de 2017<\/p>\n

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Por Viviane Celente<\/p>\n

Cientistas da Unicamp obt\u00eam avan\u00e7o usando cepas f\u00fangicas recombinantes por meio de manipula\u00e7\u00e3o gen\u00e9tica<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n

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Um dos grandes desafios para tornar mais competitiva a produ\u00e7\u00e3o de produtos biotecnol\u00f3gicos, como o etanol de segunda gera\u00e7\u00e3o, \u00e9 a redu\u00e7\u00e3o dos custos das enzimas capazes de degradar a biomassa vegetal. Esse tem sido o enfoque de diversos estudos no mundo todo, atualmente. No Brasil, pesquisadores da Unicamp conseguiram duplicar a produ\u00e7\u00e3o de enzimas utilizando cepas f\u00fangicas recombinantes. O resultado chamou a aten\u00e7\u00e3o de Andr\u00e9 Ricardo de Lima Damasio, l\u00edder do projeto de pesquisa e coordenador do Laborat\u00f3rio de Enzimologia e Biologia Molecular de Microorganismos (LEBIMO) do Instituto de Biologia (IB) da Unicamp. \u201cO objetivo da pesquisa \u00e9 bastante ambicioso e de longo prazo, mas demos o primeiro passo\u201d, declarou.<\/p>\n

Produzido a partir do baga\u00e7o e da palha da cana-de-a\u00e7\u00facar, o etanol de segunda gera\u00e7\u00e3o, tamb\u00e9m conhecido como bioetanol ou etanol celul\u00f3sico, \u00e9 capaz de aumentar em 50% a gera\u00e7\u00e3o desse biocombust\u00edvel, sem ampliar a \u00e1rea de cultivo. Al\u00e9m de ser obtido por meio de um processo sustent\u00e1vel, aproveitando-se de subprodutos da cana-de-a\u00e7\u00facar, insumos j\u00e1 dispon\u00edveis nas unidades de produ\u00e7\u00e3o, trata-se de um combust\u00edvel renov\u00e1vel e mais limpo do que a gasolina, emitindo at\u00e9 15 vezes menos carbono na atmosfera. L\u00edder em \u00e1rea e produtividade de cana-de-a\u00e7\u00facar, o Brasil possui o maior potencial de produ\u00e7\u00e3o de bioetanol do mundo, sendo respons\u00e1vel, com a \u00cdndia, por mais da metade da cana produzida mundialmente.<\/p>\n

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Fungo do g\u00eanero Aspergillus nidulans manipulado geneticamente na pesquisa para aumentar a produ\u00e7\u00e3o de enzimas com aplica\u00e7\u00f5es biotecnol\u00f3gicas<\/figcaption><\/figure>\n

No entanto, existem gargalos a serem ultrapassados para que o potencial produtivo do etanol celul\u00f3sico, e de outros bioprodutos, seja atingido no Pa\u00eds, como os elevados custos de enzimas, cujo mercado bilion\u00e1rio \u00e9, atualmente, dominado por tr\u00eas empresas estrangeiras \u2013 Novozymes, DSM e DuPont. Estudos demonstram que o valor das enzimas correspondem de 20% a 40% do custo total para produ\u00e7\u00e3o de um litro de etanol de segunda gera\u00e7\u00e3o. \u201cSe conseguirmos gerar cepas f\u00fangica super-produtoras de enzimas de forma racional e, assim, reduzir esse pre\u00e7o, ser\u00e1 importante. Estamos falando de um potencial de produ\u00e7\u00e3o de 10 bilh\u00f5es de litros de etanol de segunda gera\u00e7\u00e3o\u201d, ressalta Damasio.<\/p>\n

Nesse sentido, os estudos realizados pelo LEBIMO da Unicamp, com o financiamento do Programa de Pesquisa em Bioenergia (BIOEN), da Funda\u00e7\u00e3o de Amparo \u00e0 Pesquisa do Estado de S\u00e3o Paulo (Fapesp), tem o objetivo de gerar cepas f\u00fangicas superiores para a produ\u00e7\u00e3o de enzimas. Ou seja, desenvolver, a partir de manipula\u00e7\u00f5es gen\u00e9ticas, uma linhagem do fungo modelo\u00a0Aspergillus nidulans\u00a0<\/em>capaz de produzir grandes quantidades de enzimas, propiciando redu\u00e7\u00e3o de custos. \u00c9 sabido no meio acad\u00eamico que esse g\u00eanero de fungo, se em contato com a biomassa vegetal, produz enzimas capazes de quebrar estruturas do baga\u00e7o denominadas polissacar\u00eddeos, gerando a\u00e7\u00facares simples utilizados, posteriormente, para produzir, por exemplo, etanol. No entanto, a quantidade de enzimas secretadas por esse microrganismo ainda n\u00e3o \u00e9 o suficiente para atender a demanda em escala industrial de produtos provenientes da biomassa. \u201cEssa cepa laboratorial produz, com sorte, duas gramas de enzimas por litro de biomassa\u201d, explica o pesquisador. \u201cPrecisamos de muita enzima para fazer a hidr\u00f3lise desse baga\u00e7o e isso ainda \u00e9 muito caro\u201d. De acordo com Damasio, os fungos do g\u00eanero\u00a0Trichoderma reesei<\/em>, utilizados pela maior fornecedora mundial de enzimas, Novozymes, chegam a produzir 100 gramas por litro de cultura. Esse resultado foi obtido ap\u00f3s mais de 20 anos de melhoramento gen\u00e9tico, e como essas empresas chegaram a esse patamar \u00e9 segredo industrial protegido por patentes.<\/p>\n

\u201cEstamos longe dos n\u00fameros industriais, mas conseguimos avan\u00e7ar e ainda h\u00e1 muito o que fazer. Temos muitos dados e v\u00e1rios processos celulares que queremos analisar agora, manipulando genes\u201d, relata. O projeto de pesquisa, que teve in\u00edcio em novembro de 2013, ser\u00e1 finalizado em junho de 2018. Segundo o coordenador, mesmo com o t\u00e9rmino desse projeto, ainda haver\u00e1 muitas quest\u00f5es a serem respondidas e novos estudos devem ser iniciados a partir de desdobramentos desses resultados.<\/p>\n

\"Foto:
O professor Andr\u00e9 Ricardo de Lima Damasio, coordenador da pesquisa: \u201cEstamos falando de um potencial de produ\u00e7\u00e3o de 10 bilh\u00f5es de litros de etanol de segunda gera\u00e7\u00e3o\u201d<\/figcaption><\/figure>\n

Damasio explica que o projeto partiu da an\u00e1lise biol\u00f3gica de sistemas, ou seja, do que est\u00e1 acontecendo no interior da c\u00e9lula no momento em que \u00e9 induzida a produ\u00e7\u00e3o de v\u00e1rias enzimas. Atrav\u00e9s de estudos cient\u00edficos de prote\u00f4mica e transcript\u00f4mica, ferramentas da biologia de sistemas, foram identificados v\u00e1rios genes-alvo para manipula\u00e7\u00e3o gen\u00e9tica. Em um primeiro experimento, 15 genes-alvo do fungo foram deletados. Com isso, foi poss\u00edvel obter um aumento de duas a tr\u00eas vezes na produ\u00e7\u00e3o de enzimas-alvo para pelo menos tr\u00eas dos mutantes gerados. Todo esse processo est\u00e1 sendo desenvolvido de forma racional, permitindo que seja reproduzido futuramente, ao se alcan\u00e7ar uma plataforma eficaz de produ\u00e7\u00e3o de enzimas.<\/p>\n

At\u00e9 o momento, os fungos filamentosos s\u00e3o os que produzem maior quantidade de enzimas em n\u00edvel industrial. Comum na natureza e conhecido no meio acad\u00eamico, o g\u00eanero\u00a0Aspergillus nidulans<\/em>\u00a0\u00e9 um modelo gen\u00e9tico de fungo filamentoso e existem diversas ferramentas capazes de manipular o genoma desse microorganismo. Al\u00e9m de naturalmente ser capaz de secretar enzimas para a degrada\u00e7\u00e3o de biomassa vegetal. Segundo o pesquisador, cientificamente, existem tr\u00eas poss\u00edveis caminhos de se reduzir o custo das enzimas: por manipula\u00e7\u00e3o de microorganismos, produzindo maior quantidade de enzimas; engenharia de prote\u00ednas, aumentando a efici\u00eancia delas; ou por meio de engenharia de processos, utilizando-se das vari\u00e1veis do processo para aumentar a produ\u00e7\u00e3o dessas prote\u00ednas.<\/p>\n

Para os pr\u00f3ximos passos, os pesquisadores que atuam nesse projeto de pesquisa pretendem estender os estudos de manipula\u00e7\u00e3o gen\u00e9tica para fatores de transcri\u00e7\u00e3o, genes relacionados \u00e0 parede celular f\u00fangica e modifica\u00e7\u00f5es p\u00f3s-traducionais, processo que permite que a enzima saia da c\u00e9lula, \u00a0visto que resultados preliminares demonstram grande potencial. Segundo o coordenador do LEBIMO, em alguns anos ser\u00e1 poss\u00edvel obter cepas f\u00fangicas mutantes capazes de produzir enzimas com pre\u00e7o competitivo, visto que o Brasil ainda n\u00e3o produz enzimas em larga escala.<\/p>\n

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\n\u200b\u200bNovas linhagens de levedura rendem pr\u00eamio<\/strong><\/p>\n

CRISTIANE BERGAMINI (LABJOR) | ESPECIAL PARA O JU<\/a><\/p>\n

O\u00a0pesquisador Leandro Vieira dos Santos, autor da tese\u00a0Da ci\u00eancia \u00e0 ind\u00fastria \u2013 engenharia metab\u00f3lica e evolutiva de\u00a0<\/em>Saccharomyces cerevisiae\u00a0para a produ\u00e7\u00e3o de etanol de segunda gera\u00e7\u00e3o<\/em>, desenvolvida no Laborat\u00f3rio de Gen\u00f4mica e Express\u00e3o (LGE), do Instituto de Biologia da Unicamp, foi o grande vencedor do pr\u00eamio Jovem Talento em Ci\u00eancias da Vida, promovido pela Sociedade Brasileira de Bioqu\u00edmica (SBBq) e GE Heathcare, tradicional competi\u00e7\u00e3o cient\u00edfica internacional que j\u00e1 est\u00e1 em sua 21\u00aa edi\u00e7\u00e3o. A pesquisa foi orientada pelo professor\u00a0Gon\u00e7alo Amarante Guimar\u00e3es Pereira.<\/p>\n

De acordo com o autor da tese, durante sua produ\u00e7\u00e3o, parte da tecnologia desenvolvida foi protegida com 10 patentes submetidas ao INPI (Instituto Nacional da Propriedade Industrial). Algumas foram depositadas internacionalmente nos Estados Unidos e Europa, e duas est\u00e3o em utiliza\u00e7\u00e3o na ind\u00fastria. Al\u00e9m das patentes, foram produzidos tamb\u00e9m dois artigos j\u00e1 publicados e mais quatro em elabora\u00e7\u00e3o, dois cap\u00edtulos de livros e recebidas cinco premia\u00e7\u00f5es.<\/p>\n

Para o pesquisador, o pr\u00eamio representa o reconhecimento da realiza\u00e7\u00e3o de um trabalho original e inovador. \u201cFiquei extremamente honrado, principalmente ap\u00f3s de ter visto a alta qualidade cient\u00edfica dos trabalhos finalistas. Fizemos a ponte da ci\u00eancia b\u00e1sica com a ind\u00fastria. Come\u00e7amos na bancada, com descobertas cient\u00edficas b\u00e1sicas e, al\u00e9m de gerar um conhecimento n\u00e3o presente na literatura que aumentou nossa vis\u00e3o sobre a fisiologia C5 microbiana, geramos tamb\u00e9m um produto pronto para ser utilizado na ind\u00fastria\u201d, explica o autor.<\/p>\n

O objetivo principal do trabalho foi o desenvolvimento de linhagens geneticamente modificadas da levedura\u00a0Saccharomyces cerevisiae<\/em>\u00a0para a produ\u00e7\u00e3o do etanol de segunda gera\u00e7\u00e3o (2G). Para isso, foram necess\u00e1rios procedimentos de engenharia metab\u00f3lica e adapta\u00e7\u00e3o evolutiva para a obten\u00e7\u00e3o de linhagens capazes de produzir etanol 2G eficientemente a partir de xilose\u00a0(a\u00e7\u00facar presente em madeiras e associado \u00e0 hemicelulose)\u00a0e para toler\u00e2ncia a inibidores presentes no processo fermentativo.<\/p>\n

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O pesquisador Leandro Vieira dos Santos, autor da tese, manipulando baga\u00e7o de cana e em laborat\u00f3rio do CTBE: \u201cFizemos a ponte da ci\u00eancia b\u00e1sica com a ind\u00fastria\u201d<\/figcaption><\/figure>\n

Um dos grandes destaques para a premia\u00e7\u00e3o foram as\u00a0muta\u00e7\u00f5es identificadas que permitem \u00e0 c\u00e9lula consumir xilose sem a necessidade do procedimento de evolu\u00e7\u00e3o, fornecendo novos alvos metab\u00f3licos para a engenharia racional de leveduras, al\u00e9m de refor\u00e7ar a compreens\u00e3o da base gen\u00e9tica e da intera\u00e7\u00e3o da complexa rede metab\u00f3lica envolvida na fermenta\u00e7\u00e3o de xilose em\u00a0S. cerevisiae<\/em>.<\/p>\n

O sequenciamento gen\u00f4mico de cepas isoladas de experimentos de evolu\u00e7\u00e3o adaptativa identificou muta\u00e7\u00f5es (SNPs e CNVs) relacionadas ao consumo de xilose e toler\u00e2ncia ao inibidor \u00e1cido ac\u00e9tico. \u201cObtivemos cepas com alta efici\u00eancia fermentativa, altos rendimentos de etanol a partir de xilose e tolerantes \u00e0 presen\u00e7a de altas concentra\u00e7\u00f5es de inibidores do processo fermentativo, especialmente o \u00e1cido ac\u00e9tico.\u00a0Fomos da cria\u00e7\u00e3o e testes de leveduras em escala de bancada at\u00e9 a escala industrial\u201d, diz Leandro.<\/p>\n

Uma linhagem derivada desse trabalho est\u00e1 sendo utilizada industrialmente na fermenta\u00e7\u00e3o de a\u00e7\u00facares provenientes da biomassa renov\u00e1vel em etanol de segunda gera\u00e7\u00e3o.\u00a0A linhagem \u00e9 utilizada na fermenta\u00e7\u00e3o do hidrolisado, produzido a partir de palha de cana, em etanol 2G. Tal linhagem foi a primeira levedura integralmente desenvolvida no Brasil que teve sua libera\u00e7\u00e3o comercial aprovada pelo CTNBio (Comiss\u00e3o T\u00e9cnica Nacional de Biosseguran\u00e7a).<\/p>\n

Atualmente, a ind\u00fastria de biocombust\u00edveis brasileira \u00e9 baseada principal\u00admente na produ\u00e7\u00e3o de etanol obtido a partir da extra\u00e7\u00e3o e fermenta\u00e7\u00e3o de a\u00e7\u00facares presentes no caldo da cana, o chamado etanol de primeira gera\u00e7\u00e3o (1G). J\u00e1 o etanol de segunda gera\u00e7\u00e3o, etanol celul\u00f3sico ou bioetanol, caracteriza-se por possuir mol\u00e9cula id\u00eantica \u00e0 do etanol comum, por\u00e9m extra\u00edda do baga\u00e7o da cana-de-a\u00e7\u00facar, normalmente descartado pelo processo comum. A perspectiva \u00e9 que esse aproveitamento do baga\u00e7o e de parte das palhas e de pontas da cana-de-a\u00e7\u00facar eleve a produ\u00e7\u00e3o de \u00e1lcool.<\/p>\n

Por\u00e9m, o desenvolvimento tecnol\u00f3gico do etanol de segunda gera\u00e7\u00e3o n\u00e3o exclui a tecnologia em uso atualmente. A ideia \u00e9 que sejam complementares, pois al\u00e9m do uso de res\u00edduos agr\u00edcolas, a possibilidade de implementa\u00e7\u00e3o de culturas dedicadas e mais produtivas, como a cana-energia, aumentaria o rendimento do processo de produ\u00e7\u00e3o, n\u00e3o competindo com culturas destinadas \u00e0 produ\u00e7\u00e3o de alimentos. O processo de produ\u00e7\u00e3o de etanol 2G ainda apresenta grandes desafios nas pesquisas, como as etapas de libera\u00e7\u00e3o de a\u00e7\u00facares e no desenvolvimento de coquet\u00e9is enzim\u00e1ticos para a desconstru\u00e7\u00e3o da biomassa vegetal.<\/p>\n

A principal motiva\u00e7\u00e3o para o desenvolvimento desse trabalho se deve \u00e0 quest\u00e3o ambiental, pois, como se sabe, h\u00e1 um\u00a0consenso mundial quanto \u00e0 necessidade de substituir o petr\u00f3leo por fontes alternativas de energia, especialmente as advindas de fontes\u00a0renov\u00e1veis. \u201cPor isso, optamos por trabalhar com\u00a0biocombust\u00edveis e bioqu\u00edmicos a partir de fontes renov\u00e1veis.\u00a0A partir do conhecimento adquirido durante o doutorado na Unicamp, hoje eu continuo e amplio o trabalho de desenvolvimento de leveduras para processos 1G e 2G como pesquisador do CTBE [Laborat\u00f3rio Nacional de Ci\u00eancia e Tecnologia do Bioetanol], um dos laborat\u00f3rios de pesquisa que integram o Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM). Al\u00e9m do etanol 2G, vamos utilizar os micro-organismos que constru\u00edmos para a produ\u00e7\u00e3o de outros compostos bioqu\u00edmicos a partir de uma matriz renov\u00e1vel de energia\u201d,\u00a0informa Leandro.<\/p>\n

Uma apresenta\u00e7\u00e3o sobre a pesquisa ser\u00e1 realizada no Workshop On Second Generation Bioethanol and Biorefining, um dos mais importantes eventos do CTBE, que j\u00e1 est\u00e1 em sua s\u00e9tima edi\u00e7\u00e3o e acontece nos dias 29 e 30 de novembro, em Campinas (SP).<\/p>\n<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n<\/div>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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