;
Brasil Ciência e Tecnologia

17/06/2018 | domtotal.com

Descoberta na Amazônia enzima-chave para obtenção do etanol de segunda geração

Pesquisa revelou que gene encontrado em microrganismos do lago Poraquê poderá potencializar a sacarificação do bagaço de cana-de-açúcar.

País possui a melhor biomassa do planeta, só falta completar a composição capaz de  viabilizar o processo de sacarificação.
País possui a melhor biomassa do planeta, só falta completar a composição capaz de viabilizar o processo de sacarificação. (Alexandre Carvalho/A2img/FotosPúblicas)

Por José Tadeu Arantes

A produção do etanol de segunda geração ou etanol celulósico, obtido a  partir da palha e do bagaço da cana-de-açúcar, pode aumentar em até 50%  a produção brasileira de álcool. Desnecessário enfatizar a importância  econômica e ambiental dessa possibilidade, que transforma resíduo em  recurso.

Para tanto, o país possui a melhor biomassa do planeta, a capacidade  industrial instalada, a engenharia especializada e a levedura adequada.  Só falta completar a composição do coquetel enzimático capaz de  viabilizar o processo de sacarificação, por meio do qual os açúcares  complexos (polissacarídeos) são despolimerizados e decompostos em  açúcares simples. Compor uma plataforma microbiana industrial para a  produção do conjunto de enzimas necessárias é o alvo de pesquisas  avançadas na área.

Um importante resultado acaba de ser alcançado, com a descoberta, no  lago Poraquê, na Amazônia, de microrganismos capazes de produzir uma  enzima crítica para o êxito do empreendimento.

Isolada, caracterizada e produzida, a enzima mostrou-se compatível  com duas fases essenciais da produção do etanol de segunda geração: a  fermentação e a sacarificação. A realização simultânea dessas duas  etapas oferece a perspectiva de uma grande redução de custos para a  indústria sucroalcooleira, uma vez que as reações podem ocorrer em um  único reator e há economia de reagentes.

Proteína, codificada por gene encontrado em microrganismos do lago Poraquê, poderá potencializar a ação do coquetel enzimático necessário à sacarificação do bagaço de cana-de-açúcar Proteína, codificada por gene encontrado em microrganismos do lago Poraquê, poderá potencializar a ação do coquetel enzimático necessário à sacarificação do bagaço de cana-de-açúcar

O estudo mobilizou pesquisadores do Centro Nacional de Pesquisa em  Energia e Materiais (CNPEM), da Petrobras, da Universidade de São Paulo  (USP) e da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar), e contou com apoio da FAPESP. Artigo assinado pela equipe de pesquisadores foi publicado na Biochimica et Biophysica Acta (BBA) – Proteins and Proteomics.

“A sacarificação é a etapa mais cara do processo. De 30% a 50% do  custo do etanol celulósico é despendido com as enzimas necessárias para  transformar os açúcares complexos em açúcares simples. E, atualmente, a  eficiência da conversão realizada por essas enzimas está entre 50% e  65%. Isso significa que de 50% a 35% do açúcar disponível na biomassa é  ‘perdido’ durante a sacarificação. O grande propósito do nosso estudo  foi encontrar biocatalisadores capazes de contribuir para o aumento da  eficiência”, disse Mario Tyago Murakami do CNPEM, um dos coordenadores da pesquisa, à Agência FAPESP.

Segundo o pesquisador, no arsenal de enzimas necessárias, atuando de  maneira sinérgica, as beta-glucosidases têm importância fundamental,  porque respondem pela última fase da cascata de sacarificação da  celulose.

“Sabemos que, à medida que aumenta o percentual do produto da  sacarificação, a taxa do processo de sacarificação cai. Porque a  presença do produto inibe a atuação das enzimas. Isso é uma espécie de  regra geral. No caso específico, a glicose gerada restringe a atuação  das beta-glucosidases. Esse gargalo tecnológico tem sido objeto de  estudos exaustivos. Para aumentar a eficiência da sacarificação, é  preciso que as beta-glucosidases sejam altamente tolerantes à presença  da glicose”, disse Murakami.

Devido a especificidades genéticas, decorrentes de diferenças no  processo evolutivo, enzimas homólogas podem apresentar variados graus de  resistência à inibição pelo produto. E o alvo dos pesquisadores no  estudo em pauta foi encontrar as beta-glucosidases mais adaptadas à  biomassa existente no território brasileiro. Para isso, foram  investigados os processos naturais que ocorrem em diferentes biomas do  país, tanto na Floresta Amazônica como no Cerrado.

Flavio Henrique da Silva,  da UFSCar, outro coordenador do estudo, foi o responsável por esse  processo de bioprospecção. E o achado mais promissor ocorreu no lago  Poraquê, na Amazônia, onde amostras da comunidade microbiana não  cultivável local apresentaram genes codificadores de beta-glucosidases  com o potencial industrial procurado.

“Em um habitat como o lago Poraquê os microrganismos adaptaram-se a  uma alimentação muito rica em polissacarídeos, constituída por resíduos  de madeira, folhas de plantas etc. A enzima beta-glucosidase presente  nesses microrganismos é distinta de enzimas homólogas resultantes de  pressões evolutivas diferentes”, disse Murakami.

Sacarificação simultânea à fermentação

Em seus estudos enzimológicos, Silva verificou que a beta-glucosidase  codificada pelos microrganismos do lago Poraquê apresentava eficiência  catalítica para a sacarificação do bagaço de cana-de-açúcar e tolerância  expressiva à inibição pela glicose. O passo seguinte foi dado pela  equipe de Murakami, especializada em biologia estrutural mecanística,  que elucidou, em nível molecular e atômico, as bases do funcionamento  dessa enzima.

“Foi um bom exemplo de trabalho em equipe, juntando grupos de  prospecção, grupos de enzimologia, grupos de estudos mecanísticos,  grupos de bioinformática etc. Utilizamos equipamentos do Laboratório Nacional de Luz Síncrotron e de outros laboratórios nacionais”, disse Murakami.

Em relação à estrutura molecular, o estudo oligomérico evidenciou uma  proteína diferente das demais de sua categoria, com uma arquitetura  quaternária única.

“Esse estudo corroborou pesquisas anteriores do grupo a respeito dos  determinantes estruturais para a tolerância da enzima ao produto,  validando nosso modelo mecanístico. Além disso, verificamos que essa  beta-glucosidase atua em condições de temperatura e pH compatíveis com o  processo de hidrólise”, disse Murakami.

Essa informação é muito relevante, porque indica que a enzima  encontrada pode vir a compor um processo chamado de SSF: sacarificação  simultânea à fermentação. Pelo fato de poder atuar em condições de  temperatura compatíveis com o crescimento da levedura, essa  beta-glucosidase propicia que a disponibilização do carboidrato  resultante da sacarificação e sua fermentação pela levedura possam  ocorrer ao mesmo tempo. Tal estratégia ajuda a mitigar o efeito de  inibição pelo produto, porque, à medida que o açúcar é produzido, ele  também vai sendo consumido pela levedura, o que alivia a enzima da  inibição por uma quantidade excessiva de glicose.

O passo seguinte é fazer estudos de combinação dessa enzima com os  coquetéis enzimáticos fúngicos já existentes, visando o ganho de  eficiência no aumento da sacarificação.

“Uma vez extraído o gene de interesse, a partir de bibliotecas  gênicas de microrganismos não cultiváveis e de possíveis modificações  racionais baseadas no conhecimento da estrutura para aumento de  termoestabilidade, ele é transferido para outros hospedeiros por meio de  técnicas de biologia molecular. O hospedeiro em questão é o trichoderma,  um fungo filamentoso que já possui um arsenal de enzimas ativas sobre  carboidratos. Com a adição da beta-glucosidase amazônica, ele terá seu  potencial aumentado. Trata-se de potencializar uma plataforma microbiana  industrial já existente”, disse Murakami. O objetivo da equipe é  patentear o fungo engenheirado com a enzima.  


26/05201

EMGE

*O DomTotal é mantido pela Escola de Engenharia de Minas Gerais (EMGE). Engenharia Civil conceito máximo no MEC. Saiba mais!

Comentários

Instituições Conveniadas