Tecnologia e Manejo

12/05

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

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

 

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.

 

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 e 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 e 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. 

 

Agência Fapesp 



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