Produção de etanol por S. cerevisiae: o papel determinante dos transportadores de celobiose

Abstract

O uso de combustíveis fósseis tem sido uma grande preocupação há anos, sobretudo pelos seus impactos ambientais e problemas que envolvem o seu uso e esgotabilidade. Como uma possível solução para esses desafios, destacam-se os biocombustíveis como excelentes alternativas para contornar e lidar com esses problemas. Nesse contexto, o bioetanol é um dos principais expoentes por ser produzido a partir de culturas agrícolas muito bem estabelecidas, como a cana-de-açúcar. No entanto, há uma extensa competição entre a destinação dos produtos advindos da cana para uso na indústria alimentícia e para o uso na produção de combustíveis. Por isso, uma área em expansão recente são as pesquisas na produção de bioetanol a partir de outras fontes de açúcares, como o bagaço e a palha da cana, a chamada biomassa lignocelulósica, que é resíduo da produção tanto de açúcar quanto do bioetanol. Entretanto, o microrganismo normalmente empregado na produção desse biocombustível, a levedura Saccharomyces cerevisiae não é capaz de naturalmente fermentar os açúcares presentes em maior quantidade nessa biomassa. Sendo necessárias etapas de pré-tratamento e hidrólise desses açúcares para que eles fiquem acessíveis para a levedura, o que encarece o processo. Um dos maiores gastos nesse processo se deve ao uso das enzimas responsáveis pela hidrólise da celobiose (β-glicosidases), um dissacarídeo composto por duas moléculas de glicose. Para tal, procura-se expressar em S. cerevisiae genes de outros organismos capazes de internalizar e posteriormente metabolizar esse açúcar. Este trabalho buscou analisar a capacidade de consumo e fermentação por linhagens de S. cerevisiae recombinantes com diferentes versões do gene do transportador CBT2 de Meyerozyma guilliermondii em combinação com a β-glicosidase BGL2 de Spathaspora passalidarum. Em estudos anteriores, foi visto que linhagens recombinantes de S. cerevisiae contendo ambas proteínas foram capazes de utilizar celobiose para crescimento e fermentação. No entanto, esse crescimento apresentou uma fase lag longa e a levedura não consumiu completamente o açúcar. Acredita-se que esse consumo incompleto se deve à internalização mediada por ubiquitinação do transportador, tendo como alvo os resíduos de lisina presentes nas extremidades N- e C-terminais do transportador CBT2. Com o intuito de evitar esse processo, foram desenvolvidas anteriormente cepas com esses sítios de ubiquitinação deletados em N- e/ou C-terminais e este trabalho buscou fazer análises bioinformáticas de características desse transportador e avaliar as características de consumo e fermentação de cepas recombinantes com essas versões truncadas do transportador. Foi possível observar que, durante os ensaios de crescimento, ambas as cepas contendo versões truncadas apresentaram um crescimento e consumo de celobiose mais eficientes do que a versão inalterada do gene. Durante os ensaios de fermentação, a linhagem com apenas N-terminal truncada apresentou padrão de consumo muito similar àquela que apresenta a versão inalterada. Entretanto, a linhagem com ambas extremidades truncadas apresentou eficiência de consumo e fermentação melhores do que a linhagem com a versão original do transportador. Este trabalho corroborou com trabalhos anteriores que apontam a estratégia de truncagem dos transportadores como bastante eficiente no melhoramento do perfil fermentativo de linhagens recombinantes de S. cerevisiae.