63ª Reunião Anual da SBPC

C. Ciências Biológicas - 3. Bioquímica - 4. Metabolismo e Bioenergética

Engenharia Metabólica de Saccharomyces cerevisiae Visando a Fermentação de Glicose e Xilose de Hidrolisados de Biomassa

Vinícius Mattos de Mello 1 Leonardo de Figueiredo Vilela 2 Elis Cristina Araújo Eleutherio 3 Bianca Cruz Neves 3

1. Aluno de Graduação em Engenharia de Bioprocessos - UFRJ 2. M.Sc/ orientador - Departamento de Bioquímica - UFRJ 3. Profª Dra./ Orientadora - Departamento de Bioquímica - UFRJ

INTRODUÇÃO:

O etanol de segunda geração obtido a partir da fermentação de hidrolisado advindo de material lignocelulósico é de grande importância tanto em termos econômicos quanto em termos ambientais. O objetivo deste trabalho foi verificar a capacidade da Saccharomyces cerevisiae de produzir etanol a partir de meios de fermentação contendo tanto glicose quanto xilose, em proporções similares as encontradas em hidrolisados de bagaço de cana de açúcar.

METODOLOGIA:

Nos experimentos conduzidos em laboratório foram usadas uma cepa laboratorial de S. cerevisiae (By4741), que foi usada como cepa controle, e uma cepa que recebeu o vetor contendo o gene Xyl A. Afim de se verificar o perfil de fermentação de açúcares e rendimento em etanol, foram realizados experimentos de fermentação com a cepa selvagem em meios contendo 0,4% de (NH4)2SO4, 0,4%K2HPO4, pH 5,0, e as seguintes relações glicose (G) e xilose (X): 1) X4%; 2)G4%; 3)G3% + X1%; 4)G2 + X2%; 5)G1% + X3%. Nesse caso as células foram pré-crescidas ou em meio rico contendo somente glicose (2%) como fonte de carbono ou em meio rico (YP), já com as mesmas concentrações de glicose e xilose que seriam usadas nas fermentações como supracitado. Já a título de comparação entre as cepas selvagem, e transformada, foram realizados experimentos de fermentação em meio com composição igual à supracitada em 3 (3% de glicose e 1% de xilose) que nos provinha razão semelhante à verificada em hidrolisados de bagaço de cana.

RESULTADOS:

Verificou-se que quando as células eram crescidas em meio contendo glicose como fonte de carbono antes de serem transferidas para o meio de fermentação o rendimento em etanol era maior do que quando o crescimento celular ocorria em misturas de glicose e xilose, levando-se a concluir que industrialmente deve-se utilizar caldo de cana de açúcar ou melaço para melhor performance da célula na fermentação de hidrolisados de biomassa. Em todas as fermentações efetuadas houve uma sobra significativa de xilose, não consumida, o que fez nos interessar em promover uma engenharia metabólica em S. cerevisiae. Cepas industriais de S. cerevisiae fermentam prontamente as hexoses contidas nos materiais hidrolisados tais como a glicose. Porém essa levedura é incapaz de fermentar xilose, uma pentose retida na porção hemicelulósica, que responde por cerca de 20% do total de açúcares presentes no hidrolisado do bagaço de cana. Visando o aumento no rendimento obtido na fermentação de hidrolisados é necessário que as cepas industriais sejam otimizadas por engenharia metabólica. A estratégia escolhida foi inserir, via vetor plasmidial, o gene XYLA de bactéria em S. cerevisiae, que permite a expressão da xilose isomerase. Esta enzima catalisa a isomerização da D-xilose a D-xilulose, que pode ser convertida a etanol através do metabolismo nativo da levedura. Ao comparar-se a levedura selvagem com a levedura transformada, observou-se que a primeira produziu 4,6g/L de etanol enquanto a segunda 7,8g/L.

CONCLUSÃO:

Para verificar o porquê da melhor produção obtida pela cepa transformada, analisou-se a quantidade de glicose consumida: a levedura selvagem consumiu 13g/L de glicose enquanto que a transformada consumiu 13,2 g/L desse substrato, ou seja, valores da mesma ordem. Já que não se atribui esse aumento na produção de etanol a um maior consumo de glicose por parte da levedura transformada, analisou-se então a quantidade de xilose consumida: a levedura transformada consumiu quase quatro vezes mais xilose que a selvagem: 2,1g/L contra 0,55g/L. A partir dessa análise pode-se relacionar o aumento na produção de etanol a um aumento no consumo de xilose pela levedura transformada. Desta forma, o rendimento obtido pela levedura transformada de produção de etanol em relação ao consumo de açúcares foi cerca de 45% superior ao da levedura selvagem, um resultado bastante promissor. A despeito das diferentes condições de cultivo e fermentação adotadas por diferentes grupos de pesquisa, os resultados obtidos no presente estudo puderam revelar níveis de produção de etanol semelhantes, porém em um menor tempo de fermentação. Além disso, o rendimento obtido foi o melhor, o que confirma o quão relevantes são os resultados obtidos pelo nosso grupo.

Palavras-chave: Xilose, xilose isomerase, engenharia metabólica.